RU2615560C2 - Буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к буровому долоту с модульными резцами. Технический результат заключается в увеличении эффективного объема истирания режущего элемента и обеспечении контролируемого удельного давления для бурения. Долото с модульными резцами содержит модуль и модульный компонент. Модульные резцы долота содержат модуль, служащий в качестве матрицы, и модульный компонент. Количество модулей, расположенных на долоте с модульными резцами, является не меньшим, чем 1. Типы долота выбраны из группы, включающей в себя: долото PDC, алмазное долото, импрегнированное долото, роликовое долото, шарошечное долото и долото со вставками, содержащее по меньшей мере два элемента, выбранных из группы, состоящей из долота PDC, импрегнированного долота, роликового долота и шарошечного долота. Материал корпуса долота выбран из группы, состоящей из спеченного изделия из карбида вольфрама и сплава, стали, спеченного карбида и композиционного материала с металлической матрицей. Количество модульных компонентов имеет значение 2, формы поперечного сечения модуля и модульного компонента представляют собой круги, диаметр модуля представляет собой d. Предусмотрено два модульных компонента, диаметры первого модульного компонента и второго модульного компонента представляют собой соответственно d₁ и d₂. Расстояние между центрами вдоль направления оси Y от первого модульного компонента до второго модульного компонента имеет значение h₁, причем $$\text{0}\le {\text{h}}_{\text{1}}\le \frac{{\text{d}}_{\text{1}}+{\text{d}}_{\text{2}}}{\text{2}}$$ . 15 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к области техники технического оборудования для нефтегазовой буровой техники, горных работ, геологического бурения, строительной техники, техники для строительства туннелей, щитовой проходки, технике для бестраншейной проходки и т.д., а более конкретно к буровому долоту с модульной компоновкой резцов, имеющему контролируемое буровое удельное давление.

Уровень техники

Долото представляет собой инструмент, который непосредственно контактирует с горной породой и разрушает горную породу за счет таких эффектов, как резание и дробление в течение процесса бурения. Долото с поликристаллическими алмазными вставками (долото PDC), которое разрушает горную породу за счет резания и скалывания, приобретает все большее применение в буровой технике, геологической технике, а также в строительной технике. Пропорция применений долота PDC в буровой технике становится болей высокой. В идеальных рабочих условиях, когда средняя линия долота совпадает с осью скважины, траектории перемещения всех резцов представляют собой относительно постоянные концентрические окружности в течение процесса бурения долотом. Благодаря механизму разрушения породы и структурным разницам долото PDC является более подходящим для мягких отложений пород и отложений пород средней твердости при высокой СП (скорости проходки). Характеристики долота PDC включают в себя следующее.

(1) Способ разрушения горной породы

Долото PDC режет, скалывает и разрушает горную породу в зависимости от вставок. Согласно абразивному свойству горной породы между горной породой и долотом порождается непрерывный или прерывистый контакт, а также трение в течение процесса разрушения горной породы.

(2) Взаимосвязь между длиной режущего ребра, удельным давлением и СП режущего элемента

В то время как долото разрушает горную породу, само долото постепенно затупляется за счет попутного истирания о горную породу, т.е. длина режущего ребра увеличивается. Следовательно, взаимосвязь между длиной режущего ребра, удельным давлением и СП является таковой, как следует ниже. На вступительном этапе бурения долотом линия истирания режущего элемента является короткой, его удельное давление является высоким, эффективность разрушения им породы является высокой, а также его СП является высокой. Поскольку его линия истирания постепенно становится длиннее, его удельное давление становится более низким, относительное истирание режущего элемента об горную породу увеличивается, а его СП постепенно уменьшается, пока долото не выйдет из строя. Например, если долото с круглыми вставками ∅16мм служит в качестве режущего элемента, при этом осуществляется бурение отложения пород средней твердости, долото обычно становится непригодным, когда длина режущего ребра вставки имеет значение приблизительно 80% от ее диаметра. Резкое увеличение длины режущего ребра будет значительно уменьшать эффективность разрушения горной породы долотом и соответственно его эффективность бурения.

(3) Взаимосвязь между отношением истирания режущего элемента, эффективным объемом истирания и сроком службы долота

Для вставки, имеющей установленное отношение истирания, чем больше эффективный объем истирания, тем больше коэффициент эффективного использования вставки долота, и чем больше глубина бурения, тем дольше срок службы долота. Например, если долото с круглыми вставками ∅16мм служит в качестве режущего элемента, при этом осуществляется бурение отложения пород средней твердости, фактический объем истирания алмазного слоя вставки является меньшим 20% общего объема. Таким образом, не рассматривая эффекты повреждения при ударе, выбор вставки, имеющей высокое отношение истирания, является существенным для продления срока службы долота.

Для того чтобы улучшить характеристики вставки исследователи из Китая и других стран исследовали несколько аспектов, таких как форма поперечного сечения долота PDC, передний угол в тыльной плоскости, размер резцов и плоскость компоновки резцов.

Однако проблема эффективно не решена, поскольку фактический объем истирания алмазного слоя по-прежнему имеет очень небольшую пропорцию от общего алмазного объема, что сокращает срок службы долота.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением, в котором за счет улучшения компоновки резцов и применения модульных резцов обеспечивается контролируемое удельное давление и увеличивается эффективный объем истирания режущего элемента, а поэтому, достигается эффект улучшения СП и характеристик долота.

Соответственно, для того чтобы выполнить вышеприведенные задачи, технические решения, обеспеченные настоящим изобретением, являются таковыми, как следует ниже.

Буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит корпус (3) долота и по меньшей мере резец (4), причем резец (4) содержит модуль (1) и множество модульных компонентов (2), служащих в качестве матрицы; при этом количество модулей (1) на одном долоте является не меньшим одного, а количество предусмотренных модульных компонентов (2) является не меньшим 2.

Модульный компонент главным образом служит в качестве режущей части.

В дальнейшем, резцы, образованные модулем (1) и модульным компонентом (2), называются режущим элементом или модульным режущим элементом.

Способы соединения модуля и корпуса долота содержат сварку, вкладку, крепление, резьбовое соединение и т.д.

Способы соединения модуля и корпуса долота содержат сварку, вкладку, крепление, резьбовое соединение, зажим и т.д.

Форма поперечного сечения модульного компонента выполнена в виде круга, эллипса, скругленного прямоугольника, барабана, веера, треугольника, прямоугольника, квадрата, трапеции, ромба, многоугольника (сторон ≥5) и кольца; и сочетание форм, выше. Форма модульного компонента выбирается из группы, состоящей из цилиндра, конуса, сферы, утонченного барабана, полого тела и аллотропической модификации, а также сочетаний этих форм.

Если форма модульного компонента представляет собой цилиндр, диаметр его имеет значение 1~25 мм, а высота его имеет значение 3~25 мм.

Способ объединения модульных компонентов содержит объединение одинаковых модульных компонентов (например, объединение множества круговых компонентов с одинаковым размером или объединение множество овальных компонентов с одинаковым размером) и объединение различных модульных компонентов (например, объединение двух модульных компонентов с различными размерами или объединение кругового компонента и овального компонента).

Способ распределения модульных компонентов содержит регулярное распределение и нерегулярное распределение.

Между объединениями модульных компонентов может быть предусмотрено расстояние, но также является нормальным, когда расстояния между ними не предусмотрено, т.е. значение расстояния для модульных компонентов между любыми объединениями модульных компонентов больше или равно 0 мм.

В модуль включена часть или весь модульный компонент.

Режущая поверхность модульного компонента является открытой на поверхности модуля или внедрена в поверхность модуля.

Материал модульного компонента содержит спеченный карбид, поликристаллическую алмазную вставку или корпус, теплоустойчивый поликристаллический алмаз, импрегнированный синтетическими алмазами блок, импрегнированный природными алмазами блок, кубический нитрид бора или керамику, при этом композиция содержит спеченный карбид, алмаз или кубический нитрид бора.

Модульный компонент обрабатывается за счет горячего прессования, спекания, электроэрозионной обработки и лазерной обработки, с тем чтобы представлять собой формованное изделие.

Форма поперечного сечения модуля выбирается из круга, эллипса, скругленного прямоугольника, барабана, веера, треугольника, прямоугольника, квадрата, трапеции, ромба, многоугольника (сторон ≥5).

Форма модуля выбирается из группы, состоящей из цилиндра, конуса, сферы, утонченного барабана, полого тела, аллотропической модификации.

Когда форма модуля представляет собой цилиндр, его диаметр имеет значение ≥ 2 мм, а его высота имеет значение 3 мм ~ 25 мм.

Когда количество модулей не меньше 2, способ объединения модулей содержит объединение одинаковых модулей (например, объединение множества круговых модулей или объединение множества овальных модулей) и объединение различных модулей (например, объединение множества модулей с различными размерами или объединение по меньшей мере кругового модуля и по меньшей мере овального модуля).

Когда количество модулей не меньше 2, между модулями на корпусе долота может быть или может не быть предусмотрено расстояние, т.е. значение расстояния для модулей между двумя из модулей больше или равно 0 мм.

В корпус долота включается часть или весь модуль.

Модуль служит в качестве части или всей лопасти корпуса долота.

Материал модуля содержит сталь, спеченный карбид, металлокерамический материал, цветной метал и композиционный материал.

Модулю придается форма за счет спекания, прессования, литья, электроэрозионной обработки и лазерной обработки.

Типы долота с модульными резцами настоящего изобретения содержат долото PDC, алмазное долото, долото с импрегнированной коронкой, роликовое долото, шарошечное долото и долото со вставками, содержащее по меньшей мере два элемента, выбранных из группы, состоящей из долота PDC, долота с импрегнированной коронкой, роликового долота и шарошечного долота. Долото с модульными резцами содержит по меньшей мере один режущий элемент, образованный одним модулем и одним модульным компонентом.

Материал корпуса долота содержит спеченное изделие из карбида вольфрама и сплава стали, спеченного карбида и композиционного материала с металлической матрицей.

В течение процесса бурения долотом с модульными резцами, эффективная длина резания, когда ребро режущего элемента контактирует с горной породой, сдерживается в конкретном диапазоне таким образом, чтобы гарантировать более высокое значение удельного давления и улучшить среднюю СП долота. В сочетании с параметрами корпуса долота (включая матричный и стальной корпус) долото с модульными резцами способно увеличить эффективный объем истирания резцового компонента, повысить коэффициент эффективного использования режущего элемента и продлить срок службы долота. В сложных геологических условиях особенно в твердых отложениях пород или высокоабразивных отложениях пород, долото с модульными резцами способно достичь значительного увеличения общей длины при бурении скважины. Настоящее изобретение содержит, но не ограничено следующими ниже аспектами.

(1) Проектирование структур модульного компонента

За счет проектирования структур модульного компонента и соединительной матрицы модуля с модульным компонентом, разрабатывается модульный компонент, имеющий небольшой размер, таким образом, чтобы основывать компонент резца, который изменяет структуры режущего элемента.

(2) Характеристики материала модульного компонента

Применяется высокоэффективный (в особенности с высокой ударной прочностью и прочностью на истирание) материал модульного компонента таким образом, чтобы добиться функционирования в глубоких скважинах и абразивных отложениях пород.

(3) Проектирование модульных структур

Модульные структуры проектируются так, чтобы гарантировать нахождение режущего ребра режущего элемента в конкретном диапазоне таким образом, чтобы улучшить СП и продлить срок службы долота.

(4) Характеристики материала модуля

Применяется матричный материал, имеющий высокую прочность и низкую прочность на истирание, таким образом, что когда объем истирания режущего элемента увеличивается, его удельное давление не уменьшается, с тем чтобы улучшить среднюю СП долота.

(5) Характеристики материала корпуса долота

Применяется материал корпуса долота высокой прочности и низкой прочности на истирание таким образом, что когда объем истирания режущего элемента увеличивается, его удельное давление не уменьшается, с тем чтобы улучить среднюю СП долота.

По сравнению с традиционным уровнем техники долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения имеет такие характеристики, как следуют ниже.

1. Оптимизированная длина режущего ребра режущего элемента

В традиционной технике при бурении долотом эффективная длина резания режущего элемента увеличивается, что приводит к уменьшению удельного давления и падению буровой характеристики долота. В буровом долоте с модульными резцами согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, параметры модуля и модульного компонента проектируются формами, количеством, сочетанием и т.п. Принимая во внимание параметры давления на долото и свойства горной породы, длина режущего ребра режущего элемента оптимизируется таким образом, чтобы эффективная длина резания режущего элемента сдерживалась в конкретном диапазоне.

2. Гарантированное удельное давление бурения режущего элемента

При увеличении глубины бурения длина режущего ребра режущего элемента бурового долота с модульными резцами, тем не менее, сдерживается в конкретном диапазоне. Согласно взаимосвязи между длиной режущего ребра и удельным давлением, контролирование длины режущего ребра способно гарантировать то, чтобы удельное давление режущего элемента находилось в конкретном диапазоне в течение процесса бурения, т.е. сохранялось удельное давление ребра режущего элемента долота, с тем чтобы сохранить его СП.

3. Улучшенная СП

Согласно взаимосвязи между длиной режущего ребра, удельным давлением и СП, увеличение длины режущего ребра значительно уменьшает эффективность разрушения для СП горной породы. При модульном проектировании бурового долота с модульными резцами, длина режущего ребра сдерживается в конкретном диапазоне, таким образом, когда глубина бурения увеличивается, удельное давление, тем не менее, сохраняется при большей глубине бурения в соответствии с давлением долота и свойствами горной породы, с тем чтобы гарантировать проходку режущего элемента и получить улучшенную СП долота.

4. Повышенный коэффициент эффективного использования

Например, если долото с круглыми вставками ∅16мм служит в качестве режущего элемента, при этом осуществляется бурение отложения пород средней твердости, долото обычно становится непригодным, когда длина режущего ребра вставки имеет значение приблизительно 80% от ее диаметра. Фактический объем истирания алмазного слоя вставки меньше чем 20% от общего объема алмаза, при этом коэффициент эффективного использования режущего элемента является низким. В сочетании с параметрами материала корпуса долота, буровое долото с модульными резцами улучшает эффективный объем истирания режущего элемента за счет небольшой длины режущего ребра, большого удельного давления, с тем чтобы повысить коэффициент эффективного использования режущего элемента. Т.е. при увеличении эффективного объема истирания режущего элемента буровое долото с модульными резцами тем не менее способно сохранять удельное давление, требуемое для бурения и обеспечения проходки долота в отложении пород таким образом, чтобы повысить коэффициент эффективного использования режущего элемента.

5. Продленный срок службы долота

Срок службы долота относится к эффективному использованию режущего элемента. В традиционной технике увеличение длины режущего ребра режущего элемента значительно уменьшает эффективность разрушения горной породы, т.е., когда длина режущего ребра достигает максимального значения, удельное давление имеет минимальное значение, длина проходки режущего элемента имеет минимальное значение, и СП также достигает минимального значения. Соответственно, при увеличении эффективного объема истирания режущего элемента, буровое долото с модульными резцами, тем не менее, способно сохранять удельное давление, требуемое для бурения и обеспечения проходки долота в отложении пород таким образом, чтобы повысить коэффициент эффективного использования режущего элемента, при этом срок службы долота продлевается.

6. Увеличенная общая глубина бурения

Общая глубина бурения представляет собой целевой показатель для испытания характеристик долота, который ограничен двумя аспектами: СП и сроком службы долота. В соответствии с модульной компоновкой резцов, буровое долото с модульными резцами согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения способно обеспечить контролируемое удельное давление и улучшение СП. При этом за счет увеличения эффективного объема истирания режущего элемента долото с модульными резцами повышает коэффициент эффективного использования режущего элемента и в конечном счете увеличивает общую глубину бурения.

Настоящее изобретение имеет следующие выгодные эффекты:

(1) значительное увеличение средней СП долота, причем согласно механической характеристике горной породы и требованиям буровой скважины в буровом отложении пород оптимизируется сочетание форм, размеров и количества модулей и модульных компонентов; контролируется эффективная длина ребра истирания режущего элемента на конкретном участке долота; сохраняется постоянное удельное давление режущего элемента долота в течение бурения; и значительно увеличивается средняя СП долота;

(2) продление срока службы долота, причем в сочетании с параметрами материала корпуса долота долото с модульными резцами значительно увеличивает эффективный объем истирания режущего элемента, повышает коэффициент эффективного использования режущего элемента и продлевает срок службы долота; и

(3) уменьшение затрат на бурение, причем долото с модульными резцами не только способно значительно увеличить среднюю СП и глубину бурения долота в условиях сложной геологии, в особенности в твердых отложениях пород и абразивных отложениях пород, но также продлевает срок службы долота и уменьшает затраты на бурение.

В сочетании с параметрами материала корпуса долота буровое долото с модульными резцами улучшает эффективный объем истирания режущего элемента за счет небольшой длины режущего ребра, большого удельного давления, с тем чтобы повысить коэффициент эффективного использования режущего элемента. Т.е. при увеличении эффективного объема истирания режущего элемента буровое долото с модульными резцами, тем не менее, способно сохранять удельное давление, требуемое для бурения и обеспечения проходки долота в отложении пород таким образом, чтобы повысить коэффициент эффективного использования режущего элемента.

Эти и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания, прилагаемых чертежей и прилагаемой формулы изобретения.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

Фиг.1 представляет собой схематичный вид бурового долота с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением (долота PDC) согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - структурный схематичный вид модульного режущего элемента согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - структурный схематичный вид первого способа объединения модульного режущего элемента согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - сравнительный график для модульного режущего элемента варианта 1 осуществления настоящего изобретения с правилом распределения длины режущего ребра традиционного резца PDC.

Фиг.5 - структурный схематичный вид второго способа объединения модульного режущего элемента согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - сравнительный график для модульного режущего элемента варианта 1 осуществления настоящего изобретения с правилом распределения длины режущего ребра традиционного резца PDC.

Фиг.7 - структурный схематичный вид третьего способа объединения модульного режущего элемента согласно варианту 3 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 - структурный схематичный вид четвертого способа объединения модульного режущего элемента согласно варианту 4 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 - структурный схематичный вид пятого способа объединения модульного режущего элемента согласно варианту 5 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 - структурный схематичный вид шестого способа объединения модульного режущего элемента согласно варианту 6 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.11 - структурный схематичный вид седьмого способа объединения модульного режущего элемента согласно варианту 7 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.12 - структурный схематичный вид восьмого способа объединения модульного режущего элемента согласно варианту 8 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.13 - структурный схематичный вид долота с модульными резцами (долота со вставками, содержащего долото PDC и шарошечное долото) согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.14 - сравнительный график давления, приложенного к трехшарошечному долоту и долоту PDC настоящего изобретения при бурении твердых отложений пород с высокоабразивным свойством отложения пород.

Фиг.15 - сравнительный график давления, приложенного к трехшарошечному долоту и долоту PDC настоящего изобретения при бурении твердых отложений пород с высокоабразивным свойством отложения пород.

Вариант 1 осуществления: решение 1 для модульного режущего элемента

Как показано на Фиг.3 чертежей, количество модульных компонентов имеет значение 2. Формы поперечного сечения модуля и модульного компонента представляют собой круги. Диаметр модуля представляет собой d. Предусмотрено два типа модульных компонентов. В целом предусмотрено два модульных компонента, которые соответственно представляют собой модульный компонент 1 и модульный компонент 2. Диаметры модульного компонента 1 и модульного компонента 2 представляют собой соответственно d₁ и d₂, причем d₁ является равным d₂. Расстояние между центрами вдоль направления оси Y от модульного компонента 1 до модульного компонента 2 имеет значение h₁, причем 0≤h₁≤(d₁+d₂)/2.

Вариант 2 осуществления: решение 2 для модульного режущего элемента

Как показано на Фиг.5 чертежей, буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модуль (1) и модульные компоненты (2). Формы поперечного сечения модуля и модульного компонента представляют собой круги. Все модульные компоненты находятся в модуле. Между каждыми двумя модульными компонентами предусмотрено расстояние. Диаметр модуля представляет собой d. Предусмотрено два типа модульных компонентов, причем общее число модульных компонентов имеет значение 4. Диаметры двух типов модульных компонентов представляют собой соответственно d₁ и d₂.

Вариант 3 осуществления: решение 3 для модульного режущего элемента

Как показано на Фиг.7 чертежей, буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модуль (1) и модульные компоненты (2). Поперечное сечение модуля имеет форму скругленного прямоугольника. Формы поперечного сечения модульного компонента содержат окружность, ромб, треугольник и прямоугольник, которые распределены регулярно.

Вариант 4 осуществления: решение 4 для модульного режущего элемента

Как показано на Фиг. 8 чертежей, буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модуль (1) и модульные компоненты (2). Форма поперечного сечения модуля представляет собой полый эллипс. Формы поперечных сечений модульных компонентов представляют собой окружности, которые имеют различные размеры и распределены неравномерно.

Вариант 5 осуществления: решение 5 для модульного режущего элемента

Как показано на Фиг. 9 чертежей, буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модуль (1) и модульные компоненты (2). Модульные компоненты также могут быть предусмотрены с отсутствием расстояния между ними, т.е. расстояния между некоторыми модульными компонентами имеют значения 0 мм.

Вариант 6 осуществления: решение 6 для модульного режущего элемента

Как показано на Фиг. 10 чертежей, буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модули (1) и модульные компоненты (2). Их способ объединения представляет собой модули одинакового типа, причем поперечное сечение модулей имеет форму трапеции.

Вариант 7 осуществления: решение 7 для модульного режущего элемента

Как показано на Фиг. 11 чертежей, буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модули (1) и модульные компоненты (2). Их способ объединения представляет собой модули различного типа, причем поперечное сечение модулей имеет форму веера или форму прямоугольника, т.е. объединение формы веера и формы прямоугольника.

Вариант 8 осуществления: решение 8 для модульного режущего элемента

Как показано на Фиг. 12 чертежей, буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модули (1) и модульные компоненты (2). В таком способе объединения между модулями не предусмотрено расстояния, т.е. расстояние для некоторых модулей имеет значение 0 мм.

Вариант 9 осуществления: Долото PDC

Как показано на Фиг. 1 чертежей, буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модуль (1), модульный компонент (2), корпус (3) долота, резцы (4) PDC и сопло (5), причем долото содержит по меньшей мере один режущий элемент (см. Фиг. 2 чертежей), образованный модулем или модульным компонентом настоящего изобретения, при этом множество режущих элементов основывают резцы (4) PDC.

Вариант 10 осуществления: долото с вставками

Как показано на Фиг. 13 чертежей, долото с вставками содержит шарошечное долото и модульное долото PDC. Буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением содержит модуль (1), модульные компоненты (2), корпус (3) долота PDC, резцы (4) PDC, сопло (5) и шарошечное долото, причем долото содержит по меньшей мере один режущий элемент (см. Фиг. 2 чертежей), образованный модулем или модульным компонентом настоящего изобретения, при этом множество режущих элементов основывают резцы (4) PDC.

Вариант 11 осуществления: теоретический анализ

Согласно исследовательским идеям настоящего изобретения могут быть выполнены конструкции долота с модульными резцами различных решений. Решение Фиг. 3 выбирается, чтобы служить в качестве примера для анализа.

Как показано на Фиг.3 чертежей, количество модульных компонентов имеет значение 2. Формы поперечного сечения модуля и модульного компонента представляют собой круги. Диаметр модуля представляет собой d. Два модульных компонента предусмотрено в двух модулях. Предусмотрено два типа модульных компонентов. В целом предусмотрено два модульных компонента, которые соответственно представляют собой модульный компонент 1 и модульный компонент 2. Диаметры модульного компонента 1 и модульного компонента 2 представляют собой соответственно d₁ и d₂, причем d₁ является равным d₂. Расстояние между центрами вдоль направления оси Y от модульного компонента 1 до модульного компонента 2 имеет значение h₁, причем

.

Правила распределения длины режущего ребра режущего элемента, который содержит модуль 1 и модульные компоненты 2 в различных процессах бурения анализируются, как следует ниже.

Когда модуль 1 работает в одиночку, т.е.

, точка модуля 1 задается как (x₁, y₁), длина его режущего ребра вычисляется как:

В соответствии с модулем, имеющим диаметр d, длина режущего ребра, соответствующая точке (x_1’, y_1’) Фиг.3, представляет собой:

Когда модуль 1 и модульный компонент 2 работают совместно, точка задается как (x₂, y₂), длина режущего ребра вычисляется как:

В соответствии с режущим элементом, имеющим диаметр d, длина режущего ребра, соответствующая точке (x_2’, y_2’) Фиг. 3, представляет собой:

Когда модульный компонент 2 работает в одиночку, т.е.

его точка задается как (x₃, y₃), длина режущего ребра вычисляется как:

В соответствии с режущим элементом, имеющим диаметр d, длина режущего ребра, соответствующая точке (x_3’, y_3’) Фиг. 3, представляет собой:

Сравнительный анализ длин режущих ребер

В соответствии с одинаковой радиальной глубиной (значение координаты вдоль оси Y), представляющей собой l_1'd, l_1d1, l_1’2’d, l_12d1d2, l_3'd и l_3d2, соответственно сравниваются длины режущих ребер с диаметрами d, d₁ и d₂, как показано на Фиг.3 чертежей.

Результат анализа модуля и модульного компонента показывает, что по сравнению с традиционным режущим элементом долото с модульными резцами сдерживает эффективную длину ребра истирания режущего элемента на конкретном участке и сохраняет постоянное удельное давление режущего элемента долота в течение процесса бурения за счет контролирования сочетания форм, размеров и количества модулей и модульных компонентов; при этом оптимизируется эффективная длина ребра истирания режущего элемента на конкретном участке. Согласно взаимосвязи между длиной режущего ребра, удельным давлением и СП, увеличение длины режущего ребра значительно уменьшает эффективность разрушения для СП горной породы. За счет контролирования длины режущего ребра, удельное давление, таким образом, по прежнему поддерживается на большей глубине бурения в соответствии давлением на долото и свойствами горных пород, с тем чтобы гарантировать проходку режущего элемента и улучшенную СП долота.

Вариант 12 осуществления

Модульное долото PDC изготовлено согласно конструкции настоящего изобретения и имеет размер 8,5”, количество лопастей - 6, диаметр основного резца - 16 мм.

Фактические данные в процессе бурения:

(1) использованный профиль скважины: 2879 м ~ 2965 м;

(2) Состав пород: светло-серый мелкозернистый песчаник и среднезернистый песчаник (на основе кварца), серовато-белый среднезернистый песчаник (на основе кварца) и черный углистый сланец;

(3) Давление на долото: 60~70 кН;

(4) Скорость вращения: 60-75 об/мин;

(5) Смещение: 421/м;

(6) Средняя СП: 6,33 м/ч.

Как показано на Фиг.14 и Фиг.15 чертежей, результаты вариантов осуществления показывают, что по сравнению с трехшарошечным долотом для долота с модульными резцами значительно уменьшено давление на долото при бурении твердых отложений пород и высокоабразивных отложений пород, при этом его СП значительно увеличена и остается устойчивой.

Специалист в данной области техники будет осознавать, что вариант осуществления настоящего изобретения, который показан на чертежах и описан выше, является лишь примерным и не предназначен для того, чтобы быть ограничивающим.

Таким образом, очевидно, что задачи настоящего изобретения были полностью и эффективно выполнены. Его варианты осуществления были показаны и описаны в целях иллюстрирования функциональных и структурных принципов настоящего изобретения и являются объектом для изменения, не отступая от этих принципов. Следовательно, это изобретение включает в себя все модификации, охватываемые сущностью и объемом последующей формулы изобретения.

Claims (3)

1. Долото с модульными резцами, имеющее контролируемое удельное давление для бурения, содержащее: модуль и модульный компонент, причем модульные резцы долота с модульными резцами, имеющего контролируемое удельное давление для бурения, содержат модуль, служащий в качестве матрицы, и модульный компонент, при этом количество модулей, расположенных на долоте с модульными резцами, является не меньшим чем 1, а число модульных компонентов, расположенных на модуле, является не меньшим чем 2, при этом
2. типы долота выбраны из группы, включающей в себя: долото PDC, алмазное долото, импрегнированное долото, роликовое долото, шарошечное долото и долото со вставками, содержащее по меньшей мере два элемента, выбранных из группы, состоящей из долота PDC, импрегнированного долота, роликового долота и шарошечного долота, причем материал корпуса долота выбран из группы, состоящей из спеченного изделия из карбида вольфрама и сплава, стали, спеченного карбида и композиционного материала с металлической матрицей, причем
3. количество модульных компонентов имеет значение 2, формы поперечного сечения модуля и модульного компонента представляют собой круги, диаметр модуля представляет собой d, предусмотрено два типа модульных компонентов, в целом предусмотрено два модульных компонента, которые соответственно представляют собой первый модульный компонент и второй модульный компонент, диаметры первого модульного компонента и второго модульного компонента представляют собой соответственно d₁ и d₂, расстояние между центрами вдоль направления оси Y от первого модульного компонента до второго модульного компонента имеет значение h₁, причем $$\text{0}\le {\text{h}}_{\text{1}}\le \frac{{\text{d}}_{\text{1}}+{\text{d}}_{\text{2}}}{\text{2}}$$

   

   .

Images