RU2513650C2 - Multistep rolling cutter drilling tool - Google Patents
Multistep rolling cutter drilling tool Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513650C2 RU2513650C2 RU2012123304/03A RU2012123304A RU2513650C2 RU 2513650 C2 RU2513650 C2 RU 2513650C2 RU 2012123304/03 A RU2012123304/03 A RU 2012123304/03A RU 2012123304 A RU2012123304 A RU 2012123304A RU 2513650 C2 RU2513650 C2 RU 2513650C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cone
- cones
- drilling tool
- bit
- tool
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому в бурении скважин, а именно, к буровому инструменту, в котором разрушение горной породы производится вооружением шарошек: шарошечным бурголовкам для отбора керна, шарошечным расширителям, шарошечным стабилизаторам и шарошечным долотам.The invention relates to a rock cutting tool used in well drilling, and in particular, to a drilling tool in which rock destruction is carried out by means of a cone: cone burgole for core sampling, cone reamers, cone stabilizers and cone bits.
Известен шарошечный буровой инструмент, в частности шарошечные долота, включающие шарошки, рабочая поверхность вооружения венцов которых (зубки), описываются образующими конусов, причем образующая этих конусов находится в плоскости чистого качения [1] (аналог).Known cone drilling tool, in particular cone bits, including cones, the working surface of the armament of the crowns of which (teeth) are described by the generators of the cones, and the generatrix of these cones is in the plane of pure rolling [1] (analog).
В известном шарошечном буровом инструменте при его работе зубки шарошки разрушают горную породу малоэффективным способом - вдавливанием с несущественным скольжением в поверхность забоя. Последнее свидетельствует о малоэффективном разрушении горных пород в отсутствии эффекта резания, близкого по типу к разрушению породы на разрыв.In the well-known cone drilling tool, during its operation, cone teeth destroy the rock in an ineffective way - by pressing it with insignificant sliding into the surface of the face. The latter indicates the ineffective destruction of rocks in the absence of a cutting effect, similar in type to the destruction of the rock to break.
Указанные недостатки частично устранены в многоступенчатых шарошечных буровых инструментах и, в частности, многоступенчатых шарошечных долотах, вооружение которых образовано двумя конусами.These shortcomings have been partially eliminated in multi-stage roller cone drilling tools and, in particular, in multi-stage roller cone bits, the armament of which is formed by two cones.
Известный многоступенчатый шарошечный буровой инструмент (долото) [2], принятый за прототип, включает двухконусные шарошки, рабочая поверхность вооружения (зубки) каждого венца на конусах ближних к оси долота выполнена перпендикулярной оси инструмента, чем предопределяет многоступенчатость вооружения, а вооружение периферийных конусов описано их образующими, т.е. вооружение выполнено бесступенчатым.The well-known multi-stage cone drilling tool (chisel) [2], adopted as a prototype, includes two-cone cones, the working surface of the armament (teeth) of each crown on the cones adjacent to the axis of the bit is made perpendicular to the axis of the tool, which determines the multi-stage armament, and arming of peripheral cones describes them generators, i.e. armament is made stepless.
В известном многоступенчатом шарошечном буровом инструменте (долоте) при его работе разрушение разбуриваемых горных пород производится вдавливанием вооружения отдельных венцов периферийных конусов в поверхность забоя с минимальным скольжением (резанием) по касательной в плоскости забоя, с аналогичным разрушением ступенчатым вооружением ближних к оси долота конусов, включая частичный скол (разрушение резанием) в вертикальном направлении ступенек в процессе их формирования. Периферийными конусами производится разрушение 3/4 площади забоя. Ввиду слабоэффективного ступенчатого разрушения горных пород вооружением шарошек, ближних к оси инструмента, конусами и низкоэффективного разрушения бесступенчатого вооружения периферийных конусов шарошки, буровой инструмент производит малоэффективное продвижение забоя с повышенными энергозатратами.In the well-known multi-stage rolling-cutter drilling tool (chisel) during its operation, the drilled rocks are destroyed by pressing the armaments of individual rims of the peripheral cones into the face with minimal sliding (cutting) along the tangent in the plane of the face, with the same destruction by step weapons of cones close to the axis of the bit, including partial cleavage (destruction by cutting) in the vertical direction of the steps in the process of their formation. Peripheral cones destroy 3/4 of the face. Due to the ineffective stepwise destruction of rocks by arming the cones close to the axis of the tool, the cones and the ineffective destruction of the stepless armament of the peripheral cones of the cone, the drilling tool produces ineffective advancement of the face with increased energy costs.
Целью изобретения является увеличение механической скорости бурения за счет увеличения объема разрушения резанием в горизонтальном направлении и вводом в процесс бурения разрушения горной породы резанием в вертикальном направлении путем образования боковой открытой ступенчатой поверхности со ступеньками, полностью разрушаемыми в процессе их формирования.The aim of the invention is to increase the mechanical drilling speed by increasing the amount of fracture by cutting in the horizontal direction and introducing into the drilling process the destruction of rock by cutting in the vertical direction by forming a side open stepped surface with steps completely destroyed during their formation.
Указанная цель достигается тем, что в известном многоступенчатом шарошечном буровом инструменте отдельный опережающий венец любой шарошки удален от последующего другой шарошки по оси долота на 0,04-0,06D с шириной ступеньки 0,02-0,04D, где D - диаметр инструмента, с сохранением этих соотношений на внешних конусах шарошек.This goal is achieved by the fact that in the well-known multi-stage cone drilling tool, a separate leading crown of any cone is removed from the subsequent other cone along the axis of the bit by 0.04-0.06D with a step width of 0.02-0.04D, where D is the diameter of the tool, with the preservation of these relations on the outer cones of cones.
Сочетание удаленности по оси бурового инструмента опережающих венцов любой шарошки от последующих в 0,04-0,06D и ширины ступеньки 0,02-0,04D создает такие обстоятельства разрушения забоя, когда ступенчатая поверхность разрушается в процессе ее формирования, что обеспечивает благоприятные условия для работы вооружения инструмента с минимальными затратами энергии на разрушение горной породыThe combination of the distance along the axis of the drilling tool of the leading crowns of any cone from the subsequent ones of 0.04-0.06D and the step width of 0.02-0.04D creates such circumstances of the destruction of the face when the stepped surface is destroyed in the process of its formation, which provides favorable conditions for work weapons instrument with minimal energy consumption for the destruction of rock
На фиг.1 изображен многоступенчатый шарошечный буровой инструмент (двухшарошечное долото) в соответствии прототипу [2] с идеальными размерами ступеньки при взаимодействии его вооружения (зубков) с формируемым забоем скважины: 1 - лапа шарошечного бурового инструмента; 2 - шарошка; 3 - вооружение венцов шарошек (зубки); 4 - горные породы, слагающие забой.Figure 1 shows a multi-stage roller cone drilling tool (double-cone bit) in accordance with the prototype [2] with ideal step sizes when its arms (teeth) interact with the formed bottom hole: 1 - roller cone drilling tool paw; 2 - cone; 3 - armament of crowns of cones (teeth); 4 - rocks that make up the face.
На фиг.2 изображена шарошка ступенчатого шарошечного бурового инструмента (реального трехшарошечного долота) при взаимодействии его вооружения (зубков) с формируемым забоем скважины: 1 - лапа бурового инструмента; 2 - шарошка; 3 - вооружение венцов шарошек (зубки); 4 - горные породы, слагающие забой.Figure 2 shows the cone of a stepped cone drilling tool (real three-cone bit) during the interaction of its armament (teeth) with the formed bottom hole: 1 - paw of the drilling tool; 2 - cone; 3 - armament of crowns of cones (teeth); 4 - rocks that make up the face.
На фиг.3 показана суммарная рабочая поверхность вооружения трех шарошек бурового инструмента (реального долота), где отдельный опережающий венец периферийного конуса любой шарошки удален от последующего по оси долота на (0,04-0,06)D с шириной ступеньки (0,02-0,04)D; 3 - вооружение венцов шарошек (зубки); 0-0 - ось вращения бурового инструмента; 0′-0′ - ось вращения шарошки; 0′′-0′′ - мгновенная ось вращения шарошки в плоскости чистого качения.Figure 3 shows the total working surface of the armament of the three cones of the drilling tool (real bit), where the separate leading crown of the peripheral cone of any cone is removed from the subsequent along the axis of the bit by (0.04-0.06) D with a step width (0.02 -0.04) D; 3 - armament of crowns of cones (teeth); 0-0 - axis of rotation of the drilling tool; 0′-0 ′ is the axis of rotation of the cone; 0 ′ ′ - 0 ′ ′ is the instantaneous axis of rotation of the cone in the plane of pure rolling.
На фиг.4 изображены профили отдельных I, II и III-й шарошек: 3 - вооружение венцов шарошек (зубки); 0-0 - ось вращения долота; 0′-0′ - ось вращения шарошки; 0′′-0′′ - мгновенная ось вращения шарошки в плоскости чистого качения.Figure 4 shows the profiles of individual I, II and III th cones: 3 - armament of crowns of cones (teeth); 0-0 - axis of rotation of the bit; 0′-0 ′ is the axis of rotation of the cone; 0 ′ ′ - 0 ′ ′ is the instantaneous axis of rotation of the cone in the plane of pure rolling.
На фиг.5 представлено натурное трехшарошечное долото 3Э215,9Т-ПВ, изготовленное в соответствии с заявленным изобретением.Figure 5 presents full-size three-cone bit 3E215,9T-PV, made in accordance with the claimed invention.
На фиг.6 приведен график зависимости скорости бурения от частоты вращения долота при постоянной нагрузке 20·10 кН в процессе испытания долота 3Э215,9Т-ПВ относительно серийных долот типа «M» и «T».Figure 6 shows a graph of the dependence of the drilling speed on the rotational speed of the bit at a constant load of 20 · 10 kN during the testing of the 3E215.9T-PV bit relative to serial bits of the type "M" and "T".
Как видно из фиг.1, многоступенчатый шарошечный буровой инструмент со ступенчатым вооружением 3 разрушает горные породы 4 исключительно скольжением (резанием) по касательной к вращению долота в плоскости забоя и сколом (разрушение резанием) в вертикальном направлении образующихся ступенек на забое. Вооружение ближних к оси бурового инструмента конусов производит дополнительную работу по разрушению конуса породы 4, сформированного по оси скважины. Разрушение резанием, соответствующее разрушению на разрыв, для горных пород на порядок эффективнее разрушения вдавливанием и сжатием. Разрушение ступенек, полностью разрушаемых в процессе их формирования при работе бурового инструмента, в котором отдельный опережающий венец любой шарошки удален от последующего другой шарошки по оси долота на (0,04-0,06)D с шириной ступеньки (0,02-0,04)D, где D - диаметр инструмента, по энергозатратам в два раза ниже, чем разрушение плоского забоя. Установлено автором аналитически и экспериментально.As can be seen from Fig. 1, a multi-stage cone drilling tool with stepped
Таким образом, увеличение механической скорости бурения производится за счет увеличения объема разрушения резанием в горизонтальном направлении и ввода в процесс бурения разрушения резанием в вертикальном направлении путем образования боковой открытой ступенчатой поверхности со ступеньками, полностью разрушаемыми в процессе их формирования с минимальными энергетическими затратамиThus, an increase in the mechanical drilling speed is achieved by increasing the volume of fracture by cutting in the horizontal direction and introducing into the process of drilling the fracture by cutting in the vertical direction by forming a side open stepped surface with steps that are completely destroyed in the process of their formation with minimal energy costs
Эти результаты относятся в равной мере к работе шарошечными бурголовками для отбора керна, шарошечными расширителями, шарошечными стабилизаторами и шарошечными долотами.These results apply equally to the operation of cone burgheads for coring, cone reamers, cone stabilizers and cone bits.
Соотношения удаленности отдельного опережающего венеца любой шарошки от последующего венца другой шарошки по оси долота на (0,04-0,06)D с шириной ступеньки (0,02-0,04)D, где D - диаметр инструмента, определяются глубиной бурящейся скважины: неглубокие скважины требуют меньших значений соотношений, глубокие - больших.Ratios of the distance of a single leading crown of any cone from the subsequent crown of another cone along the axis of the bit by (0.04-0.06) D with the step width (0.02-0.04) D, where D is the diameter of the tool, determined by the depth of the well being drilled : shallow wells require lower ratios, deep ones require large ratios.
У реальных долот те же соотношения возможно полностью сохранить на периферийных конусах при максимально вписываемой ступенчатости на конусах, ближних к оси бурового инструмента (фиг.2-5).For real bits, the same ratios can be completely preserved on the peripheral cones with the maximum possible step increment on the cones close to the axis of the drilling tool (Figs. 2-5).
Многоступенчатая шарошка бурового инструмента на фиг.2, имея ступенчатую поверхность вооружения 3, полностью разрушает ступеньки, формируемые на горной породе 4, создавая бесступенчатый забой.The multi-stage cone of the drilling tool in figure 2, having a stepped surface of
Суммарная рабочая поверхность вооружения трех шарошек бурового инструмента (реального долота) на фиг.3 демонстрирует полное перекрытие забоя.The total working surface of the weapons of the three cones of the drilling tool (real bit) in figure 3 shows the complete overlap of the face.
При работе бурового инструмента (трехшарошечного долота) максимально опережающий венец (венец Ш шарошки на фиг.4) формирует кольцевую канавку на забое скважины, создавая при этом с обеих сторон боковую открытую ступенчатую поверхность, чем облегчает условия работы последующих венцов I-й и II-й шарошки. Эти венцы в свою очередь становятся опережающими для двух венцов III-й шарошки, для которых формируют также открытую ступенчатую поверхность. Со стороны периферии забоя формируется ступенчатая поверхность со ступеньками таких размеров, которые разрушаются в процессе их формирования с минимальными энергетическими затратами, причем разрушаются полностью, чем создают условия для работы опережающего вооружения. На единицу затраченной энергии при таком разрушении приходится значительно больший объем разрушенной породы, чем в случае разрушения плоского забоя.During the operation of the drilling tool (three-cone bit), the maximum leading crown (crown C of the cone in Fig. 4) forms an annular groove on the bottom of the well, creating a side open stepped surface on both sides, which facilitates the working conditions of the subsequent crowns I and II th cone. These crowns, in turn, become leading for the two crowns of the 3rd cone, for which they also form an open stepped surface. From the side of the periphery of the face, a stepped surface is formed with steps of such dimensions that are destroyed in the process of their formation with minimal energy costs, and completely destroyed, which creates the conditions for the work of advanced weapons. With such destruction, a much larger volume of destroyed rock is per unit of energy expended than in the case of destruction of a flat face.
Натурные многоступенчатые трехшарошечные долота 3Э215,9Т-ПВ на фиг.5 изготовлены малой промышленной партией в соответствии с заявленным изобретением и испытаны на неглубоких взрывных скважинах Украины и в нефтяной скважине на промыслах Самарской области.The full-scale multi-stage three-cone bits 3E215,9T-PV in figure 5 are made by a small industrial batch in accordance with the claimed invention and tested on shallow blast holes in Ukraine and in an oil well in the Samara region.
При испытании на карьерах Докучаевского флюсо-доломитного завода долота показали увеличение скорости бурения 300% (фиг.6). При испытании в нефтяной скважине на турбобуре получена эмоциональная оценка бурильщика: «Что за долото? Инструмент просто проваливается!»When tested in the quarries of the Dokuchaevsky flux-dolomite plant, the bits showed an increase in drilling speed of 300% (Fig.6). When tested in an oil well on a turbodrill, an emotional assessment of the driller was received: “What is the bit? The tool just fails! ”
Источники информацииInformation sources
1. Палий П.А., Корнеев К.Е. Буровые долота, М., "Недра", 1971, 446 с. (аналог).1. Paliy P.A., Korneev K.E. Drill bits, M., "Nedra", 1971, 446 p. (analogue).
2. Патент США No2032575 Roller bit, March 3,1936. G.G. Harrington.2. U.S. Patent No. 2032575 Roller bit, March 3.1936. G.G. Harrington.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123304/03A RU2513650C2 (en) | 2012-06-05 | 2012-06-05 | Multistep rolling cutter drilling tool |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123304/03A RU2513650C2 (en) | 2012-06-05 | 2012-06-05 | Multistep rolling cutter drilling tool |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012123304A RU2012123304A (en) | 2013-12-10 |
RU2513650C2 true RU2513650C2 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=49682840
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012123304/03A RU2513650C2 (en) | 2012-06-05 | 2012-06-05 | Multistep rolling cutter drilling tool |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2513650C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2032575A (en) * | 1933-04-14 | 1936-03-03 | Reed Roller Bit Co | Roller bit |
SU1745861A1 (en) * | 1990-04-16 | 1992-07-07 | Л. К. Забурдаев. В. И. Поздн ков и Р. И. Гук | Roller-cutter for drilling bit |
RU2009306C1 (en) * | 1987-09-16 | 1994-03-15 | Станислав Васильевич Синев | Cone bit |
-
2012
- 2012-06-05 RU RU2012123304/03A patent/RU2513650C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2032575A (en) * | 1933-04-14 | 1936-03-03 | Reed Roller Bit Co | Roller bit |
RU2009306C1 (en) * | 1987-09-16 | 1994-03-15 | Станислав Васильевич Синев | Cone bit |
SU1745861A1 (en) * | 1990-04-16 | 1992-07-07 | Л. К. Забурдаев. В. И. Поздн ков и Р. И. Гук | Roller-cutter for drilling bit |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПАЛИЙ П.А. и др. Буровые долота. М., изд-во "Недра", 1971, всего 446 с.: с.81,82, рис.III.18. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012123304A (en) | 2013-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20130186693A1 (en) | Hybrid drill bit | |
EA200601406A1 (en) | BORING CHAIN WITH A SELECTED VARIABLE STEP, PREVENTING THE FORMING OF ROWS AT THE CARGO, AND ALSO ALLOWS TO OPTIMIZE THE BLOCKED CHANGE AND RELAX VIBRATION | |
US10538970B2 (en) | Method for drilling out a plug using a hybrid rotary cone drill bit | |
WO2013136113A1 (en) | Hybrid drill bit | |
RU2513650C2 (en) | Multistep rolling cutter drilling tool | |
RU2427700C1 (en) | Drill cone bit | |
US7549490B2 (en) | Arrangement of roller cone inserts | |
RU2334862C1 (en) | Rotary drilling bit (versions) | |
RU2390617C1 (en) | Drilling triple cone rock bit | |
RU2520974C1 (en) | Roller bit | |
RU163879U1 (en) | DRILLING HEAD | |
RU2410521C1 (en) | Rock destruction tool | |
CN111720060A (en) | Impact cutting composite two-stage drill bit | |
RU2631948C1 (en) | Drilling bit of cutting and rotating type | |
US1602498A (en) | Rock-drill bit | |
RU2695414C1 (en) | Drilling bit | |
RU138137U1 (en) | BORING DRILLING TOOL FOR CONSTRUCTION OF HORIZONTAL WELLS | |
RU2573878C1 (en) | Bit for rotary drilling | |
SU1004600A1 (en) | Roller bit for drilling large-diameter wells | |
RU2334861C1 (en) | Rotary drilling bit | |
RU2373369C1 (en) | Cone bit | |
US20070175664A1 (en) | Rock drill bit assembly | |
RU131408U1 (en) | BIT | |
RU2389858C1 (en) | Rolling drilling bit | |
RU2543760C1 (en) | Rock drill bit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160606 |