RU2769009C1 - Буровое долото - Google Patents
Буровое долото Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769009C1 RU2769009C1 RU2021125039A RU2021125039A RU2769009C1 RU 2769009 C1 RU2769009 C1 RU 2769009C1 RU 2021125039 A RU2021125039 A RU 2021125039A RU 2021125039 A RU2021125039 A RU 2021125039A RU 2769009 C1 RU2769009 C1 RU 2769009C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pdc cutters
- pdc
- cutters
- flat front
- bit
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 22
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 9
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 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
-
- 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
Изобретение относится к буровым долотам. Буровое долото включает корпус с выполненными на нем лопастями, в которых размещены резцы PDC с плоской передней гранью. Резцы PDC с плоской передней гранью закреплены на лопастях от центра к периферии в диаметральной плоскости по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30 градусов в центре до минус 10 градусов на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы». С целью гашения вибрации от крутильных и продольных колебаний долота, вызывающих поломки резцов PDC с плоской передней гранью, а также увеличения эффективности и ресурса его работы за резцами PDC с плоской передней гранью установлен ступенчато второй ряд резцов PDC с выпуклой конусообразной формой. Второй ряд резцов PDC с выпуклой конусообразной формой расположен в линиях резания, между резцами PDC с плоской передней гранью. В центре устанавливается резец PDC с выпуклой конусообразной формой, с опережением резцов PDC с выпуклой конусообразной формой по высоте от 1 мм до 5 мм относительно резцов PDC с плоской режущей гранью, за которыми установлены соответствующие резцы PDC с выпуклой конусообразной формой. Технический результат заключается в создании бурового долота, которое одинаково хорошо разрушает горные породы от 5 до 9 категории по буримости, а также в увеличении механической скорости бурения горных пород. 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области применения породоразрушающего инструмента для бурения скважин на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые, а именно к буровым лопастным долотам, армированным алмазно-твердосплавными пластинами (АТП) или, как принято обозначать за рубежом, PDC.
Известна конструкция долота (патент WO 2008/100455, опубликовано 21.08.2008, МПК Е21В 47/12; Е21В 47/26), содержащая корпус с размещенными на лопастях режущими элементами PDC. Недостатком данной конструкции является отсутствие системного, схематического расположения режущих элементов PDC и, как результат - низкий ресурс и эффективность работы при бурении горных пород.
Известна конструкция долота (патент РФ на полезную модель №119012, опубликованный 10.08.2012, МПК Е21В 10/43), содержащая корпус с размещенным на лопастях режущими элементами PDC. Недостатком этого изобретения является то, что эта конструкция представляет собой колонковую бурильную головку, а не долото, следовательно, разместить на лопастях этого устройства PDC по логарифмической спирали не представляется возможным вообще, из-за узкого диапазона применимости.
Известно лопастное буровое долото, содержащие корпус с размещенными на лопастях PDC (патент WO 2008/091654 опубликовано 31.07.2008, МПК Е21В 47/12; Е21В 47/26). Недостатками данной конструкции является то, что пластины PDC расположены не по логарифмической спирали в диаметральной плоскости рабочей части долота и не под отрицательным передним углом от минус 30 градусов до минус 10 градусов. А это приводит к снижению ресурса и эффективности работы долота в целом.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, принятое автором за прототип, является лопастное долото, содержащее корпус с размещенными на лопастях с плоскими резцами PDC (патент №2694872, опубликованный 17.07.2019, бюл. №20). Недостатком данной конструкции является то, что расположение плоских резцов PDC не способствует гашению вибраций от крутильных и продольных колебаний долота, вызывающих их поломки, а также не способствуют, в достаточной степени, увеличению эффективности и ресурса его работы, за счет повышенной энергоемкости процесса разрушения горных пород.
Техническая задача предлагаемого изобретения - это создание такого долота, которое эффективно бы разрушало горные породы от 5 до 9 категорий по буримости, при этом предлагаемая конструкция долота способствовала бы устранению вышеперечисленных недостатков.
Поставленная задача решается за счет того, что буровое долото, включающее корпус с выполненными на нем лопастями, на которых смонтированы плоские резцы PDC, закрепленные на лопастях от центра к периферии по двум симметричным спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30 градусов в центре до минус 10 градусов на периферии долота с интервалом в один градус в виде 2-х заходной «резьбы» дополнительно содержит второй ряд плоских резцов PDC, расположенных в линиях резания, между плоскими резцами PDC, а в центре долота устанавливается конусный резец PDC с опережением конусных резцов по высоте от 1 мм до 5 мм, в зависимости от категории горных пород по буримости.
Высота превышения конусных резцов PDC (h) выставляется на корпусе долота в зависимости от категории горных пород: мягкие (5-4 мм), средние (4-3 мм), крепкие (3-2 мм), очень крепкие (2-1 мм).
Высоту превышения конусных резцов PDC над плоскими резцами PDC можно определить по формуле:
h=(V/N)/n,
где h - высота превышения, мм;
V - механическая скорость бурения мм/мин;
N - частота вращения долота, об/мин;
n - количество плоских резцов PDC в линии резания.
Установка во втором ряду конусных резцов PDC, расположенных в линиях резания, между плоскими резцами PDC на лопастях долота и конусного резца PDC в центре долота с опережением их по высоте от 1 мм до 5 мм, в зависимости от категории горных пород, позволит добиться гашения вибрации, возникающей от крутильных и продольных колебаний долота, вызывающих поломки резцов, а также увеличения эффективности и его ресурса.
Установка конусных резцов PDC, так называемых индентеров, во втором ряду, за плоскими резцами PDC, по логарифмической спирали, с опережением по высоте от 1 мм до 5 мм обеспечит при бурении горных пород локальное воздействие на горные породы, принимая на себя все основные начальные нагрузки по разрушению забоя скважины. Тем самым, плоские режущие резцы PDC частично высвобождаются от активной фазы разрушения горных пород. При этом значительно уменьшается энергоемкость процесса разрушения горных горной пород, так как ступенчатая форма формирования забоя в скважине является менее энергозатратной, способствует уменьшению вибрации и, как результат, механическая скорость бурения будет выше. В связи с этим, можно сделать вывод о наличии в предполагаемом долоте «существенных отличий» и соответствие патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 изображен общий вид бурового долота.
На фиг. 2 показана схема установки PDC на лопастях долота второго ряда, где под номером 1 показаны конусные резцы PDC, под номером 2 показаны плоские резцы PDC, под номером 3 показан центральный конусный PDC, под номером 4 показаны промывочные отверстия.
Буровое долото (фиг. 1), включает в себя корпус 1 с выполненными на нем лопастями 2, в которых размещены режущие пластины PDC 3 закрепленные на лопастях 2 от центра к периферии по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30 градусов в центре до минус 10 градусов на периферии с интервалом один градус в виде 2-х заходной «резьбы». В корпусе 1 для прохода промывочной жидкости выполнены промывочные отверстия 4. Второй ряд конусных резцов PDC показан под номерами 6. Конусный резец PDC в центре долота показан под номером 5.
Предлагаемое буровое долото работает следующим образом. Промывочная жидкость, предназначенная для охлаждения долота и транспортировки продуктов разрушения на поверхность скважины, двигаясь через вращающуюся колону бурильных труб, корпус 1 бурового лопастного долота и промывочные отверстия 4, попадает на забой скважины. При этом за счет осевых нагрузок передаваемых долоту через колонну бурильных труб, плоские резцы PDC 3, установленные на лопастях от центра к периферии по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30 градусов до минус 10 на периферии с интервалом один градус в виде 2-х заходной «резьбы», плавно заходя в линию резания, исключая динамические нагрузки (вибрацию), разрушают забой скважины при бурении трещиноватых и перемежающихся по крепости горных пород. При этом уменьшению вибрации способствует второй ряд конусных резцов PDC, расположенных в линиях резания между плоскими резцами PDC, и конусный резец PDC в центре долота. Регулирование конусных резцов по высоте от 1 до 5 мм осуществляется в зависимости от категории горных пород по буримости. При этом промывочная жидкость, попадая под наклонную плоскость плоских резцов PDC 3, размещенных на лопастях 2, во время вращения снаряда вдавливается в разрушаемую горную породу и за счет гидродинамического эффекта (отрицательный передний угол от минус 30 градусов до минус 10 градусов создает эффект - вязкий клин, то есть разупрочняет ее, создавая активную зону разрушения и предразрушения, снижая, тем самым, энергоемкость процесса разрушения. Своей спиралевидной формой расстановки на торце инструмента плоские резцы PDC 3 активно способствуют выносу продуктов разрушения из-под рабочего торца долота. Промывочная жидкость, подхватив эти продукты разрушения, транспортирует их к устью скважины через промывочные отверстия 4 на поверхность в турбулентном режиме. Турбулентный режим очистки забоя не позволяет шламу повторно попадать под плоский резец PDC. Второй ряд конусных резцов расположен ступенчато, выше основных плоских резцов PDC, что способствует формированию ступенчатого забоя скважины. Такая конструкция долота, в совокупности с конусным резцом в центре долота способствует уменьшению степени вибрации, уменьшению энергоемкости процесса разрушения горных пород и повышению механической скорости бурения.
Применение предлагаемой конструкции позволит разрушать горные породы от 5 до 9 категории по буримости и бурить в сложных геологических условиях, увеличить механическую скорость, а также повысить технико-экономические показатели сооружения скважин.
Установка на лопастях бурового долота пластин PDC под отрицательным передним, углом, от минус 30° до минус 10 по двум симметричным логарифмическим спиралям в диаметральной плоскости с интервалом один градус в виде 2х-заходной «резьбы», значительно повышает работоспособность долота, а также его ресурс за счет исключения не перекрытых режущими элементами зон.
Спиралевидная расстановка плоских резцов PDC способствует активному удалению продуктов разрушения из-под рабочего торца инструмента. Установка плоских резцов с наибольшим углом в центре долота способствует плавному захождению в линию резания, снижая динамические нагрузки (вибрацию), что увеличивает ресурс работы долота.
При заглублении долота за один оборот на глубину, режущие элементы, расположены на разных радиусах и вращаясь, проходят путь резания по траекториям разной длины и с разными углами наклона. Поэтому для обеспечения равных условий внедрения режущих элементов в породу необходимо чтобы у каждого плоского резца (PDC), были одинаковые задние углы. Для этого необходимо, чтобы режущий элемент лопасти, расположенные на разных радиусах имели в продольной плоскости свои углы наклона.
Расстановка плоских резцов PDC в диаметральной плоскости по двум симметричным логарифмическим спиралям обеспечивает полное покрытие забоя линиями резания и способствует созданию турбулентности бурового раствора, что улучшает качество очистки забоя скважины от выбуренной породы. Таким образом, турбулентный режим промывки образуется уже непосредственно на забое скважины, что способствует повышению механической скорости бурения.
Применение предлагаемой конструкции долота позволит разрушать перемежающиеся по твердости горные породы от 5 до 9 категории буримости и бурить в сложных условиях трещиноватости горных пород, увеличить механическую скорость бурения и ресурс работы инструмента, повысить технико-экономические показатели производства буровых работ и эффективность при бурении глубоких и сверхглубоких скважин на нефть и газ.
Для повышения надежности работы долота, забуривающие и скважинообразующие режущие элементы кратно продублированы. Преимущество технологии «ввинчивания» в забой, осуществляется за счет снижения осевой нагрузки.
Оценивая все выше сказанное, можно сделать вывод: предлагаемое долото по конструкции соединило в себе, в виде комбинации, все известные в мире инновационные идеи в одном изделии, следовательно, имеет более высокий качественный показатель работы и коэффициент полезного действия (КПД), (таблица 1) и позволит добиться увеличения механической скорости бурения горных пород на 20 и более процентов.
То есть, заявленное решение на предполагаемое изобретение «Буровое долото» удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень» и представляет собой качественно новое долото.
Claims (1)
- Буровое долото, включающее корпус с выполненными на нем лопастями, в которых размещены резцы PDC с плоской передней гранью, при этом резцы PDC с плоской передней гранью закреплены на лопастях от центра к периферии в диаметральной плоскости по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30 градусов в центре до минус 10 градусов на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы», отличающееся тем, что с целью гашения вибрации от крутильных и продольных колебаний долота, вызывающих поломки резцов PDC с плоской передней гранью, а также увеличения эффективности и ресурса его работы за резцами PDC с плоской передней гранью установлен ступенчато второй ряд резцов PDC с выпуклой конусообразной формой, расположенных в линиях резания, между резцами PDC с плоской передней гранью, а в центре устанавливается резец PDC с выпуклой конусообразной формой с опережением резцов PDC с выпуклой конусообразной формой по высоте от 1 мм до 5 мм относительно резцов PDC с плоской режущей гранью, за которыми установлены соответствующие резцы PDC с выпуклой конусообразной формой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021125039A RU2769009C1 (ru) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | Буровое долото |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021125039A RU2769009C1 (ru) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | Буровое долото |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2769009C1 true RU2769009C1 (ru) | 2022-03-28 |
Family
ID=81075835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021125039A RU2769009C1 (ru) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | Буровое долото |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2769009C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU221827U1 (ru) * | 2023-09-15 | 2023-11-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма Завод "Измерон" | Фрезер забойный |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009133697A (ru) * | 2007-02-12 | 2011-03-20 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед (Us) | Лопастное долото для вращательного бурения |
US9404312B2 (en) * | 2011-02-10 | 2016-08-02 | Smith International, Inc | Cutting structures for fixed cutter drill bit and other downhole cutting tools |
RU2628359C2 (ru) * | 2013-03-14 | 2017-08-16 | Смит Интернэшнл, Инк. | Режущие структуры для бурового долота с закрепленными режущими инструментами |
RU2694872C1 (ru) * | 2018-07-10 | 2019-07-17 | Китайский геологический университет (Ухань) | Буровое долото |
-
2021
- 2021-08-23 RU RU2021125039A patent/RU2769009C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009133697A (ru) * | 2007-02-12 | 2011-03-20 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед (Us) | Лопастное долото для вращательного бурения |
US9404312B2 (en) * | 2011-02-10 | 2016-08-02 | Smith International, Inc | Cutting structures for fixed cutter drill bit and other downhole cutting tools |
EA027355B1 (ru) * | 2011-02-10 | 2017-07-31 | Смит Интернэшнл, Инк. | Создающее опережающие канавки на забое гибридное буровое долото |
US10851594B2 (en) * | 2011-02-10 | 2020-12-01 | Smith International, Inc. | Kerfing hybrid drill bit and other downhole cutting tools |
RU2628359C2 (ru) * | 2013-03-14 | 2017-08-16 | Смит Интернэшнл, Инк. | Режущие структуры для бурового долота с закрепленными режущими инструментами |
RU2694872C1 (ru) * | 2018-07-10 | 2019-07-17 | Китайский геологический университет (Ухань) | Буровое долото |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU221827U1 (ru) * | 2023-09-15 | 2023-11-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма Завод "Измерон" | Фрезер забойный |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2721914C2 (ru) | Режущий элемент с множеством скошенных поверхностей и режущим торцом определенной формы, и буровые режущие инструменты, содержащие такие режущие элементы | |
US9677343B2 (en) | Tracking shearing cutters on a fixed bladed drill bit with pointed cutting elements | |
RU2360096C1 (ru) | Долото для бурения горизонтальных скважин | |
US20100147594A1 (en) | Reverse nozzle drill bit | |
US10907417B2 (en) | Polycrystalline diamond chisel type insert for use in percussion drill bits even for use in large hole percussion drilling of oil wells | |
US10570665B2 (en) | Drill bit | |
CN110145240A (zh) | 一种适用于硬地层钻进的金刚石钻头 | |
CN107100550A (zh) | 一种渐变径式高效破岩锥形pdc钻头 | |
CN109339709A (zh) | 新型复锥pdc牙轮复合钻头 | |
CN108179983A (zh) | 一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具 | |
US20150285005A1 (en) | Rupture Cutters with High Penetration Utility | |
CN110159202A (zh) | 一种具有固定缓冲结构的金刚石钻头 | |
RU2769009C1 (ru) | Буровое долото | |
AU2015309212B2 (en) | Drill bit with recessed cutting face | |
CN207660552U (zh) | 一种低能耗金刚石钻头 | |
RU2694872C1 (ru) | Буровое долото | |
CN208106329U (zh) | 一种适用于硬地层钻进的金刚石钻头 | |
RU2298636C1 (ru) | Головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах | |
CN112302542B (zh) | Pdc钻头 | |
CN209212160U (zh) | 新型复锥pdc牙轮复合钻头 | |
RU2652726C1 (ru) | Лопастное долото с износостойкой цилиндрической режущей структурой | |
CN111720060A (zh) | 冲击切削复合双级钻头 | |
RU2410521C1 (ru) | Породоразрушающий инструмент | |
RU2693082C1 (ru) | Породоразрушающий инструмент | |
RU2543226C2 (ru) | Способ расширения и калибрования ствола скважины |