UA15101U - Drill crown - Google Patents

Abstract

A drill crown comprises a body and a diamond-bearing matrix fixed on it. The matrix is separated by washing slots to sectors reinforced with wear-proof cylindrical inserts made of synthetic diamonds with different diameters. The inserts are placed in the central part of each sector at circles of one diameter, and the diameters of the inserts decrease in circular direction.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до породоруйнівного інструмента, а саме до бурових коронок і може бути 2 використана при бурінні геологорозвідувальних свердловин.The useful model refers to a rock-destructive tool, namely to drill bits and can be used when drilling exploratory wells.

Відома алмазна бурова коронка |див. авт. св. СРСР Мо1417526, МПКА Е21810/48, 1984г.), що містить корпус з алмазоносною матрицею у вигляді кільця, поперечний переріз якого виконано у вигляді клина з опуклими по дузі кола боковими поверхнями, біля вершини якого закріплені зносостійкі вставки у вигляді частини кільця, вісь якого співпадає з віссю матриці, розділеної промивними пазами на сектори. 70 Відома також бурова коронка |див. авт. св. СРСР Мо1458547, МПК 4 Е21810/48, опубл. 15.02.89, Бюл. Мобі, що містить корпус з алмазоносною матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані вставками з різними міцністю і концентрацією алмазів на вставках з надтвердого матеріалу, розміщеними на внутрішній і зовнішній поверхні сектора з виходом на робочий торець коронки.The famous diamond drill bit | see author St. USSR Mo1417526, MPKA E21810/48, 1984), containing a case with a diamond-bearing matrix in the form of a ring, the cross-section of which is made in the form of a wedge with convex side surfaces along the arc of a circle, near the top of which wear-resistant inserts are fixed in the form of a part of a ring, the axis of which coincides with the axis of the matrix divided into sectors by washing grooves. 70 The drill bit is also known | see author St. USSR Mo1458547, IPC 4 E21810/48, publ. 15.02.89, Bull. Moby, containing a case with a diamond-bearing matrix divided by washing grooves into sectors, reinforced with inserts with different strength and concentration of diamonds on inserts made of superhard material, placed on the inner and outer surface of the sector with access to the working end of the crown.

Відома також найбільш близька по технічній суті до пропонованої бурова коронка |див. патент України Мо4403 12 МПК 7 Е21В10/48, опубл. 17.01.05), що містить корпус з алмазоносною матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані похило встановленими до торця корпуса і виступаючими відносно нього циліндричними різцями із синтетичних алмазів, у якій циліндричні різці нахилені до торця матриці таким чином, що діагональна площина, що проходить через діаметрально протилежні точки основ циліндра різця і що ділить його навпіл, збігається з торцевою площиною матриці, оптимальним при цьому буде, якщо розмір алмазів у матриці складає 0,07...0...0,14діаметра різця, а площа контактної поверхні сектора матриці в 1,8...2...2, дразів більша сумарної площі контактної поверхні різців у секторі.Also known is the drill bit that is technically closest to the proposed one | see patent of Ukraine Mo4403 12 IPC 7 E21В10/48, publ. 17.01.05), containing a case with a diamond-bearing matrix divided by washing grooves into sectors, reinforced with cylindrical cutters made of synthetic diamonds obliquely installed to the end of the case and protruding relative to it, in which the cylindrical cutters are inclined to the end of the matrix in such a way that the diagonal plane, passes through the diametrically opposite points of the base of the cylinder of the cutter and which divides it in half, coincides with the end plane of the matrix, it will be optimal if the size of the diamonds in the matrix is 0.07...0...0.14 of the diameter of the cutter, and the area of the contact surface sector of the matrix in 1.8...2...2 times larger than the total area of the contact surface of the cutters in the sector.

Недоліки описаних бурових коронок полягають у великій енергоємності процесу передруйнування породи упродовж усього періоду роботи інструмента через недостатньо продуману схему розташування різців у матриці і вибору розмірів площ контактних поверхонь секторів матриці стосовно площі контактної поверхні кожного різця в секторі, що приводить до зниження ефективності руйнівної здатності бурової коронки, що руйнує, і зниженню п) механічної швидкості буріння.The disadvantages of the described drill bits are the high energy consumption of the process of rock destruction during the entire period of the tool’s operation due to an insufficiently thought-out arrangement of the cutters in the matrix and the selection of the sizes of the areas of the contact surfaces of the sectors of the matrix in relation to the area of the contact surface of each cutter in the sector, which leads to a decrease in the effectiveness of the destructive capacity of the drill bit , which destroys, and decrease n) the mechanical speed of drilling.

В основу корисної моделі покладено завдання такого удосконалення бурової коронки, при якому за рахунок розміщення вставок у центральній частині кожного сектора на окружності одного діаметра зі зменшенням діаметрів вставок в коловому напрямку з дотриманням пропонованих параметрів забезпечується можливість -- зниження енергоємності процесу передруйнування породи упродовж усього періоду роботи інструмента, при Га»)The basis of the useful model is the task of such improvement of the drill bit, in which due to the placement of inserts in the central part of each sector on a circle of one diameter with a decrease in the diameters of the inserts in the circular direction in compliance with the proposed parameters, it is possible to reduce the energy consumption of the process of rock destruction during the entire period of operation instrument, at Ga")

Цьому забезпечується найбільш ефективний винос шламу з зони відпрацьовування і, як наслідок, забезпечується підвищення руйнівної здатності бурової коронки з одночасним підвищенням механічної швидкості -- буріння. юThis ensures the most effective removal of sludge from the working area and, as a result, increases the destructive capacity of the drill bit with a simultaneous increase in the mechanical speed of drilling. yu

Означене завдання вирішується завдяки тому, що в буровій коронці, що складається з корпуса і закріпленої ва ньому алмазоносної матриці, розділеної промивними пазами на сектори, армовані зносостійкими -- циліндричними вставками із синтетичних алмазів, що мають різний діаметр, згідно корисної моделі вставки розміщені в центральній частині кожного сектора на окружності одного діаметра, а діаметри вставок зменшуються в коловому напрямку, при цьому площі основ вставок більшого і меншого діаметрів складають, « відповідно, 1/35-1/130 частин площі поверхні кожного сектора; відстань крайки вставки, що набігає, від крайки З 50 сектора, що набігає, визначається по формулі: с ій п; ' » Її - ---03 де: І - відстань крайки вставки, що набігає, від крайки сектора, що набігає, мм; а, - діаметр основи першої вставки, мм; - пі - порядковий номер установлюваної вставки, починаючи від першої; величина виступання кожної вставки відносно поверхні сектора матриці визначається по наступній залежності: 1 - п-о,2а;041, - де: П; - величина виступання вставки над поверхнею матриці, мм; о 50 а; - радіус установлюваної вставки, мм.The specified task is solved thanks to the fact that in the drill bit, which consists of a body and a diamond-bearing matrix fixed in it, divided by washing grooves into sectors, reinforced with wear-resistant cylindrical inserts made of synthetic diamonds of different diameters, according to a useful model, the inserts are placed in the central part of each sector on a circumference of one diameter, and the diameters of the inserts decrease in the circular direction, while the areas of the bases of the inserts of larger and smaller diameters are, respectively, 1/35-1/130 parts of the surface area of each sector; the distance of the edge of the oncoming insert from the edge of the oncoming sector З 50 is determined by the formula: сий п; ' » Her - ---03 where: И - the distance of the edge of the overhanging insert from the edge of the overhanging sector, mm; a, - diameter of the base of the first insert, mm; - pi - serial number of the installed insert, starting from the first; the amount of protrusion of each insert relative to the surface of the matrix sector is determined by the following dependence: 1 - n-o,2a;041, - where: P; - amount of protrusion of the insert above the surface of the matrix, mm; at 50 a; - the radius of the installed insert, mm.

Причинно-наслідковий зв'язок між пропонованою сукупністю ознак і технічними ефектами, що досягаються - й при її реалізації, полягає у наступному.The cause-and-effect relationship between the proposed set of features and the technical effects that are achieved - and during its implementation, is as follows.

У процесі буріння вставки, що виступають над поверхнею секторів алмазоносної матриці, під дією осьового навантаження створюють у розбурюваному масиві породи зону передруйнування, а алмази, що знаходяться на поверхні матриці, вже в трохи полегшених умовах працюють по передруйнівній породі і завершують процес руйнування. Частки зруйнованої породи потім за допомогою промивної рідини виносяться на поверхню с свердловини. Передруйнування породи повинне супроводжувати процес буріння протягом усього періоду роботи інструмента. Це можливо повною мірою тоді, коли вставки діаметра, що збільшується, у напрямку обертання бурової коронки, розміщені в центральній частині кожного сектора на одній окружності. При роботі 60 пропонованої бурової коронки утвориться східчаста форма зони передруйнування породи. Так, вставка більшого діаметра створює зону передруйнування в породі всередину й у ширину, а наступні за нею вставки менших діаметрів збільшують зону передруйнування поступально всередину масиву породи. Накладання таких процесів передруйнування один на одного дозволяє знизити енергоємність процесу передруйнування породи. Крім того, при роботі пропонованої бурової коронки через зменшення розміру вставок утвориться краплевидна форма 65 потоку промивної рідини під торцем матриці, унаслідок чого знижується коефіцієнт тертя часток шламу при контакті із вставками. Таким чином, забезпечуючи створення східчастої зони передруйнування за рахунок пропонованого вибору діаметра вставок з одночасним більш ефективним охолодженням, алмазам, закріпленим на поверхні секторів матриць, залишається тільки завершити руйнування ослабленої від впливу вставок породи.During the drilling process, the inserts protruding above the surface of the sectors of the diamond-bearing matrix under the action of the axial load create a pre-destruction zone in the rock mass being drilled, and the diamonds located on the surface of the matrix work on the pre-destruction rock in slightly easier conditions and complete the destruction process. Particles of the destroyed rock are then carried to the surface of the well with the help of a washing liquid. The transformation of the rock should accompany the drilling process during the entire period of operation of the tool. This is fully possible when inserts of increasing diameter, in the direction of rotation of the drill bit, are placed in the central part of each sector on one circle. During the operation of the proposed drill bit 60, a stepped shape of the zone of rock destruction will be formed. Thus, an insert of a larger diameter creates a zone of predestruction in the rock inward and in width, and subsequent inserts of smaller diameters increase the zone of predestruction progressively inside the massif of the rock. Superimposition of such transformation processes on each other allows to reduce the energy intensity of the rock transformation process. In addition, during the operation of the proposed drill bit, due to the reduction in the size of the inserts, a drop-shaped form 65 of the flow of the washing liquid will be formed under the face of the matrix, as a result of which the friction coefficient of the mud particles in contact with the inserts is reduced. Thus, ensuring the creation of a stepped zone of destruction due to the proposed selection of the diameter of the inserts with simultaneous more effective cooling, the diamonds fixed on the surface of the sectors of the matrices only have to complete the destruction of the rock weakened by the impact of the inserts.

Максимальна здатність бурової коронки, що руйнує, при мінімальних енергетичних витратах буде забезпечена при дотриманні додаткових умов відповідно до пп. 2-4 формули, оскільки вони спрямовані на оптимальний вибір співвідношення розмірів зони передруйнування і зони контакту алмазоносної матриці з породою. При цьому шлам під торцем матриці буде невеликих розмірів і в незначній кількості, що полегшує роботу алмазам матриці.The maximum capacity of the destructive drill bit with minimal energy consumption will be ensured if additional conditions are met in accordance with paragraphs 2-4 formulas, as they are aimed at the optimal selection of the ratio of the sizes of the predestruction zone and the contact zone of the diamond-bearing matrix with the rock. At the same time, the slime under the face of the matrix will be of small size and in an insignificant amount, which facilitates the work of the diamonds of the matrix.

Вони остаточно руйнують попередньо зруйновану породу без додаткових на це зусиль і збільшення потужності.They finally destroy the previously destroyed rock without additional effort and power increase.

На кресленнях проілюстрована пропонована бурова коронка: на Фіг.1 представлений вид з боку робочого 7/о торця, на Фіг.2 - перетин А-А на Фіг.1 (повернено) у збільшеному масштабі.The drawings illustrate the proposed drill bit: Fig. 1 shows a view from the side of the working 7/o end, Fig. 2 shows the section AA in Fig. 1 (turned) on an enlarged scale.

Бурова коронка містить корпус 1 з алмазоносною матрицею 2, розділеною промивними пазами З на сектори, армовані циліндричними вставками 4, що мають різний діаметр, при цьому вставки 4 розміщені в центральній частині кожного сектора на колі одного діаметра, а діаметри а. вставок 4 зменшуються в коловому напрямку від частини сектора, що набігає, площі основ вставок 4 більшого і меншого діаметрів складають, відповідно 75. 1/35-1/130 частини площі поверхні кожного сектора; відстань крайки вставки 4, що набігає, від крайки сектора, що набігає, визначається по формулі: і -Ян ноз! де: І, - відстань крайки вставки 4, що набігає, від крайки сектора, що набігає, мм; а. - діаметр основи першої вставки 4, мм; п; - порядковий номер установлюваної вставки 4, починаючи від першої; величина виступання кожної вставки 4 відносно поверхні сектора матриці 2 визначається по наступній залежності: п-о,2а;041, де: !; - величина виступання вставки 4 над поверхнею матриці 2, мм; шщ а, - радіус установлюваної вставки 4, мм.The drill bit contains a body 1 with a diamond-bearing matrix 2, divided by washing grooves Z into sectors reinforced with cylindrical inserts 4 of different diameters, while the inserts 4 are placed in the central part of each sector on a circle of the same diameter, and the diameters a. inserts 4 decrease in the circular direction from the part of the approaching sector, the areas of the bases of the inserts 4 of larger and smaller diameters are, respectively, 75. 1/35-1/130 of the surface area of each sector; the distance of the running edge of insert 4 from the running edge of the running sector is determined by the formula: and -Yan noz! where: И, - the distance of the edge of the insert 4, which is approaching, from the edge of the sector, which is approaching, mm; and. - the diameter of the base of the first insert is 4 mm; n; - serial number of the installed insert 4, starting from the first; the amount of protrusion of each insert 4 relative to the surface of the sector of the matrix 2 is determined by the following dependence: n-o,2a;041, where: !; - amount of protrusion of the insert 4 above the surface of the matrix 2, mm; mm, - the radius of the installed insert is 4 mm.

Пропонована бурова коронка працює в такий спосіб. При бурінні осьове навантаження і крутний момент передаються на сектори алмазоносної матриці 2 коронки і через неї на вставки 4. Зносостійкі циліндричні вставки 4, що виступають над алмазоносною матрицею 2, беруть участь у предруйнуванні породи, створюючи -- мережу макро і мікротріщин, а алмази матриці 2 безпосередньо завершують процес руйнування породи. авThe proposed drill bit works in the following way. During drilling, the axial load and torque are transmitted to the sectors of the diamond-bearing matrix 2 of the crown and through it to the inserts 4. The wear-resistant cylindrical inserts 4 protruding above the diamond-bearing matrix 2 participate in the predestruction of the rock, creating a network of macro and microcracks, and the diamonds of the matrix 2 directly complete the rock destruction process. Av

Передруйнування породи супроводжується малими витратами потужності за рахунок утворення східчастої форми зони передруйнування протягом усього періоду роботи інструмента. Завдяки оптимальному виборові - згаданих параметрів частки зруйнованої породи за допомогою промивної рідини виносяться на поверхню ою свердловини, тому виключається поява додаткового шламу, що може накопичуватися в зазорі між алмазами і матрицею 2, а значить, і можливість підпалин коронки. -The destruction of the rock is accompanied by low power consumption due to the formation of a stepped shape of the destruction zone during the entire period of operation of the tool. Thanks to the optimal selection of the mentioned parameters, particles of the destroyed rock are carried to the surface of the well using the washing liquid, therefore the appearance of additional sludge that can accumulate in the gap between the diamonds and the matrix 2 is excluded, which means the possibility of burning the crown. -

При виборі співвідношення площ основ вставок 4 більшого і меншого діаметрів більш 1/35 ширина зони передруйнування породи під коронкою буде перевищувати ширину зони контакту матриці 2 з породою, тобто енергія, що йде на руйнування породи буде витрачатися на непотрібне передруйнування стінок свердловини і « керна. При виході за межі згаданого співвідношення більше, ніж 1/130 зона передруйнування породи не буде - 70 збільшуватися вшир, а буде локалізуватися безпосередньо під торцем матриці 2 коронки, збільшуючи її тільки с всередину, тому що будуть потрібні додаткові витрати потужності на руйнування породи по ширині вибоюWhen choosing the ratio of the areas of the bases of the inserts 4 of larger and smaller diameters to more than 1/35, the width of the zone of rock destruction under the crown will exceed the width of the contact zone of the matrix 2 with the rock, that is, the energy used for the destruction of the rock will be spent on unnecessary destruction of the walls of the well and the core. When exceeding the mentioned ratio by more than 1/130, the zone of rock destruction will not increase in width by 70, but will be localized directly under the end of the matrix 2 of the crown, increasing it only from the inside, because additional power consumption will be required for the destruction of the rock in width blowout

Із» свердловини. Вибір відстані крайки вставки 4, що набігає, від крайки сектора, що набігає, обумовленого пропонованою формулою, продиктований вибором, кожної наступної відстані між вставками 4 більшою, ніж попередня в напрямку обертання коронки, що обумовлено стабілізацією вимивання часток шламу і виключення їх скупчення під торцем матриці 2 без додаткових витрат потужності на їхнє передрібнювання з одночасним - виключенням підпалин. Вибір величини виступання вставок 4 обумовлений створенням оптимального зазору с для проходження шламу між поверхнею матриці 2 і поверхнею вибою свердловини. Якщо цей зазор недостатній, то частки шламу будуть ущільнюватися в ньому і зі зростаючим зусиллям впливати на матрицю 2, катастрофічно - зношуючи її. При невиправданому збільшенні цього зазору частки шламу будуть вимиватися з нього без ав! 20 необхідного впливу на матрицю 2, тому матриця 2 буде зношуватися недостатньо, що приведе до слабкого що оголення алмазів, що знаходяться в ній, і недостатньої їхньої участі в остаточному руйнуванні породи.From" the well. The selection of the distance of the edge of the approaching insert 4 from the edge of the approaching sector determined by the proposed formula is dictated by the choice of each subsequent distance between the inserts 4 greater than the previous one in the direction of rotation of the crown, which is due to the stabilization of the washing out of sludge particles and the exclusion of their accumulation under the end face matrices 2 without additional power consumption for their grinding with the simultaneous exclusion of arson. The selection of the size of the protrusion of the inserts 4 is due to the creation of an optimal gap s for the passage of mud between the surface of the matrix 2 and the surface of the hole. If this gap is insufficient, then the sludge particles will be compacted in it and with increasing effort affect the matrix 2, catastrophically - wearing it out. If this gap is unjustifiably increased, particles of sludge will be washed out of it without av! 20 necessary impact on the matrix 2, therefore, the matrix 2 will not be worn enough, which will lead to a weak exposure of the diamonds in it and their insufficient participation in the final destruction of the rock.

При виконанні пропонованого співвідношення забезпечується така оптимальна величина згаданого зазору, при якому знос матриці 2 на соті частки відсотка випереджає знос вставок 4. сWhen performing the proposed ratio, such an optimal value of the mentioned gap is ensured, in which the wear of the matrix 2 by a hundredth of a percent precedes the wear of the inserts 4. c

Claims (2)

Формула винаходуThe formula of the invention 1. Бурова коронка, що складається з корпусу і закріпленої на ньому алмазоносної матриці, розділеної промивними пазами на сектори, армовані зносостійкими циліндричними вставками із синтетичних алмазів, що 60 мають різний діаметр, яка відрізняється тим, що вставки розміщені в центральній частині кожного сектора на окружності одного діаметра, а діаметри вставок зменшуються в коловому напрямку.1. A drill bit consisting of a body and a diamond-bearing matrix attached to it, divided by washing grooves into sectors, reinforced with wear-resistant cylindrical inserts made of synthetic diamonds, having 60 different diameters, which differs in that the inserts are placed in the central part of each sector on the circumference of the same diameter, and the diameters of the inserts decrease in the circular direction. 2. Коронка за п. 1, яка відрізняється тим, що площі основ вставок більшого і меншого діаметрів складають, відповідно, 1/35-1/130 частини площі поверхні кожного сектора.2. The crown according to claim 1, which differs in that the areas of the bases of the inserts of larger and smaller diameters are, respectively, 1/35-1/130 of the surface area of each sector. З. Коронка за п. 1, яка відрізняється тим, що відстань крайки вставки, що набігає, від крайки сектора, що бо набігає, визначається по формулі:Q. The crown according to claim 1, which differs in that the distance of the edge of the advancing insert from the edge of the advancing sector is determined by the formula: ай де р- ИН оз і 7, 2 і, - відстань крайки вставки, що набігає, від крайки сектора, що набігає, мм; ай - діаметр основи першої вставки, мм;ay de r- YN oz i 7, 2 i, - the distance of the edge of the overhanging insert from the edge of the overhanging sector, mm; ay - diameter of the base of the first insert, mm; м. " порядковий номер установлюваної вставки, починаючи від першої. 7 70 4. Коронка за п. 1, яка відрізняється тим, що величина виступу кожної вставки відносно поверхні сектора матриці визначається по наступній залежності: й; -0,2 а; ж01 де р. - величина виступу вставки над поверхнею матриці, мм; 7 7/5 сі, 7 радіус установлюваної вставки, мм. 7 що 2 «- «в) «- ІФ) ьо -m. " the serial number of the insert to be installed, starting from the first. 7 70 4. Crown according to claim 1, which differs in that the amount of protrusion of each insert relative to the surface of the matrix sector is determined by the following dependence: y; -0.2 a; ж01 where p . - the size of the protrusion of the insert above the surface of the matrix, mm; 7 7/5 si, 7 the radius of the installed insert, mm. 7 that 2 "- "c) "- IF) j - с . и? - 1 - («в) - с 60 б5with . and? - 1 - («c) - p 60 b5