RU2153569C2 - Шарошка бурового долота - Google Patents
Шарошка бурового долота Download PDFInfo
- Publication number
- RU2153569C2 RU2153569C2 RU98108259/03A RU98108259A RU2153569C2 RU 2153569 C2 RU2153569 C2 RU 2153569C2 RU 98108259/03 A RU98108259/03 A RU 98108259/03A RU 98108259 A RU98108259 A RU 98108259A RU 2153569 C2 RU2153569 C2 RU 2153569C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rock
- teeth
- cone
- bit
- cutting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области бурения глубоких скважин. Шарошки бурового долота изготовляют с элементами вооружения (фрезерованными зубьями или вставными зубками), имеющими несколько (по две и более) породоразрушающих вершин, расположенных с возможностью одновременного силового воздействия на разрушаемую породу и выполненных с разным вылетом над наружной поверхностью шарошки, при этом одна из вершин с набегающей стороны выше противоположной на величину амплитуды осевых зубцов вибраций долота. Наличие на каждом элементе вооружения нескольких одновременно воздействующих на разрушаемую породу вершин усиливает их совместное воздействие на скол и разрушение горных пород на забое скважины. Обеспечивается повышение ресурса работы долота и эффективности его воздействия на разрушаемые горные породы. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Изобретение относится к области бурения глубоких скважин и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации шарошечных долот.
Известны шарошки буровых долот, содержащие корпус с элементами вооружения в виде фрезерованных зубьев [1] или в виде вставных зубков [2]. Разнообразие шарошек связано во многом с формой рабочей поверхности элементов вооружения, которая в зависимости от требований к ней выполняется с различным образом закругленной или заостренной вершиной [3].
Наиболее близкой к заявляемой является шарошка бурового долота, содержащая корпус, на наружной поверхности которого выполнены венцы с чередующимися фрезерованными и вставными зубцами, причем, по крайней +мере, два смежных венца имеют одинаковое количество зубцов, при этом зубцы чередуются также вдоль образующей корпуса шарошки [4].
Предполагается, что зубья или зубки шарошек внедряются в породу на 3/4 своей высоты. В действительности в изотропные породы средней и выше средней твердости их невозможно вдавить больше, чем на величину осевой упругой деформации породы или на величину уплотнения ядра напряжений. В процессе бурения скважины объем зоны разрушения пород за одно взаимодействие зуба с забоем скважины оказывается меньше предполагаемого, при этом меньше и сдвиг породы, для увеличения которого стали применять долота со смещением осей шарошек к оси долота, но это снижает долговечность опор шарошек.
При использовании шарошек известных конструкций не реализуется эффект взаимодействия полей напряжения, возникающих при вдавливании зубьев в разрушаемую породу. Для этого вершины головок зубьев должны находиться на расстоянии 8 - 15 мм друг от друга, что практически невозможно выполнить при вставных зубках без снижения прочности шарошки. По этой же причине ограничена площадь одновременного силового контакта зубьев всех шарошек долота с забоем скважины, в связи с чем мощность некоторых забойных двигателей, например винтовых, используется лишь частично. Эффективность работы зуба по сдвигу пород низка еще и потому, что амплитуда перемещения породоразрушающей вершины зуба часто меньше необходимой для осуществления 2-го скачка разрушения породы. В то же время напряжения на вершине зуба бывают так велики, что приводят к его сколу.
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание шарошки, эффективно воздействующей на разрушаемые горные породы, с повышенным ресурсом работы.
Поставленная задача решается тем, что у шарошки бурового долота, содержащей корпус с элементами вооружения в виде фрезерованных зубьев или вставных зубков, элементы вооружения выполнены с несколькими породоразрушающими вершинами, расположенными с возможностью одновременного силового воздействия на разрушаемую породу и выполненными с разным вылетом над наружной поверхностью шарошки, при этом одна из вершин с набегающей стороны выше противоположной на величину амплитуды осевых зубцовых вибраций долота.
Поскольку для современных долот оптимальная величина амплитуды осевых зубцовых вибраций составляет 0,5 - 1,5 мм, то эта величина может быть принята за величину превышения одной породоразрушающей вершины над другой.
Для лучшей приработки рабочих поверхностей элементов вооружения к разрушаемой горной породе они могут быть выполнены со вставками из менее прочного пластичного металла, запрессованными в зубья или головки зубков между более прочными породоразрушающими вершинами.
Для более плотного расположения на шарошке основания зубков могут быть выполнены ступенчатыми.
При разности вылетов вершин не менее минимальной амплитуды осевых вибраций долота эффективность разрушения породы повысится за счет одновременного контакта с ней достаточно близко расположенных смежных вершин и увеличения сдвиговых деформаций в породе на забое скважины.
Применение шарошки предлагаемой конструкции позволяет увеличить локальную зону воздействия породоразрушающего элемента вооружения на разрушаемую породу и объем разрушаемой породы за счет реализации эффекта взаимовлияния одновременного интенсивного силового контакта нескольких вершин зуба или зубка с забоем скважины, а также реализовать эффект второго скачка разрушения породы [5].
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 дана схема шарошки с запрессованными зубками, на фиг. 2, 3, 4, 5, 6 и 7 показаны элементы вооружения шарошки с различным расположением породоразру- шающих вершин, на фиг. 4, 5, 6 и 7 показаны зубки с разными вылетами их вершин, на фиг. 4 и 5 показан зубок с вставкой из менее прочного металла, при этом на фиг. 3 дан вид по А на фиг. 2; на фиг. 5 - по Б на фиг. 4; на фиг. 7 - по В на фиг. 6.
Шарошка бурового долота содержит корпус 1 с элементами вооружения (породоразрушающими элементами), выполненными либо в виде вставных зубков 2, либо в виде фрезерованных зубьев 3 (фиг. 2 и 3), расположенных венцами на поверхности шарошки. Каждый из породоразрушающих элементов вооружения 2 или 3 выполнен с несколькими (больше, чем с одной) породоразрушающими вершинами 4 и 5 (фиг. 1, 4 и 5); 4, 5, 6 и 7 (фиг. 2, 3, 6 и 7).
Между продоразрушающими вершинами элементов вооружения может быть запрессована вставка 8 (фиг. 4 и 5), выполненная из пластичного, но менее прочного металла, чем металл зубьев (зубков).
Зубья 3 выполняются на шарошке фрезерованными, а зубки 2 вставляются с натягом нижней частью (основанием) в гнезда, выполненные в теле шарошки 1, при этом верхняя часть зубков (головка с породоразрушающими вершинами) выступает за наружную поверхность шарошки с заданным вылетом.
В процессе бурения с забойным двигателем при создании осевого усилия на долото и перекатывании шарошек по забою скважины происходит силовой контакт элементов вооружения шарошки (фрезерованных зубьев 3 или вставных зубков 2) с горной породой. Осевое усилие, воздействующее на долото, распределяется на головки зубков (или зубья) и их вершины, одновременно контактирующие с забоем, и передается породе на забое скважины.
При одновершинных зубках в момент передачи усилия на зубок под ним происходит начальный скол породы, как правило, в небольшом объеме, после чего вершина зубка вдавливается в массив породы и создает в ней ядро напряжений. Порода в ядре измельчается или упруго деформируется, при этом значительная часть энергии рассеивается в породе. На измельчение породы в ядре и ее упругое деформирование тратится большое количество энергии, переданной долоту от привода. Кроме того, количество энергии, передаваемое породе, ограничено временем контакта зубка с породой. Выкол породы, особенно в изотропном массиве средней и выше средней твердости, производится часто при повторных осевых воздействиях на нее зубков. При попадании зубка в углубление забойной рейки энергия привода расходуется еще менее производительно, а совместное влияние смежных зубков на разрушение породы сводится к нулю. Сказанное полностью относится и к работе фрезерованных зубьев.
Из сказанного следует, что с применением зубьев и зубков с одной породоразрушающей вершиной часто не удается разрушить породу в большом объеме или сдвинуть ее на большом участке.
При многовершинных зубках имеется возможность расположить их так, чтобы полней использовался эффект одновременного совместного влияния нескольких породоразрушающих вершин на породу. Для этого достаточно, чтобы расстояние между вершинами составляло 8 - 15 мм, а одна из вершин с набегающей стороны была выше противоположной на величину амплитуды осевых зубцовых вибраций долота, то есть на величину 0,5 - 1,5 мм. При одновременном силовом воздействии нескольких вершин зубка на забой скважины предельное состояние породы по напряжению достигается одновременно на всем участке действия вершин, в том числе и между вершинами, и скол породы происходит на большей площади и в большем объеме, чем при одновершинных зубках. При этом повысится число поражений забоя и уменьшится высота выступов забойной рейки.
При выходе из лунки вдавливания первой по очередности контакта с забоем вершины зубка вторая вершина продолжает деформацию породы на площадке лунки и сдвиг породы второй вершиной будет существенной добавкой к их совместному предыдущему воздействию на породу. В этом случае более реален и второй скачок разрушения, при котором существенно увеличивается объем разрушенной породы. Уменьшение высоты выступов забойной рейки и "ухабов" на забое скважины позволяет рациональней расходовать энергию, подводимую к долоту, и повышать механическую скорость проходки.
Таким образом, в процессе бурения скважин шарошечным долотом с элементами вооружения (зубьями или зубками), имеющими больше одной породоразрушающей вершины, объем породы, выбуренной за одно взаимодействие элемента вооружения с забоем, может резко увеличиться. При таком характере работы элементов вооружения шарошки долота можно полней использовать потенциальные возможности низкооборотного бурения с повышенными осевыми нагрузками на долото и на зубок (зуб) шарошки с меньшими затратами мощности на доразрушение и измельчение пород на забое скважины, что обеспечит повышение проходки на долото.
При ступенчатом выполнении основания зубков (фиг. 4 и 5) обеспечивается более плотное расположение на шарошке головок с породоразрушающими вершинами, при этом возрастает количество поражений забоя и соответственно механическая скорость проходки скважины.
При установке между вершинами зубков (или зубьев) вставок из менее прочного металла, например стали, рабочая поверхность зубков между их вершинами быстро принимает форму, при которой элементы вооружения более эффективно воздействуют на породу, а затраты мощности на ее разрушение снижаются.
При роторном способе бурения "ухабы" на забое скважины выше, чем при турбинном бурении, поэтому на долото, его шарошки и зубки и породу на забое скважины динамическая осевая нагрузка действует постоянно, и эффективность применения зубков с несколькими вершинами будет выше, чем при турбинном бурении.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1318683, МКИ6 E 21 В 10/16, 1981.
1. Авторское свидетельство СССР N 1318683, МКИ6 E 21 В 10/16, 1981.
2. Авторское свидетельство СССР N 1439191, МКИ6 E 21 В 10/16, 1984.
3. Масленников И.К. Буровой инструмент. Справочник. М.: Недра, 1989, с. 84. рис. 2.1.22.
4. Авторское свидетельство СССР N 829848, МКИ6 E 21 В 9/10, 1979.
5. Мавлютов М.Р. Разрушение горных пород при бурении скважин. М.: Недра, 1978, с. 64...74, 98...105.
Claims (3)
1. Шарошка бурового долота, содержащая корпус с элементами вооружения в виде фрезерованных зубьев или вставных зубков, отличающаяся тем, что элементы вооружения выполнены с несколькими породоразрушающими вершинами, расположенными с возможностью одновременного силового воздействия на разрушаемую породу и выполненными с разным вылетом над наружной поверхностью шарошки, при этом одна из вершин с набегающей стороны выше противоположной на величину амплитуды осевых зубцовых вибраций долота.
2. Шарошка по п.1, отличающаяся тем, что элементы вооружения выполнены со вставками из менее прочного пластичного металла, установленными между породоразрушающими вершинами.
3. Шарошка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что основания зубков выполнены ступенчатыми.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98108259/03A RU2153569C2 (ru) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | Шарошка бурового долота |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98108259/03A RU2153569C2 (ru) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | Шарошка бурового долота |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98108259A RU98108259A (ru) | 2000-02-10 |
RU2153569C2 true RU2153569C2 (ru) | 2000-07-27 |
Family
ID=20205467
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98108259/03A RU2153569C2 (ru) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | Шарошка бурового долота |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2153569C2 (ru) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2398586A (en) * | 2003-02-21 | 2004-08-25 | Smith International | Cutting element for roller cone drill bit |
US6883624B2 (en) * | 2003-01-31 | 2005-04-26 | Smith International, Inc. | Multi-lobed cutter element for drill bit |
US7624825B2 (en) | 2005-10-18 | 2009-12-01 | Smith International, Inc. | Drill bit and cutter element having aggressive leading side |
US7686106B2 (en) | 2007-01-03 | 2010-03-30 | Smith International, Inc. | Rock bit and inserts with wear relief grooves |
US7690442B2 (en) | 2005-05-17 | 2010-04-06 | Smith International, Inc. | Drill bit and cutting inserts for hard/abrasive formations |
US7743855B2 (en) | 2006-09-05 | 2010-06-29 | Smith International, Inc. | Drill bit with cutter element having multifaceted, slanted top cutting surface |
US7757789B2 (en) | 2005-06-21 | 2010-07-20 | Smith International, Inc. | Drill bit and insert having bladed interface between substrate and coating |
US7798258B2 (en) | 2007-01-03 | 2010-09-21 | Smith International, Inc. | Drill bit with cutter element having crossing chisel crests |
US7950476B2 (en) | 2007-01-03 | 2011-05-31 | Smith International, Inc. | Drill bit and cutter element having chisel crest with protruding pilot portion |
RU2452840C1 (ru) * | 2011-02-16 | 2012-06-10 | Николай Митрофанович Панин | Шарошка бурового долота |
US8205692B2 (en) | 2007-01-03 | 2012-06-26 | Smith International, Inc. | Rock bit and inserts with a chisel crest having a broadened region |
US8607899B2 (en) | 2011-02-18 | 2013-12-17 | National Oilwell Varco, L.P. | Rock bit and cutter teeth geometries |
US9279290B2 (en) | 2012-12-28 | 2016-03-08 | Smith International, Inc. | Manufacture of cutting elements having lobes |
US11828108B2 (en) | 2016-01-13 | 2023-11-28 | Schlumberger Technology Corporation | Angled chisel insert |
-
1998
- 1998-04-28 RU RU98108259/03A patent/RU2153569C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6883624B2 (en) * | 2003-01-31 | 2005-04-26 | Smith International, Inc. | Multi-lobed cutter element for drill bit |
US6929079B2 (en) | 2003-02-21 | 2005-08-16 | Smith International, Inc. | Drill bit cutter element having multiple cusps |
GB2398586B (en) * | 2003-02-21 | 2006-11-01 | Smith International | Drill bit, cutter element and insert |
GB2398586A (en) * | 2003-02-21 | 2004-08-25 | Smith International | Cutting element for roller cone drill bit |
US7690442B2 (en) | 2005-05-17 | 2010-04-06 | Smith International, Inc. | Drill bit and cutting inserts for hard/abrasive formations |
US7757789B2 (en) | 2005-06-21 | 2010-07-20 | Smith International, Inc. | Drill bit and insert having bladed interface between substrate and coating |
US7624825B2 (en) | 2005-10-18 | 2009-12-01 | Smith International, Inc. | Drill bit and cutter element having aggressive leading side |
US7743855B2 (en) | 2006-09-05 | 2010-06-29 | Smith International, Inc. | Drill bit with cutter element having multifaceted, slanted top cutting surface |
US7686106B2 (en) | 2007-01-03 | 2010-03-30 | Smith International, Inc. | Rock bit and inserts with wear relief grooves |
US7798258B2 (en) | 2007-01-03 | 2010-09-21 | Smith International, Inc. | Drill bit with cutter element having crossing chisel crests |
US7950476B2 (en) | 2007-01-03 | 2011-05-31 | Smith International, Inc. | Drill bit and cutter element having chisel crest with protruding pilot portion |
US8205692B2 (en) | 2007-01-03 | 2012-06-26 | Smith International, Inc. | Rock bit and inserts with a chisel crest having a broadened region |
RU2452840C1 (ru) * | 2011-02-16 | 2012-06-10 | Николай Митрофанович Панин | Шарошка бурового долота |
US8607899B2 (en) | 2011-02-18 | 2013-12-17 | National Oilwell Varco, L.P. | Rock bit and cutter teeth geometries |
US9328562B2 (en) | 2011-02-18 | 2016-05-03 | National Oilwell Varco, L.P. | Rock bit and cutter teeth geometries |
US9279290B2 (en) | 2012-12-28 | 2016-03-08 | Smith International, Inc. | Manufacture of cutting elements having lobes |
US11828108B2 (en) | 2016-01-13 | 2023-11-28 | Schlumberger Technology Corporation | Angled chisel insert |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2153569C2 (ru) | Шарошка бурового долота | |
US4339009A (en) | Button assembly for rotary rock cutters | |
US4393948A (en) | Rock boring bit with novel teeth and geometry | |
CN106089087B (zh) | 一种适用于难钻地层的冲切复合钻头 | |
US6904983B2 (en) | Low-contact area cutting element | |
US20050077092A1 (en) | Arcuate-shaped inserts for drill bit | |
US20040118609A1 (en) | Drilling with mixed tooth types | |
CA2528482A1 (en) | Percussive drill bit | |
CN110273650A (zh) | 一种具有柔性切削结构的金刚石钻头 | |
CN208137861U (zh) | 一种具有柔性切削结构的金刚石钻头 | |
US7025155B1 (en) | Rock bit with channel structure for retaining cutter segments | |
CN209444280U (zh) | 一种牙轮-pdc切削结构复合钻头 | |
CN206220857U (zh) | 一种交替犁削与刮切方式联合破岩的复合钻头 | |
RU2445439C1 (ru) | Буровая коронка | |
SU1701887A1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
CN213063478U (zh) | 一种新型尖脊形切削齿 | |
CN203248083U (zh) | 一种镶齿牙轮钻头 | |
CN103147691B (zh) | 一种复合钻头 | |
RU2357064C1 (ru) | Шарошка бурового долота (варианты) | |
RU2134766C1 (ru) | Зуб бурового долота | |
RU212334U1 (ru) | Шарошка бурового долота | |
RU2270319C1 (ru) | Коронка для ударно-вращательного бурения | |
RU2332556C1 (ru) | Буровая коронка | |
CN211573407U (zh) | 具有高效切削齿的牙轮钻头 | |
RU2355863C2 (ru) | Буровое шарошечное долото |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060429 |