RU2298079C1 - Drilling bit - Google Patents

Abstract

FIELD: rock-cutting tools, particularly drilling bits provided with diamond cutting structure for well drilling along with core taking.

SUBSTANCE: drilling bit comprises body and matrix separated into sectors with flushing grooves. The sectors are provided with hole-forming, central and core-forming inserts made of superhard alloy and with protective members arranged in front of hole-forming and core-forming inserts. The protective members define polygons with two adjacent curvilinear surfaces in plan view. One curvilinear surface is aligned with outer surface of the insert, another one is in register with matrix side surface. If protective member is located in front of hole-forming insert it touches outer side surface of the matrix. If protective member is located in front of core-forming insert it contacts with inner matrix surface. Protective members are ahead of inserts with respect to heights thereof.

EFFECT: increased well drilling speed due to improved protection of inserts against vertical loads acted on drilling bit during bit lowering and due to prevention of tear-outs and ships during rock drilling.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна.The invention relates to the field of rock cutting tools, namely to drill bits with diamond weapons for drilling wells with coring.

Известны буровые коронки, включающие корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, армированные вставками из синтетических алмазов (см. авт. св. СССР №1020565, кл. Е21В 10/48, 1983 г).Drill bits are known, including a body and a matrix, divided by flushing grooves into separate sectors, reinforced with synthetic diamond inserts (see ed. St. USSR No. 1020565, class E21B 10/48, 1983).

Недостатком этой коронки является быстрый износ матрицы, что приводит к обнажению алмазных вставок и как следствие этого - к их сколу и выпадению на забой.The disadvantage of this crown is the rapid wear of the matrix, which leads to the exposure of diamond inserts and, as a result, to their cleavage and loss to the face.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами перед скважино- и кернообразующими вставками (см. авт. св. СССР №625016, кл. Е21В 10/48, 1978 г).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a drill bit, comprising a body and a matrix, divided by flushing grooves into separate sectors, equipped with bore-forming, central and core-forming inserts of superhard material and protective elements in front of the bore-hole and core-forming inserts (see ed. St. USSR No. 625016, class Е21В 10/48, 1978).

Данная коронка только частично устраняет недостатки аналога. Это объясняется наличием зазора между вставками и защитными элементами, т.к. даже в идеальном случае цилиндрические вставки и защитные элементы в виде стержней контактируют между собой по линии. Другим недостатком аналога и прототипа является вероятность скола вставок при спуске коронки в скважину.This crown only partially eliminates the disadvantages of the analogue. This is explained by the presence of a gap between the inserts and the protective elements, as even in the ideal case, cylindrical inserts and protective elements in the form of rods contact each other along a line. Another disadvantage of the analogue and prototype is the likelihood of chips inserts when lowering the crown into the well.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет лучшей защиты вставок от сколов и вырывов.In connection with the stated technical objective of the invention is to increase the efficiency of the crown by increasing the penetration and mechanical drilling speed due to better protection of the inserts from chips and tears.

Поставленная техническая задача решается тем, что в буровой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами перед скважино- и кернообразующими вставками, согласно изобретению защитные элементы выполнены в плане в виде многогранника с двумя смежными криволинейными поверхностями, причем одна из криволинейных поверхностей защитного элемента совмещена с наружной поверхностью вставки, а другая - с наружной поверхностью матрицы при расположении защитного элемента перед скважинообразующей вставкой и с внутренней поверхностью матрицы в случае расположения защитного элемента перед кернообразующей вставкой.The stated technical problem is solved in that in the drill bit, comprising a housing and a matrix, divided by flushing grooves into separate sectors, equipped with bore-forming, central and core-forming inserts of superhard material and protective elements in front of the bore-hole and core-forming inserts, according to the invention, the protective elements are made in plan in the form of a polyhedron with two adjacent curved surfaces, and one of the curved surfaces of the protective element is combined with the outer surface NOSTA insert, and the other - with the outer surface of the matrix at the location of the security element before skvazhinoobrazuyuschey insert and the inner surface of the matrix arrangement in the case of the security element before kernoobrazuyuschey insert.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:The solution of the problem also contributes to the fact that:

- защитные элементы установлены с опережением относительно вставок по высоте;- protective elements are installed ahead of the inserts in height;

- матрица оснащена дополнительными защитными элементами, выполненными зеркально симметрично с основными защитными элементами и расположенными сзади вставок.- the matrix is equipped with additional protective elements made mirror symmetrically with the main protective elements and located behind the inserts.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки; фиг.2 - вид коронки со стороны рабочего торца; фиг.3 и 4 - варианты оснащения секторов защитными элементами; фиг.5 и 6 - вид защитных элементов, расположенных, соответственно перед скважино- и кернообразующими вставками.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 depicts a General view of the crown; figure 2 is a view of the crown from the side of the working end; figure 3 and 4 - options for equipping sectors with protective elements; 5 and 6 are a view of the protective elements located, respectively, in front of the borehole and core-forming inserts.

Предложенная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и матрицу 3, разделенную промывочными пазами 4 на отдельные секторы 5. Каждый сектор армирован скважинообразующими 6, центральными 7 и кернообразующими 8 породоразрушаюшими вставками. Перед скважино- и кернообразующими вставками 6 и 8 установлены соответствующие защитные элементы 9 и 10, выполненные преимущественно из твердого сплава и имеющие форму многогранника. В плане защитные элементы 9 и 10 имеют форму многогранника с двумя смежными криволинейными поверхностями 11 и 12, одна из которых 11 совмещена с боковой поверхностью матрицы 3, а другая 12 - с боковой поверхностью вставки 6 или 8. Причем у защитных элементов 9, расположенных перед скважинообразующими вставками 6, криволинейная поверхность 11 совмещена с наружной боковой поверхностью матрицы 3, а у защитных элементов 10, расположенных перед кернообразующими вставками 8, криволинейная поверхность 11 совмещена с внутренней боковой поверхностью матрицы 3. Другая криволинейная поверхность 12 защитного элемента 9 или 10 в обоих случаях совмещена с наружной поверхностью вставок 6 и 8, причем контакт защитного элемента 9 или 10 со вставками 5 и 8 составляет не менее четверти окружности. В некоторых случаях возможно использование двойных защитных элементов (см. фиг.3), когда матрица 3 оснащена дополнительными защитными элементами 13 и 14, устанавливаемыми сзади вставок 6 и 8. Такой вариант оснащения коронок дополнительными защитными элементами 13 и 14 целесообразно использовать при бурении по сильно абразивным породам, когда матрица 3 подвергается сильному износу ни только перед вставками, но и за ними. Для упрощения технологии изготовления коронок следует использовать защитные элементы 9, 10, 13 и 14 в виде многогранника, у которого одна грань выполнена вогнутой и имеет радиус, равный радиусу породоразрушающей вставки 6, 8, а другая грань выполнена у защитных элементов 9 и 13 выпуклой формы, а у защитных элементов 10 и 14 - вогнутой. Обработка граней 11 и 12 защитных вставок 6 и 8 осуществляется при шлифовке коронки по наружному и внутреннему диаметрам, а обработка смежных граней 12 - в соответствии с наружным диаметром вставок 6 и 8.The proposed drill bit contains a cylindrical body 1 with a connecting thread 2 and a matrix 3, divided by flushing grooves 4 into separate sectors 5. Each sector is reinforced with bore-forming 6, central 7 and core-forming 8 rock-cutting inserts. In front of the borehole and core-forming inserts 6 and 8, the corresponding protective elements 9 and 10 are installed, made mainly of hard alloy and having the shape of a polyhedron. In terms of protection elements 9 and 10 have the shape of a polyhedron with two adjacent curved surfaces 11 and 12, one of which 11 is aligned with the side surface of the matrix 3, and the other 12 with the side surface of the insert 6 or 8. Moreover, the protective elements 9 located in front of borehole inserts 6, the curved surface 11 is aligned with the outer side surface of the matrix 3, and for the protective elements 10 located in front of the core-forming inserts 8, the curved surface 11 is aligned with the inner side surface of the matrix 3 The other curved surface 12 of the protective element 9 or 10 in both cases is aligned with the outer surface of the inserts 6 and 8, and the contact of the protective element 9 or 10 with the inserts 5 and 8 is at least a quarter of the circle. In some cases, it is possible to use double protective elements (see Fig. 3), when the matrix 3 is equipped with additional protective elements 13 and 14, which are installed at the back of inserts 6 and 8. This option of equipping the crowns with additional protective elements 13 and 14 is advisable to use when drilling over abrasive rocks, when the matrix 3 is subjected to severe wear, not only before the inserts, but also behind them. To simplify the manufacturing technology of crowns, protective elements 9, 10, 13 and 14 should be used in the form of a polyhedron, in which one face is concave and has a radius equal to the radius of the rock cutting insert 6, 8, and the other face is made of convex shaped protective elements 9 and 13 , and the protective elements 10 and 14 are concave. The processing of faces 11 and 12 of the protective inserts 6 and 8 is carried out when grinding the crown on the outer and inner diameters, and the processing of adjacent faces 12 is in accordance with the outer diameter of the inserts 6 and 8.

Принцип работы коронки заключается в следующем. При спуске коронки в скважину возможен резкий контакт торца коронки с забоем скважины. В этом случае хрупкие вставки 6, 7 и 8 из искусственных алмазов будут предохранены от скола благодаря тому, что они смещены по высоте относительно защитных элементов 9, 10, 13 и 14, которые и воспринимают всю нагрузку. В процессе приработки коронки происходит выравнивание по высоте защитных элементов и породоразрушающих вставок. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрущающие вставки совместно с защитными элементами производят разрушение породы. При этом из-за большей износостойкости породоразрушающих вставок по сравнению с защитными элементами последние изнашиваются больше и тем самым обнажают вставки из искусственных алмазов, которые и осуществляют основную работу по разрушению забоя.The principle of operation of the crown is as follows. When the crown is lowered into the well, a sharp contact of the crown end with the bottom of the well is possible. In this case, brittle inserts 6, 7 and 8 of artificial diamonds will be protected from chipping due to the fact that they are displaced in height relative to the protective elements 9, 10, 13 and 14, which absorb the entire load. During the running-in of the crown, alignment of the height of the protective elements and rock-cutting inserts takes place. Under the influence of axial load and torque, rock cutting inserts together with protective elements produce rock destruction. Moreover, due to the greater wear resistance of rock-cutting inserts compared to protective elements, the latter wear out more and thereby expose the inserts from artificial diamonds, which carry out the main work to destroy the face.

В целом это позволяет повысить технико-экономические показатели работы коронок, а именно проходку и скорость бурения за счет улучшения конструкции коронок.In general, this allows to increase the technical and economic performance of the crowns, namely the penetration and drilling speed by improving the design of the crowns.

Claims (2)

1. Буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, оснащенные скважинообразующими, центральными и кернообразующими вставками из сверхтвердого материала и защитными элементами перед скважино- и кернообразующими вставками, отличающаяся тем, что защитные элементы выполнены в виде многогранника с двумя смежными криволинейными поверхностями, при этом одна из криволинейных поверхностей защитного элемента совмещена с наружной поверхностью вставки, а другая - с боковой поверхностью матрицы, причем при расположении защитного элемента перед скважинообразующей вставкой - с наружной боковой поверхностью матрицы, а при расположении защитного элемента перед кернообразующей вставкой - с внутренней поверхностью матрицы, при этом защитные элементы установлены с опережением относительно вставок по высоте.1. A drill bit, comprising a housing and a matrix, divided by flushing grooves into separate sectors, equipped with bore-forming, central and core-forming inserts of superhard material and protective elements in front of the bore-hole and core-forming inserts, characterized in that the protective elements are made in the form of a polyhedron with two adjacent curved surfaces, while one of the curved surfaces of the protective element is aligned with the outer surface of the insert, and the other with the side surface of the matrices , Wherein at the location of the security element prior to insertion skvazhinoobrazuyuschey - with the outer side surface of the matrix, and at the location of the security element prior to insertion kernoobrazuyuschey - with the inner surface of the matrix, wherein the protective elements are mounted ahead relative adjustment inserts. 2. Буровая коронка по п.1, отличающаяся тем, что матрица оснащена дополнительными защитными элементами, выполненными зеркально симметрично с основными защитными элементами и расположенными сзади вставок.2. The drill bit according to claim 1, characterized in that the matrix is equipped with additional protective elements made mirror symmetrically with the main protective elements and located at the back of the inserts.

Images