RU190545U1 - Долото для бурения - Google Patents
Долото для бурения Download PDFInfo
- Publication number
- RU190545U1 RU190545U1 RU2019111095U RU2019111095U RU190545U1 RU 190545 U1 RU190545 U1 RU 190545U1 RU 2019111095 U RU2019111095 U RU 2019111095U RU 2019111095 U RU2019111095 U RU 2019111095U RU 190545 U1 RU190545 U1 RU 190545U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bit
- cutters
- drilling
- axis
- cutter
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims 1
- 210000004283 incisor Anatomy 0.000 abstract description 13
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 11
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Долото предназначено для бурения скважин в горных породах средней твердости, в том числе абразивных, при бурении которых ресурс инструмента может быть резко ограничен из-за повышенного изнашивания резцов. Долото для бурения включает корпус с резьбой, матрицу долота с расположенными на торцевой и боковой ее поверхности резцами. Согласно техническому решению, резцы, расположенные как на боковой, так и на торцевой поверхности, выполнены с возможностью вращения, при этом торцевая поверхность долота выполнена с наклоном относительно оси корпуса долота на 45°, а боковые поверхности всех вращающихся резцов выполнены с напылением из твердого пористого металла и оснащены насечкой, ориентированной вдоль продольной оси резца. В качестве напыления используют, например, карбид вольфрама. Технический результат заключается в эффективности бурения за счет повышения ресурса долота. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Долото предназначено для бурения скважин в горных породах средней твердости, в том числе абразивных, при бурении которых ресурс инструмента может быть резко ограничен из-за повышенного изнашивания резцов.
При использовании долот с резцами PDC (polycrystalline diamond cutters) изнашиванию подвергается только нижняя часть кромки резца, в том случае если резец зафиксирован в корпусе или матрице долота. Это значительно снижает ресурс долот.
За аналог принято долото с резцами PDC, фиксированно расположенных по рабочей поверхности (В.В. Нескоромных Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ. М.: Инфра-М, 2016 г. стр. 213, рис. 5. 22).
Данное долото оснащено зафиксированными в корпусе долота резцами типа PDC.
Недостатком данного долота является низкий ресурс, реализуемый резцами, так как при бурении с породой контактирует только нижняя часть резца, а остальная часть периметра резца (не менее 80%) остается неизношенной.
За прототип принято долото с резцами типа ONYX (В.В.Нескоромных Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ. М.: Инфра-М, 2016 г. стр. 214, рис. 5.25). В данном долоте помимо фиксированных резцов PDC в наиболее нагруженных частях торца долота установлены резцы с возможностью вращения в процессе бурения, что существенно повышает их ресурс.
Недостатком долота с резцами типа ONYX является то, что только часть резцов имеет возможность для вращения в процессе бурения, а поэтому ресурс долота увеличивается не значительно. Причиной незначительного увеличения ресурса долота является низкий уровень оптимизации формы торцевой части долота и конструкции резцов.
Задачей создания долота является повышение эффективности бурения за счет повышения ресурса долота.
Достигается это тем, что долото для бурения, включающее корпус с резьбой, матрицу долота, с расположенными на торцевой и боковой ее поверхности резцами, согласно техническому решению, резцы, расположенные как на боковой, так и на торцевой поверхности выполнены с возможностью вращения, при этом торцевая поверхность долота выполнена с наклоном относительно оси корпуса долота на 45 градусов, а боковые поверхности всех вращающиеся резцов выполнены с напылением из твердого пористого металла и оснащены насечкой, ориентированной вдоль продольной оси резца. В качестве напыления используют, например, карбид вольфрама.
Резцы установлены с возможностью вращения при взаимодействии со стенкой скважины или с наклонным участком забоя скважины, т.е. в результате продольного перемещения резца вдоль оси скважины и контакта с ее боковой поверхностью.
где - механическая скорость бурения, м/ч; R - радиус резца, м; Кп - коэффициент проскальзывания резца.
Учитывая высокую вероятность проскальзывания резца при продольном перемещении, частота вращения Ω может меняться от нуля до максимального значения, зависящего от механической скорости бурения.
Если резец не проворачивается при бурении, то его износ будет высоким и это снизит эффективность работы долота.
Вращение резца происходит под действием крутящего момента
Mкр=R⋅F,
где R - радиус резца, м; F - усилие, ориентированное вертикально вверх из точки контакта резца с боковой поверхностью ствола скважины, и вращающее резец, кН.
Усилие F определяется усилием прижатия резца к боковой поверхности ствола скважины (стенке или участка забоя скважины) и коэффициентом трения (зацепления) резца о породу боковой поверхностью:
F=Рос /N⋅μ⋅cosα,
где Рос - осевая нагрузка на долото, кН; N - число резцов на торцевой части долота, воспринимающие осевую нагрузку; μ - коэффициент трения резцов о породу; a - угол наклона боковой поверхности торца долота, град.
Для повышения вероятности проворачивания резца вокруг собственной оси следует повысить фрикционные свойства боковой поверхности резца, например, за счет выполнения боковой поверхности резцов с боковой продольной насечкой.
Проворачиванию резца вокруг своей оси будет препятствовать момент сопротивления:
Коэффициент проскальзывания резца может определяться через соотношение Мкр/Мс.
Из этого следует, что для снижения проскальзывания резца следует повышать соотношение следующих параметров:
Для вращения резца вокруг собственной оси важнейшим является скорость углубления долота и сила прижатия резца к поверхности стенки скважины или наклонной части забоя скважины.
Усилие прижатия резца с к стенке скважины определяется через cos α, а это значит, что наиболее рациональным углом наклона α будет поверхность, под углом 45°. Именно при таком угле наклона поверхности долота будут максимальными и усилие прижатия Рп и степень совпадения плоскости действия углубления долота в скважине и усилия Fi и определяться значением cos α=sin α=0,707 при α=45°.
На фиг. 1 показано предлагаемое долото, где 1 - корпус с резьбой; 2 - матрица; 3 - вращающиеся резцы на боковой поверхности долота; 4 - вращающиеся резцы на торцевой поверхности долота; 5 - не вращающиеся резцы на торце. На фиг. 2 показан резец, выполненный с насечкой 6.
На фиг. 3 показана схема для определения условий вращения резцов: N - число резцов на торце долота; Н - глубина резания-скалывания породы.
Для большей эффективности резцов при бурении боковая поверхность вращающихся резцов выполнена с напылением из твердого пористого металла, например, карбида вольфрама и оснащена насечкой, ориентированной вдоль продольной оси резцов 3 и 4
Предлагаемое долото работает следующим образом.
При бурении происходит резание-скалывание породы резцами долота типа PDC 3, 4 и 5.
Резцы 5 закреплены на торце долота и осуществляют разрушение породы на забое за счет крутящего момента передаваемого на долото от колонны бурильных труб.
Резцы 3 и 4 установлены с возможностью вращения вокруг своей оси. В процессе углубления скважины со скоростью резцы 3 и 4 вращаются с частотой равной
где - механическая скорость бурения, м/ч; R - радиус резцов 3 и 4, м; Кп - коэффициент проскальзывания резца.
Резцы 3 вращаются за счет взаимодействия боковой поверхностью со стенкой скважины, а резцы 4 за счет взаимодействия с наклонным забоем скважины.
Для более активного сцепления боковой поверхности резцов 3 и 4 с горной породой и прочности резцов, они подвергнуты напылению из твердого пористого металла, например, карбида вольфрама и оснащены насечкой, ориентированной вдоль продольной оси резца 8.
При этом для более эффективного вращения резцов 4 и для возможности размещения большего числа вращающихся резцов 4 торцевая поверхность долота должна иметь наклон равный 45 градусов.
Наклон торцевой поверхности долота равный 45 градусов позволяет разместить резцы с возможностью вращения вокруг своей оси и обеспечивает плотное прижатие резца к боковой поверхности ствола скважины, т.е. обеспечить наиболее эффективный процесс работы долота и повышение его ресурса. В случае если торцевая поверхность долота будет иметь наклон меньше 45 градусов, форма торца поверхности не позволит надежную установку резцов с возможностью вращения вокруг своей оси, а усилие прижатия резца к поверхности скважины будет незначительной для осуществления возможности его вращения вокруг своей оси.
Claims (2)
1. Долото для бурения, включающее корпус с резьбой, матрицу долота с резцами, расположенными на торцевой и боковой ее частях, отличающееся тем, что резцы, расположенные как на боковой, так и на торцевой поверхности, выполнены с возможностью вращения вокруг своей оси, при этом торцевая поверхность выполнена с наклоном относительно оси корпуса долота на 45°, причем боковые поверхности всех вращающихся резцов выполнены с напылением из твердого пористого металла и оснащены насечкой, ориентированной вдоль продольной оси резца.
2. Долото для бурения по п. 1, отличающееся тем, что в качестве напыления используют, например, карбид вольфрама.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111095U RU190545U1 (ru) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | Долото для бурения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111095U RU190545U1 (ru) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | Долото для бурения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU190545U1 true RU190545U1 (ru) | 2019-07-03 |
Family
ID=67216175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019111095U RU190545U1 (ru) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | Долото для бурения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU190545U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5979578A (en) * | 1997-06-05 | 1999-11-09 | Smith International, Inc. | Multi-layer, multi-grade multiple cutting surface PDC cutter |
RU138675U1 (ru) * | 2013-09-30 | 2014-03-20 | Дмитрий Игоревич Сафонов | Буровое долото |
RU2536901C2 (ru) * | 2013-04-23 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") | Алмазное долото с механическим креплением резцов |
US9624731B2 (en) * | 2011-11-17 | 2017-04-18 | Smith International, Inc. | Rolling cutter with side retention |
-
2019
- 2019-04-12 RU RU2019111095U patent/RU190545U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5979578A (en) * | 1997-06-05 | 1999-11-09 | Smith International, Inc. | Multi-layer, multi-grade multiple cutting surface PDC cutter |
US9624731B2 (en) * | 2011-11-17 | 2017-04-18 | Smith International, Inc. | Rolling cutter with side retention |
RU2536901C2 (ru) * | 2013-04-23 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") | Алмазное долото с механическим креплением резцов |
RU138675U1 (ru) * | 2013-09-30 | 2014-03-20 | Дмитрий Игоревич Сафонов | Буровое долото |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
НЕСКРОМНЫХ В.В. Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ: учебное пособие. Красноярск, Сиб. федер. ун-т, 2015, всего 396 с., с.231,232, рис.3.19. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7140448B2 (en) | Stepped polycrystalline diamond compact insert | |
US9366089B2 (en) | Cutting element attached to downhole fixed bladed bit at a positive rake angle | |
US4872520A (en) | Flat bottom drilling bit with polycrystalline cutters | |
US3311181A (en) | Bi-metal drilling tooth | |
US8567532B2 (en) | Cutting element attached to downhole fixed bladed bit at a positive rake angle | |
US8616305B2 (en) | Fixed bladed bit that shifts weight between an indenter and cutting elements | |
EP0427816A4 (en) | Whirl resistant bit | |
US20100065332A1 (en) | Method for Drilling with a Fixed Bladed Bit | |
JPS6055676B2 (ja) | 回転式ドリルビット | |
US10961784B2 (en) | Rotating cutter single cone bit | |
RU2394145C1 (ru) | Буровое шарошечное долото с центральной промывкой | |
US7533738B1 (en) | Insert in a downhole drill bit | |
RU2332553C2 (ru) | Буровое долото для ударного бурения, бурильная система, содержащая такое буровое долото, и способ бурения скважины | |
US20060011388A1 (en) | Drill bit and cutter element having multiple extensions | |
RU190545U1 (ru) | Долото для бурения | |
US10352103B2 (en) | Cutter support element | |
US8418784B2 (en) | Central cutting region of a drilling head assembly | |
US3283837A (en) | Drill bit | |
RU190484U1 (ru) | Долото для бурения | |
CN203640608U (zh) | 一种具有内锥的复合式单牙轮钻头 | |
CN103184833A (zh) | 大锯齿金刚石钻头 | |
RU2520974C1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
RU190616U1 (ru) | Гибридное буровое долото | |
RU2247217C2 (ru) | Термомеханический породоразрушающий инструмент | |
RU2243347C1 (ru) | Лопастное долото |