RU225902U1 - Алмазный расширитель - Google Patents
Алмазный расширитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU225902U1 RU225902U1 RU2023123759U RU2023123759U RU225902U1 RU 225902 U1 RU225902 U1 RU 225902U1 RU 2023123759 U RU2023123759 U RU 2023123759U RU 2023123759 U RU2023123759 U RU 2023123759U RU 225902 U1 RU225902 U1 RU 225902U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- diamonds
- expander
- diameter
- reamer
- Prior art date
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 68
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 19
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 7
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к породоразрушающему инструменту, предназначенному для калибровки скважин в процессе вращательного бурения. Алмазный расширитель включает корпус и алмазосодержащие штабики, разделенные наклонными промывочными каналами и делящиеся по высоте на две части – нижнюю, обращенную к забою, и верхнюю, расположенную над нею. Каждый алмазосодержащий штабик полностью армирован алмазами одного качества и по высоте разделен на нижнюю и верхнюю части в пропорции (0,8-0,7):(0,2-0,3). Причем нижняя часть штабиков имеет большую концентрацию алмазов, чем верхняя, а диаметр алмазного зерна определяется по определенной зависимости. Обеспечивается повышение износостойкости расширителя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к породоразрушающему инструменту, предназначенному для калибровки скважин в процессе вращательного бурения.
Уровень техники.
Известен алмазный расширитель, включающий корпус с алмазным вооружением и наклонными промывочными каналами (патент Канады №948181, кл.255-70. опубликование, 1974 г.).
Недостатком этого расширителя является несовершенство конструкции алмазного вооружения и сложная технология изготовления.
Известен также алмазный расширитель, содержащий корпус и алмазосодержащие штабики с коническим заходом, разделенные промывочными каналами (Справочник по бурению геологоразведочных скважин. - СПб. ООО «Недра», 2000. - 712 с.).
Недостатком этого расширителя является несовершенная схема алмазного вооружения с нерациональным выбором алмазов по зернистости, что обуславливает снижение стойкости инструмента при бурении.
Наиболее близким по совокупности признаков и достигаемому результату к предлагаемому является алмазный расширитель (прототип), включающий корпус и алмазосодержащие штабики, разделенные наклонными промывочными каналами, у которых образующие поверхностей выполнены под углом к плоскости торца расширителя, определенного по найденной формуле, а по высоте алмазные штабики делятся на две части, причем нижняя часть армирована алмазами более высокой прочности по сравнению с алмазами, армирующими верхнюю часть (МПК Е21В 7/28 (2006.01), Е21В 10/ 26 (2006.01) патент №2337 228 С2, 01.12.2005).
Недостатками известного расширителя являются высокая стоимость, вызванная необходимостью использования дорогостоящих алмазов более высокой прочности, недостаточная концентрация алмазов на участках повышенного износа штабиков расширителя и несоответствие их диаметра физико-механическим свойствам буримых пород, а также отсутствие конического захода у штабиков расширителя, что снижает его работоспособность.
Раскрытие сущности полезной модели. Предлагаемое техническое решение направлено на повышение стойкости алмазного расширителя и механической скорости бурения за счет применения рациональной концентрации алмазов одного качества менее дефицитных и соответствия их диаметра физико-механическим свойствам пород и выполнения штабиков с наклоном нижней части.
Поставленная задача решается тем, что в алмазном расширителе, включающем корпус и алмазосодержащие штабики, разделенные наклонными промывочными каналами и делящиеся по высоте на две части – нижнюю, обращенную к забою, и верхнюю часть, расположенную над нею, алмазосодержащий штабик полностью армируется алмазами одного качества и по высоте делится на нижнюю и верхнюю части в пропорции (0.8-0.7):(0.2-0.3), причем нижняя часть имеет большую концентрацию алмазов, чем его верхняя часть, при этом диаметр алмазного зерна определяется по зависимости
D=kF/πph,
где D - диаметр алмазного зерна, м;
k - коэффициент сопротивления движению алмаза (k=1.05-1.15);
F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;
р - предел текучести породы по штампу, МПа;
h - глубина внедрения алмаза, м;
а нижняя часть штабика выполнена с наклоном под углом к оси расширителя, определяемого из соотношения
β=mπ/2,
где β - угол наклона нижней части штабика к оси расширителя, рад;
m - опытный коэффициент, зависящий от твердости и абразивности горных пород (m=0.18-0.22).
Благодаря тому, что алмазосодержащий штабик полностью армируется алмазами одного качества и по высоте делится на нижнюю и верхнюю части в пропорции (0.8-0.7):(0.2-0.3), причем нижняя часть имеет большую концентрацию алмазов, чем его верхняя часть значительно повышается износостойкость расширителя. Наблюдениями за работой расширителей при бурении скважин установлено, что основная работа по калибровке скважины расширителем производится нижней частью алмазосодержащих штабиков. Поэтому эта часть штабиков имеет максимальный износ из-за не рациональной концентрации алмазов.
Вследствие того, что диаметр алмазного зерна определяется по зависимости
D=kF/πph,
где D - диаметр алмазного зерна, м;
k - коэффициент сопротивления движению алмазного зерна (k=1.05-1.15);
F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;
р - предел текучести породы, МПа;
h - глубина внедрения алмаза, м,
повышается эффективность разрушения горной породы алмазом, т.к. диаметр алмаза соответствует физико-механическим свойствам буримой породы. Вследствие этого возрастает механическая скорость бурения и повышается износостойкость алмазного расширителя.
Из теории разрушения горных пород известно (Породоразрушающий инструмент для геологоразведочных скважин. Справочник. Н.И. Корнилов и др.. М., Недра, 1979, 359 с.) выражение для определения нагрузки на алмазное зерно при его внедрении в горную породу
где F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;
k - коэффициент сопротивления движению алмазного зерна (k=1/05-1/15);
D - диаметр алмазного зерна, м;
h - глубина внедрения алмаза, м;
рш - твердость горной породы по штампу, МПа,
Принимая во внимание, что твердость горной породы по штампу при внедрении алмаза равна текучести породы р, запишем зависимость (1) в виде
где F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;
D - диаметр алмазного зерна, м;
h - глубина внедрения алмаза, м;
р - предел текучести породы, МПа;
k - коэффициент сопротивления движению алмазного зерна (k=1.05-1.15); и решая уравнение (2) относительно D находим
где D - диаметр алмазного зерна, м;
k - коэффициент сопротивления движению алмазного зерна (k=1.05-1.15);
F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;
h - глубина внедрения алмаза, м;
р - предел текучести породы, МПа;
k - коэффициент сопротивления движению алмазного зерна (К=1.05-1.15);
Зависимость (3) позволяет определить значение диаметра алмазного зерна D, при котором обеспечивается эффективное разрушение горной породы и рост механической скорости бурения при работе алмазного расширителя в скважине. При этом глубина внедрения алмаза h может быть определена по методике, изложенной в монографий Соловьев Н.В., Башкатов Д.Н., Горшков Л.К., Третьяк А.Я., Будюков Ю.Е., Спирин В.И., Власюк В.И., Богданов Р.К. и др. Геологоразведочный породоразрушающий инструмент на основе алмазов и сверхтвердых материалов, Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2009. - 334 с.).
Благодаря тому, что нижняя часть штабика выполнена с наклоном к оси расширителя под углом, определяемым из соотношения
где β - угол наклона нижней части штабика к оси расширителя, рад;
m - опытный коэффициент, зависящий от твердости и абразивности горных пород (m=0.18-0.22), облегчаются условия работы алмазов алмазосодержащего штабика по калибровке алмазным расширителем зауженной скважины после того как алмазная коронка потеряет свой номинальный диаметр, а также стабилизации работы колонкового набора.
Краткое описание чертежа.
На фиг. 1 представлен общий вид алмазного расширителя с разрезом его четверти вдоль продольной оси. Алмазный расширитель содержит стальной корпус 1, алмазосодержащие с алмазами одного качества 7 штабики 2 с наклоном 3 под углом β, разделенные наклонными промывочными каналами 4 и делящиеся по высоте на две части - нижнюю а, обращенную к забою, и верхнюю часть б, расположенную над нею. В нижней части корпус 1 содержит внутреннюю резьбу 5 для соединения с буровой коронкой, а в верхней части наружную резьбу 6 для соединения с буровым снарядом.
Принцип работы предложенного расширителя заключается в следующем.
В процессе бурения алмазным расширителем под действием на корпус 1 осевой нагрузки и вращения осуществляется калибровка скважины алмазосодержащими с алмазами 7, оптимального диаметра, соответствующего физико-механическим свойствам буримых пород, штабиками 2 с наклоном 3 под углом β, способствующему плавному заходу работающего расширителя в зауженную часть скважины, а образовавшийся буровой шлам подхватывается турбулентным потоком промывочной жидкости в наклонных каналах 4 и выносится в кольцевой зазор между корпусом расширителя и стенками скважины, при этом основная нагрузка при формировании диаметрального размера скважины приходится на нижнюю часть а штабиков, имеющую большую концентрацию алмазов, чем верхняя часть б, вследствие этого происходит равномерный износ расширителя по всей его рабочей поверхности, что обуславливает повышенную износостойкость алмазного расширителя.
Осуществление полезной модели.
Заявленное техническое решение может быть осуществлено при помощи описанных в заявке средств с применением стандартного оборудования, выпускаемого в РФ.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в значительном повышении износостойкости алмазного расширителя на основе применения рациональной концентрации алмазов в штабике их оптимального диаметра и снижении его себестоимости за счет использования в обеих частях штабика алмазов одного качества.
Экономический эффект на один расширитель составляет 1400 руб.
Claims (11)
1. Алмазный расширитель, включающий корпус и алмазосодержащие штабики, разделенные наклонными промывочными каналами и делящиеся по высоте на две части – нижнюю, обращенную к забою, и верхнюю, расположенную над нею, отличающийся тем, что алмазосодержащий штабик полностью армирован алмазами одного качества и по высоте разделен на нижнюю и верхнюю части в пропорции (0,8-0,7):(0,2-0,3), причем нижняя часть имеет большую концентрацию алмазов, чем его верхняя часть, при этом диаметр алмазного зерна определяется по зависимости:
D=kF/πph,
где D – диаметр алмазного зерна, м;
k – коэффициент сопротивления движению алмаза (k=1,05-1,15);
F – разрушающая нагрузка на алмаз, Н;
р – предел текучести породы по штампу, МПа;
h – глубина внедрения алмаза, м;
2. Расширитель по п. 1, отличающийся тем, что нижняя часть штабика выполнена с наклоном под углом к оси расширителя, определяемым из соотношения:
β=mπ/2,
где β – угол наклона нижней части штабика к оси расширителя, рад;
m – опытный коэффициент, зависящий от твердости и абразивности горных пород (m=0,18-0,22).
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU225902U1 true RU225902U1 (ru) | 2024-05-13 |
Family
ID=
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2152504C1 (ru) * | 1998-12-30 | 2000-07-10 | Тульское государственное научно-исследовательское геологическое предприятие | Алмазный расширитель |
RU2293170C2 (ru) * | 2004-12-14 | 2007-02-10 | Федеральное государственное унитарное научно-производственное предприятие "Геологоразведка" | Расширитель |
WO2007133739A2 (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Baker Hughes Incorporated | Reaming tool suitable for running on casing or liner and method of reaming |
RU2337228C2 (ru) * | 2005-12-01 | 2008-10-27 | Федеральное государственное унитарное Научно-исследовательское геологическое предприятие "Тульское НИГП" | Алмазный расширитель |
RU136477U1 (ru) * | 2013-05-07 | 2014-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" (ОАО "ВНИИАЛМАЗ") | Расширитель для алмазной буровой коронки |
CN106812468A (zh) * | 2015-11-29 | 2017-06-09 | 武汉金地探矿机械有限公司 | 一种加强耐磨型地质扩孔器 |
US20170241210A1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | Todd Taylor | Reamer with Polycrystalline Diamond Compact Inserts |
US10323462B2 (en) * | 2014-05-30 | 2019-06-18 | Fastip Sa | Stabilizer-reamer for drill string |
CN209724228U (zh) * | 2019-04-26 | 2019-12-03 | 吉林大学 | 一种耐磨金刚石扩孔器 |
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2152504C1 (ru) * | 1998-12-30 | 2000-07-10 | Тульское государственное научно-исследовательское геологическое предприятие | Алмазный расширитель |
RU2293170C2 (ru) * | 2004-12-14 | 2007-02-10 | Федеральное государственное унитарное научно-производственное предприятие "Геологоразведка" | Расширитель |
RU2337228C2 (ru) * | 2005-12-01 | 2008-10-27 | Федеральное государственное унитарное Научно-исследовательское геологическое предприятие "Тульское НИГП" | Алмазный расширитель |
WO2007133739A2 (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Baker Hughes Incorporated | Reaming tool suitable for running on casing or liner and method of reaming |
RU136477U1 (ru) * | 2013-05-07 | 2014-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" (ОАО "ВНИИАЛМАЗ") | Расширитель для алмазной буровой коронки |
US10323462B2 (en) * | 2014-05-30 | 2019-06-18 | Fastip Sa | Stabilizer-reamer for drill string |
CN106812468A (zh) * | 2015-11-29 | 2017-06-09 | 武汉金地探矿机械有限公司 | 一种加强耐磨型地质扩孔器 |
US20170241210A1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | Todd Taylor | Reamer with Polycrystalline Diamond Compact Inserts |
CN209724228U (zh) * | 2019-04-26 | 2019-12-03 | 吉林大学 | 一种耐磨金刚石扩孔器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102782243B (zh) | 具有轴向渐缩水道的钻头 | |
RU2468177C2 (ru) | Буровое долото для ударно-поворотного бурения горной породы и способ его изготовления | |
US11828108B2 (en) | Angled chisel insert | |
CN105156035B (zh) | 一种活齿pdc钻头 | |
US9500036B2 (en) | Single-waterway drill bits and systems for using same | |
US11255149B1 (en) | Multifunctional directional wireline core drilling device | |
CN107100550A (zh) | 一种渐变径式高效破岩锥形pdc钻头 | |
RU156923U1 (ru) | Долото для бурения на обсадной колонне | |
RU225902U1 (ru) | Алмазный расширитель | |
CN201062357Y (zh) | 端头超径灌注桩用扩孔钻头 | |
US4739844A (en) | Hammer drill bit and sub-assembly | |
CN109083598B (zh) | 低作用力高效能模拟月岩钻进取心钻头 | |
RU2473773C1 (ru) | Алмазная буровая коронка | |
CN201714324U (zh) | 刮刀式钢体pdc密闭取心钻头 | |
qiong Guo et al. | Development of PDC drill bits for MWD directional drilling in underground coal mine | |
CN210685865U (zh) | 一种随钻获取井底岩屑的钻头 | |
CN212249848U (zh) | 一种气举反循环连续取心牙轮钻头 | |
CN210738470U (zh) | 一种管线勘探专用钻头 | |
CN112127799A (zh) | 一种金刚石复合片钻头 | |
RU214947U1 (ru) | Универсальная буровая коронка для колонкового бурения | |
RU227267U1 (ru) | Алмазная коронка для бурения | |
US20140262543A1 (en) | Drill bit | |
RU2337228C2 (ru) | Алмазный расширитель | |
AU2015244141A1 (en) | Single-waterway drill bits and systems for using same | |
CN216665545U (zh) | 井眼校直工具 |