RU2536901C2 - Алмазное долото с механическим креплением резцов - Google Patents
Алмазное долото с механическим креплением резцов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536901C2 RU2536901C2 RU2013118855/03A RU2013118855A RU2536901C2 RU 2536901 C2 RU2536901 C2 RU 2536901C2 RU 2013118855/03 A RU2013118855/03 A RU 2013118855/03A RU 2013118855 A RU2013118855 A RU 2013118855A RU 2536901 C2 RU2536901 C2 RU 2536901C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hole
- pdc cutter
- pdc
- cutter
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при изготовлении алмазных долот со стальным корпусом. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности долота, в упрощении его ремонта. Алмазное долото с механическим креплением резцов содержит корпус с присоединительной резьбой, промывочные узлы, резцы PDC, расположенные во втулках из пластичного металла в отверстиях на лопастях. Крепление резца PDC осуществляется с помощью пары вставленных с усилием одна в другую конических стопорных втулок - одной с наружной цилиндрической поверхностью, ответной стенке отверстия в лопасти, и внутренней конической поверхностью, симметричной оси отверстия, вершиной конуса обращенной в сторону его дна, и другой втулки с внутренней цилиндрической поверхностью, ответной поверхности основания резца PDC, и наружной конической поверхностью, симметричной оси отверстия, вершиной конуса обращенной в сторону его входа. В дне отверстия под резец PDC предусмотрено соосное сквозное отверстие в лопасти, меньшее по диаметру, для введения в него и удаления из отверстия ремонтируемого или заменяемого резца PDC осевыми ударами или выпрессовыванием с помощью выколотки для обеспечения поворота изношенного участка и замены его на рабочей режущей кромке разворотом на нужный угол относительно оси или полной замены резца PDC на новый. 8 ил.
Description
Изобретение относится к области буровой техники, а именно к алмазным долотам для бурения скважин в нефтегазовой отрасли.
Известно алмазное долото [1], принятое в качестве аналога, в котором режущие элементы представлены кристаллами природных алмазов, грани которых обеспечивают непосредственное разрушение породы на забое. Природные или синтетические алмазы размещают в спекаемой матрице, обычно медно-твердосплавной, составляющей единое целое с нижней частью стального полого корпуса долота. От подбора компонентов матрицы при изготовлении долот зависит обнажение и закрепление алмазных режущих элементов. При быстром и большом обнажении алмазы растрескиваются и дробятся, а при недостаточном - почти не проникают в породу и бурение идет с малой механической скоростью. На рабочей матричной поверхности выполняются зазоры между матрицей и породой для обильного смачивания алмазов и каналы циркуляции промывочной жидкости, вытекающей из внутренней полости долота, в виде пазов между лопастями, секторами и др.
Однослойные долота получаются при однослойной укладке крупных алмазов в графитовую пресс-форму в определенном порядке на поверхности матрицы, а импрегнированные - равномерно перемешанные алмазы с частицами карбида вольфрама и другими компонентами матрицы перед спеканием долота. Толщина импрегнированного слоя составляет от 6 до 10 мм. При истирании матрицы на ее поверхности выступают все новые и новые кристаллы, обеспечивая резание породы на забое.
К достоинствам этого типа алмазных долот относится высокая стойкость на истирание кристаллов алмаза, а к недостаткам - трудность и малая надежность закрепления в матрице.
Известно алмазное долото [2], принятое в качестве другого аналога, в котором режущие элементы выполнены в виде резцов PDC с алмазной пластиной, закрепленной на вершине цилиндрической твердосплавной подложки. Резцы PDC устанавливаются в отверстиях, выполненных на лопастях, выступающих над поверхностью корпуса со стороны забоя и со стороны стенки скважины. Назначение первых - разрушение породы на забое, вторых - защита диаметра долота от истирания. Алмазная пластина для резцов PDC изготавливается из алмазного порошка с добавлением катализатора из группы железа, обычно кобальта. При температурах, исчисляемых многими сотнями градусов, и давлениях, исчисляемых многими сотнями атмосфер, алмазный порошок превращается в конгломерат, обладающий уникальными свойствами - суперстойкостью к перегреву и истиранию. К твердосплавной подложке резца алмазная пластина может крепиться различными способами - от сваривания при прессовке до припаивания различными видами припоев.
Готовые резцы PDC с закрепленными алмазными пластинами закрепляются на теле алмазного долота с помощью низкотемпературного припоя с температурой плавления менее 700°С. В зависимости от сорта алмазного порошка и параметров технологии превращения его в конгломерат при спекании и давлении у готовых пластин существует три порога термостойкости: около 400°С, около 750°С и около 1250°С. Соответственно при этих температурах часть алмазного конгломерата растрескивается. Поэтому при изготовлении пластин для алмазных буровых долот стараются ужесточить технологию и приблизить их термостойкость к 800°С и более.
Несмотря на то что температура пайки резцов при установке их в отверстия на корпусе долота не должна превышать 700°С (плавление припоя), нагрев до этой температуры при изготовлении долота, при термостойкости пластин 800°С, влияет отрицательно на прочность и термостойкость.
Еще одно отрицательное свойство алмазных долот состоит в том, что при их ремонте производят нагрев для того, чтобы припой позволил вынуть частично износившиеся при бурении резцы из гнезд в долоте. После проверки состояния на износ части кромки алмазной пластины резец разворачивают в гнезде долота таким образом, чтобы изношенная кромка вышла, а неработавшая кромка вошла бы на ее место и стало возможно разрушение породы на забое новым кольцевым участком рабочей кромки. Резцы с замененными участками режущей кромки пластины необходимо вновь, уже в третий раз, нагревать до 700°С для их закрепления пайкой. Это еще более отрицательно влияет на дальнейшую прочность и термостойкость пластины.
Еще один недостаток прототипа заключается в необходимости доставки долот за сотни километров для ремонта в специализированную мастерскую или на долотный завод, поскольку непосредственно на буровой для реставрации долот условий не имеется.
Известен способ крепления породоразрушающих вставок бурового инструмента [3], принятый в качестве прототипа, в котором в рабочем органе бурового инструмента и проходческих машин породоразрушающие вставки располагаются во втулках, выполненных из пластичного металла, которые запрессовываются в рабочем органе бурового инструмента, причем на внешней поверхности втулок выполнены продольные канавки. Положительными свойствами этого способа являются несколько факторов. Запрессовка вставок в пластичные втулки уменьшает напряжение сжатия и увеличивает фактическую поверхность контакта. Под действием напряжений изгиба, т.е. сжатия и растяжения, пластичные вставки деформируются и снижаются суммарные напряжения, действующие на вставки. Закрепление производится без нагрева и пайки.
Отрицательным является то, что этот способ не позволяет осуществить разворот и новую установку вставки навстречу с породой изношенной стороной.
Целью данного изобретения является создание надежного варианта алмазного долота с механическим креплением резцов, простым технологически и позволяющего производить сборку и ремонт без нагрева и пайки, отрицательно влияющих на прочность и термостойкость резцов PDC.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности алмазных долот PDC за счет исключения пайки, а также обеспечение упрощения их ремонта, делая его возможным даже в условиях непосредственно на буровых.
Этот результат достигается тем, что в алмазном долоте с механическим креплением резцов, содержащем корпус с присоединительной резьбой, промывочные узлы для очистки забоя от шлама, закрепляемые породоразрушающие резцы PDC, расположенные во втулках из пластичного металла в отверстиях на лопастях, крепление резца PDC осуществляется с помощью пары вставленных с усилием одна в другую конических стопорных втулок - одной с наружной цилиндрической поверхностью, ответной стенке отверстия в лопасти, и внутренней конической поверхностью, симметричной оси отверстия, вершиной конуса обращенной в сторону его дна, и другой втулки с внутренней цилиндрической поверхностью, ответной поверхности основания резца PDC, и наружной конической поверхностью, симметричной оси отверстия, вершиной конуса обращенной в сторону его входа; в дне отверстия под резец PDC предусмотрено соосное сквозное отверстие в лопасти, меньшее по диаметру, для введения в него и удаления из отверстия ремонтируемого или заменяемого резца PDC осевыми ударами или выпрессовыванием с помощью выколотки для обеспечения поворота изношенного участка и замены его на рабочей режущей кромке разворотом на нужный угол относительно оси или полной замены резца PDC на новый.
Предлагаемое алмазное долото с механическим креплением резцов позволяет повысить долговечность работы и ремонтопригодность в условиях буровой.
Перечень и описание фигур чертежей.
На фиг.1 и 2 представлен вид алмазного бурового долота с резцами PDC и промывочными узлами.
На фиг.3 представлен узел крепления резца PDC в сечении А-А лопасти, проходящей через ось резца.
На фиг.4 представлена компоновка отверстия в лопасти, инструмента и элементов крепления резца PDC в порядке их сборки.
На фиг.5 представлено конечное положение элементов крепления резца PDC.
На фиг.6 представлено положение элементов крепления резца PDC с вариантом частичного удаления элементов крепления резца PDC, закрывающих его рабочую поверхность, а также инструмент для выколотки или выпрессовки сменяемого или ремонтируемого резца PDC.
На фиг.7 представлен вариант выбитого резца PDC с внутренней конической втулкой.
На фиг.8 представлен вариант сдвига внутренней втулки с поверхности резца PDC с помощью нижнего упора и оправки.
На фиг.1 позициями обозначены: 1 - алмазное долото со стальным корпусом, 2 - породоразрушающие резцы PDC, 3 - резцы PDC, защищающие диаметр долота от абразивного износа, 4 - лопасти для закрепления резцов 2 и 3; 5 - пазы для прохода промывочной жидкости, 6 - пазы для завинчивания-отвинчивания долота при его креплении, 7 - коническая резьба для крепления к бурильной колонне.
На фиг.2 теми же позициями обозначены элементы, показанные на фиг.1, а также позицией 8 обозначены промывочные узлы и направление сечения А-А, проходящего через плоскость симметрии одного из резцов PDC.
На фиг.3 позициями обозначены: 4 - лопасть долота, 2 - резец PDC, 9 - отверстие под резец 2 в лопасти 4; 10 - наружная коническая втулка, 11 - внутренняя коническая втулка, 12 - отверстие для выколотки или выпрессовки резца PDC.
На фиг.4 теми же позициями в последовательности сборки обозначены элементы, показанные на предыдущих фигурах, а также позицией 13 обозначена оправка для силового воздействия на внутреннюю коническую втулку 11 при закреплении или замене резцов 2; 14 - дно отверстия 9. Стрелкой обозначено направление силового воздействия при закреплении резцов 2.
На фиг.5 показано крайнее положение оправки 13 при закреплении резцов 2 с теми же позициями, показанными на предыдущих фигурах.
На фиг.6 позицией 15 обозначен инструмент - оправка для выколотки или выпрессовки резцов 2 из отверстия 9.
На фиг.7 показано положение, при котором резец 2 уже выдавлен из наружной конической втулки 10 вместе с внутренней конической втулкой 11.
На фиг.8 показано, как снять коническую втулку 11 с резца 2. Позицией 16 обозначен упор для торца резца 2.
Крепление породоразрушающих резцов PDC в подготовленных отверстиях на лопастях долота осуществляется следующим образом.
В отверстие 9 вставляется наружная коническая втулка 10. Затем до контакта с дном отверстия 14 вставляется резец 2 PDC. На резец 2 сверху одевается внутренняя коническая втулка 11, которая затем задвигается с усилием в зазор между наружной цилиндрической поверхностью резца 2 PDC и конической втулкой 10. Углы конусов на обеих втулках, усилие трения при сцеплении и прилагаемое усилие запрессовки или забивки между стенкой отверстия 9, наружными и внутренними поверхностями конических втулок 10 и 11, а также стенкой резца 2 PDC для различных размеров зубков PDC по диаметру и длине подбираются индивидуально на практике до обеспечения условия 100% удержания резцов PDC в течение всего периода бурения до ремонта. При необходимости поворота износившейся части режущей кромки относительно оси резца PDC или полной его замены на новый с помощью выколотки или выпрессовкой инструментом 15, вводимым через отверстие 12, резец 2 PDC удаляется из гнезда, как показано на фиг.7. В случае необходимости, внутренняя втулка 11 снимается оправкой 13 с поверхности резца 2 PDC.
При новом закреплении зубков PDC конические втулки 10 и 11 могут повторно использоваться или заменяться.
После поворота резца PDC на нужный угол относительно оси или после полной замены резца PDC на новый установка его в отверстие 9 производится в вышеуказанном порядке.
Отсутствие трехкратного нагрева резцов PDC до 700°С, неизбежного при пайке, позволяет значительно повысить ресурс алмазных долот.
Источники информации
1. «Инструмент для бурения скважин», И.К.Масленников, Г.И.Матвеев, - М., 1981, «Недра», стр.233-238 (аналог).
2. «Алмазное долото», «Линия FD», каталог буровых долот ОАО «Волга-бурмаш», 2003, г.Самара, стр.36 (аналог).
3. Патент РФ №2477780 от 20.03.2013 г., кл. Е21В 10/573, Е21С 35/197, «Способ крепления породоразрушающих вставок бурового инструмента и рабочих органов проходческих машин» (прототип).
Claims (1)
- Алмазное долото с механическим креплением резцов, содержащее корпус с присоединительной резьбой, промывочные узлы для очистки забоя от шлама, закрепляемые породоразрушающие резцы PDC, расположенные во втулках из пластичного металла в отверстиях на лопастях, отличающееся тем, что крепление резца PDC осуществляется с помощью пары вставленных с усилием одна в другую конических стопорных втулок - одной с наружной цилиндрической поверхностью, ответной стенке отверстия в лопасти, и внутренней конической поверхностью, симметричной оси отверстия, вершиной конуса обращенной в сторону его дна, и другой втулки с внутренней цилиндрической поверхностью, ответной поверхности основания резца PDC, и наружной конической поверхностью, симметричной оси отверстия, вершиной конуса обращенной в сторону его входа; в дне отверстия под резец PDC предусмотрено соосное сквозное отверстие в лопасти, меньшее по диаметру, для введения в него и удаления из отверстия ремонтируемого или заменяемого резца PDC осевыми ударами или выпрессовыванием с помощью выколотки для обеспечения поворота изношенного участка и замены его на рабочей режущей кромке разворотом на нужный угол относительно оси или полной замены резца PDC на новый.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013118855/03A RU2536901C2 (ru) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | Алмазное долото с механическим креплением резцов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013118855/03A RU2536901C2 (ru) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | Алмазное долото с механическим креплением резцов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013118855A RU2013118855A (ru) | 2014-10-27 |
RU2536901C2 true RU2536901C2 (ru) | 2014-12-27 |
Family
ID=53287680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013118855/03A RU2536901C2 (ru) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | Алмазное долото с механическим креплением резцов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2536901C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107932399A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-20 | 苏州沸迩灵精密制造有限公司 | 一种用于接料机的长寿命切刀 |
RU190545U1 (ru) * | 2019-04-12 | 2019-07-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Долото для бурения |
RU2768347C2 (ru) * | 2017-08-23 | 2022-03-23 | ВАРЕЛ ИНТЕРНЭШНЛ ИНД., Эл.Эл.Си | Буровое долото, имеющее фасонный передний резец и импрегнированный вспомогательный резец |
RU2785702C1 (ru) * | 2022-03-28 | 2022-12-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный технический университет | Буровое долото pdc с разжимным пружинным стопором для вращающихся резцов |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1033691A2 (ru) * | 1982-04-15 | 1983-08-07 | Предприятие П/Я М-5703 | Породоразрушающий орган |
US4647111A (en) * | 1984-06-09 | 1987-03-03 | Belzer-Dowidat Gmbh Werkzeug-Union | Sleeve insert mounting for mining pick |
US5906245A (en) * | 1995-11-13 | 1999-05-25 | Baker Hughes Incorporated | Mechanically locked drill bit components |
RU2320906C2 (ru) * | 2003-09-26 | 2008-03-27 | Фишерверке Артур Фишер ГмбХ унд Ко. КГ | Крепежный элемент для закрепления в коротком, неподнутренном глухом отверстии, способ и установочный инструмент для закрепления подобного крепежного элемента |
RU2413833C1 (ru) * | 2009-12-04 | 2011-03-10 | Николай Митрофанович Панин | Буровой инструмент (его варианты) |
RU2477780C2 (ru) * | 2009-02-24 | 2013-03-20 | Владимир Трофимович Дмитриев | Способ крепления породоразрушающих вставок бурового инструмента и рабочих органов проходческих машин |
-
2013
- 2013-04-23 RU RU2013118855/03A patent/RU2536901C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1033691A2 (ru) * | 1982-04-15 | 1983-08-07 | Предприятие П/Я М-5703 | Породоразрушающий орган |
US4647111A (en) * | 1984-06-09 | 1987-03-03 | Belzer-Dowidat Gmbh Werkzeug-Union | Sleeve insert mounting for mining pick |
US5906245A (en) * | 1995-11-13 | 1999-05-25 | Baker Hughes Incorporated | Mechanically locked drill bit components |
RU2320906C2 (ru) * | 2003-09-26 | 2008-03-27 | Фишерверке Артур Фишер ГмбХ унд Ко. КГ | Крепежный элемент для закрепления в коротком, неподнутренном глухом отверстии, способ и установочный инструмент для закрепления подобного крепежного элемента |
RU2477780C2 (ru) * | 2009-02-24 | 2013-03-20 | Владимир Трофимович Дмитриев | Способ крепления породоразрушающих вставок бурового инструмента и рабочих органов проходческих машин |
RU2413833C1 (ru) * | 2009-12-04 | 2011-03-10 | Николай Митрофанович Панин | Буровой инструмент (его варианты) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768347C2 (ru) * | 2017-08-23 | 2022-03-23 | ВАРЕЛ ИНТЕРНЭШНЛ ИНД., Эл.Эл.Си | Буровое долото, имеющее фасонный передний резец и импрегнированный вспомогательный резец |
CN107932399A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-20 | 苏州沸迩灵精密制造有限公司 | 一种用于接料机的长寿命切刀 |
RU190545U1 (ru) * | 2019-04-12 | 2019-07-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Долото для бурения |
RU2785702C1 (ru) * | 2022-03-28 | 2022-12-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный технический университет | Буровое долото pdc с разжимным пружинным стопором для вращающихся резцов |
RU2787667C1 (ru) * | 2022-07-29 | 2023-01-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Буровое долото PDC с демпфером и разжимным пружинным стопором для вращающихся резцов |
RU221827U1 (ru) * | 2023-09-15 | 2023-11-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма Завод "Измерон" | Фрезер забойный |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013118855A (ru) | 2014-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7641004B2 (en) | Drill bit | |
ES2866889T3 (es) | Broca de perforación de núcleo | |
US20140020911A1 (en) | Downhole tool system and method related thereto | |
RU2536901C2 (ru) | Алмазное долото с механическим креплением резцов | |
RU2537432C2 (ru) | Резец, скважинный инструмент и способ формирования паза резца | |
US8684111B2 (en) | Core drill bit | |
EP3417149B1 (en) | Cutting tool for coal mining, mechanical processing of rocks, use during rotary drilling or working asphalt, concrete or like material, provided with longitudinally extending grooves | |
EP3225857B1 (en) | Improved bit retainer | |
CN110593767B (zh) | 用于将附件固定到主体的拼合螺纹 | |
CN205370454U (zh) | 一种快拆可替换钻头 | |
US11187080B2 (en) | Conical bit with diamond insert | |
US20170198577A1 (en) | Rotatable Cutting Tool | |
US11103939B2 (en) | Rotatable bit cartridge | |
RU62146U1 (ru) | Фрезер | |
RU2773749C1 (ru) | Буровое долото PDC с вращающимися резцами | |
US20230407709A1 (en) | Drill Bit Cutter Pocket With Stress Reducing Features | |
US7857078B2 (en) | Cutting tools and methods of making the same | |
EP3741956A1 (en) | Drill string rod | |
RU144482U1 (ru) | Расширитель лопастной | |
GB2527852A (en) | Drill rod | |
CN102606586A (zh) | 一种前端具有切削结构的螺栓套筒 | |
CN112943140A (zh) | 一种设有修孔器的钻井用钻探杆柱 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160424 |