RU2377384C1 - Drilling bit with polycrystalline diamond elements - Google Patents

Drilling bit with polycrystalline diamond elements Download PDF

Info

Publication number
RU2377384C1
RU2377384C1 RU2008115011/03A RU2008115011A RU2377384C1 RU 2377384 C1 RU2377384 C1 RU 2377384C1 RU 2008115011/03 A RU2008115011/03 A RU 2008115011/03A RU 2008115011 A RU2008115011 A RU 2008115011A RU 2377384 C1 RU2377384 C1 RU 2377384C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bit
pdc
diamond
elements
acute angle
Prior art date
Application number
RU2008115011/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008115011A (en
Inventor
Игорь Николаевич Некрасов (RU)
Игорь Николаевич Некрасов
Родион Михайлович Богомолов (RU)
Родион Михайлович Богомолов
Андрей Георгиевич Ищук (RU)
Андрей Георгиевич Ищук
Михаил Викторович Гавриленко (RU)
Михаил Викторович Гавриленко
Леонид Владимирович Морозов (RU)
Леонид Владимирович Морозов
Мидхат Мухаметович Мухаметшин (RU)
Мидхат Мухаметович Мухаметшин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") filed Critical Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш")
Priority to RU2008115011/03A priority Critical patent/RU2377384C1/en
Publication of RU2008115011A publication Critical patent/RU2008115011A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2377384C1 publication Critical patent/RU2377384C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mechanics.
SUBSTANCE: invention refers to drilling bit cutting structure, and namely to rock destruction diamond elements, the so-called PDC elements. Installation scheme of side reinforcing diamond cutters on blades of drilling bit is of great importance. Polycrystalline diamond elements located in cylindrical portion of blades and intended for protection of drilling bit against wear diametrically has an inclination to reinforcing surface at an acute angle of 2° to 6° in bit rotation direction, and their highest parts are located at maximum diametre of the bit flush with surface of body thus excluding full sinking of diamond layer in the bit body, and serve for protecting diametre of bit against wear from the very beginning till the end of drilling process. Facing tools with flat edge surface perpendicular to their axis are installed and fixed in holes the axes of which are inclined at an acute angle of 2° to 6° relative to reinforcing surface of body in bit rotation direction. As per the second version, reinforcing facing tools of PDC, which are provided with edge diamond surface inclined at an acute angle of 2° to 6° to their axis, are installed in holes the axes of which are made along radii of body with constant orientation of the above inclination in bit rotation direction.
EFFECT: improvement of operating characteristics.
3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к вооружению буровых долот с поликристаллическими алмазными элементами (PDC).The invention relates to the arming of drill bits with polycrystalline diamond elements (PDC).

Известно буровое долото с поликристаллическими алмазными элементами [1], принятое за аналог. Это долото включает в себя приваренную к корпусу долота ниппельную часть с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб и простирающиеся от корпуса вниз лопасти, оснащенные элементами (резцами) PDC для разрушения породы, внутренние полости и каналы для подачи промывочной жидкости к забою скважины, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов. Резцы, расположенные в цилиндрической части лопастей корпуса, устанавливаются заподлицо с поверхностью лопасти и служат для защиты от износа диаметра корпуса долота, и могут быть как твердосплавные, так и с наличием поликристаллического алмазного слоя (PDC). Торцевая поверхность резцов PDC изнашивается во время бурения гораздо медленнее стального корпуса, армированного просто твердосплавными резцами, и способствует значительному снижению темпа износа долота, т.к. износ долота по диаметру является одним из основных критериев при определении пригодности долота перед его спуском в скважину. Новое долото, изготовленное на нижнем пределе поля допуска по диаметру (например, для ⌀215,9 мм-0,51 мм) будет обладать минимальным ресурсом. В диаметральном выражении ресурс алмазного долота, спускаемого на забой скважины впервые или повторно, как правило, не превышает 2-х величин установленного допуска на изготовление долота от нижнего предела (в нашем примере это 1,02 мм). Долото, имеющее после износа диаметр 214,37 мм, будет считаться полностью выработавшим свой ресурс, т.е. изношенным. Поэтому предпочтительно, чтобы новое долото выполнялось максимально допустимого размера (⌀215,9 мм). По указанному выше критерию долото обладает максимальным ресурсом при прочих равных условиях.Known drill bit with polycrystalline diamond elements [1], taken as an analogue. This bit includes a threaded nipple welded to the body of the bit for attachment to the drill pipe string and blades extending down from the body, equipped with PDC elements (cutters) for rock destruction, internal cavities and channels for supplying flushing fluid to the bottom of the well, carbide tips installed at the exit of these channels. The cutters located in the cylindrical part of the blades of the body are mounted flush with the surface of the blade and serve to protect against wear of the diameter of the body of the bit, and can be either carbide or with a polycrystalline diamond layer (PDC). The end surface of PDC cutters wears out during drilling much slower than a steel body reinforced simply with carbide cutters, and contributes to a significant reduction in the bit wear rate, since diameter wear of the bit is one of the main criteria in determining the suitability of the bit before it is lowered into the well. A new bit made at the lower limit of the diameter tolerance field (for example, for ⌀215.9 mm-0.51 mm) will have a minimum resource. In diametrical terms, the resource of a diamond bit that is lowered to the bottom of a well for the first or second time, as a rule, does not exceed 2 values of the established tolerance for the production of a bit from the lower limit (in our example, it is 1.02 mm). A bit having a diameter of 214.37 mm after wear will be considered to have fully exhausted its resource, i.e. worn out. Therefore, it is preferable that the new bit is performed to the maximum allowable size (⌀215.9 mm). According to the above criterion, a bit has a maximum resource, ceteris paribus.

Однако, учитывая назначенные допуска на элементы долота, изготовить долото точно максимального размера практически не представляется возможным. В процессе изготовления возможны случаи как утопания, так и выступания резцов за максимально допустимый диаметр (в нашем примере 215,9 мм). Если долото с твердосплавными зубками, выступающими над корпусом, относительно легко прошлифовать до нужного размера, то долото, армированное резцами PDC, практически шлифованию не поддается. Если все же производить низкопроизводительное шлифование сверхтвердого материала PDC алмазными шлифовальными кругами, то при этом, как правило, нарушаются прочностные свойства элемента PDC - возникают трещины алмазного слоя, возможно отслоение его во время шлифования или, что еще хуже, во время работы долота.However, given the designated tolerances on the elements of the bit, it is practically impossible to produce a bit of exactly the maximum size. In the manufacturing process, cases of drowning and protrusions of the cutters beyond the maximum allowable diameter are possible (in our example 215.9 mm). If the bit with carbide teeth protruding above the body is relatively easy to grind to the desired size, then the bit reinforced with PDC cutters is practically impossible to grind. If, nevertheless, low-performance grinding of the superhard PDC material is carried out with diamond grinding wheels, then, as a rule, the strength properties of the PDC element are violated - cracks in the diamond layer occur, it may peel off during grinding or, even worse, during the operation of the bit.

В том случае, когда элементы PDC утопают в корпусе долота, даже если сам корпус отшлифован в максимальный размер, происходит быстрый износ корпуса на величину утопания и только затем армирующие элементы PDC начинают работать.In the case when the PDC elements are buried in the body of the bit, even if the body itself is polished to the maximum size, there is a rapid wear of the body by the amount of drowning, and only then the reinforcing PDC elements begin to work.

При выполнении самого глубокого по допуску отверстия под алмазный резец (с допуском +0,13 мм) и использовании самого короткого резца с допуском по длине -0,1 мм, глубина утопания его от поверхности максимального допустимого диаметра долота уже сразу может составлять 0,23 мм (сумма допусков 0,13+0,1 мм), а это почти полностью установленный допуск на его диаметр (на сторону) при изготовлении (0,51/2=0,255 мм).When making the hole with the deepest tolerance for the diamond cutter (with a tolerance of +0.13 mm) and using the shortest cutter with a tolerance of -0.1 mm in length, the depth of drowning it from the surface of the maximum allowable diameter of the bit can immediately be 0.23 mm (the sum of the tolerances is 0.13 + 0.1 mm), and this is an almost completely established tolerance on its diameter (on the side) during manufacture (0.51 / 2 = 0.255 mm).

В этом случае новое долото аналогично по ресурсу изношенному по диаметру долоту уже примерно на одну треть (0,46 мм от допустимого номинального износа 1,53 мм).In this case, the new bit is already approximately one third as long as the resource is worn out in diameter (0.46 mm from the allowable nominal wear of 1.53 mm).

Известно другое алмазное долото [2], принятое за прототип. В этом долоте, так же, как и в аналоге, цилиндрический корпус с резьбой служит для присоединения к колонне бурильных труб, корпус армируется боковыми вставками PDC по его диаметру, имеются также простирающиеся вниз лопасти с режущими элементами PDC для разрушения породы, внутренние лопасти и каналы для подачи промывочной жидкости к забою, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов.Another diamond bit is known [2], taken as a prototype. In this bit, as well as in the analogue, a threaded cylindrical body is used to attach to the drill pipe string, the body is reinforced with PDC side inserts in diameter, there are also blades extending downward with PDC cutting elements for rock destruction, internal blades and channels for supplying flushing fluid to the bottom, carbide nozzles installed at the outlet of these channels.

К недостатку прототипа можно полностью отнести недостаток аналога, заключающийся в трудности установки уровня относительного номинального диаметра и крепления боковых армирующих резцов (вставок), полноценных с точки зрения ресурса их износа. Кроме того, выступающие за габариты корпуса боковые вставки испытывают воздействие значительных срезающих торцевую часть нагрузок от реакции породы на стенках скважины при вращении долота, способствующих отрыву пластин (таблеток) PDC от нижнего основания вставки.The disadvantage of the prototype can be fully attributed to the lack of analogue, which consists in the difficulty of setting the level of the relative nominal diameter and fastening of the side reinforcing cutters (inserts) that are complete in terms of their wear life. In addition, the side inserts protruding beyond the dimensions of the body experience significant impacts that cut off the end part of the loads from the reaction of the rock on the walls of the well during rotation of the bit, contributing to the separation of PDC plates (tablets) from the lower base of the insert.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение стойкости и стабильности работы буровых долот с поликристаллическими алмазными резцами.The technical result of the present invention is to increase the durability and stability of the drill bits with polycrystalline diamond cutters.

Технический результат достигается тем, что в буровом долоте с поликристаллическими алмазными элементами, включающем цилиндрический корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб и с боковыми армирующими элементами PDC по его диаметру, простирающиеся вниз лопасти с резцами PDC для разрушения породы, внутренние полости и каналы для подачи промывочной жидкости к забою, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов, наружная поверхность боковых поликристаллических алмазных элементов наклонена к армируемой поверхности под острым углом в пределах от 2° до 6° в сторону вращения долота, а самые высокие их части расположены на максимальном диаметре долота заподлицо с поверхностью корпуса, исключая тем самым вариант утопания алмазного слоя в корпусе долота, и служат для защиты диаметра долота от износа с самого начала использования долота до полной выработки установленного ресурса долота по этому параметру.The technical result is achieved in that in a drill bit with polycrystalline diamond elements, including a cylindrical body with a thread for connection to the drill pipe string and with PDC lateral reinforcing elements in diameter, blades extending downward with PDC cutters for rock destruction, internal cavities and channels for supply of flushing fluid to the bottom, carbide nozzles installed at the outlet of these channels, the outer surface of the side polycrystalline diamond elements is inclined to be reinforced by Surfaces at an acute angle ranging from 2 ° to 6 ° in the direction of rotation of the bit, and their highest parts are located on the maximum diameter of the bit flush with the surface of the body, thereby eliminating the option of drowning the diamond layer in the body of the bit, and serve to protect the diameter of the bit from wear from the very beginning of the use of the bit to the full development of the set resource of the bit according to this parameter.

Указанный наклон боковых армирующих элементов PDC под острым углом может быть осуществлен двумя вариантами.The specified inclination of the side reinforcing elements of the PDC at an acute angle can be carried out in two ways.

При первом варианте боковые армирующие элементы с плоской торцовой поверхностью, перпендикулярной их оси, устанавливаются в отверстия, оси которых наклонены к армируемой поверхности под острым углом от 2° до 6° в сторону вращения долота.In the first embodiment, lateral reinforcing elements with a flat end surface perpendicular to their axis are installed in holes whose axes are inclined to the reinforced surface at an acute angle from 2 ° to 6 ° in the direction of rotation of the bit.

Во втором варианте сами боковые армирующие элементы PDC, выполненные с наклоном торцовых наружных поверхностей под острым углом от 2° до 6° к своей оси, установлены в отверстия, оси которых выполнены по радиусам корпуса с постоянной ориентацией указанного наклона в сторону вращения долота.In the second embodiment, the PDC lateral reinforcing elements themselves, made with a slope of the end outer surfaces at an acute angle from 2 ° to 6 ° to their axis, are installed in holes whose axes are made along the body radii with a constant orientation of the indicated inclination towards the bit rotation.

Такие схемы установки боковых армирующих элементов позволяют решить сразу две задачи - технологическую и прочностную.Such schemes for installing lateral reinforcing elements allow us to solve two problems at once - technological and strength.

Технологическая задача заключается в появившейся возможности установки приподнятого края каждого алмазного элемента на вышеуказанный полноценный максимальный диаметр долота (в нашем примере это 215,9 мм). В том случае, если приподнятые края части алмазного элемента окажутся выше габаритов максимально допустимого диаметра долота, их острые мелкие вершины можно снять с помощью алмазного шлифовального круга, что несравненно быстрее и легче, чем при традиционной схеме установки элементов с поликристаллическим алмазным слоем в рассмотренных аналоге и прототипе.The technological challenge lies in the possibility of installing the raised edge of each diamond element on the above full-fledged maximum bit diameter (in our example, it is 215.9 mm). If the raised edges of the part of the diamond element are higher than the dimensions of the maximum allowable diameter of the bit, their sharp small peaks can be removed using a diamond grinding wheel, which is incomparably faster and easier than with the traditional installation of elements with a polycrystalline diamond layer in the considered analogue and prototype.

Прочностная задача заключается в установке наружной поверхности боковых армирующих алмазных элементов таким образом, чтобы изменить и значительно уменьшить часть срезающе-отрывающих усилий от реакции породы на вершину резца, заменив их на сдвигающе-прижимающие. При этом обеспечивается плавность встречи резца с породой, снижается потребный момент вращения, придаваемый долоту.The strength task is to install the outer surface of the side reinforcing diamond elements in such a way as to change and significantly reduce part of the shearing-tearing forces from the reaction of the rock to the top of the cutter, replacing them with shear-pressing. This ensures a smooth meeting of the cutter with the rock, reduces the required moment of rotation attached to the bit.

Таким образом, повышение эффективности работы боковых армирующих элементов происходит за счет особенностей конструктивной схемы их установки в отверстия на корпусе, а также за счет перераспределения внешних усилий, действующих на поликристаллические алмазные элементы.Thus, the increase in the efficiency of the lateral reinforcing elements occurs due to the features of the structural scheme of their installation in the holes on the housing, as well as due to the redistribution of external forces acting on polycrystalline diamond elements.

В иллюстративных целях изобретение описывается на примере цилиндрических резцов, при этом следует понимать, что резцы могут иметь и другие модификации в форме некруглых вариантов.For illustrative purposes, the invention is described by the example of cylindrical cutters, it should be understood that the cutters may have other modifications in the form of non-circular variants.

Перечень чертежей. Согласно установившейся практике различные параметры чертежей даны не в масштабе.The list of drawings. According to established practice, various parameters of the drawings are not given to scale.

На фиг.1 показан вертикальный разрез алмазного долота с расположением всех его элементов. На фиг.2 изображен фрагмент поперечного разреза корпуса долота по А-А с примерами утопания алмазного элемента в корпусе и выступания над корпусом долота в соответствии с аналогом и прототипом, а также с его расположением заподлицо с поверхностью корпуса долота.Figure 1 shows a vertical section of a diamond bit with the location of all its elements. Figure 2 shows a fragment of a transverse section of the body of the bit along AA with examples of drowning of the diamond element in the body and protruding above the body of the bit in accordance with the analogue and prototype, as well as its location flush with the surface of the body of the bit.

На фиг.3 и 4 изображены фрагменты в увеличенном масштабе поперечного разреза корпуса долота по А-А в соответствии с аналогом и прототипом. На фиг.5 и 6 приведена схема с примером предлагаемых вариантов угла наклона для боковых элементов PDC. На фиг.6 на виде сверху условно показана площадь шлифовки края элемента (таблетки PDC) для этого варианта. На фиг.7 показан второй вариант с предлагаемым углом α наклона боковых элементов PDC. На фиг.8 показана измененная схема нагрузок, возникающих от встречи боковых элементов с разбуриваемой породой.Figures 3 and 4 show fragments on an enlarged scale of the transverse section of the body of the bit along AA in accordance with the analogue and prototype. Figures 5 and 6 show a diagram with an example of the proposed options for the angle of inclination for the side elements of the PDC. Figure 6 in a top view conventionally shows the grinding area of the edge of the element (tablets PDC) for this option. 7 shows a second variant with the proposed angle α of inclination of the side elements of the PDC. On Fig shows a modified diagram of the loads arising from the meeting of the side elements with the drilled rock.

На фиг.1 и 2 обозначены позициями: ниппельная часть долота 1 с резьбой 2 для присоединения к колонне бурильных труб, корпус долота 3, армирующие боковые элементы PDC 4, лопасти 5 корпуса долота с режущими резцами PDC 6, центральная полость долота 7, каналы 8 для подвода промывочной жидкости к забою скважины, твердосплавные насадки 9. Поз.10 - линия максимального диаметра долота (в нашем примере 215,9 мм), поз.11 - линия минимально допустимого диаметра нового долота (в нашем примере соответствует размеру 215,9-0,51 мм), поз.12 - линия максимально допустимого износа отработанного долота по диаметру (соответствует диаметру 215,9-0,51-1,02=214,37 мм), поз.13 - вставка с минимальным выступанием, поз.14 - вставка с номинальным выступанием, поз.15 - вставка с максимальным выступанием, подлежащим шлифовке. На фиг.3 показан фрагмент фиг.2 в увеличенном масштабе. Это вариант установки элементов PDC в корпусе, когда элемент 13 имеет минимальный размер по высоте, а отверстие выполнено на верхнем пределе поля допуска по глубине.1 and 2 are marked by the positions: the nipple part of the bit 1 with thread 2 for attachment to the drill pipe string, the casing of the bit 3, the reinforcing side elements of the PDC 4, the blades 5 of the body of the bit with cutting PDC 6 cutters, the central cavity of the bit 7, channels 8 for supplying flushing fluid to the bottom of the well, carbide nozzles 9. Item 10 - line of the maximum diameter of the bit (in our example 215.9 mm), item 11 - line of the minimum allowable diameter of the new bit (in our example, corresponds to the size of 215.9- 0.51 mm), pos. 12 - line of maximum allowable wear diameter of the worked bit (corresponds to a diameter of 215.9-0.51-1.02 = 214.37 mm), pos. 13 - insert with a minimum protrusion, pos. 14 - insert with a nominal protrusion, pos. 15 - insert with a maximum grinding to be performed. Figure 3 shows a fragment of figure 2 on an enlarged scale. This is an option for installing PDC elements in the case, when the element 13 has a minimum height dimension, and the hole is made at the upper limit of the depth tolerance field.

На фиг.4 показан другой фрагмент фиг.2 в увеличенном масштабе. Это возможный вариант установки резца 15, когда отверстие по глубине выполнено на минимуме, а поликристаллический алмазный элемент имеет максимальную высоту. В этом случае торцевую поверхность элемента необходимо очень долго шлифовать по алмазной вершине для получения максимально допустимого диаметра (в нашем случае 215,9 мм). При этом во время шлифовки не исключено появление трещин и отслоение алмазного слоя.Figure 4 shows another fragment of figure 2 on an enlarged scale. This is a possible installation of the cutter 15, when the hole in depth is made to a minimum, and the polycrystalline diamond element has a maximum height. In this case, the end surface of the element must be ground for a very long time along the diamond peak to obtain the maximum allowable diameter (in our case, 215.9 mm). In this case, during grinding, the appearance of cracks and delamination of the diamond layer is not excluded.

На фиг.5 и фиг.6 показана схема предлагаемой установки элемента PDC с наклоном его вершины в сторону вращения долота. Фиг.5 - схема установки при номинальной глубине отверстия и максимальной высоте выступания алмазного элемента. Выступающая часть элемента 16 лежит выше линии 10 максимального диаметра, а противоположная наклоненная часть поверхности элемента перекрывает линию 12 максимально допустимого износа долота. В этом случае максимально выступающая часть алмазного элемента, выходящая за линию максимального диаметра, требует незначительного шлифования, без обработки основной массы по торцовой плоскости алмазного элемента. При этом утопленная в корпус часть алмазного элемента, благодаря выбранному наклону (от 2° до 6°), перекрывает практически всю линию допустимого износа, и таблетка PDC участвует в работе долота от начала до его подъема с забоя скважины на дневную поверхность.Figure 5 and figure 6 shows a diagram of the proposed installation of the PDC element with the slope of its top in the direction of rotation of the bit. 5 is a diagram of the installation at the nominal hole depth and maximum height of the protrusion of the diamond element. The protruding part of the element 16 lies above the line 10 of the maximum diameter, and the opposite inclined part of the surface of the element overlaps the line 12 of the maximum allowable wear of the bit. In this case, the maximum protruding part of the diamond element, extending beyond the line of maximum diameter, requires minor grinding, without processing the bulk on the end plane of the diamond element. At the same time, the part of the diamond element recessed into the body, due to the selected inclination (from 2 ° to 6 °), covers almost the entire line of allowable wear, and the PDC tablet participates in the work of the bit from the beginning to its rise from the bottom of the well to the surface.

На фиг.6 позицией 17 показана поверхность элемента PDC, не подлежащая обработке при его установке в отверстии. На фиг.7 показан предпочтительный случай, когда при установке резца его самая высокая часть совпадает с линией 10, а утопленная часть находится на уровне, не ниже линии 12. На фиг.8 показана измененная схема нагружения таблетки PDC от воздействия реакции со стороны породы стенки скважины, обусловленная наклоном поверхности резца. Позицией 18 на фиг.7 и 8 обозначен предлагаемый элемент PDC с наклоном в сторону вращения долота.6, reference numeral 17 shows the surface of the PDC element not to be machined when installed in the hole. Figure 7 shows the preferred case when, when installing the cutter, its highest part coincides with line 10, and the recessed part is at a level not lower than line 12. Figure 8 shows a modified diagram of the loading of the PDC tablet from the reaction of the rock wall wells due to the inclination of the surface of the cutter. Position 18 in Fig.7 and 8 indicate the proposed element PDC with an inclination in the direction of rotation of the bit.

На фиг.4 стрелкой показано направление и величина вектора F нагружения таблетки на элементе PDC по аналогу и прототипу. На фиг.8 вектор F той же величины меняет свое направление и характер воздействия на таблетку PDC. При этом срезающее усилие (фиг.4), стремящееся вырвать таблетку PDC из отверстия, меняется по правилу параллелограмма на сдвигающе-прижимающее (векторы К и G).In figure 4, the arrow shows the direction and magnitude of the vector F of the tablet loading on the PDC element according to the analogue and prototype. In Fig. 8, a vector F of the same magnitude changes its direction and the nature of the effect on the PDC tablet. In this case, the shear force (Fig. 4), which tends to tear the PDC tablet out of the hole, changes according to the parallelogram rule to shear-and-hold (vectors K and G).

Величина минимального угла наклона α наружной поверхности элемента PDC в сторону вращения бурового долота, позволяющая обеспечить полноценный максимальный рабочий размер по диаметру долота, определяется из соотношенияThe minimum angle of inclination α of the outer surface of the PDC element in the direction of rotation of the drill bit, which allows to ensure a full maximum working size by the diameter of the bit, is determined from the ratio

(а+b)≥d·sinα,(a + b) ≥d

где a - величина половины допуска на диаметр долота (допуск на сторону), мм;where a is the value of half the tolerance on the diameter of the bit (tolerance on the side), mm;

b - величина половины допуска на допустимый максимальный износ во время работы, после которого не рекомендуется повторный спуск долота на забой скважины (допуск на сторону), мм;b - half of the tolerance for the maximum allowable wear during operation, after which it is not recommended to re-lower the bit to the bottom of the well (side tolerance), mm;

d - диаметр элемента PDC, мм.d is the diameter of the PDC element, mm.

Например, для долота ⌀215,9 мм при а=0,251 мм; b=0,51 мм и d=12 мм, величина угла наклона α наружной поверхности элемента PDC в сторону вращения будет составлять: (0,251+0,51)≥12·sin α; sin α=0,761/12=0,063; α≈4°.For example, for a bit ⌀215.9 mm at a = 0.251 mm; b = 0.51 mm and d = 12 mm, the angle of inclination α of the outer surface of the PDC element in the direction of rotation will be: (0.251 + 0.51) ≥12 · sin α; sin α = 0.761 / 12 = 0.063; α≈4 °.

Как уже отмечалось выше, положительный эффект от применения предлагаемого долота достигается за счет изменения конструктивной формы боковых армирующих вставок, изменения технологической схемы их установки, обеспечения замены торцового сдвигающего и отрывающего усилия при соприкосновении с разбуриваемой породой на сдвигающе-прижимающее усилие, при снижении необходимого момента вращения долота.As noted above, a positive effect from the use of the proposed bit is achieved by changing the structural form of the side reinforcing inserts, changing the technological scheme of their installation, ensuring the replacement of the end shear and tearing force in contact with the drilled rock by a shear-pressing force, while reducing the required torque chisels.

Результаты полевых испытаний образцов предлагаемых долот с поликристаллическими алмазными элементами подтвердили повышение их стойкости и показателей эффективности работы по сравнению с существующими аналогичными конструкциями.The results of field tests of samples of the proposed bits with polycrystalline diamond elements confirmed an increase in their durability and performance indicators compared to existing similar designs.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №4544441 от 08.10.1985 г., кл. Е21В 10/46 (аналог).1. US patent No. 4544441 from 08/10/1985, CL. ЕВВ 10/46 (analogue).

2. Патент США №4794994 от 03.01.1989 г., кл. Е21В 10/60 (прототип).2. US patent No. 4794994 from 01/03/1989, CL. ЕВВ 10/60 (prototype).

Claims (3)

1. Буровое долото с поликристаллическими алмазными элементами, включающее цилиндрический корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб и с боковыми армирующими элементами PDC по его диаметру, простирающиеся вниз лопасти с резцами PDC для разрушения породы, внутренние полости и каналы для подачи промывочной жидкости к забою, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов, отличающееся тем, что наружная поверхность боковых поликристаллических алмазных элементов наклонена к армируемой поверхности под острым углом в пределах от 2 до 6° в сторону вращения долота, а самые высокие их части расположены на максимальном диаметре долота заподлицо с поверхностью корпуса.1. A drill bit with polycrystalline diamond elements, including a cylindrical body with a thread for connecting to the drill pipe string and with PDC lateral reinforcing elements along its diameter, blades extending downward with PDC cutters for rock destruction, internal cavities and channels for supplying flushing fluid to the bottom , carbide nozzles installed at the outlet of these channels, characterized in that the outer surface of the side polycrystalline diamond elements is inclined to the reinforced surface under a sharp glom in the range from 2 to 6 ° in the direction of rotation of the bit, and their highest parts are located on the maximum diameter of the bit flush with the surface of the body. 2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что боковые армирующие элементы с плоской торцовой поверхностью, перпендикулярной их оси, устанавливаются в отверстия, оси которых наклонены к армируемой поверхности под острым углом от 2 до 6° в сторону вращения долота.2. The drill bit according to claim 1, characterized in that the lateral reinforcing elements with a flat end surface perpendicular to their axis are installed in holes whose axes are inclined to the reinforced surface at an acute angle from 2 to 6 ° in the direction of rotation of the bit. 3. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что сами боковые армирующие элементы, выполненные с наклоном торцовых наружных поверхностей под острым углом от 2 до 6° к своей оси, установлены в отверстия, оси которых выполнены по радиусам корпуса, с постоянной ориентацией указанного наклона в сторону вращения долота. 3. The drill bit according to claim 1, characterized in that the lateral reinforcing elements themselves, made with a slope of the end outer surfaces at an acute angle from 2 to 6 ° to their axis, are installed in holes whose axes are made along the radii of the body, with a constant orientation the indicated inclination in the direction of rotation of the bit.
RU2008115011/03A 2008-04-16 2008-04-16 Drilling bit with polycrystalline diamond elements RU2377384C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115011/03A RU2377384C1 (en) 2008-04-16 2008-04-16 Drilling bit with polycrystalline diamond elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115011/03A RU2377384C1 (en) 2008-04-16 2008-04-16 Drilling bit with polycrystalline diamond elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008115011A RU2008115011A (en) 2009-10-27
RU2377384C1 true RU2377384C1 (en) 2009-12-27

Family

ID=41352481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008115011/03A RU2377384C1 (en) 2008-04-16 2008-04-16 Drilling bit with polycrystalline diamond elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2377384C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476660C2 (en) * 2010-11-30 2013-02-27 Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") Diamond one-cutter drilling bit
CN103527100A (en) * 2013-10-31 2014-01-22 沈阳中油天宝(集团)鞍山钻头有限公司 Method for connecting polycrystalline diamond compact (PDC) bit sintering body with connector body
RU2549653C1 (en) * 2014-01-15 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") Blade drilling bit (versions)
RU2559261C1 (en) * 2014-05-15 2015-08-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") Blade drill bit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476660C2 (en) * 2010-11-30 2013-02-27 Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") Diamond one-cutter drilling bit
CN103527100A (en) * 2013-10-31 2014-01-22 沈阳中油天宝(集团)鞍山钻头有限公司 Method for connecting polycrystalline diamond compact (PDC) bit sintering body with connector body
RU2549653C1 (en) * 2014-01-15 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") Blade drilling bit (versions)
RU2559261C1 (en) * 2014-05-15 2015-08-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") Blade drill bit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008115011A (en) 2009-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2532026C2 (en) Superabrasive cutters with slots on cutting surface and drilling bits and tools provided with them
US10577870B2 (en) Cutting elements configured to reduce impact damage related tools and methods—alternate configurations
US5535839A (en) Roof drill bit with radial domed PCD inserts
US8991523B2 (en) Rolling cutter assembled directly to the bit pockets
US8960337B2 (en) High impact resistant tool with an apex width between a first and second transitions
RU2589786C2 (en) Drill bit with fixed cutters with elements for producing fragments of core
CA2760613C (en) Milling system and method of milling
EP1096103A1 (en) Drill-out bi-center bit
US6932172B2 (en) Rotary contact structures and cutting elements
US6904983B2 (en) Low-contact area cutting element
US11035177B2 (en) Shaped cutters
EA032667B1 (en) Downhole rock cutting tool
JPS6055676B2 (en) rotary drill bit
RU2332554C2 (en) Drill bit, system and method of well-boring in subsurface bed
US7373998B2 (en) Cutting element with improved cutter to blade transition
US20080156545A1 (en) Method, System, and Apparatus of Cutting Earthen Formations and the like
US11255129B2 (en) Shaped cutters
WO2007065099A2 (en) Roof drilling system improvements
RU2377384C1 (en) Drilling bit with polycrystalline diamond elements
MX2012014405A (en) Superabrasive cutting elements with cutting edge geometry having enhanced durability and cutting effieciency and drill bits so equipped.
CN113738285A (en) Composite sheet with cutting ridges and inclined cutting faces and PDC drill bit
WO2010077169A2 (en) Blade-type drill bit
RU2513562C2 (en) Boring passive and active elements for boring from bottom to top with inserted cutters and methods associated therewith
US20040231894A1 (en) Rotary tools or bits
RU2549653C1 (en) Blade drilling bit (versions)