RU2376441C2

RU2376441C2 - Boring bit with statically fixed cutting tools

Info

Publication number: RU2376441C2
Application number: RU2007135018/03A
Authority: RU
Inventors: СИЛЬВА Нуно ДА (BE); СИЛЬВА Нуно ДА; Никола ЛЮИК (BE); Никола ЛЮИК
Original assignee: Халлибёртон Энерджи Сервисиз Н.В.
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2009-12-20
Also published as: RU2007135018A

Abstract

FIELD: oil-and-gas production.

SUBSTANCE: invention related to rock cutting tools, particularly to diamond bit. The boring bit consists of case with central canal for solution supply, blades made of metal matrix, reinforced with abrasive particles, separated with opened radial canals. At that boring bit equipped at least with one bridge, located transversally at least to one of the radial canal for boring solution between two mentioned above blades and case and front cutting surface. Also mentioned above bridge, executed as an element, which does not interfere with boring solution, passes by the mentioned above canal.

EFFECT: bit operating lifetime increase.

9 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к конструкции бурового долота с неподвижно установленными режущими элементами.The present invention relates to the construction of a drill bit with fixedly mounted cutting elements.

Такое долото содержит корпус, на передней части которого закреплены несколько лопастей, совместно образующих переднюю режущую поверхность, причем лопасти состоят из металлической матрицы, армированной абразивными частицами, и разделены открытыми наружу радиальными каналами для бурового раствора (см., например, US 6725953).Such a bit contains a body, on the front of which several blades are fixed, which together form the front cutting surface, the blades consisting of a metal matrix reinforced with abrasive particles and separated by radial channels for drilling mud open outward (see, for example, US 6,725,953).

В нефтяных бурильных установках используют две группы инструментов: буровое шарошечное долото, с одной стороны, и буровое долото с неподвижными ножами, с другой стороны.Two groups of tools are used in oil drilling rigs: a cone drill bit, on the one hand, and a drill bit with fixed knives, on the other hand.

Буровые шарошечные долота представляют собой конструкцию, содержащую подвижные элементы, тогда как инструменты с неподвижными ножами выполнены в виде единой детали и не содержат никаких подвижных элементов.Drill bits are a structure containing movable elements, while tools with fixed knives are made as a single part and do not contain any movable elements.

В группе долот с неподвижно установленными режущими элементами можно выделить четыре подгруппы, которые различаются конструкцией режущих элементов. Она может содержать PDC (поликристаллические алмазы), природные алмазы, TSP (термически стабильные поликристаллические алмазы) или другой металлический материал, армированный алмазами или другими абразивными частицами. Именно эта последняя подгруппа и является объектом настоящего изобретения. Рассматриваемые инструменты выполнены с возможностью бурения твердых и абразивных пород. Лопасти установлены на корпусе. Корпус содержит металлическую матрицу и стальную сердцевину.In the group of bits with fixed mounted cutting elements, four subgroups can be distinguished, which differ in the design of the cutting elements. It may contain PDC (polycrystalline diamonds), natural diamonds, TSP (thermally stable polycrystalline diamonds) or other metal material reinforced with diamonds or other abrasive particles. It is this last subgroup that is the subject of the present invention. The considered tools are made with the possibility of drilling hard and abrasive rocks. The blades are mounted on the body. The housing contains a metal matrix and a steel core.

Настоящее изобретение может также применяться на буровых коронках, в которых основные режущие элементы армированы алмазами.The present invention can also be applied on drill bits in which the main cutting elements are reinforced with diamonds.

Лопасти армированных инструментов содержат смесь металла и абразивных частиц. Во время бурения металлическое связующее, покрывающее частицы, а также сами абразивные частицы изнашиваются, вследствие чего на поверхности оказываются новые частицы. По мере износа инструмента высота инструмента уменьшается.The blades of reinforced tools contain a mixture of metal and abrasive particles. During drilling, the metal binder covering the particles, as well as the abrasive particles themselves wear out, resulting in new particles appearing on the surface. As the tool wears out, the height of the tool decreases.

В связи с этим с самого начала необходимо иметь буровые долота максимально возможной высоты. Недостатком является то, что армированный материал является хрупким, следовательно, лопасти могут ломаться. Это явление проявляется еще больше с увеличением высоты. Таким образом, для данной конфигурации инструмента существует предел высоты лопастей, за которым возрастает опасность механической поломки.In this regard, from the very beginning it is necessary to have drill bits of the highest possible height. The disadvantage is that the reinforced material is brittle, therefore, the blades can break. This phenomenon manifests itself even more with increasing height. Thus, for this tool configuration, there is a limit to the height of the blades, beyond which the risk of mechanical failure increases.

Задачей настоящего изобретения является создание бурового долота из армированного материала, имеющего большую высоту и позволяющего устранить вышеуказанные недостатки, за счет чего значительно увеличивается срок службы.The present invention is the creation of a drill bit made of reinforced material having a high height and allows to eliminate the above disadvantages, thereby significantly increasing the service life.

Для решения этой задачи предложено буровое долото, определенное во вступительной части описания, которое дополнительно снабжено, по меньшей мере, одним мостиком, расположенным поперечно к, по меньшей мере, одному радиальному каналу для бурового раствора между двумя лопастями и между корпусом и передней режущей поверхностью, причем указанный, по меньшей мере, один мостик соединяет указанные две лопасти. Таким образом, осуществляют механическое усиление лопастей этих инструментов из армированного материала, что позволяет разработать более высокие лопасти. В свою очередь более высокие лопасти позволяют увеличить количество алмаза на инструменте и, следовательно, увеличить срок службы и глубину бурения посредством инструмента.To solve this problem, a drill bit is proposed, defined in the introductory part of the description, which is additionally equipped with at least one bridge located transverse to at least one radial channel for the drilling fluid between the two blades and between the body and the front cutting surface, wherein said at least one bridge connects said two blades. Thus, the mechanical reinforcement of the blades of these tools is made of reinforced material, which allows the development of higher blades. In turn, higher blades allow you to increase the amount of diamond on the tool and, therefore, increase the service life and depth of drilling through the tool.

Под мостиками, выполненными поперечно к радиальным каналам для бурового раствора, следует понимать элементы, которые не мешают потоку раствора в этих каналах.Under the bridges made transversely to the radial channels for the drilling fluid, we should understand the elements that do not interfere with the flow of fluid in these channels.

Предпочтительно можно предусмотреть несколько мостиков в канале и мостики в нескольких каналах и, в случае необходимости, но не обязательно, в каждом их них.Preferably, you can provide several bridges in the channel and bridges in several channels and, if necessary, but not necessarily, in each of them.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения каждый мостик выполнен внутри указанного радиального канала. Действительно предпочтительно, чтобы мостики даже не выступали над наружной поверхностью лопастей, чтобы их механическое действие сохранялось как можно дольше.According to a preferred embodiment of the present invention, each bridge is made inside said radial channel. Indeed, it is preferable that the bridges do not even protrude above the outer surface of the blades, so that their mechanical action lasts as long as possible.

Мостики можно выполнять любым способом, известным специалистам, и из любого материала, соответствующего этому способу.Bridges can be made by any method known to those skilled in the art and from any material corresponding to this method.

Как известно, буровое долото с лопастями, состоящими из металлической матрицы, выполняют путем литья, при этом в пресс-форму засыпают металлический порошок с наполнителем из абразивных частиц, который затем просачивается в материал при помощи соответствующего жидкого припоя, известного специалистам.As you know, a drill bit with blades consisting of a metal matrix is made by casting, and a metal powder filled with abrasive particles is poured into the mold, which then seeps into the material using the appropriate liquid solder known to specialists.

Мостики можно выполнять перед заполнением пресс-формы или, наоборот, после просачивания и выемки из пресс-формы.Bridges can be made before filling the mold or, conversely, after seeping and removing from the mold.

Согласно варианту выполнения настоящего изобретения каждый мостик выполняют в виде вставки на основе спеченного металлического порошка,According to an embodiment of the present invention, each bridge is in the form of an insert based on sintered metal powder,

которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, и в которую просачивается жидкий припой.which, before casting, the bits are inserted into a cavity made in the part forming one of the indicated channels for drilling fluid during casting, and into which liquid solder seeps.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения каждый мостик выполняют в виде вставки на основе металлического порошка, сформованной при помощи связующего, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, из которой путем термической обработки удаляют связующее и в которую просачивается жидкий припой.According to another embodiment of the present invention, each bridge is made in the form of an insert based on a metal powder formed by a binder, which is inserted into the cavity before casting the bit, which is made in the part forming one of these drilling fluid channels during casting, from which treatments remove the binder and into which liquid solder seeps.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения каждый мостик выполняют в виде вставки из металлического порошка или из неметаллического порошка, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, и в которую просачивается жидкий припой.According to another embodiment of the present invention, each bridge is made in the form of an insert of metal powder or non-metal powder, which is inserted into the cavity before casting the bit, made in the part forming one of the indicated channels for drilling fluid during casting, and into which fluid leaks solder.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения каждый мостик выполняют из пасты на основе металлического порошка или неметаллического порошка с использованием, по меньшей мере, одной органической добавки, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, из которой путем термической обработки удаляют указанную, по меньшей мере, одну органическую добавку и в которую просачивается жидкий припой.According to another embodiment of the present invention, each bridge is made of a paste based on a metal powder or non-metallic powder using at least one organic additive, which is inserted into the cavity made in the part forming one of these channels during casting before casting for a drilling fluid from which the aforementioned at least one organic additive is removed by heat treatment and into which liquid solder seeps.

Используемый металлический порошок сам по себе известен и может быть приготовлен, например, на основе вольфрама, никеля или других элементов. Предпочтительно сам порошок может содержать твердые и/или неистирающиеся частицы, такие как частицы алмаза, карбида и т.д.The metal powder used is known per se and can be prepared, for example, based on tungsten, nickel or other elements. Preferably, the powder itself may contain solid and / or non-abrasive particles, such as diamond, carbide particles, etc.

Спекаемые детали, содержащие или не содержащие алмазы, могут быть плотными или неплотными. Предварительно сформованные детали связываются любым известным связующим, например парафином, который удаляется термической обработкой перед просачиванием.Sintered parts, whether or not containing diamonds, may be tight or loose. Preformed parts are bonded with any known binder, such as paraffin, which is removed by heat treatment before seeping.

Пасты состоят из пастообразной смеси порошка, как было указано выше, с органическими добавками, такими как смазочные вещества, пластификаторы или аналогичные вещества, причем эта смесь легко поддается формованию. Добавки удаляются перед просачиванием при помощи термической обработки.Pastes consist of a pasty mixture of powder, as described above, with organic additives such as lubricants, plasticizers or similar substances, and this mixture is easy to mold. Additives are removed before seepage by heat treatment.

Используемые алмазы являются природными или синтетическими. Они могут иметь любой гранулометрический состав как с однотипной формой кристалла, так с разной формой кристалла. Они могут быть типа Grid (сетка) или измельченного типа TSP (термически стабильные поликристаллические алмазы). Их используют, например, в количестве от 1 до 40 мас.% по отношению к порошку.The diamonds used are natural or synthetic. They can have any particle size distribution both with the same crystal shape and with different crystal shapes. They can be of type Grid (mesh) or ground type TSP (thermally stable polycrystalline diamonds). They are used, for example, in an amount of from 1 to 40 wt.% With respect to the powder.

В качестве неметаллического порошка можно, например, использовать карбид вольфрама.As a non-metallic powder, for example, tungsten carbide can be used.

В качестве припоя предпочтительно можно использовать сплав на основе меди.As a solder, a copper based alloy can preferably be used.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения каждый мостик выполняют в виде распорки из спекаемого материала, содержащего или не содержащего алмазы, из стали, из карбида или аналогичного материала, которую после извлечения долота из пресс-формы крепят на лопастях в одном из указанных каналов для бурового раствора. Образующие мостик распорки крепят на лопастях при помощи любого известного средства, например при помощи пайки, обжатия, сварки или приклеивания.According to another embodiment of the present invention, each bridge is made in the form of a spacer made of sintered material containing or not containing diamonds, steel, carbide or similar material, which, after removing the bit from the mold, is mounted on the blades in one of these channels for drilling solution. The spacers forming the bridge are mounted on the blades by any known means, for example by soldering, crimping, welding or gluing.

Другие подробности и отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания примера выполнения бурового долота в соответствии с изобретением, со ссылками на прилагаемые чертежи.Other details and features of the present invention will be more apparent from the following description of an example drill bit in accordance with the invention, with reference to the accompanying drawings.

На фиг.1 изображено буровое долото в соответствии с настоящим изобретением, вид сверху;Figure 1 shows a drill bit in accordance with the present invention, a top view;

на фиг.2 - то же, вид в изометрии;figure 2 is the same, isometric view;

на фиг.3 - показан разрез по линии III-III на фиг.1.figure 3 - shows a section along the line III-III in figure 1.

На чертежах идентичные или аналогичные элементы обозначены одинаковыми позициями.In the drawings, identical or similar elements are denoted by the same reference numerals.

На этих чертежах показан пример выполнения бурового долота в соответствии с настоящим изобретением. Это буровое долото 1 содержит корпус 2 и несколько режущих лопастей 3, состоящих из металлической матрицы, армированной абразивными частицами, например алмазными частицами. Лопасти 3 закреплены на корпусе инструмента известным образом и, как показано, в частности, на фиг.2, направлены вперед на относительно большой высоте, относительно корпуса 2. Своими свободными концами они образуют, таким образом, переднюю режущую поверхность 7. Между этими лопастями 3 выполнены радиальные каналы 4 для бурового раствора, которые взаимно разделяют лопасти и являются открытыми наружу. Корпус содержит центральный канал 5, через который буровой раствор попадает в нижнюю часть радиальных каналов 4.The drawings show an example of a drill bit in accordance with the present invention. This drill bit 1 contains a housing 2 and several cutting blades 3, consisting of a metal matrix reinforced with abrasive particles, such as diamond particles. The blades 3 are mounted on the tool body in a known manner and, as shown, in particular, in figure 2, are directed forward at a relatively high height relative to the body 2. With their free ends, they thus form a front cutting surface 7. Between these blades 3 made radial channels 4 for drilling fluid, which mutually separate the blades and are open to the outside. The housing contains a Central channel 5, through which the drilling fluid enters the lower part of the radial channels 4.

Как показано на фиг.1, шесть из десяти радиальных каналов 4 бурового долота содержат установленные поперечно три мостика 6, 6', 6", каждый из которых соединяет две соседние лопасти 3. Как показано на фиг.2 и 3, эти мостики выполнены между корпусом 2 и передней стороной 7 лопастей. Предпочтительно эти мостики выполнены на разных высотах и способствуют, таким образом, механическому усилению лопастей, которые подвергаются большим напряжениям во время бурения, но при этом мостики не препятствуют потоку бурового раствора и не ухудшают его смазывающего и охлаждающего действия.As shown in figure 1, six of the ten radial channels 4 of the drill bit contain transversely mounted three bridges 6, 6 ', 6 ", each of which connects two adjacent blades 3. As shown in figure 2 and 3, these bridges are made between case 2 and the front side of the blades 7. Preferably, these bridges are made at different heights and thus contribute to the mechanical strengthening of the blades, which are subjected to high stresses during drilling, but the bridges do not interfere with the flow of the drilling fluid and do not impair its lubricating and cooling effect.

Как показано на чертежах, мостики выполнены внутри каналов для бурового раствора, что позволяет избежать преждевременного износа мостиков, что обычно происходило, когда они были выполнены выступающими или на уровне лопастей.As shown in the drawings, the bridges are made inside the channels for the drilling fluid, which avoids premature wear of the bridges, which usually happened when they were made protruding or at the level of the blades.

Вместе с тем за счет правильного выбора состава мостиков, который может быть однотипным с составом лопастей, после первоначального износа лопастей мостики могут сами участвовать в абразивном действии во время бурения и в свою очередь подвергаться износу. Поэтому предпочтительно предусмотреть несколько мостиков, выполненных на разных высотах в каналах для бурового раствора.However, due to the correct choice of the composition of the bridges, which can be the same with the composition of the blades, after the initial wear of the blades, the bridges can themselves participate in the abrasive action during drilling and, in turn, undergo wear. Therefore, it is preferable to provide several bridges made at different heights in the channels for the drilling fluid.

Предпочтительно, как показано на чертежах, мостики имеют трубчатую цилиндрическую или коническую форму, ось которой направлена тангенциально к направлению вращения лопастей во время бурения.Preferably, as shown in the drawings, the bridges have a tubular cylindrical or conical shape, the axis of which is directed tangentially to the direction of rotation of the blades during drilling.

Разумеется настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом осуществления и в него можно вносить любые изменения, не выходя при этом за рамки прилагаемой формулы изобретения.Of course, the present invention is not limited to the embodiment described above, and any changes can be made to it without departing from the scope of the attached claims.

Claims

1. A drill bit (1) with fixed cutting elements, comprising a housing (2), on the front of which several blades (3) are fixed, which together form the front cutting surface (7) and separated by radial channels (4) open to the outside for drilling mud characterized in that the blades (3) consist of a metal matrix reinforced with abrasive particles, and the housing (2) contains a central channel (5) for supplying drilling fluid to the lower part of the radial channels, while the drill bit (1) is provided with at least least one bridge (6, 6 ', 6``), located transversely to at least one radial channel (4) for the drilling fluid between the two specified blades (3) and between the housing (2) and the front cutting surface (7) moreover, the specified at least one bridge connects these two blades and is made in the form of an element that does not interfere with the flow of drilling fluid passing through the specified channel (4).

2. The drill bit according to claim 1, characterized in that it contains several bridges (6, 6 ', 6' ') in several channels (4) for the drilling fluid.

3. The drill bit according to claim 1, characterized in that each bridge is made inside the specified radial channel.

4. The drill bit according to claim 1, characterized in that each bridge is made in the form of an insert based on sintered metal powder, which is inserted into the cavity before casting the bit, made in the part forming one of these channels for drilling fluid during casting, and into which liquid solder seeps.

5. The drill bit according to claim 1, characterized in that each bridge is made in the form of an insert based on a metal powder, molded using a binder, which is inserted into the cavity made in the part forming one of these channels during casting before casting drilling fluid, from which binder is removed by heat treatment, and into which liquid solder seeps.

6. The drill bit according to claim 1, characterized in that each bridge is made of metal powder or non-metal powder, which is inserted into the cavity made in the part before forming the bit, forming one of these channels for drilling fluid during casting, and which solder seeps in.

7. The drill bit according to claim 1, characterized in that each bridge is made of paste based on metal powder or non-metallic powder using at least one organic additive, which is inserted into the cavity made in the part forming before casting time one of these channels for the drilling fluid, from which the specified at least one organic additive is removed by heat treatment, and into which liquid solder seeps.

8. The drill bit according to claim 1, characterized in that each bridge is made in the form of a spacer of sintered material containing or not containing diamonds, steel, carbide or similar material, which, after removing the bit from the mold, is mounted on the blades in one of these channels for drilling fluid.

9. Drill bit according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the metal powder further comprises solid and / or wear-resistant particles.