RU162327U1

RU162327U1 - DRILL BIT

Info

Publication number: RU162327U1
Application number: RU2016100897/03U
Authority: RU
Inventors: Марат Ноильевич Даутов; Сергей Александрович Буйлов; Рафаил Улфатович Сираев; Андрей Газимович Гирфатов; Динар Загирович Гарифуллин
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "БУРСЕРВИС"
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2016-06-10

Abstract

1. Долото буровое, содержащее корпус с внутренней полостью, с размещенными на нем лопастями, между которыми выполнены проточные каналы, соединенные с внутренней полостью, причем на передней кромке и вблизи передней кромки каждой из указанных лопастей расположены в ряд разрушающие и скалывающие режущие элементы, на боковых поверхностях лопастей расположены калибрующие вставки, а корпус имеет резьбу для присоединения к элементам бурильной колонны, отличающееся тем, что разрушающие режущие элементы выполнены в виде конических резцов PDC, а скалывающие режущие элементы выполнены в виде цилиндрических резцов PDC, причем конические резцы PDC расположены под углом обратного наклона α=0-45°, а цилиндрические резцы PDC расположены под углом обратного наклона β=45-90°, а выходные отверстия проточных каналов снабжены твердосплавными насадками.2. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что резцы на каждой лопасти расположены как минимум в один ряд, с чередованием конических и цилиндрических резцов.3. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что на каждой лопасти резцы установлены в несколько рядов как на одном радиусе относительно оси долота, то есть друг за другом, так и на разных радиусах, то есть последующий резец установлен со смещением относительно предыдущего.4. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что конические резцы расположены перед цилиндрическими.5. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрические резцы расположены перед коническими.6. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что корпус долота может быть цельным или составным.7. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что лопасти выполнены как одно целое с корпусом или связанными с ним разъемным или нера1. Drill bit, comprising a body with an internal cavity, with blades placed on it, between which flow channels are made, connected to the internal cavity, moreover, on the leading edge and near the leading edge of each of these blades there are a number of destructive and cleaving cutting elements on gage inserts are located on the lateral surfaces of the blades, and the body has a thread for attachment to the elements of the drill string, characterized in that the destructive cutting elements are made in the form of PDC conical cutters, and the incinerating cutting elements are made in the form of cylindrical PDC cutters, moreover, the PDC conical cutters are located at an angle of backward inclination α = 0-45 °, and the PDC cylindrical cutters are located at an angle of backward inclination β = 45-90 °, and the outlet openings of the flow channels are equipped with carbide tips .2. Drill bit according to claim 1, characterized in that the cutters on each blade are located in at least one row, with alternating conical and cylindrical cutters. 3. Drill bit according to claim 1, characterized in that on each blade the cutters are installed in several rows both on the same radius relative to the axis of the bit, that is, one after the other, and at different radii, that is, the next cutter is installed with an offset relative to the previous. . Drill bit according to claim 1, characterized in that the conical cutters are located in front of the cylindrical. 5. Drill bit according to claim 1, characterized in that the cylindrical cutters are located in front of the conical. 6. Drill bit according to claim 1, characterized in that the body of the bit can be solid or integral. Drill bit according to claim 1, characterized in that the blades are made integrally with the body or associated detachable or nera

Description

Полезная модель относится к буровой технике, а именно к буровым долотам, и может использоваться при бурении скважин.The utility model relates to drilling equipment, namely to drill bits, and can be used when drilling wells.

В современной технологии бурения широкое применение получили долота PDC (Polycrystalline Diamond Cutter) - это породоразрушающий инструмент, сделанный из особо прочного материала, армированного алмазными поликристаллическими резцами. Долота PDC, в отличие от шарошечных, не имеют подвижных элементов, что существенно уменьшает риск потери их частей в скважине, помимо этого, они используют совершенно иной способ разрушения горной породы - резание. Разрушение горной породы путем ее резания намного эффективнее дробления, в связи с чем обеспечивается существенное увеличение, как механической скорости бурения, так и проходки на долото.In modern drilling technology, PDC (Polycrystalline Diamond Cutter) bits are a widespread use - this is a rock cutting tool made of a particularly durable material reinforced with polycrystalline diamond cutting tools. PDC bits, unlike roller cone bits, do not have moving elements, which significantly reduces the risk of losing their parts in the well, in addition, they use a completely different method of rock destruction - cutting. The destruction of the rock by cutting it is much more effective than crushing, and therefore provides a significant increase in both the mechanical drilling speed and the penetration to the bit.

Из уровня техники известно долото PDC (патент РФ №2530960, МПК Е21В 10/60, опубликовано 20.10.2014 г.), содержащее сварной корпус, состоящий из двух частей - верхней, с присоединительной резьбой, пазами под ключ, с внутренней полостью, резьбой для сборки с нижней частью корпуса, внутреннюю полость, защитный стакан с плоским дном на дне этой полости, каналы для установки износостойких промежуточных втулок и гидромониторных насадок для прохода промывочной жидкости, лопасти с боковыми и торцевыми резцами PDC. Между плоским торцом в полости нижней части корпуса и защитным стаканом, по поверхности их контакта, установлена сжимаемая плоская круглая эластичная прокладка с отверстиями, ответными положению износостойких промежуточных втулок, при этом концы этих втулок со стороны гидромониторных сменных насадок имеют установочную базу в виде кольцевого упора большего диаметра, чем диаметр отверстия под эти втулки, с кольцевыми пазами с верхней и нижней стороны кольцевого упора под установку ответных пазам герметизирующих уплотнительных колец круглого сечения.The PDC bit is known from the prior art (RF patent No. 2530960, IPC ЕВВ 10/60, published on October 20, 2014), comprising a welded housing consisting of two parts - the upper one, with connecting thread, keyways, internal cavity, thread for assembly with the lower part of the housing, the internal cavity, a protective cup with a flat bottom at the bottom of this cavity, channels for installing wear-resistant intermediate bushings and hydraulic nozzles for passage of flushing fluid, blades with side and end cutters PDC. Between the flat end in the cavity of the lower part of the housing and the protective cup, on the surface of their contact, a compressible flat round elastic gasket is installed with holes corresponding to the position of the wear-resistant intermediate bushings, while the ends of these bushings on the side of the hydraulic monitor replaceable nozzles have an installation base in the form of a larger ring stop diameter than the diameter of the hole for these bushings, with annular grooves on the upper and lower sides of the annular stop for installing reciprocal grooves of sealing o-rings cr angular section.

Недостатком данного долота является его сложное конструктивное выполнение, кроме того долото имеет торцевые резцы PDC в виде пластины, что не позволяет производить бурение особо твердых пород.The disadvantage of this bit is its complex structural design, in addition, the bit has end face PDC cutters in the form of a plate, which does not allow drilling of particularly hard rocks.

Известно гибридное долото с изменяемым выступом резцов (патент РФ №2521132, МПК Е21В 10/14, опубликовано 27.06.2014 г.), включающее корпус долота, имеющий носовую часть, часть перегиба и калибрующую часть; несколько фиксированных режущих элементов, прикрепленных к корпусу и определяющих профиль фиксированных резцов; и шарошку, прикрепленную к корпусу с возможностью вращения, имеющую несколько режущих элементов шарошки, определяющих режущий профиль шарошки. Профиль фиксированных резцов выступает за пределы профиля шарошки в по меньшей мере одной из частей и профиль шарошки выступает за пределы профиля фиксированных резцов в по меньшей мере одной из частей.A hybrid bit with a variable protrusion of the incisors is known (RF patent No. 2521132, IPC ЕВВ 10/14, published on June 27, 2014), including a bit body having a nose part, a bend part and a gauge part; several fixed cutting elements attached to the body and defining the profile of fixed cutters; and a cone attached to the housing rotatably having several cone cutting elements defining a cone cutting profile. The profile of fixed incisors extends beyond the profile of the cone in at least one of the parts and the profile of cones extends beyond the profile of the conical cutters in at least one of the parts.

Недостатком данного долота является его сложное конструктивное выполнение, так как оно содержит шарошечные режущие элементы и режущие элементы фиксированных лопастей.The disadvantage of this bit is its complex design, as it contains roller cutting elements and cutting elements of fixed blades.

Наиболее близким техническим решением является буровое долото (патент РФ №2332553, МПК Е21В 10/36, опубликовано 27.08.2008 г.), имеющее корпус с лопастями и расположенными между ними проточными каналами. Скалывающие режущие элементы расположены в ряду на передней кромке и вблизи передней кромки каждой из указанных лопастей. Осевые режущие элементы расположены относительно направления вращательного движения в заднем положении относительно ряда скалывающих режущих элементов.The closest technical solution is a drill bit (RF patent No. 2332553, IPC ЕВВ 10/36, published August 27, 2008), which has a body with blades and flow channels located between them. Chipping cutting elements are arranged in a row on the leading edge and near the leading edge of each of said blades. Axial cutting elements are located relative to the direction of rotational motion in the rear position relative to a number of shearing cutting elements.

Недостатком данного бурового долота является необходимость приложения ударных осевых нагрузок при бурении, так как режущие элементы имеют полусферическую или куполообразную форму рабочей части, а скалывающие режущие элементы имеют плоскую опорную площадку за режущей кромкой, препятствующую внедрению резца в породу.The disadvantage of this drill bit is the need for axial impact loads when drilling, since the cutting elements have a hemispherical or domed shape of the working part, and shearing cutting elements have a flat supporting area behind the cutting edge, which prevents the introduction of the cutter into the rock.

Задачей полезной модели является создание долота, обеспечивающего эффективное бурение различных пород.The objective of the utility model is to create a bit that provides effective drilling of various rocks.

Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение эффективности бурения за счет комбинированного расположения разрушающих и скалывающих резцов.The technical result is to simplify the design and increase drilling efficiency due to the combined location of destructive and cleaving cutters.

Технический результат достигается буровым долотом, содержащим корпус с внутренней полостью, с размещенными на нем лопастями, между которыми выполнены проточные каналы, соединенные с внутренней полостью, причем на передней кромке и вблизи передней кромки каждой из указанных лопастей расположены в ряд разрушающие и скалывающие режущие элементы, на боковых поверхностях лопастей расположены калибрующие вставки, а корпус имеет резьбу для присоединения к элементам бурильной колонны, на котором в отличие от прототипа разрушающие режущие элементы выполнены в виде конических резцов PDC (далее конических резцов), а скалывающие режущие элементы выполнены в виде цилиндрических резцов PDC (далее цилиндрических резцов), причем конические резцы расположены под углом обратного наклона α=0-45°, a цилиндрические резцы расположены под углом обратного наклона β=45-90°, а выходные отверстия промывочных каналов снабжены твердосплавными насадками.The technical result is achieved by a drill bit containing a body with an internal cavity, with blades placed on it, between which flow channels are made, connected to the internal cavity, and at the front edge and near the front edge of each of these blades there are a number of destructive and cleaving cutting elements, on the side surfaces of the blades are calibrated inserts, and the body has a thread for connection to the elements of the drill string, on which, unlike the prototype, destructive cutting elec cops are made in the form of PDC conical cutters (hereinafter referred to as conical cutters), and shearing cutting elements are made in the form of PDC cylindrical cutters (hereinafter referred to as cylindrical cutters), and the conical cutters are located at an angle of backward inclination α = 0-45 °, and the cylindrical cutters are at an angle reverse inclination β = 45-90 °, and the outlet openings of the washing channels are equipped with carbide nozzles.

Согласно полезной модели резцы на каждой лопасти расположены как минимум в один ряд, с чередованием конических и цилиндрических резцов.According to a utility model, the incisors on each blade are arranged in at least one row, with alternating conical and cylindrical incisors.

Согласно полезной модели на каждой лопасти резцы установлены в несколько рядов, как на одном радиусе относительно оси долота, то есть друг за другом, так и на разных радиусах, то есть последующий резец установлен со смещением относительно предыдущего.According to a utility model, on each blade, the cutters are installed in several rows, both on the same radius relative to the axis of the bit, that is, one after the other, and at different radii, that is, the next cutter is installed with an offset relative to the previous one.

Согласно полезной модели конические резцы расположены перед цилиндрическими.According to a utility model, conical cutters are located in front of cylindrical ones.

Согласно полезной модели цилиндрические резцы расположены перед коническими.According to a utility model, cylindrical cutters are located in front of the conical.

Согласно полезной модели корпус долота может быть цельным или составным.According to a utility model, the body of the bit may be integral or integral.

Согласно полезной модели лопасти выполнены как одно целое с корпусом или связанными с ним разъемным или неразъемным соединением.According to a utility model, the blades are made integrally with the housing or associated detachable or integral connection.

Согласно полезной модели внутренняя полость корпуса покрыта износостойким материалом.According to a utility model, the internal cavity of the housing is coated with a wear-resistant material.

Согласно полезной модели твердосплавные насадки выполнены сменными и (или) несменными.According to a utility model, carbide tips are interchangeable and / or non-replaceable.

Согласно полезной модели в промывочные каналы установлены втулки из износостойкого материала.According to a utility model, bushings made of wear-resistant material are installed in the washing channels.

Согласно полезной модели корпус имеет покрытие из одного или нескольких слоев износостойкого материала.According to a utility model, the housing has a coating of one or more layers of wear-resistant material.

Сущность технического решения поясняется изображением долота с пятью лопастями, где на фиг. 1 изображен общий вид долота в аксонометрии, на фиг. 2 - осевой разрез долота, на фиг. 3 - процесс разрушения породы коническими резцами, на фиг. 4 - процесс разрушения породы цилиндрическими резцами.The essence of the technical solution is illustrated by the image of a bit with five blades, where in FIG. 1 is a perspective view of a bit in a perspective view; FIG. 2 is an axial section of a bit, in FIG. 3 - the process of rock destruction by conical cutters, in FIG. 4 - the process of rock destruction by cylindrical incisors.

Буровое долото (фиг. 1, 2) содержит корпус 1 с внутренней полостью 2, на котором размещены лопасти 3, между которыми выполнены проточные каналы 4, соединенные с внутренней полостью 2 для подачи буровой промывочной жидкости в зону разрушения горной породы. На передней кромке 5 лопастей и вблизи нее расположены в ряд разрушающие 6 и скалывающие 7 режущие элементы, а на боковых поверхностях 8 лопастей расположены калибрующие вставки 9. Корпус 1 имеет резьбу 10 для присоединения к элементам бурильной колонны (на чертеже не показана). В отличие от прототипа разрушающие режущие элементы 6 выполнены в виде конических резцов, а скалывающие режущие элементы 7 выполнены в виде цилиндрических резцов, причем конические резцы расположены под углом обратного наклона α=0-45°, а цилиндрические резцы расположены под углом обратного наклона β=45-90° (фиг. 3, 4). Выходные отверстия 11 проточных каналов 4 снабжены твердосплавными насадками 12 для предохранения корпуса от эрозии, обусловленной воздействием на них промывочной жидкости.The drill bit (Fig. 1, 2) contains a housing 1 with an internal cavity 2, on which there are blades 3, between which flow channels 4 are made, connected to the internal cavity 2 for supplying drilling drilling fluid to the rock destruction zone. On the leading edge of the 5 blades and near it there are row-cutting 6 and cleaving 7 cutting elements, and on the side surfaces of the 8 blades there are calibrating inserts 9. The housing 1 has a thread 10 for attachment to the elements of the drill string (not shown). In contrast to the prototype, destructive cutting elements 6 are made in the form of conical cutters, and shearing cutting elements 7 are made in the form of cylindrical cutters, moreover, conical cutters are located at an angle of backward inclination α = 0-45 °, and cylindrical cutters are located at an angle of backward inclination β = 45-90 ° (Fig. 3, 4). The outlet openings 11 of the flow channels 4 are provided with carbide tips 12 to protect the housing from erosion due to the effect of washing liquid on them.

Резцы на каждой лопасти 3 расположены в два ряда, с чередованием конических 6 и цилиндрических 7 резцов, как на одном радиусе относительно оси долота, то есть друг за другом, так и на разных радиусах, то есть последующий резец установлен со смещением относительно предыдущего. Конические резцы 6 могут быть расположены, как перед, так и после цилиндрических резцов 7. Корпус 1 долота может быть цельным или составным, а лопасти 3 выполнены как одно целое с корпусом или связанными с ним разъемным или неразъемным соединением (на чертеже не показано). Внутренняя полость 2 корпуса покрыта износостойким материалом. Твердосплавные насадки 12 выполнены сменными и (или) несменными. В проточные каналы установлены втулки из износостойкого материала (на чертеже не показаны). Корпус 1 имеет покрытие из одного или нескольких слоев износостойкого материала.The cutters on each blade 3 are arranged in two rows, with alternating conical 6 and cylindrical 7 cutters, both on the same radius relative to the axis of the bit, that is, one after the other, and at different radii, that is, the next cutter is set with an offset relative to the previous one. Conical cutters 6 can be located both before and after cylindrical cutters 7. The body 1 of the bit can be integral or integral, and the blades 3 are made integrally with the body or associated detachable or integral connection (not shown). The internal cavity 2 of the housing is coated with wear-resistant material. Carbide nozzles 12 are made interchangeable and (or) non-replaceable. Bushings made of wear-resistant material (not shown in the drawing) are installed in the flow channels. The housing 1 has a coating of one or more layers of wear-resistant material.

Буровое долото работает следующим образом.Drill bit works as follows.

От бурильной колонны на корпус 1 долота передаются осевая нагрузка и вращающий момент. Под действием этих сил долото коническими 6 и цилиндрическими резцами 7 внедряется в породу и разрушает ее. Поток буровой промывочной жидкости, выходя через твердосплавную насадку 12, омывает забой и удаляет частицы разрушенной породы из призабойной зоны, одновременно с этим охлаждая резцы. Долото углубляется в породу, формируя ствол скважины посредством калибрующих вставок. Конические резцы глубже внедряются в горную породу, создавая вокруг себя большую область 13 (фиг. 3) предварительной деформации. За счет этого следующий цилиндрический резец легко скалывает такую ослабленную породу 14 (фиг. 4). При этом происходит скалывание более крупных частиц выбуриваемой породы, т.е. энергия не тратится на измельчение всей выбуриваемой породы, и эффективность бурения возрастает.Axial load and torque are transmitted from the drill string to the body 1 of the bit. Under the action of these forces, the chisel with conical 6 and cylindrical cutters 7 penetrates into the rock and destroys it. The flow of drilling drilling fluid, leaving through the carbide nozzle 12, washes the face and removes particles of the destroyed rock from the bottomhole zone, while simultaneously cooling the cutters. The bit is deepened into the rock, forming a wellbore by means of calibrating inserts. Conical incisors penetrate deeper into the rock, creating around them a large area 13 (Fig. 3) of preliminary deformation. Due to this, the next cylindrical cutter easily cleaves such a weakened rock 14 (Fig. 4). In this case, chipping of larger particles of the rock being drilled occurs, i.e. energy is not spent on grinding the entire drillable rock, and drilling efficiency increases.

Долото может иметь от 3 до 12 лопастей, которые могут оснащаться как одним, так и несколькими рядами резцов. При многорядном исполнении на одной лопасти резцы одного или разного типов могут быть установлены как на одном радиусе относительно оси долота (друг за другом), так и на разных радиусах (со смещением). При комбинировании резцов различного типа конические резцы могут устанавливаться как перед цилиндрическими (то есть в первом ряду), так и позади них. За счет такого расположения резцов достигается три цели:The bit can have from 3 to 12 blades, which can be equipped with either one or several rows of cutters. In multi-row execution on one blade, cutters of one or different types can be installed both on the same radius relative to the axis of the bit (one after another), and at different radii (with offset). When combining cutters of various types, conical cutters can be installed both in front of cylindrical (that is, in the first row) and behind them. Due to this arrangement of incisors, three goals are achieved:

- конический резец продолжает выполнять предварительное разрушение породы и при этом защищает впереди стоящий цилиндрический резец от разрушения из-за скачков осевой нагрузки;- the conical cutter continues to perform preliminary destruction of the rock and at the same time protects the cylindrical cutter in front from destruction due to jumps in axial load;

- при бурении твердых пород конический резец выполняет предварительное разрушение породы, а при попадании на прослойку более мягких пород основная работа приходится на цилиндрический резец, что повышает скорость бурения;- when drilling hard rocks, a conical cutter performs preliminary rock destruction, and when softer rocks are on the layer, the main work falls on a cylindrical cutter, which increases the drilling speed;

- так как цилиндрический резец выбуривает большее количество породы по сравнению с коническим, то его расположение на передней кромки лопасти позволяет произвести более качественную очистку области резания от выбуренной породы промывочной жидкостью.- since a cylindrical cutter drills a larger amount of rock than conical, its location on the leading edge of the blade allows a better cleaning of the cutting area from cuttings by drilling fluid.

Также резцы могут комбинироваться по другому принципу, исходя из условия достижения наибольшей эффективности бурения долотом в конкретных геологических или технологических условиях.Also, the cutters can be combined according to another principle, based on the conditions for achieving the greatest drilling efficiency with a bit in specific geological or technological conditions.

Таким образом, комбинированное расположение разрушающих конических и скалывающих цилиндрических резцов, расположенных под углами α и β, позволяет упростить конструкцию долота и повысить эффективность бурения твердых пород.Thus, the combined arrangement of destructive conical and shearing cylindrical cutters located at angles α and β allows us to simplify the design of the bit and increase the efficiency of drilling hard rock.

Claims

1. Drill bit, comprising a body with an internal cavity, with blades placed on it, between which flow channels are made, connected to the internal cavity, moreover, on the leading edge and near the leading edge of each of these blades there are a number of destructive and cleaving cutting elements on gage inserts are located on the lateral surfaces of the blades, and the body has a thread for attachment to the elements of the drill string, characterized in that the destructive cutting elements are made in the form of PDC conical cutters, and the incinerating cutting elements are made in the form of cylindrical PDC cutters, moreover, the PDC conical cutters are located at an angle of backward inclination α = 0-45 °, and the PDC cylindrical cutters are located at an angle of backward inclination β = 45-90 °, and the outlet openings of the flow channels are equipped with carbide tips .

2. A drill bit according to claim 1, characterized in that the cutters on each blade are located in at least one row, with alternating conical and cylindrical cutters.

3. The drill bit according to claim 1, characterized in that on each blade the cutters are installed in several rows both on the same radius relative to the axis of the bit, that is, one after the other, and at different radii, that is, the next cutter is installed with an offset relative to the previous .

4. Drill bit according to claim 1, characterized in that the conical cutters are located in front of the cylindrical.

5. Drill bit according to claim 1, characterized in that the cylindrical cutters are located in front of the conical.

6. The drill bit according to claim 1, characterized in that the body of the bit can be solid or integral.

7. The drill bit according to claim 1, characterized in that the blades are made integrally with the body or associated detachable or integral connection.

8. The drill bit according to claim 1, characterized in that the internal cavity of the body is coated with a wear-resistant material.

9. The drill bit according to claim 1, characterized in that the carbide tips are interchangeable and / or non-replaceable.

10. Drill bit according to claim 1, characterized in that bushings of wear-resistant material are installed in the flow channels.

11. Drill bit according to claim 1, characterized in that the body has a coating of one or more layers of wear-resistant material.