RU2445433C1 - Stabilising two-stage cutting bit - Google Patents
Stabilising two-stage cutting bit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2445433C1 RU2445433C1 RU2010129126/03A RU2010129126A RU2445433C1 RU 2445433 C1 RU2445433 C1 RU 2445433C1 RU 2010129126/03 A RU2010129126/03 A RU 2010129126/03A RU 2010129126 A RU2010129126 A RU 2010129126A RU 2445433 C1 RU2445433 C1 RU 2445433C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drilling
- cutting
- bit
- tier
- tiers
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области бурения скважин долотами режущего типа и может найти применение в горнодобывающей и нефтегазовой отраслях при бурении скважин различного назначения. Двухъярусное долото режущего типа предназначено для бурения с забойным двигателем в породах выше средней крепости и крепких.The invention relates to the field of drilling wells with cutting bits and can find application in the mining and oil and gas industries when drilling wells for various purposes. The cutting-type two-tier chisel is designed for drilling with a downhole motor in rocks above average and strong.
Известно многоярусное долото режущего типа (см. патент на изобретение РФ №2310732. Многоярусное долото режущего типа / Третьяк А.Я., Чихоткин В.Ф., Литкевич Ю.Ф., Асеева А.Е. Заявка 2006100565/03(000634) от 16.01.2006; опубл. 20.11.2007; Бюл. №32), предназначенное для бурения скважин различного назначения в породах VI-VIII категорий по буримости.Known multi-tier chisel cutting type (see patent for invention of the Russian Federation No. 2310732. Multi-tiered chisel cutting type / Tretyak A.Ya., Chikhotkin V.F., Litkevich Yu.F., Aseeva A.E. Application 2006100565/03 (000634) dated January 16, 2006; publ. November 20, 2007; Bull. No. 32), intended for drilling wells for various purposes in rocks of VI-VIII categories for drillability.
Недостаток: короткие конусообразные ярусы при бурении перемежающихся (слоистых) пород неустойчивы на забое. Это вызывает вибрации режущих элементов и может привести к их поломкам.Disadvantage: short cone-shaped tiers during drilling of alternating (layered) rocks are unstable at the bottom. This causes vibration of the cutting elements and can lead to breakage.
Известно также долото стабилизирующее Speed Drill DPI (см. Patent US 5803196. Stabilizing drill bit / Coy M. Diamond Products International (Houston, TX). Appl. No.: 08/655988. Filed: May 31, 1996. Fielder September 8, 1998), принятое нами в качестве прототипа.Also known is a stabilizing drill bit Speed Drill DPI (see Patent US 5803196. Stabilizing drill bit / Coy M. Diamond Products International (Houston, TX). Appl. No .: 08/655988. Filed: May 31, 1996. Fielder September 8, 1998), adopted by us as a prototype.
Недостаток: разные по величине скорости резания режущими элементами, закрепленными на разбуривающей и забуривающей частях долота, приводят к неравномерному их износу (преимущественный износ наиболее удаленных от оси режущих элементов разбуривающей части). Это ограничивает наработку долота из-за потери диаметра.Disadvantage: different cutting speeds by cutting elements fixed on the drill and drill parts of the bit lead to uneven wear (predominant wear of the cutting elements of the drill part that are farthest from the axis). This limits bit production due to diameter loss.
Задачей изобретения является увеличение износостойкости и наработки долота по перемежающимся породам при сохранении вертикальности ствола скважины за счет того, что стабилизирующее двухъярусное долото режущего типа разделено на ярусы - разбуривающий с хвостовиков и стабилизатором и нижний забуривающий со стабилизатором, каждый из которых выполнен в виде независимых тел вращения, расположенных соосно, при этом скорости резания наиболее удаленных от продольной оси режущих элементов забуривающего и разбуривающего ярусов не превышают критических значений.The objective of the invention is to increase the wear resistance and production time of the bit on the alternating rocks while maintaining the verticality of the wellbore due to the fact that the stabilizing two-tier bit of the cutting type is divided into tiers - drilling from shanks and a stabilizer and lower drilling with a stabilizer, each of which is made in the form of independent bodies of revolution located coaxially, while the cutting speeds furthest from the longitudinal axis of the cutting elements of the drilling and drilling tiers do not exceed critical values.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2.The invention is illustrated in figures 1 and 2.
На фиг.1 представлено стабилизирующее двухъярусное долото с планетарным редуктором (попутное вращение ярусов).Figure 1 shows the stabilizing two-tier chisel with a planetary gear (associated rotation of tiers).
На фиг.2 представлено долото с планетарным редуктором (встречное вращение ярусов).Figure 2 presents the bit with a planetary gear (counter rotation of tiers).
Для обеспечения привода независимых ярусов стабилизирующего двухъярусного долота режущего типа II над ним размещен планетарный редуктор I, который не является защищаемым элементом.To ensure the drive of independent tiers of a stabilizing two-tier bit of cutting type II, a planetary gear I is placed above it, which is not a protected element.
Стабилизирующее двухъярусное долото разделено на ярусы, выполненные в виде независимых тел вращения и расположенные соосно, - разбуривающий с хвостовиком 1 и стабилизатором 2 и забуривающий со стабилизатором 5. Хвостовик 1, имеющий замковую резьбу (не обозначена), сопрягается со стабилизатором 2 разбуривающего яруса. Режущие лопасти 3 этого яруса оснащены высокостойкими режущими элементами 4. Забуривающий ярус со стабилизатором 5 и режущими лопастями 6, оснащенными высокостойкими режущими элементами 7, вращается вправо с угловой скоростью ω1, получая привод от забойного двигателя (не показан) через центральный вал редуктора 8. 10 - центральное колесо редуктора с количеством зубьев za; 11 - зубчатый венец с количеством зубьев zb. Разбуривающий ярус вращается с угловой скоростью ω2, получая привод от водила 9 через вращающиеся саттелиты 12 планетарного редуктора I.The stabilizing two-tier chisel is divided into tiers made in the form of independent bodies of revolution and arranged coaxially - drilled with a shank 1 and stabilizer 2 and drilled with a stabilizer 5. Shank 1, which has a locking thread (not marked), is mated with a stabilizer 2 of the drilling tier. The cutting blades 3 of this tier are equipped with highly resistant cutting elements 4. The drilling tier with a stabilizer 5 and cutting blades 6 equipped with highly resistant cutting elements 7 rotates to the right with an angular speed ω 1 , receiving a drive from the downhole motor (not shown) through the central shaft of the gearbox 8. 10 - the Central gear wheel with the number of teeth z a ; 11 - ring gear with the number of teeth z b . The drill tier rotates with an angular velocity of ω 2 , receiving a drive from carrier 9 through the rotating
Стабилизаторы 2 и 5 представляют собой спиральные калибрующие поверхности, оснащенные высокостойкими штырями (штабиками) 14. Стабилизаторы 2 и 5 увеличивают площадь контакта со стенками скважины.Stabilizers 2 and 5 are spiral gage surfaces equipped with highly resistant pins 14. The stabilizers 2 and 5 increase the contact area with the walls of the well.
Если оси вращающихся сателлитов 12 закреплены в неподвижном корпусе 13 планетарного редуктора, то разбуривающий ярус вращается влево с меньшей частотой. При этомIf the axis of the
i=Zb/za,i = Z b / z a ,
где i - передаточное число планетарного редуктора;where i is the gear ratio of the planetary gear;
zb - количество зубьев на зубчатом венце планетарного редуктора;z b - the number of teeth on the ring gear of the planetary gear;
za - количество зубьев на центральном колесе планетарного редуктора.z a - the number of teeth on the Central wheel of the planetary gear.
Если же оси вращающихся сателлитов 12 закрепить во вращающейся части редуктора (на водиле 9), то ярусы долота будут вращаться попутно (вправо) с различной частотой. При этомIf the axis of the
i=zb/za+1,i = z b / z a +1,
где i - передаточное число планетарного редуктора;where i is the gear ratio of the planetary gear;
zb - количество зубьев на зубчатом венце планетарного редуктора;z b - the number of teeth on the ring gear of the planetary gear;
za - количество зубьев на центральном колесе планетарного редуктора.z a - the number of teeth on the Central wheel of the planetary gear.
При вращении забуривающего яруса с угловой скоростью ω1 и осевом перемещении долота режущие лопасти 6 забуриваются в забой, расширяя по мере продвижения скважину до диаметра d, определяемого положением крайних режущих элементов 7, расположенных в верхних частях режущих лопастей 6. Поскольку режущие лопасти 6 состоят из нескольких режущих элементов 7 забуривающего яруса, а режущие лопасти 3 состоят из нескольких режущих элементов 4 разбуривающего яруса, расположенных на разных расстояниях от оси вращения, их скорости резания по мере удаления от оси возрастают, приближаясь к своим критическим значениям, зависящим от крепости пород и износостойкости вооружения. Режущими элементами 4 и 7 могут быть алмазно-твердосплавные пластины (АТП), Polycrystalline Diamond Cutter (PDC) или подобные.When the drilling line is rotated with an angular velocity ω 1 and the axial movement of the bit, the cutting blades 6 are drilled into the face, expanding as the well moves up to a diameter d determined by the position of the extreme cutting elements 7 located in the upper parts of the cutting blades 6. Since the cutting blades 6 consist of several cutting elements 7 of the drilling tier, and the cutting blades 3 consist of several cutting elements 4 of the drilling tier, located at different distances from the axis of rotation, their cutting speed as they are removed I increase from the axis, approaching its critical values, depending on the strength of the rocks and the wear resistance of the weapons. The cutting elements 4 and 7 may be diamond carbide inserts (ATP), Polycrystalline Diamond Cutter (PDC) or the like.
Мгновенная скорость бурения стабилизирующего двухъярусного долота Vмб, мм/с, определяется возможной мгновенной скоростью бурения забуривающего яруса ,The instantaneous drilling speed of the stabilizing two-tier bit V mb , mm / s, is determined by the possible instantaneous drilling speed of the drilling line ,
где Vмб - мгновенная скорость бурения, мм/с;where V mb - instantaneous drilling speed, mm / s;
Sз - интенсивность внедрения (подача) забуривающего яруса, мм/об;S s - the intensity of the introduction (supply) of the drilling line, mm / rev;
nз - частота вращения забуривающего яруса, об/с;n s - rotational speed of the drilling line, r / s;
Tз - время одного оборота забуривающего яруса, с.T s - the time of one revolution of the drilling line, s.
За время Tз все долото совершает осевое перемещение Sз, а каждая лопасть разбуривающего яруса за это же время проходит часть своего оборота, срезая стружку толщиной h=Sз с мгновенной скоростью бурения Vмб.During T z, the entire bit makes axial movement S z , and each blade of the drilling tier passes part of its revolution during the same time, cutting chips with thickness h = S z with an instant drilling speed of V mb .
Равенство мгновенных скоростей бурения различных ярусов долотаEquality of instantaneous drilling speeds of various tiers of a bit
Vмб=Sз·nз=Sp·np=const,V mb = S s · n s = S p · n p = const,
где Vмб - мгновенная скорость бурения, мм/с;where V mb - instantaneous drilling speed, mm / s;
Sз - интенсивность внедрения (подача) забуривающего яруса, мм/об;S s - the intensity of the introduction (supply) of the drilling line, mm / rev;
nз - частота вращения забуривающего яруса, об/с;n s - rotational speed of the drilling line, r / s;
Sp - интенсивность внедрения (подача) разбуривающего яруса, мм/об;S p - the intensity of the introduction (supply) of the drilling line, mm / rev;
nр - частота вращения разбуривающего яруса, об/мин, обеспечивается варьированием частоты и интенсивности внедрения, что делает возможным согласовать скорости бурения быстровращающейся внутренней части долота и медленновращающейся наружной части.n p - the frequency of rotation of the drilling line, rpm, is provided by varying the frequency and intensity of penetration, which makes it possible to coordinate the drilling speed of the rapidly rotating inner part of the bit and the slowly rotating outer part.
При таких частотах вращения за один оборот забуривающего яруса долото переместится вдоль оси вращения на величину Sp, мм/об, а разбуривающий ярус провернется всего на часть оборота, и для того, чтобы при этом забой был обработан полностью, необходимо на разбуривающем ярусе иметь число лопастей zp, определяемое зависимостьюAt these rotational speeds, for one revolution of the drilling tier, the bit will move along the axis of rotation by the value of S p , mm / rev, and the drilling tier will turn only a part of the revolution, and in order for the face to be completely processed, it is necessary to have a number on the drilling tier blades z p determined by the dependence
, ,
где zр - число режущих лопастей разбуривающего яруса;where z p - the number of cutting blades of the drilling tier;
zз - число режущих лопастей забуривающего яруса;z z - the number of cutting blades of the drilling tier;
nз - частота вращения забуривающего яруса, об/с;n s - rotational speed of the drilling line, r / s;
nр - частота вращения разбуривающего яруса, об/мин.n p - the frequency of rotation of the drilling tier, rpm
Величина критической скорости резания Vкр - основное ограничение области применения долот режущего типа на породах выше средней крепости и крепких. Диаметр долота, на котором режущий элемент достигает критической скорости резания при частоте вращения nз, называют предельным (диаметр d).The value of the critical cutting speed V cr - the main limitation of the scope of cutting bits on rocks above average strength and strong. The diameter of the bit at which the cutting element reaches a critical cutting speed at a rotational speed of n s is called the limit (diameter d).
Частота вращения разбуривающего яруса, имеющего наибольший диаметр D,The rotational speed of the drilling tier having the largest diameter D,
, ,
где nр - частота вращения разбуривающего яруса, об/мин;where n p is the rotational speed of the drilling tier, rpm
D - предельный диаметр разбуривающего яруса, мм;D is the maximum diameter of the drilling tier, mm;
d - предельный диаметр забуривающего яруса, мм;d is the maximum diameter of the drilling line, mm;
nз - частота вращения забуривающего яруса, об/мин.n s - the frequency of rotation of the drilling line, rpm
Режущие элементы забуривающего яруса, расположенные на больших радиусах, будут иметь скорость резания, определяемую зависимостьюThe cutting elements of the drilling line located at large radii will have a cutting speed determined by the dependence
, ,
где Vрез1 - скорость резания элементов забуривающего яруса, м/с;where V rez1 - cutting speed of the elements of the drilling line, m / s;
π - математическая константа;π is the mathematical constant;
d - предельный диаметр забуривающего яруса, мм;d is the maximum diameter of the drilling line, mm;
nз - частота вращения забуривающего яруса, об/мин.n s - the frequency of rotation of the drilling line, rpm
Ее величина не превышает критического значения скорости резания.Its value does not exceed the critical value of the cutting speed.
При передаточном отношении i=zb/za (i=zb/za+1) скорость резания режущими элементами разбуривающего яруса, наиболее удаленными от оси вращения, значительно меньше критического значенияWith the gear ratio i = z b / z a (i = z b / z a +1), the cutting speed by the cutting elements of the drilling tier, the farthest from the axis of rotation, is significantly less than the critical value
где Vрез2 - скорость резания элементов разбуривающего яруса, м/с;where V rez2 - cutting speed of the elements of the drilling tier, m / s;
π - математическая константа;π is the mathematical constant;
D - предельный диаметр разбуривающего яруса, мм;D is the maximum diameter of the drilling tier, mm;
nз - частота вращения забуривающего яруса, об/мин.n s - the frequency of rotation of the drilling line, rpm
Таким образом, долото не имеет износа режущих элементов, наиболее удаленных от оси вращения. Режущие элементы забуривающего и разбуривающего ярусов изнашиваются с одинаковой интенсивностью, за счет чего увеличивается общая наработка долота.Thus, the bit does not have wear on the cutting elements farthest from the axis of rotation. The cutting elements of the boring and boring tiers wear out with the same intensity, thereby increasing the overall life of the bit.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010129126/03A RU2445433C1 (en) | 2010-07-13 | 2010-07-13 | Stabilising two-stage cutting bit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010129126/03A RU2445433C1 (en) | 2010-07-13 | 2010-07-13 | Stabilising two-stage cutting bit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010129126A RU2010129126A (en) | 2012-01-20 |
RU2445433C1 true RU2445433C1 (en) | 2012-03-20 |
Family
ID=45785302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010129126/03A RU2445433C1 (en) | 2010-07-13 | 2010-07-13 | Stabilising two-stage cutting bit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2445433C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695726C1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-07-25 | Константин Андреевич Борисов | Stabilizing two-story cutting-shearing drilling bit |
RU2700330C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-09-16 | Александр Александрович Третьяк | Stabilizing two-level drill bit for core sampling |
RU2740954C1 (en) * | 2020-03-23 | 2021-01-25 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ГЕОН" | Antivibrational two-level bit |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108678678B (en) * | 2018-06-06 | 2024-04-02 | 中国矿业大学 | Mining double-layer dry dust collection drill bit |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU329314A1 (en) * | Б. Л. Стекл нов, И. И. Шамансуров, Ю. Ф. Кудеков | STEPPED CROWN FOR DRILLING MOUNTAIN PORES, | ||
US5803196A (en) * | 1996-05-31 | 1998-09-08 | Diamond Products International | Stabilizing drill bit |
CA2380539A1 (en) * | 2001-04-05 | 2002-10-05 | Smith International, Inc. | A drill bit having large diameter pdc cutters |
RU2190744C2 (en) * | 2001-01-09 | 2002-10-10 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский проектно-конструкторский институт горного и обогатительного машиностроения | Crown bit |
RU55005U1 (en) * | 2006-01-16 | 2006-07-27 | Александр Яковлевич Третьяк | TYPE CUTTING CHIP |
RU2006100565A (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-27 | к Александр Яковлевич Треть (RU) | TYPE CUTTING CHIP |
-
2010
- 2010-07-13 RU RU2010129126/03A patent/RU2445433C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU329314A1 (en) * | Б. Л. Стекл нов, И. И. Шамансуров, Ю. Ф. Кудеков | STEPPED CROWN FOR DRILLING MOUNTAIN PORES, | ||
US5803196A (en) * | 1996-05-31 | 1998-09-08 | Diamond Products International | Stabilizing drill bit |
RU2190744C2 (en) * | 2001-01-09 | 2002-10-10 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский проектно-конструкторский институт горного и обогатительного машиностроения | Crown bit |
CA2380539A1 (en) * | 2001-04-05 | 2002-10-05 | Smith International, Inc. | A drill bit having large diameter pdc cutters |
RU55005U1 (en) * | 2006-01-16 | 2006-07-27 | Александр Яковлевич Третьяк | TYPE CUTTING CHIP |
RU2006100565A (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-27 | к Александр Яковлевич Треть (RU) | TYPE CUTTING CHIP |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695726C1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-07-25 | Константин Андреевич Борисов | Stabilizing two-story cutting-shearing drilling bit |
RU2700330C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-09-16 | Александр Александрович Третьяк | Stabilizing two-level drill bit for core sampling |
RU2740954C1 (en) * | 2020-03-23 | 2021-01-25 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ГЕОН" | Antivibrational two-level bit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010129126A (en) | 2012-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2310732C2 (en) | Multilayered drag bit | |
RU2445433C1 (en) | Stabilising two-stage cutting bit | |
AU2008207696B2 (en) | Mining claw bit | |
US11988045B2 (en) | Eccentric reaming tool | |
US9644428B2 (en) | Drill bit with a hybrid cutter profile | |
CN109104871A (en) | Drill bit, rotatable cutting structure, cutting structure with adjustable rotational resistance and associated method | |
CN110159202A (en) | A kind of diamond bit with fixed buffer structure | |
US11066875B2 (en) | Earth-boring tools having pockets trailing rotationally leading faces of blades and having cutting elements disposed therein and related methods | |
US10508500B2 (en) | Earth boring tools having fixed blades and rotatable cutting structures and related methods | |
RU92900U1 (en) | STABILIZING TWO-STORY CUTTING CHIP | |
US20070137895A1 (en) | Percussion drill bit with V-shaped splines | |
US10914123B2 (en) | Earth boring tools with pockets having cutting elements disposed therein trailing rotationally leading faces of blades and related methods | |
CN207420458U (en) | A kind of Mixed drilling bit for hard formation drilling well | |
RU2695726C1 (en) | Stabilizing two-story cutting-shearing drilling bit | |
RU102045U1 (en) | TYPE CUTTING CHIP | |
RU2390617C1 (en) | Drilling triple cone rock bit | |
CA3099676C (en) | Earth boring tools having fixed blades and varying sized rotatable cutting structres and related methods | |
RU55005U1 (en) | TYPE CUTTING CHIP | |
RU2700330C1 (en) | Stabilizing two-level drill bit for core sampling | |
RU2740954C1 (en) | Antivibrational two-level bit | |
RU2703571C1 (en) | Drilling rod for rotary drilling of bore pits | |
RU2628363C2 (en) | Method for balancing loads in bit with polycrystalline diamond equipment | |
RU125615U1 (en) | DRILL BIT | |
CN108150106A (en) | A kind of drill bit of adjustable dimension | |
RU2520317C2 (en) | Pdc bit for horizontal well drilling |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190714 |