RU2268348C1

RU2268348C1 - Drilling bit

Info

Publication number: RU2268348C1
Application number: RU2004122575/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Валерий Александрович Кирсанов (RU); Валерий Александрович Кирсанов; Владимир Федорович Сорокин (RU); Владимир Федорович Сорокин; Владимир Иванович Орлов (RU); Владимир Иванович Орлов
Original assignee: Николай Митрофанович Панин; Валерий Александрович Кирсанов; Владимир Федорович Сорокин; Владимир Иванович Орлов
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-01-20

Abstract

FIELD: rock drilling equipment, particularly core bits adapted to drill fractured rock and rock having variable hardness.

SUBSTANCE: drilling bit comprises body with slits formed in lower part thereof. The slits are inclined in direction opposite to body rotation direction and divide the body into sectors reinforced with concentrically arranged cutters. The drilling bit also has guiding bush with connection thread arranged in body interior. The sectors are arranged in steps and the leading sectors are reinforced with rock-cutting members having lesser wear resistance and lesser bending resistance in comparison with other drilling bit sectors. To provide this the leading sectors have reduced cross-sections. The cross-sections are reduced by forming unloading radial channels arranged at slit bases or by imparting trapezoid shapes to the leading sectors, wherein the bases of trapezoid sectors are arranged from connection thread side.

EFFECT: increased efficiency of rock cutting due to stepped face creation, possibility to cut rock of different hardness with cuts having different wear resistance.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым коронкам, предназначенным для разрушения трещиноватых и перемежающихся по твердости пород.The invention relates to a rock cutting tool, namely to drill bits intended for fracturing fractured and alternating hardness rocks.

Известна буровая коронка, включающая корпус с прорезями в нижней части, разделяющими ее на отдельные армированные породоразрушающими резцами секторы, причем прорези выполнены наклонно в сторону, противоположную направлению вращения корпуса (см. авт. св. СССР № 548701, кл. Е 21 В 10/02, 1974 г.).Known drill bit, comprising a housing with slots in the lower part, dividing it into separate sectors reinforced by rock cutting tools, and the slots are made obliquely in the direction opposite to the direction of rotation of the body (see ed. St. USSR No. 548701, class E 21 B 10 / 02, 1974).

К недостаткам данной коронки следует отнести недостаточную эффективность очистки забоя от шлама из-за ухода части жидкости через прорези, не доходя до забоя скважины.The disadvantages of this crown include the insufficient efficiency of cleaning the bottom of the sludge due to the departure of part of the liquid through the slots, not reaching the bottom of the well.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является буровая коронка, содержащая корпус с прорезями в нижней части, наклоненными в сторону, противоположную направлению вращения корпуса, и разделяющими ее на рабочие секторы, армированные породоразрушающими элементами, и направляющую втулку, размещенную в полости корпуса (см. авт. св. СССР № 622961, кл. Е 21 В 10/02, 1976 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a drill bit containing a body with slots in the lower part, inclined to the side opposite to the direction of rotation of the body, and dividing it into working sectors reinforced by rock cutting elements, and a guide sleeve placed in the body cavity (see ed. St. USSR No. 622961, class E 21 B 10/02, 1976).

Недостатком этой коронки является низкая эффективность ее работы при разбуривании перемежающихся пород, связанная с использованием одних и тех же породоразрушающих элементов для разбуривания пород различной твердости, что не может обеспечить высокую проходку и скорость бурения в течение всего рейса.The disadvantage of this crown is the low efficiency of its work when drilling intermittent rocks, associated with the use of the same rock cutting elements for drilling rocks of different hardness, which cannot provide high penetration and drilling speed throughout the voyage.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы коронки при использовании ее для разбуривания перемежающихся по твердости пород.In connection with the stated technical objective of the invention is to increase the efficiency of the crown when using it to drill rocks alternating in hardness.

Поставленная задача решается тем, что в буровой коронке, содержащей корпус с прорезями в нижней части, наклоненными в сторону, противоположную направлению вращения корпуса, и разделяющими ее на секторы, армированные породоразрущающими элементами, и направляющую втулку, размещенную в полости корпуса, согласно изобретению секторы расположены ступенчато, при этом опережающие секторы армированы менее износостойкими породоразрущающими элементами и имеют меньшее сопротивление изгибу.The problem is solved in that in a drill bit containing a housing with slots in the lower part, inclined to the side opposite to the direction of rotation of the housing, and dividing it into sectors reinforced by rock cutting elements, and a guide sleeve placed in the cavity of the housing, according to the invention, the sectors are located stepwise, while the leading sectors are reinforced with less wear-resistant rock cutting elements and have less bending resistance.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что опережающие секторы выполнены:The task is also facilitated by the fact that the leading sectors are completed:

- с меньшим поперечным сечением по сравнению с отстающими секторами;- with a smaller cross section compared with lagging sectors;

- с разгрузочными радиальными каналами, расположенными у основания прорезей;- with unloading radial channels located at the base of the slots;

- во фронтальной плоскости трапецеидальной формы, меньшее основание которой расположено со стороны присоединительной резьбы;- in the frontal plane of a trapezoidal shape, the smaller base of which is located on the side of the connecting thread;

- опережающие секторы армированы твердосплавными резцами, а остальные - алмазными вставками.- leading sectors are reinforced with carbide cutters, and the rest with diamond inserts.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид коронки в разрезе, фиг.2 и 3 - варианты выполнения секторов.The invention is illustrated in the drawing, in which figure 1 depicts a General view of the crown in section, figure 2 and 3 are embodiments of sectors.

Буровая коронка включает корпус 1 с прорезями 2 на нижнем торце, наклоненными в сторону, противоположную направлению вращения корпуса 1, и разделяющими ее на ступенчато расположенными секторы 3 и 4, армированные породоразрущающими элементами различной износостойкости, соответственно 5 и 6, и размещенную в полости корпуса 1 направляющую втулку 7, соединенную с ним посредством сварного шва 8 или резьбы (не показана). Направляющая втулка 7 снабжена присоединительной резьбой 9 для соединения с колонковой трубой или с буровым снарядом. Породоразрушающие элементы 5 и 6 на торце каждого сектора 3 и 4 расположены по концентрическим окружностям с полным перекрытием забоя. В зависимости от условий работы породоразрушающие элементы 5 и 6 могут быть выполнены из твердого сплава с разной износостойкостью, причем резцы с меньшей износостойкостью используются для армировки опережающих секторов 3, а более износостойкие резцы - для армировки остальных секторов 4. При значительных колебаниях твердости разбуриваемых пород предпочтительно опережающие секторы 3 армировать твердосплавными резцами 5, а остальные секторы 4 - алмазными вставками 6. Опережающие секторы 3 выполнены по сравнению с другими секторами 4 с меньшим сопротивлением изгибу, что может быть достигнуто уменьшением сечения секторов 4 например, путем уменьшения их длин l₁<l₂, что позволяет при увеличении осевой нагрузки менять их положение относительно секторов 4. Этот эффект может быть достигнут и за счет выполнения секторов 3 с разгрузочными радиальными пазами 10, расположенными у основания прорезей 2, или путем выполнения секторов 3 во фронтальной плоскости в виде равнобокой трапеции, меньшее основание которой - l₃ расположено по отношению к большему основанию - l₄ со стороны присоединительной резьбы 9.The drill bit includes a housing 1 with slots 2 at the lower end, inclined to the side opposite to the direction of rotation of the housing 1, and dividing it into stepwise arranged sectors 3 and 4, reinforced with rock cutting elements of different wear resistance, 5 and 6, respectively, and placed in the cavity of the housing 1 a guide sleeve 7 connected to it by means of a weld seam 8 or thread (not shown). The guide sleeve 7 is provided with a connecting thread 9 for connection with a core tube or with a drill. Rock-breaking elements 5 and 6 at the end of each sector 3 and 4 are located on concentric circles with a complete overlap of the face. Depending on the operating conditions, the rock cutting elements 5 and 6 can be made of hard alloy with different wear resistance, and cutters with lower wear resistance are used to reinforce the leading sectors 3, and more wear-resistant cutters are used to reinforce the remaining sectors 4. With significant fluctuations in the hardness of the drilled rocks, it is preferable reinforce the leading sectors 3 with carbide cutters 5, and the remaining sectors 4 with diamond inserts 6. The leading sectors 3 are made in comparison with other sectors 4 with less m bending resistance, which can be achieved by reducing the cross section of sectors 4, for example, by reducing their lengths l ₁ <l ₂ , which allows increasing their axial load relative to sectors 4. This effect can be achieved by performing sectors 3 with unloading radial grooves 10 located at the base of the slots 2, or by making sectors 3 in the frontal plane in the form of an isosceles trapezoid, the smaller base of which - l ₃ is located in relation to the larger base - l ₄ from the side of the connector thread 9.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента резцы 5 на опережающих секторах 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода выносится промывочной жидкостью, прокачиваемой буровым насосом через полость бурильной колонны и буровой коронки. При встрече более твердых пород осевая нагрузка увеличивается и опережающие секторы 3 примыкают к секторам 4. В этом случае в работу вступают более износостойкие породоразрушающие элементы 6 секторов 4. Это обеспечивается путем подбора высоты смещения - h секторов 3 и 4. Благодаря выполнению опережающих секторов 3 по сравнению с секторами 4 с "ослабленным сечением" за счет уменьшения их длины, или разгрузочных пазов 10 или трапецеидальной их формы во фронтальной плоскости породоразрушающие элементы 5 мало участвуют при разбуривании твердых пропластков, а основную часть работы выполняют износостойкие элементы 6. После прохождения твердых пропластков осевая нагрузка уменьшается, опережающие секторы 3 восстанавливают свое исходное положение и в работу вновь вступают резцы 5, а породоразрушающие элементы 6 выходят из контакта с породой и забой полностью разрушается резцами 5 опережающих секторов 3.The principle of operation of the crown is as follows. Under the action of axial load and torque, the cutters 5 on leading sectors 3 penetrate into the rock and destroy it. The destroyed rock is carried out by the flushing fluid pumped by the mud pump through the cavity of the drill string and drill bit. When harder rocks meet, the axial load increases and leading sectors 3 adjoin sectors 4. In this case, more wear-resistant rock cutting elements of 6 sectors come into operation. This is achieved by selecting the displacement height - h sectors 3 and 4. Due to the implementation of leading sectors 3 by in comparison with sectors 4 with a "weakened cross-section" due to the reduction of their length, or discharge grooves 10 or their trapezoidal shape in the frontal plane, rock-cutting elements 5 are little involved in the drilling of solid layers, and the main part of the work is performed by wear-resistant elements 6. After passing through the hard layers, the axial load decreases, the leading sectors 3 restore their original position and the cutters 5 come back into operation, and the rock cutting elements 6 come out of contact with the rock and the bottom is completely destroyed by the leading 5 cutters sectors 3.

Применение предложенной коронки со ступенчато расположенными секторами, имеющими разное сопротивление изгибу и армированными резцами с различной износостойкостью, повышает эффективность работы при разбуривании пород с различной твердость, снижает энергоемкость разрушения забоя благодаря селективному использованию вооружения и тем самым гарантирует высокую механическую скорость бурения и значительный рост проходки на коронку. В целом это снижает себестоимость буровых работ, что имеет особое значение при рыночной экономике.The use of the proposed crown with staggered sectors having different bending resistance and reinforced cutters with different wear resistance increases the work efficiency when drilling rocks with different hardness, reduces the energy consumption of face destruction due to the selective use of weapons and thereby guarantees high mechanical drilling speed and significant penetration growth a crown. In general, this reduces the cost of drilling, which is of particular importance in a market economy.

Claims

1. A drill bit containing a body with slots in the lower part, inclined to the side opposite to the direction of rotation of the body, and dividing it into sectors reinforced with concentric cutters, and a guide sleeve with a connecting thread located in the body cavity, characterized in that the sectors are located stepwise, while the leading sectors are reinforced with less wear-resistant rock-breaking elements and have less bending resistance.

2. The drill bit according to claim 1, characterized in that the leading sectors are made with a smaller cross section.

3. The drill bit according to claim 1, characterized in that the leading sectors are made with unloading radial channels located at the base of the slots.

4. The drill bit according to claim 1, characterized in that the leading sectors are made in the frontal plane of a trapezoidal shape, the smaller base of which is located on the side of the connecting thread.

5. The drill bit according to claim 1, characterized in that the leading sectors are reinforced with carbide cutters, and the remaining sectors are reinforced with diamond inserts.