RU2620108C1 - Долото для реактивно-турбинного бурения - Google Patents
Долото для реактивно-турбинного бурения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620108C1 RU2620108C1 RU2016106655A RU2016106655A RU2620108C1 RU 2620108 C1 RU2620108 C1 RU 2620108C1 RU 2016106655 A RU2016106655 A RU 2016106655A RU 2016106655 A RU2016106655 A RU 2016106655A RU 2620108 C1 RU2620108 C1 RU 2620108C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bit
- cone
- teeth
- axis
- carbide teeth
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 208000033641 Ring chromosome 5 syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 210000000332 tooth crown Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/08—Roller bits
- E21B10/16—Roller bits characterised by tooth form or arrangement
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к шарошечным долотам для реактивно-турбинного бурения. Технический результат заключается в повышении проходки и механической скорости бурения. Долото для реактивно-турбинного бурения содержит корпус с лапами, на цапфах которых установлены шарошки с основными и смещенными относительно них в сторону оси цапфы периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, боковые поверхности которых ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки и образующей конуса ее основного венца. Каждая шарошка долота представляет собой конусообразную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата, при этом каждая шарошка долота выполнена с вершинным венцом, имеющим одинаковый угол конусности с основными венцами и одинаковую с ними высоту вылета твердосплавных зубков, установленных под острым углом к оси вращения долота. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к шарошечным долотам для реактивно-турбинного бурения.
Известно долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с основными и периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками и калибрующей поверхностью (см. Жиленко Н.П. и др. Справочное пособие по реактивно-турбинному бурению. М.: Недра, 1987, с. 77-81, рис. 42).
Недостатком этого долота является высокая энергоемкость и низкая эффективность процесса разрушения породы из-за нерациональной схемы расположения и ориентации зубков, приводящие к росту стоимости 1 м проходки.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус с лапами, на цапфах которых установлены шарошки с основными и смещенными относительно них в сторону торца долота периферийными венцами, армированными твердосплавными вставками с клиновидной рабочей головкой, боковые поверхности которых ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки и образующей конуса ее основного венца (см. патент РФ №2090733, кл. Ε21В 10/16, 1997 г..
Недостатком данного долота является недостаточная эффективность его работы. Это связано с тем, что конструкция указанных долот не в полной мере учитывает особенности работы при реактивно-турбинном бурении, связанные с движением шарошек не только вокруг цапф, но и в переносном движении долота вокруг оси вращения агрегата реактивно-турбинного бурения.
В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является повышение проходки и механической скорости бурения способом реактивно-турбинного бурения.
Указанный технический результат достигается тем, что в долоте для реактивно-турбинного бурения, содержащем корпус с лапами, на цапфах которых установлены шарошки с основными и смещенными относительно них в сторону торца долота периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, боковые поверхности которых ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки и образующей конуса ее основного венца, согласно изобретению каждая шарошка долота представляет собой конусообразную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата и выполнена с вершинным венцом, имеющим одинаковый угол конусности с основными венцами и одинаковую с ними высоту вылета твердосплавных зубков, установленных под острым углом к оси вращения долота.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- вершины твердосплавных зубков периферийного и вершинного венцов смещены относительно друг друга на расстояние hK, определяемое соотношением hK=(0,5÷1,1)h, где h - вылет твердосплавных зубков основных венцов;
- углы наклона осей твердосплавных зубков периферийного и вершинного венцов βΒ к оси вращения долота βK связаны соотношением: βΒ=(0,16÷1,83)βK;
- соотношение величин передних углов резания твердосплавных зубков вершинного ϕΒ и калибрующего ϕK венцов должны удовлетворять условию ϕΒ≥ϕK, при этом ϕΒ=(0÷25°).
- твердосплавные зубки вершинного венца зафиксированы в теле шарошки таким образом, что их площадки притупления наклонены к касательной к окружности, описанной по вершинам этих твердосплавных зубков, на угол ψ, находящийся в диапазоне от -5 до +5°.
Такое выполнение геометрии вооружения долота позволяет существенно повысить площадь поражения забоя в горизонтальной плоскости и одновременно снизить неравномерность распределения осевой нагрузки между «передней», по отношению к направлению максимального проскальзывания вооружения по забою, связанного с вращением агрегата реактивно-турбинного бурения, и «задней» шарошками бурового долота.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид долота большого диаметра с разнонаправленным твердосплавным вооружением для реактивно-турбинного бурения; на фиг. 2 изображена принципиальная схема движения шарошек «передней» и «задней» при реактивно-турбинном бурении в момент их максимального проскальзывания по забою, связанного с вращением агрегата; на фиг. 3 - схема поражения забоя прямозубым и разнонаправленным вооружением «передней» и «задней» шарошек в месте максимального проскальзывания вдоль осей шарошек в направлении движения агрегата реактивно-турбинного бурения; на фиг. 4 - схема армирования калибрующего (тыльного) конуса шарошек; на фиг. 5 - схема армирования вершинного венца шарошек в двух вариантах; фиг. 6 - вид твердосплавного зубка вершинного венца со стороны рабочего торца.
Долото для реактивно-турбинного бурения включает корпус 1 с промывочными каналами 4 и лапами 2, на цапфах которых установлены шарошки 3 с вершинными 7, основными 6 и смещенными относительно них в сторону торца корпуса 1 долота периферийными венцами 5, армированными твердосплавными зубками 11 с клиновидной рабочей головкой. Боковые поверхности рабочих головок твердосплавных зубков 11 периферийных венцов 5 ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки 3 и образующей конуса ее основного венца 6. При этом вершины твердосплавных зубков 11 периферийного 5 и вершинного 7 венцов смещены относительно друг друга на расстояние hK, определяемое соотношением hK=(0,5÷1,1)h, где h - вылет твердосплавных зубков 11 основных венцов 6. Каждая шарошка 3 долота представляет собой конусообразную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата, при этом каждая шарошка долота выполнена с вершинным венцом 7, имеющим одинаковый угол конусности с основными венцами 6 и одинаковую с ними высоту вылета твердосплавных зубков, при этом эти твердосплавные зубки установлены под острым углом βΒ к оси вращения долота, причем углы наклона осей твердосплавных зубков периферийного βK и вершинного венцов βΒ к оси вращения долота связаны соотношением: βΒ=(0,16÷1,83)βK. В дополнении к этому твердосплавные зубки вершинного венца 7 должны быть зафиксированы в теле шарошки 3 таким образом, чтобы их площадки притупления были наклонены к касательной к окружности, описанной по вершинам этих твердосплавных зубков на угол ψ, находящийся в диапазоне от -5 до +5°.
Принцип работы долота заключается в следующем. Агрегат реактивно-турбинного бурения, включающий несколько параллельно работающих турбобуров с долотами, спускают в скважину и начинают процесс бурения. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого турбобурами на каждое долото агрегата, твердосплавные зубки 11 внедряются в породу и разрушают ее. При этом вооружение долота совершает относительное вращение вокруг оси вращения долота 9 с угловой скоростью ωD (фиг. 2) и переносное движение вокруг оси вращения (8) агрегата реактивно-турбинного бурения. Последнее сопровождается значительным проскальзыванием вооружения шарошек 3 по забою скважины, причем как вдоль оси шарошек, так и в перпендикулярном направлении.
На фиг. 2 представлено движение вооружения шарошки в момент «перекатывания» ее в точках А и В. Здесь движение долота вокруг оси вращения агрегата (8) с угловой скоростью ωA не может быть компенсировано дополнительным увеличением или уменьшением скорости вращения шарошки ωIII, так как ее ось вращения располагается вдоль направления вращения агрегата ( - вектор линейной скорости точек А и В). При этом твердосплавные зубки вооружения (в случае прямозубого вооружения шарошек фиг. 3.1), находящиеся в соприкосновении с забоем, расположены таким образом, что их площадки притупления (12) также направлены вдоль направления вращения агрегата, поэтому при «перекатывании» шарошки долота по забою в точках А и В происходит максимальное проскальзывание зубьев вооружения в направлении вращения агрегата реактивно-турбинного бурения. Характерной особенностью этого проскальзывания является то, что твердосплавные зубки вооружения шарошки скользят в направлении не их основных рабочих поверхностей, т.е. набегающей или сбегающей граней, а в перпендикулярной им плоскости. Таким образом, в точках А и В основное разрушение породы забоя, связанное с проскальзыванием вооружения, осуществляется либо торцевыми поверхностями твердосплавных зубков, обращенными к основанию шарошки и ее тыльным конусом, либо торцевыми поверхностями твердосплавных зубков, обращенными к вершине шарошки.
На (фиг. 3.1) представлена схема поражения забоя прямозубым вооружением передней (31) по отношению к направлению максимального проскальзывания вооружения по забою, связанного с вращением агрегата реактивно-турбинного бурения и задней (32) шарошек долота большого диаметра. В данном случае общая площадь поражения забоя прямозубым вооружением обеих шарошек в горизонтальной плоскости будет определяться как сумма площадей прямоугольников, образованных шириной торцевой части твердосплавных зубков «а» и величиной скольжения Δ (смещением точки А в точку А' фиг. 2). Как видно на схеме, эффективность работы вооружения в этом направлении минимальна. Значительно увеличить площадь поражения забоя и тем самым повысить эффективность бурения можно путем оснащения шарошек разнонаправленным вооружением (фиг. 3.2).
Оценить прирост площади поражения забоя при использовании разнонаправленного вооружения в сравнении с прямозубым можно путем определения разницы площадей соответствующих фигур: S1=аΔ и S2=bΔ, где b - ширина твердосплавного зубка (фиг. 3).
Таким образом, оснащение шарошек разнонаправленным вооружением позволяет существенно увеличить площадь поражения забоя зубьями шарошек. Однако для того чтобы обеспечить максимальную эффективность работы разнонаправленного твердосплавного вооружения в условиях реактивно-турбинного бурения, необходимо при проектировании вооружения обеспечить определенную ориентацию твердосплавных зубков различных венцов вооружения (фиг. 1) и их расположение относительно поверхности забоя (фиг. 4), (фиг. 5), (фиг. 6). Это связано с тем, что в момент максимального проскальзывания вооружения, связанного с вращением агрегата, большая часть работы по разрушению плоского забоя осуществляется тыльным конусом передней (31) шарошки, на вооружение которого действует сила реакции разрушаемой породы РK, что при больших диаметрах долота вызывает его незначительное перекашивание, приводящее, в свою очередь, к частичному отжатию задней (32) шарошки от забоя. Это приводит к неравномерному распределению нагрузки на шарошки долота большого диаметра и как, следствие, - снижению эффективности его работы. Чтобы предотвратить это негативное явления предлагается твердосплавные зубки вершинного венца 7 преднамеренно заглублять на большую глубину и с меньшим углом ϕB резания, нежели твердосплавные зубки периферийного венца 5. В этом случае специально ориентированные под углом βB зубья вершинного венца (7) задней шарошки (32) под действием силы реакции разрушаемой породы РB, заглубляясь на большую глубину и под более острым углом, помимо увеличения площади поражения забоя в горизонтальной плоскости, будут играть роль стабилизатора, препятствующего «отжиму» шарошки (32) от забоя. Выполнение этого условия позволит максимально использовать работу сбегающих и набегающих граней всех без исключения твердосплавных зубков, одновременно находящихся в соприкосновении с поверхностью забоя при проскальзывании вооружения шарошек, связанном с вращением агрегата реактивно-турбинного бурения.
Вооружение основных венцов (6) может быть как в прямозубом, так и косозубом исполнении. Основные защищаемые признаки могут применяться и для стального армированного вооружения шарошечного бурового инструмента с любым количеством шарошек.
Твердосплавные зубки вершинного венца 7 в месте их максимального проскальзывания по забою, связанного с вращением агрегата, одновременно совершают и вращательное движение вокруг оси шарошки 3, вследствие этого они встречаются с забоем, двигаясь по винтообразной траектории, направление вращения которой зависит от того, вращается ли агрегат за счет реактивного момента (против часовой стрелки) или же принудительно ротором буровой установки (по часовой стрелке). В связи с этим твердосплавные зубки вершинного венца (7) зафиксированы в теле шарошки таким образом, что их площадка притупления наклонена к касательной к окружности, описанной по вершинам этих зубков на угол ψ, находящийся в диапазоне от -5 до +5°. Твердосплавные зубки вершинного венца (7) могут иметь как плоские основные рабочие грани, так и имеющие определенную кривизну r (12), зависящую от физико-механических характеристик разбуриваемых пород (фиг. 5)
Таким образом, применение предложенного долота позволит повысить эффективность бурения скважин способом реактивно-турбинного бурения за счет увеличения разрушающей способности твердосплавного зубчатого вооружения и снижения энергоемкости процесса разрушения породы, что в конечном итоге даст возможность повысить проходку и механическую скорость и снизить стоимость буровых работ.
Claims (5)
1. Долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус с лапами, на цапфах которых установлены шарошки с основными и смещенными относительно них в сторону оси цапфы периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, боковые поверхности которых ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки и образующей конуса ее основного венца, отличающееся тем, что каждая шарошка долота представляет собой конусообразную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата, при этом каждая шарошка долота выполнена с вершинным венцом, имеющим одинаковый угол конусности с основными венцами и одинаковую с ними высоту вылета твердосплавных зубков, установленных под острым углом к оси вращения долота.
2. Долото по п.1, отличающееся тем, что вершины твердосплавных зубков периферийного и вершинного венцов смещены относительно друг друга на расстояние hK, определяемое соотношением hK=(0,5÷1,1)h, где h – вылет твердосплавных зубков основных венцов.
3. Долото по п.1, отличающееся тем, что угол наклона оси твердосплавных зубков периферийного венца к оси вращения долота βK связан с углом наклона оси твердосплавных зубков вершинного венца βB по отношению к оси вращения долота следующим соотношением: βB=(0,16÷1,83)βK.
4. Долото по п.1, отличающееся тем, что соотношение величин передних углов резания твердосплавных зубков вершинного ϕB и периферийного ϕK венцов должны удовлетворять условию ϕB≥ϕK, при этом ϕB=(0÷25°).
5. Долото по п.1, отличающееся тем, что твердосплавные зубки вершинного венца зафиксированы в теле шарошки таким образом, что их площадка притупления наклонена к касательной к окружности, описанной по вершинам этих зубков, на угол ψ, находящийся в диапазоне от -5° до +5°.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016106655A RU2620108C1 (ru) | 2016-02-26 | 2016-02-26 | Долото для реактивно-турбинного бурения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016106655A RU2620108C1 (ru) | 2016-02-26 | 2016-02-26 | Долото для реактивно-турбинного бурения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620108C1 true RU2620108C1 (ru) | 2017-05-23 |
Family
ID=58881851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016106655A RU2620108C1 (ru) | 2016-02-26 | 2016-02-26 | Долото для реактивно-турбинного бурения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620108C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2046176C1 (ru) * | 1992-05-26 | 1995-10-20 | Специальное конструкторское бюро по долотам Самарского долотного завода | Буровое шарошечное долото |
RU2057890C1 (ru) * | 1994-05-25 | 1996-04-10 | Ирек Камилевич Бикбулатов | Буровое шарошечное долото |
RU2090732C1 (ru) * | 1994-12-29 | 1997-09-20 | Виталий Анатольевич Ясашин | Шарошечное долото для реактивно-турбинного бурения |
RU2090733C1 (ru) * | 1994-12-29 | 1997-09-20 | Виталий Анатольевич Ясашин | Долото для реактивно-турбинного бурения |
US6029759A (en) * | 1997-04-04 | 2000-02-29 | Smith International, Inc. | Hardfacing on steel tooth cutter element |
-
2016
- 2016-02-26 RU RU2016106655A patent/RU2620108C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2046176C1 (ru) * | 1992-05-26 | 1995-10-20 | Специальное конструкторское бюро по долотам Самарского долотного завода | Буровое шарошечное долото |
RU2057890C1 (ru) * | 1994-05-25 | 1996-04-10 | Ирек Камилевич Бикбулатов | Буровое шарошечное долото |
RU2090732C1 (ru) * | 1994-12-29 | 1997-09-20 | Виталий Анатольевич Ясашин | Шарошечное долото для реактивно-турбинного бурения |
RU2090733C1 (ru) * | 1994-12-29 | 1997-09-20 | Виталий Анатольевич Ясашин | Долото для реактивно-турбинного бурения |
US6029759A (en) * | 1997-04-04 | 2000-02-29 | Smith International, Inc. | Hardfacing on steel tooth cutter element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4187922A (en) | Varied pitch rotary rock bit | |
JPH05239982A (ja) | ディスクドリルビット | |
US5282512A (en) | Drilling tool with rotating conical rollers | |
US20160348440A1 (en) | Hybrid drill bit | |
BRPI0916810A2 (pt) | broca de perfuração terrestre | |
EA008562B1 (ru) | Буровое долото с выбранным переменным шагом, предотвращающее образование гребней на забое, а также позволяющее оптимизировать блокированный скол и ослабить вибрацию | |
US20060249309A1 (en) | Drill bit, system, and method for drilling a borehole in an earth formation | |
US5027913A (en) | Insert attack angle for roller cone rock bits | |
US20140353046A1 (en) | Hybrid bit with roller cones near the bit axis | |
RU2620108C1 (ru) | Долото для реактивно-турбинного бурения | |
KR920703959A (ko) | 천공기용 굴삭치 | |
US2927778A (en) | Rotary drill cutters | |
RU2427700C1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
US20040236553A1 (en) | Three-dimensional tooth orientation for roller cone bits | |
RU2425945C1 (ru) | Буровое трехшарошечное долото | |
RU2671386C2 (ru) | Ударное буровое долото с множеством наборов торцевых режущих вставок | |
RU2611776C1 (ru) | Долото для реактивно-турбинного бурения | |
US3265139A (en) | Roller cone drill bit | |
RU2315850C1 (ru) | Лопастное долото для бурения перемежающихся по крепости горных пород | |
RU2579087C1 (ru) | Долото для реактивно-турбинного бурения | |
RU2390617C1 (ru) | Буровое трехшарошечное долото | |
RU2473770C1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
RU2543824C1 (ru) | Буровое шарошечное долото | |
RU2764761C1 (ru) | Долото для бурения | |
US20180328116A1 (en) | Drag bit with wear-resistant cylindrical cutting structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180227 |