RU2206701C2

RU2206701C2 - Drilling bit

Info

Publication number: RU2206701C2
Application number: RU2000107855A
Authority: RU
Inventors: Дьюрре Ханс Зейслинг
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2003-06-20
Also published as: EG21701A; AU727657B2; CA2300158A1; CN1098400C; ID24483A; AR016883A1; WO1999011900A1; GB2344842A; GB0003248D0; NO20000938D0; GB2344842B; AU9537898A; OA11327A; CN1268991A; BR9811389A; NO20000938L; NO318151B1

Abstract

FIELD: drilling equipment, rotor drilling bit to drive hole in rock, in particular. SUBSTANCE: drilling bit includes assembly of cutting members mounted for cutting aggregate of circular, radially arranged shears in bottom of hole. Cutting members include at least one cutting member so positioned that shear in bottom of hole is cut with angular interval of turn of drilling bit after shear of another cutting member. Layer of rock is set between trajectories of shears made between two cutting members. Cutting member is provided with side surface to cut specified layer of rock in direction of shear made by another cutting member. Drilling bit includes body and several cutter cones connected to body of drilling bit and mounted for rotation and rolling over bottom of hole. Rotation axes of cutter cones pass in different radial directions. Each cutter cone is fitted with one specified cutting member as minimum and assembly of cutting inserts arranged to cut outer radial section of hole for radial stabilization of drilling bit. EFFECT: increased operational reliability and productivity of drilling bit. 10 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к роторному буровому долоту для бурения скважины в горной породе. Из уровня техники известны различные типы применяемых буровых долот, например, шарошечные конические долота или гидромониторные буровые долота. The invention relates to a rotary drill bit for drilling a well in rock. Various types of drill bits used are known in the art, for example, conical conical bits or hydromonitor drill bits.

В частности, известно роторное буровое долото для бурения скважины в горной породе, содержащее множество режущих элементов, расположенных с возможностью вырезания множества по существу круговых, радиально расположенных срезов в дне скважины, причем режущие элементы включают в себя, по меньшей мере, один срезающий элемент, расположенный так, чтобы выполнять срез в дне скважины с угловым интервалом поворота бурового долота после среза другого режущего элемента, слой горной породы задается между траекториями срезов, выполненных между двумя срезающими элементами, причем срезающий элемент снабжен боковой поверхностью для срезания указанного слоя горной породы в направлении среза, выполненного другим режущим элементом, дополнительно содержащее корпус долота и несколько шарошечных конусов, соединенных с возможностью вращения с корпусом долота и качения по дну скважины, причем оси вращения шарошечных конусов проходят в различных радиальных направлениях и каждый шарошечный конус снабжен, по меньшей мере, одним из указанных срезающих элементов (см. GB, А, 1082690). Эти буровые долота обычно снабжены абразивными режущими элементами, которые изготовлены из материала, имеющего высокую износостойкость, обычно применяют алмаз или карбид вольфрама. Режущее действие этих элементов обеспечивается тем, что элементы скребут по дну скважины. Продвижение бурового долота в скважине (т.е. скорость бурения) зависит от многих факторов, таких как степень износа режущих элементов, прочности породы и воздействующего на долото веса. Поскольку стоимость бурения скважины составляет существенную часть общей стоимости скважины, то постоянно существует необходимость в снижении времени бурения за счет повышения скорости бурения. In particular, a rotary drill bit for drilling a well in rock is known, comprising a plurality of cutting elements arranged to cut a plurality of substantially circular, radially arranged sections in the bottom of the well, the cutting elements including at least one shearing element, located so as to perform a cut in the bottom of the well with an angular interval of rotation of the drill bit after a cut of another cutting element, the rock layer is defined between the paths of the cuts made between two I cutting elements, and the cutting element is provided with a side surface for cutting the specified layer of rock in the direction of the cut made by another cutting element, further comprising a bit body and several cones connected for rotation with the body of the bit and rolling along the bottom of the well, and the axis of rotation cone cones extend in different radial directions and each cone cone is provided with at least one of these cutting elements (see GB, A, 1082690). These drill bits are usually equipped with abrasive cutting elements, which are made of a material having high wear resistance, usually using diamond or tungsten carbide. The cutting action of these elements is ensured by the fact that the elements scratch along the bottom of the well. The advancement of the drill bit in the well (i.e., the drilling speed) depends on many factors, such as the degree of wear of the cutting elements, the strength of the rock, and the weight acting on the bit. Since the cost of drilling a well is a significant part of the total cost of a well, there is always a need to reduce drilling time by increasing the speed of drilling.

В основу изобретения положена задача создания бурового долота, обеспечивающего повышенную скорость бурения скважины в горной породе. The basis of the invention is the creation of a drill bit, providing an increased speed of drilling a well in rock.

Поставленная задача решается тем, что в роторном буровом долоте для бурения скважины в горной породе, содержащем множество режущих элементов, расположенных с возможностью вырезания множества по существу круговых, радиально расположенных срезов в дне скважины, причем режущие элементы включают в себя, по меньшей мере, один срезающий элемент, расположенный так, чтобы выполнять срез в дне скважины, причем режущие элементы включают в себя, по меньшей мере, один срезающий элемент, расположенный так, чтобы выполнять срез в дне скважины с угловым интервалом поворота бурового долота после среза другого режущего элемента, слой горной породы задается между траекториями срезов, выполненных между двумя срезающими элементами, причем срезающий элемент снабжен боковой поверхностью для срезания указанного слоя горной породы в направлении среза, выполненного другим режущим элементом, дополнительно содержащее корпус долота и несколько шарошечных конусов, соединенных с возможностью вращения с корпусом долота и качения по дну скважины, причем оси вращения шарошечных конусов проходят в различных радиальных направлениях и каждый шарошечный конус снабжен, по меньшей мере, одним из указанных срезающих элементов, согласно изобретению каждый шарошечный конус снабжен множеством режущих вставок, расположенных с возможностью вырезания наружной радиальной секции скважины для радиальной стабилизации долота. The problem is solved in that in a rotary drill bit for drilling a well in rock containing a plurality of cutting elements arranged to cut a plurality of substantially circular, radially arranged sections in the bottom of the well, and the cutting elements include at least one a cutting element located so as to perform a cut in the bottom of the well, and the cutting elements include at least one cutting element located so as to perform a cut in the bottom of the well with an angular the interval of rotation of the drill bit after cutting another cutting element, the rock layer is defined between the paths of the cuts made between two cutting elements, and the cutting element is provided with a side surface for cutting the specified layer of rock in the direction of the cut made by another cutting element, additionally containing the body of the bit and several cone cones, connected with the possibility of rotation with the body of the bit and rolling along the bottom of the well, and the axis of rotation of cone cones pass in azlichnyh radial directions, and each cone roller cone is provided with at least one of said shearing elements, according to the invention, each cone roller cone is provided with a plurality of cutting inserts arranged with the possibility of cutting the outer radial section of the borehole to stabilize the bit radial.

Желательно, чтобы каждый режущий элемент образовывал дисковый резец, проходящий вокруг оси вращения шарошечного конуса, который снабжен этим режущим элементом. It is desirable that each cutting element forms a disk cutter passing around the axis of rotation of the cone cone, which is equipped with this cutting element.

Возможно также, чтобы каждый дисковый резец имел клиновидное поперечное сечение, определяющее две боковые поверхности резца, причем, по меньшей мере, одна из боковых поверхностей была расположена с возможностью нажима на указанный слой горной породы для срезания этого слоя с образованием тем самым средства для срезания горной породы. It is also possible that each disk cutter has a wedge-shaped cross-section defining two lateral surfaces of the cutter, at least one of the side surfaces being arranged to press on said rock layer to cut this layer, thereby forming a rock cutting tool breed.

При этом желательно, чтобы другая боковая поверхность проходила параллельно продольной оси бурового долота. In this case, it is desirable that the other side surface runs parallel to the longitudinal axis of the drill bit.

Предпочтительно, чтобы каждый шарошечный конус был снабжен комплектом дисковых резцов, расположенных вдоль продольной оси шарошечного конуса, причем комплекты дисковых резцов, относящиеся к различным шарошечным конусам, были бы расположены в шахматном порядке друг относительно друга вдоль продольных осей шарошечных конусов. Preferably, each cone cone was provided with a set of disc cutters located along the longitudinal axis of the cone cone, and sets of disc cutters related to different cone cones would be staggered relative to each other along the longitudinal axes of the cone cones.

При этом желательно, чтобы долото содержало первый шарошечный конус, имеющий первый комплект дисковых резцов, и второй шарошечный конус, имеющий второй комплект дисковых резцов. It is desirable that the bit contains a first cone cone having a first set of disc cutters, and a second cone cone having a second set of disc cutters.

Кроме того, возможно, чтобы долото дополнительно содержало третий шарошечный конус, имеющий третий комплект дисковых резцов. In addition, it is possible that the bit further comprises a third cone cone having a third set of disc cutters.

В предпочтительном варианте каждый шарошечный конус снабжен наружным дисковым резцом, причем наружные дисковые резцы шарошечных конусов расположены в, по существу, одинаковом радиальном положении бурового долота и каждый наружный дисковый резец имеет наружную поверхность, направленную в сторону стенки скважины и снабженную множеством режущих вставок. In a preferred embodiment, each cone cone is provided with an outer disk cutter, the outer cone cutters of the cones being arranged in substantially the same radial position of the drill bit and each outer cone cutter has an outer surface directed toward the borehole wall and provided with a plurality of cutting inserts.

В другом предпочтительном варианте каждый шарошечный конус снабжен множеством внутренних режущих вставок, расположенных на внутренней части шарошечного конуса для резания центральной секции скважины. In another preferred embodiment, each cone cone is provided with a plurality of internal cutting inserts located on the inside of the cone cone for cutting the central section of the well.

Целесообразно, чтобы огибающая поверхность срезающих элементов на дне скважины имела выпуклую форму, и каждое средство для срезания слоя горной породы было расположено с возможностью срезания слоя в радиально внутреннем направлении. It is advisable that the envelope surface of the cutting elements at the bottom of the borehole has a convex shape, and each means for cutting the rock layer is disposed to cut the layer in the radially inner direction.

Возможно также, чтобы огибающая поверхность срезающих элементов на дне скважины имела вогнутую форму, и каждое средство для срезания слоя горной породы было расположено с возможностью срезания указанного слоя в радиально наружном направлении. It is also possible that the envelope surface of the cutting elements at the bottom of the well has a concave shape, and each means for cutting the rock layer is arranged to cut the specified layer in a radially outward direction.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает схематично первый вариант выполнения бурового долота на виде сбоку;
фиг. 2 - правую половину первого варианта выполнения, показанного на фиг. 1;
фиг. 3 - второй вариант выполнения бурового долота в виде сбоку;
фиг. 4 - третий вариант выполнения бурового долота в виде сбоку.The invention is further explained in the description of a specific variant of its implementation and the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 is a schematic side view of a first embodiment of a drill bit;
FIG. 2 is the right half of the first embodiment shown in FIG. 1;
FIG. 3 - the second embodiment of the drill bit in side view;
FIG. 4 is a third embodiment of the drill bit in side view.

На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями. In the drawings, like elements are denoted by like reference numerals.

Первый вариант выполнения бурового долота 1, показанный на фиг. 1 и 2, включает в себя корпус 3 долота, винтовой соединитель 5 для соединения долота 1 с бурильной колонной, и два противоположных шарошечных конуса 7, 9, соединенных с возможностью вращения с корпусом 3 долота, причем оси 10, 11 вращения шарошечных конусов 7, 9 наклонены вниз и пересекаются с осью 12 вращения долота 1 в точке 14 пересечения. В качестве альтернативного решения, шарошечные конусы могут быть сдвинуты так, что оси вращения шарошечных конусов не пересекают ось вращения бурового долота 1. Шарошечный конус 7 снабжен комплектом срезающих элементов в виде дисковых резцов 7а, 7b, 7с, 7d, 7е, а шарошечный конус 9 снабжен комплектом режущих/срезающих элементов в виде дисковых резцов 9а, 9b, 9с, 9d, 9е. Каждый дисковый резец имеет режущую кромку, проходящую перпендикулярно оси вращения шарошечного конуса 7, 9, к которому относится дисковый резец. Дисковые резцы 7а-7d и 9а-9d расположены так, что огибающая поверхность точек контакта дисковых резцов с дном скважины имеет выпуклую форму. A first embodiment of a drill bit 1 shown in FIG. 1 and 2, includes a body 3 of the bit, a screw connector 5 for connecting the bit 1 with the drill string, and two opposite cone cones 7, 9, rotatably connected to the body 3 of the bit, and the axis of rotation 10, 11 of the cone cones 7, 9 are inclined downward and intersect with the axis of rotation 12 of the bit 1 at the intersection point 14. As an alternative solution, the cone cones can be shifted so that the axis of rotation of the cone cones do not intersect the axis of rotation of the drill bit 1. The cone cone 7 is equipped with a set of cutting elements in the form of disk cutters 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, and the cone cone 9 equipped with a set of cutting / cutting elements in the form of disk cutters 9a, 9b, 9c, 9d, 9e. Each disk cutter has a cutting edge extending perpendicular to the axis of rotation of the cone cone 7, 9, to which the disk cutter belongs. The disk cutters 7a-7d and 9a-9d are arranged so that the envelope surface of the contact points of the disk cutters with the bottom of the well has a convex shape.

Комплект дисковых резцов 7b-7е и комплект дисковых резцов 9b-9е расположены в шахматном порядке относительно друг друга в радиальном направлении скважины. Таким образом, при рассмотрении в радиальном направлении дисковые резцы 7b-7е и дисковые резцы 9b-9е попеременно вступают в контакт с дном скважины. Для иллюстрации расположения в шахматном порядке комплектов дисковых резцов, нижние части дисковых резцов 7b-7е изображены заштрихованными между нижними частями дисковых резцов 9b-9е. Таким образом, дисковые резцы 7b-7е занимают показанное заштрихованным положение, если буровое долото 1 повернется на 180^o из показанного на фиг. 1 положения.The set of disk cutters 7b-7e and the set of disk cutters 9b-9e are staggered relative to each other in the radial direction of the well. Thus, when viewed in a radial direction, the disk cutters 7b-7e and the disk cutters 9b-9e alternately come into contact with the bottom of the well. To illustrate the staggered arrangement of sets of disk cutters, the lower parts of the disk cutters 7b-7e are shown hatched between the lower parts of the disk cutters 9b-9e. Thus, the disk cutters 7b-7e occupy the shaded position shown if the drill bit 1 rotates 180 ^° from the one shown in FIG. 1 provisions.

Радиально самые наружные дисковые резцы 7а, 9а расположены по существу в одинаковом радиальном положении бурового долота и снабжены (наружными) режущими вставками 16 на стороне, обращенной к стенке скважины, для срезания радиально наружной части скважины. Аналогичные (внутренние) режущие вставки 16 предусмотрены на внутренней концевой части каждого шарошечного конуса для бурения скальной породы, расположенной вблизи оси 12 вращения бурового долота. The radially outermost disk cutters 7a, 9a are arranged in substantially the same radial position of the drill bit and are provided with (outer) cutting inserts 16 on the side facing the borehole wall to cut off the radially outer part of the borehole. Similar (internal) cutting inserts 16 are provided on the inner end portion of each cone for drilling rock located near the axis 12 of rotation of the drill bit.

Каждый дисковый резец имеет две боковые поверхности 18, 20, создающие клиновидную режущую кромку 17, как показано только на фиг. 1, причем другие дисковые резцы имеют аналогичные боковые поверхности и режущие кромки. Каждая боковая поверхность 18 проходит перпендикулярно оси 10, 11 вращения шарошечного конуса 7, 9, к которому относится дисковый резец. Таким образом, во время бурения боковая поверхность 18 нажимает на скальную породу в направлении точки 14 пересечения. Боковая поверхность 20 проходит параллельно оси 12 вращения бурового долота 1 в точке контакта с дном скважины. Each disk cutter has two side surfaces 18, 20, creating a wedge-shaped cutting edge 17, as shown only in FIG. 1, wherein other disk cutters have similar lateral surfaces and cutting edges. Each side surface 18 extends perpendicular to the axis of rotation 10, 11 of the cone cone 7, 9, to which the disk cutter belongs. Thus, during drilling, the lateral surface 18 presses the rock in the direction of the intersection point 14. The lateral surface 20 runs parallel to the axis of rotation 12 of the drill bit 1 at the point of contact with the bottom of the well.

На фиг. 3 показан второй вариант выполнения бурового долота 31, согласно изобретению который в большей части аналогичен первому варианту выполнения, а отличие состоит в том, что буровое долото 31 имеет три шарошечных конуса 35, 37, 39, из которых на чертеже изображен только шарошечный конус 39. Три шарошечных конуса расположены с интервалом в 120^o и являются аналогичными шарошечным конусам первого варианта выполнения, описанного применительно к фиг. 1 и 2. Для лучшего понимания показаны только три дисковых резца без стабилизирующих резцов для каждого из трех шарошечных конусов. Следует подчеркнуть, что на практике может быть предусмотрено любое подходящее количество дисковых резцов и стабилизирующих резцов на каждом шарошечном конусе. В варианте выполнения, согласно фиг. 3, шарошечный конус 35 имеет комплект дисковых резцов 35а, 35b, 35с, шарошечный конус 37 имеет комплект дисковых резцов 37а, 37b, 37с и шарошечный конус 39 имеет комплект дисковых резцов 39а, 39b, 39с. Три комплекта дисковых резцов расположены в шахматном порядке в радиальном направлении скважины. Таким образом, при рассмотрении в радиальном направлении дисковые резцы 35а-35с, 37а-37с и 39а-39с поочередно контактируют с дном скважины. Для иллюстрации расположения в шахматном порядке комплектов дисковых резцов, нижние части дисковых резцов 35а-35с и 37а-37с изображены заштрихованными между нижними частями дисковых резцов 39а-39с. Дисковые резцы 35а-35с занимают показанное заштрихованным положение, если буровое долото 1 повернется на 120^o из показанного на фиг. 1 положения, а дисковые резцы 37а-37с занимают показанное заштрихованным положение, если буровое долото 1 повернется на 240^o из показанного на фиг. 1 положения.In FIG. 3 shows a second embodiment of a drill bit 31, according to the invention, which is largely similar to the first embodiment, and the difference is that the drill bit 31 has three cone cones 35, 37, 39, of which only cone cone 39 is shown in the drawing. The three cone cones are spaced at 120 ^° and are similar to the cone cones of the first embodiment described with reference to FIG. 1 and 2. For a better understanding, only three disk incisors without stabilizing incisors for each of the three cone cones are shown. It should be emphasized that in practice any suitable number of disk cutters and stabilizing cutters on each cone cone can be provided. In the embodiment of FIG. 3, the cone 35 has a set of disc cutters 35a, 35b, 35c, the cone 37 has a set of disc cutters 37a, 37b, 37c and the cone 39 has a set of disc cutters 39a, 39b, 39c. Three sets of disc cutters are staggered in the radial direction of the well. Thus, when viewed in a radial direction, the disk cutters 35a-35c, 37a-37c and 39a-39c alternately contact the bottom of the well. To illustrate the staggered arrangement of sets of disk cutters, the lower parts of the disk cutters 35a-35c and 37a-37c are shown hatched between the lower parts of the disk cutters 39a-39c. Disk cutters 35a-35c occupy the shaded position shown if drill bit 1 rotates 120 ^° from the one shown in FIG. 1 of the position, and the disk cutters 37a-37c occupy the shaded position shown if the drill bit 1 rotates 240 ^° from the one shown in FIG. 1 provisions.

На фиг. 4 показан третий вариант выполнения бурового долота 41, согласно изобретению который в большей части аналогичен второму варианту выполнения, а отличие состоит в том, что дисковые резцы расположены так, что огибающая поверхность точек контакта дисковых резцов с дном скважины имеет вогнутую форму в противоположность выпуклой форме в первом и втором вариантах выполнения. Кроме того, боковая поверхность 18 каждого дискового резца ориентирована так, чтобы нажимать на скальную породу в радиально наружном направлении. Боковая поверхность 20 каждого дискового резца (показанная штрих-пунктирными линиями) проходит параллельно оси 412 вращения бурового долота 41. Предусмотрены три шарошечных конуса 45, 47, 49, из которых показан только шарошечный конус 49. Показаны только четыре дисковых резца без стабилизирующих резцов для каждого из трех шарошечных конусов. Следует также подчеркнуть, что на практике может быть предусмотрено любое подходящее количество дисковых резцов и стабилизирующих резцов на каждом шарошечном конусе. Шарошечный конус 45 имеет комплект дисковых резцов 45а-45d, шарошечный конус 47 имеет комплект дисковых резцов 47а-47d и шарошечный конус 49 имеет комплект дисковых резцов 49a-49d. Аналогично второму варианту выполнения, три комплекта дисковых резцов расположены в шахматном порядке в радиальном направлении скважины. In FIG. 4 shows a third embodiment of a drill bit 41, according to the invention, which is for the most part similar to the second embodiment, and the difference is that the disk cutters are arranged so that the envelope surface of the contact points of the disk cutters with the bottom of the well has a concave shape as opposed to a convex shape in the first and second embodiments. In addition, the side surface 18 of each disk cutter is oriented so as to press the rock in a radially outward direction. The lateral surface 20 of each disk cutter (shown by dashed lines) runs parallel to the axis 412 of rotation of the drill bit 41. Three cone cones 45, 47, 49 are provided, of which only cone cone 49 is shown. Only four disk cutters are shown without stabilizing cutters for each of three cone cones. It should also be emphasized that in practice any suitable number of disk cutters and stabilizing cutters on each cone cone can be provided. Roller cone 45 has a set of disc cutters 45a-45d, roller cone 47 has a set of disc cutters 47a-47d and roller cone 49 has a set of disc cutters 49a-49d. Similarly to the second embodiment, three sets of disk cutters are staggered in the radial direction of the well.

Нормальная работа первого варианта выполнения поясняется ниже со ссылками на фиг. 2, на которой показана правая половина фиг. 1. Для пояснения нормальной работы бурового долота 1 можно рассматривать только три дисковых резца 9с, 7с, 9d, поскольку другие дисковые резцы работают аналогичным образом. Во время вращения бурового долота в скважине резцы 9с, 7с, 9d создают смежные срезы 22, 24, 26 в дне скважины. На фиг. 2 эти срезы показаны в виде прямых линий, однако на практике срезы имеют форму, более или менее соответствующую сечению резцов, проникающих в дно скважины. Линии f-j обозначают огибающую поверхность уровней глубины дисковых резцов в зависимости от угла вращения бурового долота. Таким образом, начиная с угла поворота долота 0^o на уровне f глубины скважины, линия g обозначает уровень при повороте долота на угол 180^o, линия h - уровень при повороте долота на угол 360^o, линия i - уровень при повороте долота на угол 540^o и линия j - уровень при повороте долота на угол 720^o,
При повороте долота на угол 180^o резцы 9с, 9d образуют срезы 22, 26 до уровня g глубины (поворот долота на угол 180^o). Когда резец 9с создает срез 22 в дне скважины, боковая поверхность 18 резца 9с нажимает на слой скальной породы 28 в направлении оси 12 долота, причем этот слой скальной породы 28 расположен между срезами 22 и 26/ Однако срезание этого слоя скальной породы затрудняется присутствием дискового резца 9d в срезе 26. После поворота бурового долота на угол 360^o дисковый резец 7с создает срез 24, расположенный между срезами 22 и 26. Дисковые резцы находятся теперь на уровне h глубины, так что срез 24 проходит до уровня h. Во время выполнения среза 24 боковая поверхность 18 дискового резца 7с нажимает на часть 28а слоя скальной породы 28, причем часть 28а расположена между срезами 24 и 26. В этом случае присутствие среза 26 обеспечивает срезание части 28а скальной породы вдоль линии s1, проходящей между срезом 24 на уровне h и срезом 26 на уровне g.The normal operation of the first embodiment is explained below with reference to FIG. 2, which shows the right half of FIG. 1. To explain the normal operation of drill bit 1, only three disk cutters 9c, 7c, 9d can be considered, since other disk cutters work in a similar way. During rotation of the drill bit in the well, cutters 9c, 7c, 9d create adjacent sections 22, 24, 26 in the bottom of the well. In FIG. 2 these sections are shown in straight lines, but in practice the sections have a shape more or less corresponding to the section of the cutters penetrating into the bottom of the well. Lines fj denote the envelope of the depth levels of disk cutters depending on the rotation angle of the drill bit. Thus, starting from the angle of rotation of the bit 0 ^o at the level f of the depth of the well, the line g indicates the level when the bit is rotated through an angle of 180 ^o , the line h indicates the level when the bit rotates through an angle of 360 ^o , line i indicates the level when the bit is rotated through an angle of 540 ^o and line j - level when turning the bit at an angle of 720 ^o ,
When the bit is rotated through an angle of 180 ^{o, the} cutters 9c, 9d form slices 22, 26 to a depth level g (rotation of the bit by an angle of 180 ^o ). When the cutter 9c creates a cut 22 in the bottom of the well, the lateral surface 18 of the cutter 9c presses the rock layer 28 in the direction of the axis 12 of the bit, and this rock layer 28 is located between the slices 22 and 26. However, the cutting of this rock layer is hampered by the presence of a disk cutter 9d in section 26. After the drill bit is rotated 360 ^{°, the} disk cutter 7c creates a section 24 located between sections 22 and 26. The disk cutters are now at depth level h, so that section 24 extends to level h. During slice 24, the side surface 18 of the disk cutter 7c presses on part 28a of the rock layer 28, the part 28a being located between the slices 24 and 26. In this case, the presence of the slice 26 cuts off the rock part 28a along the line s1 passing between the slice 24 at level h and slice 26 at level g.

При повороте бурового долота 1 на угол 540^o срезы 22, 26 углубляются дисковыми резцами 9с, 9d до уровня i глубины. При этом боковая поверхность 18 дискового резца 9с срезает часть 28b слоя скальной породы 28, поскольку отсутствует удаленная перед этим часть 28а скальной породы. Срезание этой части 28b происходит вдоль линии s2, проходящей между срезом 22 на уровне i и срезом 24 на уровне h. Отсюда следует, что форма поперечного сечения дна скважины во время бурения определяется ступенчатым срезанием частей скальной породы вдоль линий s1, s2 и т.д. Таким образом, линии f-g на фиг. 2 отражают только огибающую поверхность дисковых резцов, а не текущую форму дна скважины.When turning the drill bit 1 at an angle of 540 ^{o, the} slices 22, 26 are deepened by disk cutters 9c, 9d to the depth level i. In this case, the lateral surface 18 of the disk cutter 9c cuts off part 28b of the rock layer 28, since there is no previously removed rock part 28a. Cutting of this part 28b occurs along line s2, which runs between slice 22 at level i and slice 24 at level h. It follows that the cross-sectional shape of the bottom of the well during drilling is determined by the stepwise cutting of parts of the rock along the lines s1, s2, etc. Thus, the lines fg in FIG. 2 reflect only the envelope surface of the disk cutters, and not the current bottom shape of the well.

При продолжении бурения части 28с и 28d скальной породы срезаются вдоль соответствующих линий s3 и s4 аналогично частям 28а и 28b, как описано выше. Резание и срезание скальной породы другими дисковыми резцами бурового долота происходит аналогичным образом. Таким образом, скальная порода на дне скважины удаляется с помощью комбинирования резания и срезания, что позволяет удалять со дна скважины более крупные частицы скальной породы, чем только с помощью резания (как в случае применения обычных буровых долот). As the drilling continues, parts 28c and 28d of the rock are cut along the corresponding lines s3 and s4 similarly to parts 28a and 28b, as described above. Rock cutting and shearing with other disk cutters of the drill bit occurs in a similar way. Thus, rock at the bottom of the well is removed using a combination of cutting and shearing, which allows larger rock particles to be removed from the bottom of the well than only by cutting (as in the case of conventional drill bits).

Радиально наружная часть скважины бурится наружными вставными режущими вставками 16 на радиально наружных дисковых резцах 7а, 9а, а центральная часть скважины бурится внутренними вставными режущими вставками 16 на внутренней части каждого шарошечного конуса. На наружные вставные режущие вставки 16 воздействуют срезающие усилия со стороны скальной породы. Результирующее срезающее усилие в плоскости, перпендикулярной продольной оси бурового долота, действующее на каждую режущую вставку 16, направлено внутрь от стенки скважины, и величина срезающего усилия увеличивается в зависимости от величины радиального проникновения режущей вставки 16 в стенку скважины. Общее результирующее усилие в указанной плоскости является векторной суммой результирующих срезающих усилий, действующих на все наружные вставные элементы. Если долото подвергается смещению в направлении, перпендикулярном центральной линии скважины, то эта векторная сумма изменяется по величине и имеет составляющую, которая противодействует смещению. Таким образом, если долото проникает дальше в стенку скважины в одном радиальном направлении, а не в любом другом радиальном направлении, то отклонение векторной суммы составляющих срезающей силы в указанной плоскости противодействует такому проникновению и тем самым стабилизирует радиально буровое долото во время бурения. Аналогичным образом, на внутренние вставные элементы 16 действуют направленные наружу срезающие усилия со стороны скальной породы в центральной части дна скважины, и таким образом, они также способствуют радиальной стабильности бурового долота во время бурения. The radially outer part of the well is drilled by the external insert cutting inserts 16 on the radially external disc cutters 7a, 9a, and the central part of the well is drilled by the internal insert cutting inserts 16 on the inner part of each cone. The outer insert cutting inserts 16 are subjected to shear forces from the rock side. The resulting shear force in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the drill bit acting on each cutting insert 16 is directed inward from the borehole wall, and the shearing force increases depending on the amount of radial penetration of the cutting insert 16 into the borehole wall. The total resulting force in the specified plane is the vector sum of the resulting shearing forces acting on all external insertion elements. If the bit is displaced in a direction perpendicular to the center line of the well, then this vector sum changes in magnitude and has a component that counteracts the displacement. Thus, if the bit penetrates further into the borehole wall in one radial direction, and not in any other radial direction, then the deviation of the vector sum of the shear force components in the indicated plane counteracts such penetration and thereby stabilizes the radially drill bit during drilling. Similarly, outward shearing forces from the rock in the central part of the bottom of the well act on the inner insertion elements 16, and thus also contribute to the radial stability of the drill bit during drilling.

Нормальная работа второго варианта выполнения аналогична нормальной работе первого варианта выполнения, хотя скальная порода срезается при повороте бурового долота на каждые 120^o, вместо 180^o, как в первом варианте выполнения.The normal operation of the second embodiment is similar to the normal operation of the first embodiment, although the rock is cut off by rotating the drill bit every 120 ^o , instead of 180 ^o , as in the first embodiment.

Нормальная работа третьего варианта выполнения аналогична нормальной работе второго варианта выполнения, хотя в этом случае скальная порода срезается в радиально наружном направлении скважины вследствие вогнутой формы огибающей поверхности точек контакта дисковых резцов с дном скважины. The normal operation of the third embodiment is similar to the normal operation of the second embodiment, although in this case the rock is cut in the radially outward direction of the well due to the concave shape of the envelope of the contact points of the disk cutters with the bottom of the well.

Claims

1. A rotary drill bit for drilling a well in a rock, comprising a plurality of cutting elements arranged to cut a plurality of substantially circular, radially arranged sections at the bottom of the well, the cutting elements including at least one shearing element, positioned so as to perform a cut in the bottom of the well with an angular interval of rotation of the drill bit after cutting another cutting element, the rock layer is defined between the paths of the sections made between two cutting elements ntami, moreover, the cutting element is provided with a lateral surface for cutting the specified rock layer in the direction of the cut made by another cutting element, further comprising a bit body and several cone cones connected for rotation with the bit body and rolling along the bottom of the well, the axis of rotation of cone cones pass in different radial directions and each cone cone is provided with at least one of these cutting elements, characterized in that each cone cone with nabzhen with many cutting inserts located with the possibility of cutting the outer radial section of the well for radial stabilization of the bit.

2. The bit according to claim 1, characterized in that each cutting element forms a disk cutter passing around the axis of rotation of the cone cone, which is equipped with this cutting element.

3. The bit according to claim 2, characterized in that each disk cutter has a wedge-shaped cross section defining two side surfaces of the cutter, and at least one of the side surfaces is arranged to press on said rock layer to cut this layer with thereby forming a means for cutting the rock.

4. The bit according to claim 3, characterized in that the other side surface runs parallel to the longitudinal axis of the drill bit.

5. A bit according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each cone cone is equipped with a set of disc cutters located along the longitudinal axis of the cone cone, and sets of disc cutters related to different cone cones are staggered relative to each other along longitudinal axes of cone cones.

6. The bit according to claim 5, characterized in that it comprises a first cone cone having a first set of disc cutters and a second cone cone having a second set of disc cutters.

7. The bit according to claim 6, characterized in that it further comprises a third cone cone having a third set of disk cutters.

8. A bit according to any one of claims 1 to 7, characterized in that each cone cone is provided with an external disk cutter, wherein the outer cone cutters of the cone cones are located in substantially the same radial position of the drill bit and each outer disc cutter has an outer surface, directed towards the side of the well wall and provided with a plurality of cutting inserts.

9. A bit according to any one of claims 1 to 8, characterized in that each cone cone is provided with a plurality of internal cutting inserts located on the inside of the cone cone for cutting the central section of the well.

10. A bit according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the envelope surface of the cutting elements at the bottom of the well has a convex shape, and each means for cutting the rock layer is arranged to cut the specified layer in the radially inner direction.

11. The bit according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the envelope surface of the cutting elements at the bottom of the well has a concave shape, and each means for cutting the rock layer is arranged to cut the specified layer in a radially outward direction.