RU2513049C1 - Impregnated diamond crown bit - Google Patents
Impregnated diamond crown bit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513049C1 RU2513049C1 RU2012148108/03A RU2012148108A RU2513049C1 RU 2513049 C1 RU2513049 C1 RU 2513049C1 RU 2012148108/03 A RU2012148108/03 A RU 2012148108/03A RU 2012148108 A RU2012148108 A RU 2012148108A RU 2513049 C1 RU2513049 C1 RU 2513049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crown
- wear
- segment
- diamond
- segments
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства породоразрушающего алмазного инструмента, в частности импрегнированных алмазных буровых коронок, используемых при бурении скважин с отбором керна при разведке месторождений полезных ископаемых.The invention relates to the field of production of rock-cutting diamond tools, in particular impregnated diamond drill bits used in drilling wells with coring during exploration of mineral deposits.
Алмазная буровая коронка содержит кольцевой корпус и разделенный промывочными каналами на сегменты алмазосодержащий рабочий слой, включающий алмазные зерна, скрепленные связующим материалом. Обычно перед началом работы коронки ее рабочая поверхность «вскрывается» путем шлифования для того, чтобы обеспечить выступание алмазных зерен из связующего материала. Можно совмещать «вскрытие» алмазных зерен с первоначальным этапом работы коронки, когда рабочий торец коронки некоторое время прирабатывается при невысоких скоростях вращения коронки и невысоких осевых усилиях для обеспечения выступания достаточного количества алмазных зерен над поверхностью связующего материала и возможности дальнейшего осуществления процесса эффективного резания на рекомендуемых режимах бурения. Период приработки буровой коронки часто занимает значительное количество времени и соответственно увеличивает затраты на бурение.The diamond drill bit contains an annular body and a diamond-containing working layer divided by washing channels into segments, including diamond grains fastened with a bonding material. Usually, before the crown starts to work, its working surface is “opened” by grinding in order to ensure that the diamond grains protrude from the binder. It is possible to combine the “opening” of diamond grains with the initial stage of the crown operation, when the working end face of the crown is used for some time at low crown rotation speeds and low axial forces to ensure that a sufficient number of diamond grains protrude above the surface of the binder material and the possibility of further implementation of the effective cutting process at the recommended modes drilling. The running-in period of the drill bit often takes a considerable amount of time and accordingly increases the cost of drilling.
Известны технические решения, направленные на создание буровых коронок, для приработки рабочей поверхности которых требуется значительно меньшее время.Known technical solutions aimed at creating drill bits, for running in the working surface of which requires significantly less time.
Известна буровая коронка, включающая корпус и сплошной алмазоносный рабочий слой с клиновидным рабочим торцем, в котором выполнены наклонные промывочные пазы. Клиновидная форма торца способствует быстрой приработке коронки и предотвращает отклонение коронки от оси бурения (SU №1086112, E21B 10/60, 1983 г.). Недостаток коронки заключается в том, что заостренная вершина рабочего слоя быстро изнашивается и по мере износа слоя уменьшается полезный объем промывочных пазов. Ухудшается охлаждение буровой коронки и условия выноса шлама, образующегося при работе коронки.Known drill bit, comprising a housing and a continuous diamondiferous working layer with a wedge-shaped working end, in which inclined flushing grooves are made. The wedge-shaped end shape contributes to the quick running-in of the crown and prevents the crown from deviating from the drilling axis (SU No. 1086112, E21B 10/60, 1983). The disadvantage of the crown is that the pointed top of the working layer wears out quickly and as the layer wears out, the useful volume of the washing grooves decreases. The cooling of the drill bit and the conditions for the removal of sludge formed during the operation of the crown are deteriorating.
Известны буровые коронки, алмазоносная матрица у которых разделена на сегменты промывочными пазами. На рабочем торце сегментов выполнены V-образные канавки (US №3537538, E21B 10/48, 1970 г., US №2011031027, E21B 10/02, 2011 г., ЕР №0487355, E21B 10/48, 1992 г.). На наружной и/или внутренней поверхностях сегментов установлены износостойкие элементы, в качестве которых используют либо высокопрочные алмазные зерна, либо износостойкие элементыDrill bits are known whose diamondiferous matrix is divided into segments by flushing grooves. On the working end of the segments, V-grooves are made (US No. 3537538,
прямоугольной формы из поликристаллического алмазного материала, которые расположены длинной стороной в направлении оси инструмента. Износостойкие элементы предохраняют наружный и/или внутренний диаметр коронки от недопустимого износа по диаметру. Выполнение канавок на рабочей поверхности коронок ускоряет процесс вскрытия алмазных зерен, благодаря тому, что выступающие части V-образного рельефа изнашиваются легче и быстрее, в то же время углубления рельефа служат пазами для протекания охлаждающей жидкости в период приработки коронок. Недостаток коронок заключается в том, что при их приработке образующийся крупнозернистый шлам забивает достаточно неглубокие углубления V-образного рельефа, при этом ухудшается охлаждение рабочей поверхности коронки, период приработки коронки сопровождается температурными всплесками, оказывающими отрицательное действие на нижележащие под рельефом слои алмазоносной матрицы.rectangular shape made of polycrystalline diamond material, which are located with the long side in the direction of the axis of the tool. Wear-resistant elements protect the outer and / or inner diameter of the crown from unacceptable diameter wear. The implementation of grooves on the working surface of the crowns accelerates the process of opening diamond grains, due to the fact that the protruding parts of the V-shaped relief wear out more easily and faster, while the recesses of the relief serve as grooves for the flow of coolant during the time the crowns are run in. The disadvantage of crowns is that when they are run-in, the coarse-grained slurry clogs rather shallow recesses of the V-shaped relief, while cooling of the working surface of the crown worsens, the period of the break-in of the crown is accompanied by temperature spikes that have a negative effect on the layers of the diamondiferous matrix underlying the relief.
Известна буровая коронка, содержащая алмазоносные сегменты, рабочие поверхности которых снабжены выступающими над поверхностью участками, имеющими форму эллипса или полушара (WO №2011020111, E21B 10/48, 2011 г.). Коронка также снабжена износостойкими элементами прямоугольной формы, установлеными на наружной поверхности сегментов. Выступающие участки на рабочей поверхности сегментов существенно сокращают время приработки коронок. Недостаток коронок состоит в том, что получение выступающих участков на рабочей поверхности сегментов является трудоемкой операцией, так как для их получения на дне формы, в которой изготавливается коронка или сегмент коронки, необходимо выполнить большое количество углублений, форма которых должна соответствовать форме выступающих участков коронки.Known drill bit containing diamond-bearing segments, the working surfaces of which are protruding above the surface of the sections having the shape of an ellipse or a hemisphere (WO No. 20111020111, E21B 10/48, 2011). The crown is also equipped with wear-resistant rectangular elements mounted on the outer surface of the segments. The protruding sections on the working surface of the segments significantly reduce the running-in time of crowns. The disadvantage of crowns is that obtaining protruding sections on the working surface of the segments is a time-consuming operation, since to get them on the bottom of the form in which the crown or segment of the crown is made, a large number of recesses must be made, the shape of which must correspond to the shape of the protruding sections of the crown.
В известном техническом решении CN №101705791, E21B 10/46, 2010 г. выступающие участки имеют форму трехгранной пирамиды.In the known technical solution CN No. 101705791,
Наиболее близким является техническое решение, касающееся алмазной буровой коронки, содержащей кольцевой корпус и алмазоносный слой, разделенный на сегменты промывочными пазами (SU №1361295, E21B 10/60, 1984 г.). Сегменты образованы параллельными и наклонными относительно оси коронки поверхностями. В нижней части с наружной и внутренней стороны установлены дискообразные износостойкие элементы. Наклонные поверхности образуют на сегментах утоненную часть и в начальный период работы коронки (ее приработки) из-за меньшей площади контакта поверхности сегментов с забоем развиваются высокие удельные давления и высокие температуры, которые приводят к быстрому истиранию утоненной части, и в то же время оказывают отрицательное воздействие на нижележащие алмазоносные слои с потерей их прочностных характеристик. Снижение прочностных характеристик способствует чрезмерному первоначальному износу рабочей поверхности коронки, снижая ресурс работы коронки в целом. Кроме того, износостойкие элементы, выполненные в форме диска, имеют небольшие размеры и поэтому защищают от износа ограниченную поверхность рабочего слоя. Оснащение коронки большим количеством износостойких элементов значительно усложняет технологию изготовления коронки.The closest is the technical solution for a diamond drill bit containing an annular body and a diamond layer, divided into segments by flushing grooves (SU No. 1361295, E21B 10/60, 1984). Segments are formed by surfaces parallel and inclined relative to the axis of the crown. In the lower part from the outside and inside, disc-shaped wear-resistant elements are installed. Inclined surfaces form a thinned part on the segments and in the initial period of the crown operation (its running-in), due to the smaller contact area of the surface of the segments with the face, high specific pressures and high temperatures develop, which lead to rapid abrasion of the thinned part, and at the same time have a negative impact on the underlying diamondiferous layers with the loss of their strength characteristics. The decrease in strength characteristics contributes to excessive initial wear of the working surface of the crown, reducing the life of the crown as a whole. In addition, wear-resistant elements made in the form of a disk are small in size and therefore protect the limited surface of the working layer from wear. Equipping the crown with a large number of wear-resistant elements greatly complicates the technology of manufacturing the crown.
Технической задачей является создание буровой коронки с коротким временем прирабатываемости рабочей поверхности, и повышенным сроком службы, без усложнения технологии изготовления коронки.The technical task is to create a drill bit with a short running-in time of the working surface, and an increased service life, without complicating the technology of production of the crown.
Техническая задача решается тем, что в импрегнированной алмазной буровой коронке, содержащей кольцевой корпус и алмазоносный рабочий слой, разделенный промывочными пазами на сегменты, образованные параллельными и образующими рабочую поверхность наклонными относительно оси коронки поверхностями, и снабженные с наружной и внутренней стороны износостойкими элементами, наклонные поверхности пересекаются с рабочей поверхностью сегментов с образованием на ней кольцевой площадки первоначального контакта коронки с забоем, имеющей в диаметральном направлении ширину, равную 15-35% от наибольшей ширины сегмента, а наклонные поверхности составляют угол с кольцевой площадкой 7-20°, кроме того, износостойкие элементы выполнены прямоугольной формы и расположены длинной стороной вдоль окружной поверхности сегмента.The technical problem is solved in that in an impregnated diamond drill bit containing an annular body and a diamond-bearing working layer, divided by flushing grooves into segments formed by parallel surfaces that form surfaces that are inclined relative to the axis of the crown and are equipped with wear-resistant elements on the outside and inside, inclined surfaces intersect with the working surface of the segments with the formation on it of an annular area of the initial contact of the crown with the face, which has a diameter tral direction a width equal to 15-35% of the maximum width of the segment, and the inclined surfaces make an angle with the annular platform 7-20 °, furthermore, wear elements are rectangular and are arranged along the long side of the circumferential surface of the segment.
Сущность изобретения заключается в том, что размеры кольцевой площадки и угла, под которым расположены наклонные поверхности сегментов, обеспечивают оптимальный первоначальный контакт коронки с забоем, благодаря чему прирабатываемость рабочей поверхности коронки осуществляется за более короткое время. В то же время при оптимальном первоначальном контакте коронки с забоем удельные давления, действующие на рабочую поверхность коронки, уменьшаются, снижается температурное воздействие на алмазоносный слой, в том числе за счет рассеивания тепла по большей поверхности и, кроме того, отсутствие утоненной части на рабочей поверхности сегментов повышают срок службы коронки. Расположение износостойких элементов, имеющих прямоугольную форму, длинной стороной вдоль окружной поверхности сегментов предохраняют от износа большую площадь цилиндрической поверхности алмазоносного слоя, соприкасающегося с керном и стенками буримого отверстия, что также увеличивает срок службы инструмента. Кроме того, учитывая то, что к диаметру рабочего слоя коронки предъявляются высокие требования по точности, а материал, из которого изготавливаются износостойкие элементы, является весьма труднообрабатываемым, более технологично достичь высокую точность при оснащении сектора небольшим количеством износостойких элементов необходимой длины, чем большим количеством износостойкими элементами небольших размеров.The essence of the invention lies in the fact that the dimensions of the annular platform and the angle at which the inclined surfaces of the segments are located provide optimal initial contact of the crown with the face, due to which the working-in of the working surface of the crown is carried out in a shorter time. At the same time, with optimal initial contact of the crown with the face, the specific pressures acting on the working surface of the crown are reduced, the temperature effect on the diamond layer is reduced, including due to heat dissipation over the larger surface and, in addition, the absence of a thinned part on the working surface segments increase crown life. The location of the wear-resistant elements having a rectangular shape, the long side along the circumferential surface of the segments protects against wear a large area of the cylindrical surface of the diamondiferous layer in contact with the core and the walls of the drill hole, which also increases the tool life. In addition, given that the accuracy of the crown is high, and the material from which the wear-resistant elements are made is very difficult to process, it is more technologically advanced to achieve high accuracy by equipping the sector with a small number of wear-resistant elements of the required length than a large number of wear-resistant elements of small sizes.
На фиг.1 показан продольный осевой разрез коронки.Figure 1 shows a longitudinal axial section of the crown.
На фиг.2 показан вид на рабочую поверхность коронки.Figure 2 shows a view of the working surface of the crown.
На фиг.3 показано осевое сечение сектора.Figure 3 shows the axial section of the sector.
На фиг 4 показано сечение сектора по А-А.Figure 4 shows a section of a sector along AA.
Коронка состоит из стального корпуса 1 и укрепленного на нем алмазоносного рабочего слоя 2. Алмазоносный рабочий слой разделен на сегменты 3 промывочными пазами 4. Сегмент алмазоносного рабочего слоя образован параллельными относительно оси 5 коронки поверхностями 6 и наклонными поверхностями 7. Наклонные поверхности 7 пересекают рабочую поверхность сегмента с образованием кольцевой площадки первоначального контакта коронки с забоем 8. Ширина 9 кольцевой площадки в диаметральном направлении составляет 15-35% от наибольшей ширины сегмента 10. Наибольшей шириной сегмента 10 является та его часть, которая заключена между параллельными поверхностями 6. Наклонные поверхности 7 расположены под углом α к кольцевой площадке. Угол α составляет 7-20°. В нижней части сегмента с наружной и внутренней стороны размещены износостойкие элементы 11. Износостойкие элементы имеют прямоугольную форму и расположены они длинной стороной вдоль окружной поверхности сегмента, т.е. параллельно рабочей поверхности коронки. Износостойкие элементы изготавливаются предпочтительно из сверхтвердых материалов, таких как композиционные материалы на основе алмаза или кубического нитрида бора с высоким их объемным содержанием. Изготавливаются такие элементы в прессформе, которая позволяет получать элементы с радиусной рабочей поверхностью 12 с высокой точностью и необходимой длины. Поэтому для защиты от износа большей площади сегмента износостойкие элементы изготавливают оптимальной длины.The crown consists of a
Ширина кольцевой площадки торца рабочего слоя, равная 15-35% наибольшей ширины сегмента, обеспечивает оптимальные условия для вскрытия алмазоносного слоя. При меньшей ширине площадки будет иметь место повышение температуры и существенный износ алмазоносного рабочего слоя, а при большей ширине площадки увеличится время приработки коронки. Угол расположения наклонных поверхностей 7-20° также обеспечивает оптимальные условия для вскрытия. При меньшем угле наклона существенно увеличится время приработки коронки, при большем угле наклона из-за большого утонения сегмента будет иметь место значительный износ коронки.The width of the annular area of the end face of the working layer, equal to 15-35% of the largest segment width, provides optimal conditions for opening the diamondiferous layer. With a smaller width of the platform, an increase in temperature and significant wear of the diamondiferous working layer will take place, and with a larger width of the platform, the time for running in the crown will increase. The angle of inclination of 7-20 ° also provides optimal conditions for opening. With a smaller angle of inclination, the running-in time of the crown will significantly increase, with a larger angle of inclination due to the large thinning of the segment, significant wear of the crown will take place.
Буровая коронка работает следующим образом.The drill bit works as follows.
Коронку при помощи резьбы закрепляют на колонковой трубе бурильной установки и сообщают ей вращение и осевую нагрузку. Алмазоносный слой вступает в контакт с породой и разрушает ее. Одновременно подается охлаждающая жидкость, которая охлаждает коронку и по промывочным пазам выносит наверх образующийся шлам. Закрепленные в нижней части сегментов износостойкие элементы калибруют стенки керна и скважины, защищают сегменты от чрезмерного износа, сохраняя размеры коронки по наружному и внутреннему диаметру и не давая возможности скважине зауживаться.Using the thread, the crown is fixed on the core pipe of the drilling rig and the rotation and axial load are communicated to it. The diamond layer comes into contact with the rock and destroys it. At the same time, coolant is supplied, which cools the crown and carries out the formed sludge upward through the washing grooves. The wear-resistant elements fixed in the lower part of the segments calibrate the core and well walls, protect the segments from excessive wear, preserving the crown dimensions along the outer and inner diameters and preventing the well from narrowing.
Таким образом, кольцевая площадка на рабочей поверхности коронки с оптимальными размерами и износостойкие элементы прямоугольной формы, расположенные длинной стороной вдоль окружной поверхности сегмента, позволяют сократить время прирабатываемости рабочей поверхности коронки и увеличить срок службы без усложнения технологии изготовления коронки.Thus, the annular platform on the working surface of the crown with optimal dimensions and wear-resistant rectangular elements located along the circumferential surface of the segment with the long side allow to reduce the running-in time of the working surface of the crown and increase the service life without complicating the technology of manufacturing the crown.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148108/03A RU2513049C1 (en) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | Impregnated diamond crown bit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148108/03A RU2513049C1 (en) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | Impregnated diamond crown bit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2513049C1 true RU2513049C1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50480608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012148108/03A RU2513049C1 (en) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | Impregnated diamond crown bit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2513049C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113445929A (en) * | 2021-07-30 | 2021-09-28 | 武汉万邦激光金刚石工具股份有限公司 | Enhanced hot-pressing columnar diamond complex impregnated bit and manufacturing method thereof |
| CN113622827A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-09 | 中国地质大学（武汉） | Diamond bit for drilling into fractured hard rock stratum |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU473801A1 (en) * | 1973-03-01 | 1975-06-14 | Институт сверхтвердых материалов АН Украинской ССР | Diamond of a drill crown |
| SU719192A1 (en) * | 1977-10-24 | 1981-09-07 | Институт Физико-Технических Проблем Севера Якутского Филиала Сибирского Отделения Ан Ссср | Diamond drilling crown |
| SU1086112A1 (en) * | 1983-03-24 | 1984-04-15 | Специальное Конструкторское Бюро Всесоюзного Промышленного Объединения "Союзгеотехника" | Drill crown |
| SU1069476A1 (en) * | 1982-02-22 | 1984-11-23 | Отделение Экспериментальных Исследований Центрального Научно-Исследовательского Геологоразведочного Иститута Цветных И Благородных Металлов | Diamond boring bit |
| SU1361295A1 (en) * | 1984-12-25 | 1987-12-23 | Специальное Конструкторское Бюро Всесоюзного Промышленного Объединения "Союзгеотехника" | Crown bit |
-
2012
- 2012-11-13 RU RU2012148108/03A patent/RU2513049C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU473801A1 (en) * | 1973-03-01 | 1975-06-14 | Институт сверхтвердых материалов АН Украинской ССР | Diamond of a drill crown |
| SU719192A1 (en) * | 1977-10-24 | 1981-09-07 | Институт Физико-Технических Проблем Севера Якутского Филиала Сибирского Отделения Ан Ссср | Diamond drilling crown |
| SU1069476A1 (en) * | 1982-02-22 | 1984-11-23 | Отделение Экспериментальных Исследований Центрального Научно-Исследовательского Геологоразведочного Иститута Цветных И Благородных Металлов | Diamond boring bit |
| SU1086112A1 (en) * | 1983-03-24 | 1984-04-15 | Специальное Конструкторское Бюро Всесоюзного Промышленного Объединения "Союзгеотехника" | Drill crown |
| SU1361295A1 (en) * | 1984-12-25 | 1987-12-23 | Специальное Конструкторское Бюро Всесоюзного Промышленного Объединения "Союзгеотехника" | Crown bit |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113445929A (en) * | 2021-07-30 | 2021-09-28 | 武汉万邦激光金刚石工具股份有限公司 | Enhanced hot-pressing columnar diamond complex impregnated bit and manufacturing method thereof |
| CN113445929B (en) * | 2021-07-30 | 2024-05-17 | 武汉万邦激光金刚石工具股份有限公司 | Reinforced hot-pressing columnar diamond composite impregnated drill bit and manufacturing method thereof |
| CN113622827A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-09 | 中国地质大学（武汉） | Diamond bit for drilling into fractured hard rock stratum |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2389861C2 (en) | Drilling bit | |
| US9903165B2 (en) | Drill bits with axially-tapered waterways | |
| CN101652532B (en) | Core drill bit with extended matrix height | |
| RU2721914C2 (en) | Cutting element with multiple beveled surfaces and cutting end of definite shape, and drilling cutting tools containing such cutting elements | |
| CN103097642B (en) | There is the impregnated bit of integrated reamer | |
| US4892159A (en) | Kerf-cutting apparatus and method for improved drilling rates | |
| RU2615560C2 (en) | Drill bit with modular cutters and controlled drilling specific pressure | |
| NO760360L (en) | ||
| US2966949A (en) | Full hole permanent drill bit | |
| US9500036B2 (en) | Single-waterway drill bits and systems for using same | |
| US6131676A (en) | Small disc cutter, and drill bits, cutterheads, and tunnel boring machines employing such rolling disc cutters | |
| US20160145946A1 (en) | Drill bits having flushing and systems for using same | |
| US20140131111A1 (en) | Two-centre rotary boring bit and method for deepening an existing well | |
| CN102536124A (en) | Single-roller bit with PDC (polycrystalline diamond compact) composite plates | |
| US20160237752A1 (en) | Subsurface drilling tool | |
| RU2513049C1 (en) | Impregnated diamond crown bit | |
| CN105765152A (en) | Drill bits having blind-hole flushing and systems for using same | |
| RU2468178C1 (en) | Diamond crown bit | |
| AU2015203268B2 (en) | Core-sampling drill bit | |
| qiong Guo et al. | Development of PDC drill bits for MWD directional drilling in underground coal mine | |
| AU2015244141B2 (en) | Single-waterway drill bits and systems for using same | |
| RU2473773C1 (en) | Diamond crown bit | |
| RU2478767C2 (en) | Crown bit | |
| CN109989714B (en) | Drill bit for ultra-high rotation speed drilling of deep hard stratum | |
| RU2373370C2 (en) | Diamond drill bit |