RU2693059C2 - Буровое долото с вращающимися коническими шарошками и способ разбуривания пробки - Google Patents

Буровое долото с вращающимися коническими шарошками и способ разбуривания пробки Download PDF

Info

Publication number
RU2693059C2
RU2693059C2 RU2014134310A RU2014134310A RU2693059C2 RU 2693059 C2 RU2693059 C2 RU 2693059C2 RU 2014134310 A RU2014134310 A RU 2014134310A RU 2014134310 A RU2014134310 A RU 2014134310A RU 2693059 C2 RU2693059 C2 RU 2693059C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutters
rotating
drill bit
crown
plug
Prior art date
Application number
RU2014134310A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014134310A (ru
Inventor
Дж. НОБАЙЛ Кайл
СТРОВЕР Мэтт
Мишель ХАРРИНГТОН Дэвид
В. РОУЗ Карл
Original Assignee
Варел Интернэшнл Инд., Л.П.
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=52479327&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2693059(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Варел Интернэшнл Инд., Л.П. filed Critical Варел Интернэшнл Инд., Л.П.
Publication of RU2014134310A publication Critical patent/RU2014134310A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2693059C2 publication Critical patent/RU2693059C2/ru

Links

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
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/50—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of roller type
    • E21B10/52—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of roller type with chisel- or button-type inserts
    • 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
    • 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
    • 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
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/50—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of roller type
    • 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
    • E21B29/00—Cutting or destroying pipes, packers, plugs or wire lines, located in boreholes or wells, e.g. cutting of damaged pipes, of windows; Deforming of pipes in boreholes or wells; Reconditioning of well casings while in the ground
    • 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
    • E21B29/00—Cutting or destroying pipes, packers, plugs or wire lines, located in boreholes or wells, e.g. cutting of damaged pipes, of windows; Deforming of pipes in boreholes or wells; Reconditioning of well casings while in the ground
    • E21B29/002—Cutting, e.g. milling, a pipe with a cutter rotating along the circumference of the pipe
    • 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
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/1204—Packers; Plugs permanent; drillable

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к буровому долоту и способу разбуривания пробки. Технический результат заключается в повышении характеристик износа на различных частях долота. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками содержит ряд лап, вал подшипника, проходящий от каждой лапы, ряд вращающихся конических шарошек, каждая из которых соединена с возможностью вращения с соответствующим валом подшипника; по меньшей мере одну вращающуюся коническую шарошку из ряда вращающихся конических шарошек, образующую в целом коническую поверхность и содержащую центральный венец вооружения долота, проходящий от в целом конической поверхности, внутренний венец вооружения долота, проходящий от в целом конической поверхности, и периферийный венец вооружения долота, проходящий от в целом конической поверхности. Центральный венец и внутренний венец вооружения долота содержат фрезерованные зубья. Периферийный венец вооружения долота содержит как вставные резцы, так и фрезерованные зубья. Каждый вставной резец содержит режущую часть, расположенную над соответствующей в целом конической поверхностью, и часть основания, расположенную под соответствующей в целом конической поверхностью. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение в общем относится к долотам для бурения ствола скважины, конкретнее, к гибридному буровому долоту с вращающимися коническими шарошками, использующемуся при проработке ствола скважины и разбуривании оборудования для гидравлического разрыва пласта (например, пробок для проведения гидравлических разрывов) или мостовых пробок.
Предпосылки создания изобретения
Шарошечное коническое долото для твердых материалов является режущим инструментом, использующимся в отрасли нефти, газа и разработки полезных ископаемых, для пробивания толщи пород с формированием ствола скважины. При формировании ствола скважины шарошечное коническое долото разбуривает различные геологические материалы, имея дело c различными горными породами. Несмотря на то, что при прохождении бурением твердых материалов буровое долото контактирует с различными породами на различных глубинах, в целом, все части бурового долота одновременно бурят горные породы одной группы.
В процессах гидравлического разрыва пласта пробка для проведения гидравлического разрыва крепится к обсадной колоне, проходящей по буровой скважине. Пробка для проведения гидравлического разрыва пласта является чем то вроде одноразового инструмента, так как после исполнения своих функций пробка для проведения гидравлического разрыва пласта выбуривается при помощи шарошечного конического долота для твердых пород, произведенного согласно стандартам Международной ассоциации буровых подрядчиков (IADC), а выбуренные куски пробки вымываются буровым шламом наверх из ствола скважины. Пробка для проведения гидравлического разрыва пласта является в целом цилиндрическим элементом, выполненным из различных материалов, расположенным в различных радиальных положениях, двигаясь, в основном, от осевого отверстия. В отличие от прохождения бурением горных пород, при разбуривании пробки для проведения гидравлического разрыва пласта буровое долото одновременно проходит бурением различные материалы. Различные материалы обуславливают различные эффективность проходки и характеристики износа на различных частях долота.
В патенте США № 5131480, автором которого является Lockstedt, (раскрытие которого включено посредством ссылки) раскрывается долото с вращающимися коническими шарошками с фрезерованными зубьями для твердых материалов, где нижний венец каждой конической шарошки свободен и клинообразные вставки из карбида вольфрама помещены в свободный нижний венец. Вставки нижнего венца взаимодействуют с фрезерованными зубьями периферийного венца и, по мере износа фрезерованных зубьев периферийного венца, постепенно срезают большую часть периферийного венца буровой скважины.
Сущность изобретения
В варианте осуществления изобретения гибридное буровое долото с вращающимися коническими шарошками содержит ряд лап. Вал подшипника проходит от каждой лапы, а вращающаяся коническая шарошка соединена с возможностью вращения с каждым валом подшипника. По меньшей мере одна вращающаяся коническая шарошка содержит центральный венец вооружения долота, внутренний венец вооружения долота и периферийный венец вооружения долота. Центральный венец и внутренний венец вооружения долота содержат фрезерованные зубья. Периферийный венец вооружения долота содержит вставные резцы.
В определенных вариантах осуществления вставные резцы являются вставками из карбида вольфрама, а фрезерованные зубья изготовлены из стали. Вставные резцы могут быть конической или клинообразной формы.
Гибридное буровое долото с вращающимися коническими шарошками настоящего раскрытия используется для одновременного разбуривания различных материалов пробки. Расположение вставных резцов и фрезерованных зубьев на вращающейся конической шарошке позволяет эффективно разбуривать различные материалы пробки. В частности, относительно твердый материал плашки пробки, расположенной на наружном диаметре пробки, эффективно разбуривается вставными резцами, расположенными на наружном диаметре долота, тогда как относительно мягкий материал корпуса пробки эффективно разбуривается фрезерованными зубьями, расположенными радиально, направленными внутрь к вставным резцам.
Другие аспекты, особенности и преимущества станут очевидны из следующего подробного описания при рассмотрении совместно с прилагающимися графическими материалами, которые являются частью данного раскрытия и которые демонстрируют, например, принципы раскрытого изобретения.
Краткое описание графических материалов
Для более глубокого понимания настоящего изобретения и его преимуществ дается ссылка на следующее краткое описание, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми графическими материалами и подробным описанием, где одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым деталям, где:
На фиг. 1 представлено гибридное буровое долото с вращающимися коническими шарошками, расположенное в положении разбуривания непосредственно над поперечным сечением пробки для проведения гидравлического разрыва пласта, установленной в буровой скважине;
На фиг. 2A представлена торцевая поверхность гибридного бурового долота с вращающимися коническими шарошками в соответствии с идеей настоящего раскрытия;
На фиг. 2B представлено поперечное сечение с вращающимися выступами, показывающее положение фрезерованных зубьев и вставных резцов в буровой скважине в соответствии с идеей настоящего раскрытия;
На фиг. 3A представлена торцевая поверхность альтернативного варианта осуществления гибридного бурового долота с вращающимися коническими шарошками в соответствии с идеей настоящего раскрытия; и
На фиг. 3B представлено поперечное сечение с вращающимися выступами, показывающее положение фрезерованных зубьев и вставных резцов в буровой скважине в соответствии с идеей альтернативного варианта осуществления настоящего раскрытия.
Подробное описание графических материалов
На фиг. 1 приведено гибридное буровое долото 10 или, конкретнее, гибридное буровое долото 10 с вращающимися коническими шарошками. Гибридное буровое долото 10 с вращающимися коническими шарошками показано в буровой скважине или стволе 12 скважины, в которую(ый) помещена металлическая обсадная колонна 16. Долото 10 показано в положении разбуривания над поперечным сечением пробки обсадной колонны или пробки 14. Гибридное буровое долото 10 содержит три лапы 18 (показаны две), которые располагаются на корпусе (не показан) долота. Ниже более подробно описано, что каждая лапа 18 поддерживает вращающуюся коническую шарошку 20. Каждая из вращающихся конических шарошек 20 содержит два разных вида вооружения долота. Ближайшим к обсадной колонне 16 в стволе скважины 12 вооружением долота являются вставные резцы 22, например, вставки из карбида вольфрама. Вооружением долота в направлении к центру долота 10 являются фрезерованные зубья 24. Вставные резцы 22 имеют коническую форму, но могут быть полусферической формы, клинообразной формы, в форме двойного конуса, овальной формы или любой другой формы, пригодной для разбуривания пробки обсадной колонны 14.
Гибридное буровое долото 10 сконфигурировано для разбуривания сплошности буровой скважины и/или пробки для проведения гидравлического разрыва пласта, закрепленной в буровой скважине. Следовательно, гибридное буровое долото 10 сконфигурировано как для разбуривания горных пород, так и частей пробки для проведения гидравлического разрыва пласта от осевой линии буровой скважины и прохождения по всему радиусу буровой скважины. Гибридное буровое долото 10 отличается от расширителя скважины тем, что расширитель скважины не предназначен для разбуривание центральной части буровой скважины непосредственно от осевой линии. Наоборот, расширитель скважины сконфигурирован для уширения отверстия, которое уже образовано, по меньшей мере, частично.
В определенных скважинных процессах, таких как гидравлический разрыв пласта или фрекинг, для изоляции части ствола 12 скважины, используемой для гидравлического разрыва пласта, используется пробка 14, такая как пробка для гидравлического разрыва пласта. Пробка 14 функционирует как клапан одностороннего действия и обеспечивает изоляцию и высокое давление в определенных участках буровой скважины в процессе гидравлического разрыва пласта. После выполнения своих функций пробка 14 разбуривается в процессе разбуривания при помощи гибридного бурового долота 10 с вращающимися коническими шарошками в соответствии с идеей настоящего раскрытия. В процессе разбуривания гибридное буровое долото 10 с вращающимися коническими шарошками крепится к бурильной колонне и вращается так, что его режущие элементы дробят, раскалывают и разламывают пробку 14. Буровой раствор, прокачиваемый через долото 10, вымывает части пробки 14 назад на поверхность. Пробки, отличающиеся от пробок для проведения гидравлического разрыва, могут закрепляться в буровой скважине и могут высверливаться посредством гибридного бурового долота 10 с вращающимися коническими шарошками в соответствии с идеей настоящего раскрытия. Например, гибридное буровое долото 10 с вращающимися коническими шарошками может использоваться для разбуривания мостовых пробок и других видов пробок, блокирующих обсадную колонну 16.
В процессе подготовки к фрекингу пробка 14 располагается в необходимом положении в буровой скважине 12, так что часть наружного диаметра пробки 14 захватывает обсадную колонну 16 и закрепляет или устанавливает пробку 14 в положение. После установки пробка 14 выдерживает воздействие высокого давления зоны в буровой скважине без движения или проскальзывания. Для установки пробки 14 плашку 26, зачастую выполненную в форме кольца, окружающего часть корпуса 28 пробки, побуждают захватить обсадную колонну 16 и образовать уплотнение. В рамках данного раскрытия корпус 28 пробки содержит любые части пробки, изготовленные не из относительно твердого материала, которые соприкасаются с обсадной колонной 16 для установки пробки в положение и образования уплотнения. Несмотря на то, что корпус 28 пробки в основном расположен радиально внутри по отношению к плашке 26, некоторые части корпуса 28 пробки могут располагаться над или под и выравниваться относительно плашек 26.
В варианте осуществления изобретения, приведенном на фиг. 1, показаны верхняя и нижняя плашки 26. Каждая из плашек 26 содержит ряд гребней 29, которые врезаются в обсадную колонну для обеспечения должного сцепления. Плашки 26 расширяются и могут частично разрушаться, так что некоторые части плашек 26 внедряются в металлическую обсадную колонну 16. Для поддержания захвата плашки 14 под высоким давлением плашка 26 зачастую изготавливается из твердого материала. В определенных пробках 14 плашка 16 изготавливается из чугуна. После установки плашка 26 занимает пространство между обсадной колонной 16 и корпусом 28 пробки, которое может достигать дюйма внутри диаметра обсадной колонны. Например, обсадная колонна 16 буровой скважины может иметь диаметр приблизительно двенадцать дюймов, а плашка 26 может иметь наружный диаметр приблизительно двенадцать дюймов и внутренний диаметр приблизительно десять дюймов.
В определенных вариантах осуществления плашка 26 может содержать карбид вольфрама или керамические вставки, которые внедряются в обсадную колонну 16 для лучшего сцепления. Пробка, содержащая такие вставки, описывается в патенте США № 5984007 автором Yuan (раскрытие которого включено посредством ссылки). В отличие от очень твердого материала плашки 26 корпус 28 пробки зачастую изготовлен из более мягкого материала, чем плашка 26 и/или любые вставки, содержащиеся в плашке 26. Например, корпус 28 пробки часто изготавливается из композиционного материала, термопласта или более мягкого материала, такого как латунь.
Так как пробка 14 состоит из относительно мягкого материала в своих внутренних частях и относительно твердого материала в своих наружных частях, то гибридное буровое долото 10 с вращающимися коническими шарошками при разбуривании одновременно контактирует и разламывает как относительно твердый, так и относительно мягкий материалы. В связи с этим при разбуривании с использованием гибридного долота 10 вставные резцы 22 зацепляют плашку 26 и/или вставки пробки, которые примыкают, контактируют или внедрены в обсадную колонну 16. Поэтому вставные резцы 22 расположены по наружному диаметру долота 10, который при эксплуатации находится ближе всего к обсадной колонне 16. Например, вставные резцы 22 могут располагаться по наружному диаметру режущей поверхности долота 10, равному одному дюйму. Таким образом, гибридное буровое долото 10 с вращающимися коническими шарошками с торцевой поверхностью, образующей наружный диаметр, равный двенадцати дюймам, может содержать фрезерованные зубья от его центральной части до диаметра, равного приблизительно десяти дюймам, тогда как на наружном радиусе поверхности, равном одному дюйму (диаметр, равный двум дюймам), располагаются вставные резцы 22.
Мягкий корпус 28 пробки разбуривается фрезерованными зубьями 24, но фрезерованные зубья обычно не подвергаются воздействию твердого материала плашки 26, что увеличивает общую долговечность долота 10. Фрезерованные зубья 24 более действенны, эффективны и лучше приспособлены для проходки бурением, захвата и срезания мягкого материала корпуса 28 пробки. Вставные резцы 22 напротив менее эффективны при срезании и вырывании материала корпуса 28 пробки. Более того, если вставные резцы 22 используются для разбуривания корпуса 28 пробки, то стальная основа вращающейся конической шарошки 20 подвергается износу, который часто приводит к отделению дорогостоящих вставных резцов от вращающейся конической шарошки 20 и потери в буровой скважине.
Вставные резцы 22 обычно изготавливаются из очень твердого материала, такого как карбид вольфрама. В качестве альтернативы вставные резцы 22 могут изготавливаться либо из очень твердого материала, введенного в состав вооружения долота, такого как прессовка из поликристаллических алмазов, импрегнированный алмазами сегмент, прессовка из поликристаллического кубического нитрида бора, либо вставные резцы 22 могут изготавливаться из любого материала группы керамических материалов. Твердый материал, введенный в состав вставных резцов 22, не изнашивается так быстро, как стальная основа, при прохождении бурением или, наоборот, контакте с практически равным по твердости материалом плашки 26 и/или вставок плашки. Таким образом вставные резцы 22 изнашиваются меньше, чем фрезерованные зубья 24 при разбуривании твердого материала плашки 26 и/или вставок плашки пробки 14.
На фиг. 2A и 2B приведено более подробное изображение вращающихся конических шарошек 20 гибридного бурового долота 10 в соответствии с идеей настоящего раскрытия. На фиг. 2A показана торцевая поверхность 30 гибридного бурового долота с вращающимися коническими шарошками. На фиг. 2B представлено поперечное сечение, взятое по одной из вращающихся конических шарошек, приведенных на фиг. 2A. Кроме того, на фиг. 2B приведен вращающийся выступ положения режущих элементов каждой из трех вращающихся конических шарошек при вращении долота в буровой скважине. На фиг. 2B показан вал 21 подшипника, проходящий от лапы 18 долота. Каждая шарошка устанавливается на вал 21 подшипника с возможностью вращения.
На фиг 2A показаны первая 32a вращающаяся коническая шарошка, вторя 32b вращающаяся коническая шарошка и третья 32c вращающаяся коническая шарошка (показаны вместе как вращающаяся коническая шарошка 32 на фиг. 2B). Вращающиеся конические шарошки также называются коническими шарошками. Каждая из вращающихся конических шарошек 32a, 32b, 32c образует в общем коническую поверхность 33 (см. фиг. 2B) и содержит два различных режущих элемента, проходящих от в общем конической поверхности 33. Например, первая 32a вращающаяся коническая шарошка содержит центральный венец, расположенный на центральном участке бурового долота и образованный из ряда фрезерованных зубьев 36a. Как ранее обсуждалось, фрезерованные зубья 36a получены путем фрезерования стальной матрицы вращающейся конической шарошки 32a и являются действенным вооружением долота. Но основа долота также может изготавливаться из металла матрицы или любого другого материла, пригодного для буровых долот для бурения скважин.
В соответствии с идеей настоящего раскрытия центральный венец фрезерованных зубьев 36a расположен в центральной части долота для прохождения бурением соответствующей центральной части пробки из мягкого материала, называемой корпусом пробки. Центральный венец фрезерованных зубьев 36a эффективно проходит бурением этот мягкий материал с большей скоростью проходки, чем у других видов вооружения долота, включая вставные резцы 22. Обе вращающиеся конические шарошки, вторая и третья, также содержат центральные венцы фрезерованных зубьев 36b, 36c. Относительное положение при бурении среди центральных венцов фрезерованных зубьев приведено на фиг. 2B.
Внутренний ряд вооружения долота расположен от центрального венца фрезерованных зубьев по направлению к основанию 38 вращающейся конической шарошки 32. Вооружением долота, образующим внутренний венец, являются фрезерованные зубья 42a, выполненные подобно фрезерованным зубьям 36a центрального венца. Каждая из вращающихся конических шарошек, первая, вторая и третья, обладают одним внутренним венцом фрезерованных зубьев 42a, 42b, 42c. Подобно фрезерованным зубьям 36a, 36b, 36c центрального венца фрезерованные зубья 42a, 42b, 42c внутреннего венца также расположены для прохождения бурением внутренней части пробки 14 или корпуса 28 пробки, которая(ый) обычно изготавливается из более мягкого материала, такого как композитный пластик, термопласты или более мягкие металлы. Относительные положения при бурении среди внутренних венцов фрезерованных зубьев 42a, 42b, 42c для каждой вращающейся конической шарошки 32a, 32b, 32c показаны на фиг. 2B. Альтернативные варианты осуществления гибридного бурового долота с вращающимися коническими шарошками в соответствии с идеей настоящего раскрытия могут содержать больше одного внутреннего венца фрезерованных зубьев. Например, бóльшее буровое долото будет иметь бóльшие вращающиеся конические шарошки, которые имеют обыкновение содержать один или несколько дополнительных внутренних венцов фрезерованных зубьев для разбуривания пробок бóльшего диаметра.
Периферийный венец вставных резцов 46 расположен наиболее близко к основанию вращающейся конической шарошки 32. Периферийный венец вставных резцов 46 проходит от в целом конической поверхности 33 вращающейся конической шарошки 32. Каждая из вращающихся конических шарошек, первая, вторая и третья, содержат периферийные венцы вставных резцов 46a, 46b, 46c. В варианте осуществления, представленном на фиг. 2A и 2B, вставные резцы 46 имеют коническую форму. Кроме того, вставные резцы 46 каждой из трех вращающихся конических шарошек 32 зачастую выровнены при вращении, так что вставные резцы 46 всех трех вращающихся конических шарошек 32a, 32b, 32c проиллюстрированы выступом одного вставного резца на фиг. 2B. В альтернативном варианте осуществления периферийный венец вращающейся конической шарошки 32 может содержать как фрезерованные зубья, так и вставные резцы. Фрезерованные зубья могут быть слегка смещены вовнутрь и перекрываться вставными резцами или фрезерованные зубья могут перекрываться внутри периферийного венца вставных резцов.
Как показано на фиг. 2B, при разбуривании вставные резцы 46 расположены ближе всего к обсадной колонне 16. В связи с этим при разбуривании пробки вставные резцы 46 будут разбуривать наиболее удаленную от центра часть диаметра пробки, включая те части пробки, которые врезаны в или, наоборот, прикрепляют пробку к обсадной колонне 16. Как описано выше, наиболее удаленной частью диаметра пробки 14 называется плашка 26 и обычно изготавливается из твердого материала, который больше изнашивает сталь вращающейся конической шарошки 32, чем более мягкий корпус 28 пробки. Таким образом вставные резцы 46 лучше приспособлены для разбуривания подобного упрочненного материала, такого как плашка из чугуна и/или карбид вольфрама, или керамические вставки плашки.
Как видно в поперечном сечении на фиг. 2B, вставные резцы 46 содержат режущую часть 48, которая расположена над в целом конической поверхностью 33 вращающейся конической шарошки 32 и нижней частью 50 основания, расположенной под в целом конической поверхностью 33 вращающейся конической шарошки. Прорезь или гнездо, в которую(ое) помещается нижняя часть 50 основания вставного резца 46 путем запрессовки или посадки с натягом, выполнено во в целом конической поверхности 33 вращающейся конической шарошки 32 либо литьем, либо механической обработкой. Нижняя часть 50 основания может быть приварена или припаяна к гнезду 54. Кроме того, для закрепления нижней части 50 основания в гнезде 54 может использоваться клеящее вещество. Показанный вставной резец 46 имеет коническую форму, но, в качестве альтернативы, вставной резец может иметь клинообразную форму или любую другую подходящую форму для режущей части 48 вставного резца 46.
Между периферийным венцом и основанием 38 расположена пята 56 вращающейся конической шарошки 32. Пята 56 и основание 38 являются не рассматриваемым частями в целом конической поверхности 33 вращающейся конической шарошки 32. Зачастую на основании 38 или пяте 56 вращающейся конической шарошки 32 отсутствуют режущие элементы, фрезерованные зубья или вставные резцы.
Фрезерованные зубья 36a, 36b, 36c центрального венца (особенно фрезерованные зубья 36a центрального венца первой 32a вращающейся конической шарошки) обеспечивают вооружение долота для проходки бурением при разбуривании центральной части пробки. Кроме того, профиль зуба фрезерованных зубьев лучше приспособлен для проходки бурением более мягкого материала корпуса пробки. Совместно эти особенности фрезерованных зубьев позволяют режущему инструменту совершать проходку и сминать более мягкий материал корпуса пробки при одновременном вытеснении плашки 26 твердым вставным резцом 46, например, вставкой из карбида вольфрама, от обсадной колонны и разламывании плашки на куски, вымываемые наверх из буровой скважины.
На фиг. 3A и 3B показан альтернативный вариант осуществления гибридного бурового долота с вращающимися коническими шарошками в соответствии с идеей настоящего раскрытия. На фиг. 3A показана торцевая поверхность 60 гибридного бурового долота с вращающимися коническими шарошками. На фиг. 3B показано поперечное сечение, взятое по одной из вращающихся конических шарошек, представленных на фиг. 3A. Кроме того, на фиг.3B показан вращающийся выступ положения режущих элементов каждой из трех вращающихся конических шарошек 62 при вращении долота.
Подобно варианту осуществления изобретения на фиг. 2A и 2B каждая из вращающихся конических шарошек 62 содержит центральный венец фрезерованных зубьев 66a, 66b, 66c. Также каждая вращающаяся коническая шарошка, первая и вторая 62a, 62b, содержат внутренний венец фрезерованных зубьев 70a, 70b. Внутренний венец 68c третьей 62c вращающейся конической шарошки содержит венец вставных резцов 72c. Однако, в альтернативном варианте осуществления каждая из всех трех вращающихся конических шарошек 62 может содержать внутренний венец фрезерованных зубьев. Также, как обсуждалось в отношении варианта осуществления, приведенного на фиг. 2A и 2B, конические шарошки 62 могут содержать более одного внутреннего венца фрезерованных зубьев.
Каждая из трех конических шарошек 62 содержит периферийный венец вставных резцов 76a, 76b, 76c (представленные под ссылочной позицией 76 на фиг. 3B), сконфигурированный для разбуривания и разламывания твердого материала плашки 26 пробки 14 или вставок плашки, которые врезаются в обсадную колонну 16. Периферийный венец второй 62b вращающейся конической шарошки содержит венец вставных резцов 78b, примыкающий к периферийному венцу, который перекрывает периферийный венец вставных резцов 76b. Вставные резцы 78b венца, примыкающего к периферийному венцу, закреплены в выемке, выполненной в том же участке 80b, что и вставные резцы 76b периферийного венца. Степень перекрытия показана на фиг. 3B. Другие варианты осуществления настоящего раскрытия могут содержать вставные резцы венца, примыкающего к периферийному венцу, на первой и/или третьей конической шарошке в дополнение ко второй вращающейся конической шарошке. Вставные резцы 78b венца, примыкающего к периферийному венцу, используются для разлома бóльших плашек 26 и защиты фрезерованных зубьев от контакта и износа за счет твердого материала плашки.
Как показано на фиг. 3B, часть 80 основания вставных резцов внутреннего венца 72c, периферийного венца и венца 78b, примыкающего к периферийному венцу, закреплена в гнезде 82, выполненном во вращающейся конической шарошке; режущая часть 84 проходит за наружной, в целом конической поверхностью 33 вращающейся конической шарошки, как описано выше в отношении фиг. 2B. Показанные вставные резцы 76 периферийного венца являются калибровочными клинообразными вставками. Однако, в соответствие с идеей настоящего раскрытия, в гибридном буровом долоте с вращающимися коническими шарошками может использоваться любой подходящий вставной резец, включая клинообразный, полусферический, конусообразный, в форме двойного конуса, овальной и подобный формы.
Предшествующее описание только некоторых вариантов осуществления изобретения(й), а также альтернативы, модификации, дополнения и/или изменения могут выполняться относительно изобретения без отклонения от объема и сущности раскрытых вариантов осуществления, при этом варианты осуществления являются иллюстративными и не несут ограничительный характер.

Claims (37)

1. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками, содержащее:
ряд лап; вал подшипника, проходящий от каждой лапы;
ряд вращающихся конических шарошек, причем каждая вращающаяся коническая шарошка соединена с возможностью вращения с соответствующим валом подшипника;
по меньшей мере одну вращающуюся коническую шарошку из ряда вращающихся конических шарошек, образующую в целом коническую поверхность и содержащую центральный венец вооружения долота, проходящий от в целом конической поверхности, внутренний венец вооружения долота, проходящий от в целом конической поверхности, и периферийный венец вооружения долота, проходящий от в целом конической поверхности;
при этом центральный венец и внутренний венец вооружения долота содержат фрезерованные зубья; и при этом периферийный венец вооружения долота содержит как вставные резцы, так и фрезерованные зубья,
при этом каждый вставной резец содержит режущую часть, расположенную над соответствующей в целом конической поверхностью, и часть основания, расположенную под соответствующей в целом конической поверхностью.
2. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что вставные резцы являются вставными резцами из карбида вольфрама.
3. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что вставные резцы отбирают из группы, содержащей: вставные резцы из прессовок из поликристаллических алмазов, вставные резцы из импрегнированных алмазами сегментов, вставные резцы из прессовок из поликристаллического кубического нитрида бора и керамические вставные резцы.
4. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что центральный венец вооружения долота и внутренний венец вооружения долота изготовлены из стали.
5. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что вставные резцы имеют коническую форму.
6. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что вставные резцы имеют клинообразную форму.
7. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что другая вращающаяся коническая шарошка содержит центральный венец фрезерованных зубьев, внутренний венец вставных резцов и периферийный венец вставных резцов.
8. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна вращающаяся коническая шарошка содержит венец вставных резцов, прилегающий к периферийному венцу, который перекрывает периферийный венец вооружения долота, при этом венец вставных резцов, прилегающий к периферийному венцу, проходит от того же участка, что и периферийный венец вставных резцов.
9. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что только периферийный венец вооружения долота содержит вставные резцы.
10. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что торцевая поверхность бурового долота с вращающимися коническими шарошками образует наружный диаметр, при этом вставные резцы расположены только в пределах одного дюйма наружного диаметра, а всем остальным вооружением бурового долота с вращающимися коническими шарошками являются фрезерованные зубья.
11. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что каждый из вставных резцов посажен с натягом в соответствующие гнезда, выполненные в по меньшей мере одной вращающейся конической шарошке.
12. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что каждый из вставных резцов припаян к соответствующим гнездам, выполненным в по меньшей мере одной вращающейся конической шарошке.
13. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что каждый из вставных резцов приварен к соответствующим гнездам, выполненным в по меньшей мере одной вращающейся конической шарошке.
14. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, отличающееся тем, что каждый из вставных резцов приклеен при помощи клеящего вещества к соответствующим гнездам, выполненным в по меньшей мере одной вращающейся конической шарошке.
15. Буровое долото с вращающимися коническими шарошками по п. 1, в котором каждая из вращающихся буровых конических шарошек содержит поверхность основания и поверхность пяты, при этом поверхность пяты расположена по оси между поверхностью основания и периферийным венцом с вставными резцами, при этом поверхность пяты не поддерживает вооружение долота.
16. Способ разбуривания пробки, включающий:
направление гибридного бурового долота с вращающимися коническими шарошками, обладающего рядом вращающихся конических шарошек, в буровую скважину, по которой проходит обсадная колонна;
разбуривание корпуса пробки посредством фрезерованных зубьев, выполненных в каждой из множества конических шарошек;
разбуривание плашки пробки посредством вставных резцов, закрепленных в периферийном венце каждой вращающейся конической шарошки, причем плашка контактирует с обсадной колонной; и
направление разбуренной пробки вверх из буровой скважины,
при этом каждая вращающаяся коническая шарошка образует в целом коническую поверхность и каждый вставной резец содержит режущую часть, расположенную над соответствующей в целом конической поверхностью, и часть основания, расположенную под соответствующей в целом конической поверхностью, и
каждый периферийный венец вооружения долота содержит как вставные резцы, так и фрезерованные зубья.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что вставные резцы являются вставками из карбида вольфрама.
18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что вставные резцы отбирают из группы, содержащей: вставные резцы из прессовок из поликристаллических алмазов, вставные резцы из импрегнированных алмазами сегментов, вставные резцы из прессовок из поликристаллического кубического нитрида бора и керамические вставные резцы.
19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что плашка содержит гребни плашки, изготовленные их твердого материала, причем гребни плашки захватывают обсадную колонну.
20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что корпус пробки выполнен из материала, твердость которого меньше твердости материала плашки.
21. Способ по п. 16, отличающийся тем, что при разбуривании плашки, включая разламывание плашки, используют вставные резцы.
22. Способ по п. 16, отличающийся тем, что плашка содержит ряд вставок плашки, внедренных в обсадную колонну, при этом разбуривание плашки включает извлечение вставок плашки из обсадной колонны при помощи вставных резцов.
23. Способ по п. 16, в котором гибридное буровое долото с вращающимися коническими шарошками имеет третью вращающуюся коническую шарошку и третья вращающаяся коническая шарошка имеет вставные резцы, закрепленные в ее периферийном и внутреннем венцах, и фрезерованные зубья, образованные в ее центральном венце.
24. Способ по п. 16, в котором основание и пята каждой вращающейся шарошки не содержат режущих элементов.
25. Способ по п. 16, в котором разбуривание корпуса пробки и разбуривание плашки пробки осуществляют одновременно.
26. Способ по п. 16, в котором фрезерованные зубья, которыми бурят корпус пробки, образованы на внутреннем и центральном венцах вращающихся конических шарошек.
RU2014134310A 2013-08-23 2014-08-22 Буровое долото с вращающимися коническими шарошками и способ разбуривания пробки RU2693059C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/975,094 US9376866B2 (en) 2013-08-23 2013-08-23 Hybrid rotary cone drill bit
US13/975,094 2013-08-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014134310A RU2014134310A (ru) 2016-03-20
RU2693059C2 true RU2693059C2 (ru) 2019-07-01

Family

ID=52479327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014134310A RU2693059C2 (ru) 2013-08-23 2014-08-22 Буровое долото с вращающимися коническими шарошками и способ разбуривания пробки

Country Status (4)

Country Link
US (3) US9376866B2 (ru)
CN (2) CN115324515A (ru)
RU (1) RU2693059C2 (ru)
WO (1) WO2015026452A1 (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10337272B2 (en) 2016-02-16 2019-07-02 Varel International Ind., L.P. Hybrid roller cone and junk mill bit
CA2982745A1 (en) 2016-11-09 2018-05-09 Varel International Ind., L.P. Roller cone bit having gland for full seal capture
US20180298697A1 (en) * 2017-04-12 2018-10-18 Tercel Oilfield Products Usa Llc Bi-Axial Drill Bits and Bit Adaptors
US20180355670A1 (en) * 2017-06-08 2018-12-13 Varel International Ind., L.L.C. Hybrid roller-mill bit and hybrid roller-drag bit
CN108843264B (zh) * 2018-05-26 2024-03-01 锦州清华机械有限公司 线切削式多功能铣锥
WO2020086194A1 (en) * 2018-10-25 2020-04-30 Varel International Ind., L.L.C. Hybrid roller cone-mill completions bit
CN113266294B (zh) * 2021-07-06 2023-02-17 新疆华油油气工程有限公司 可缩径防卡铣锥及其使用方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5131480A (en) * 1990-07-10 1992-07-21 Smith International, Inc. Rotary cone milled tooth bit with heel row cutter inserts
SU1803523A1 (ru) * 1991-01-09 1993-03-23 Inst Sverkhtverdykh Mat Буровой фрезер и способ его изготовления
RU20924U1 (ru) * 2001-05-23 2001-12-10 Журавлев Сергей Романович Устройство для разрушения пакера
US20030159543A1 (en) * 2002-02-27 2003-08-28 Anthony Griffo Enhanced gage protection for milled tooth rock bits

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3126067A (en) * 1964-03-24 Roller bit with inserts
US3401759A (en) * 1966-10-12 1968-09-17 Hughes Tool Co Heel pack rock bit
SU420747A1 (ru) * 1970-10-06 1974-03-25 Всесоюзный научно исследовательский институт буровой техники Шарошка бурового долота
US4538691A (en) 1984-01-30 1985-09-03 Strata Bit Corporation Rotary drill bit
US5010789A (en) 1989-02-21 1991-04-30 Amoco Corporation Method of making imbalanced compensated drill bit
US5201376A (en) * 1992-04-22 1993-04-13 Dresser Industries, Inc. Rock bit with improved gage insert
US5311958A (en) 1992-09-23 1994-05-17 Baker Hughes Incorporated Earth-boring bit with an advantageous cutting structure
US6116357A (en) * 1996-09-09 2000-09-12 Smith International, Inc. Rock drill bit with back-reaming protection
US5979571A (en) 1996-09-27 1999-11-09 Baker Hughes Incorporated Combination milling tool and drill bit
BE1010802A3 (fr) 1996-12-16 1999-02-02 Dresser Ind Tete de forage.
US6029759A (en) * 1997-04-04 2000-02-29 Smith International, Inc. Hardfacing on steel tooth cutter element
US5839526A (en) * 1997-04-04 1998-11-24 Smith International, Inc. Rolling cone steel tooth bit with enhancements in cutter shape and placement
US5868213A (en) * 1997-04-04 1999-02-09 Smith International, Inc. Steel tooth cutter element with gage facing knee
US5984007A (en) 1998-01-09 1999-11-16 Halliburton Energy Services, Inc. Chip resistant buttons for downhole tools having slip elements
US6695050B2 (en) * 2002-06-10 2004-02-24 Halliburton Energy Services, Inc. Expandable retaining shoe
US7954570B2 (en) 2004-02-19 2011-06-07 Baker Hughes Incorporated Cutting elements configured for casing component drillout and earth boring drill bits including same
GB0521693D0 (en) 2005-10-25 2005-11-30 Reedhycalog Uk Ltd Representation of whirl in fixed cutter drill bits
US7753144B2 (en) * 2005-11-21 2010-07-13 Schlumberger Technology Corporation Drill bit with a retained jack element
US8678111B2 (en) * 2007-11-16 2014-03-25 Baker Hughes Incorporated Hybrid drill bit and design method
US7958940B2 (en) 2008-07-02 2011-06-14 Jameson Steve D Method and apparatus to remove composite frac plugs from casings in oil and gas wells
US20100038146A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-18 Baker Hughes Incorporated Bit Cone With Hardfaced Nose
US8162081B2 (en) 2008-08-28 2012-04-24 Varel International Ind., L.P. Force balanced asymmetric drilling reamer and methods for force balancing
US8752656B2 (en) 2008-12-18 2014-06-17 Smith International, Inc. Method of designing a bottom hole assembly and a bottom hole assembly
US8459378B2 (en) * 2009-05-13 2013-06-11 Baker Hughes Incorporated Hybrid drill bit
US8517123B2 (en) 2009-05-29 2013-08-27 Varel International, Ind., L.P. Milling cap for a polycrystalline diamond compact cutter
SG10201404788WA (en) 2009-06-05 2014-10-30 Varel Int Ind Lp Casing bit and casing reamer designs
CN201513131U (zh) * 2009-09-04 2010-06-23 中国石油天然气集团公司 一种修井钻塞管柱
GB2506814A (en) 2011-07-29 2014-04-09 Omega Well Monitoring Ltd A downhole device for data acquisition during hydraulic fracturing operation and method therof
CN202181876U (zh) * 2011-08-23 2012-04-04 中国石油天然气股份有限公司 可钻式复合桥塞
US9145603B2 (en) * 2011-09-16 2015-09-29 Baker Hughes Incorporated Methods of attaching a polycrystalline diamond compact to a substrate
WO2014035427A1 (en) 2012-08-31 2014-03-06 Halliburton Energy Services, Inc. System and method for measuring gaps using an opto-analytical device
CN203022637U (zh) 2012-12-21 2013-06-26 中国石油大学(华东) 侧钻井高压水射流钻塞钻头

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5131480A (en) * 1990-07-10 1992-07-21 Smith International, Inc. Rotary cone milled tooth bit with heel row cutter inserts
SU1803523A1 (ru) * 1991-01-09 1993-03-23 Inst Sverkhtverdykh Mat Буровой фрезер и способ его изготовления
RU20924U1 (ru) * 2001-05-23 2001-12-10 Журавлев Сергей Романович Устройство для разрушения пакера
US20030159543A1 (en) * 2002-02-27 2003-08-28 Anthony Griffo Enhanced gage protection for milled tooth rock bits

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОРНЕЕВ К.Е. и др. Буровые долота. Справочник (издание второе). М.: Недра, 1965. всего 496 с., с. 69, 70, 72, 73, рис. 76, 77. *

Also Published As

Publication number Publication date
US9376866B2 (en) 2016-06-28
US20150053422A1 (en) 2015-02-26
CN115324515A (zh) 2022-11-11
US10538970B2 (en) 2020-01-21
US20160153241A1 (en) 2016-06-02
US20190063161A1 (en) 2019-02-28
CN105683482A (zh) 2016-06-15
RU2014134310A (ru) 2016-03-20
WO2015026452A1 (en) 2015-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2693059C2 (ru) Буровое долото с вращающимися коническими шарошками и способ разбуривания пробки
US20060196699A1 (en) Modular kerfing drill bit
RU2469173C2 (ru) Коронка для бурения скважин и способ бурения
US20130186693A1 (en) Hybrid drill bit
RU2332554C2 (ru) Буровое долото, система и способ бурения ствола скважины в подземной формации
EP2910727A1 (en) Frac plug mill bit
US20140131111A1 (en) Two-centre rotary boring bit and method for deepening an existing well
US7025155B1 (en) Rock bit with channel structure for retaining cutter segments
WO2013136113A1 (en) Hybrid drill bit
EA027746B1 (ru) Буровое долото с внутренним калибровочным кольцом
RU2359100C1 (ru) Буровая коронка (варианты)
RU2345209C1 (ru) Калибратор лопастной
EP2863004A1 (en) Roller cutter drill bit with mixed bearing types
CN214944011U (zh) 复合钻头
RU2702787C1 (ru) Буровая коронка
RU163879U1 (ru) Головка бурильная
RU2649210C1 (ru) Буровая коронка
RU2332556C1 (ru) Буровая коронка
RU2270317C1 (ru) Кольцевая буровая коронка
CN213510451U (zh) 一种复合钻头
RU2306401C1 (ru) Породоразрушающий инструмент
US10113365B2 (en) Drill bit for milling composite plugs
RU2332555C1 (ru) Буровая кольцевая коронка
SU72458A1 (ru) Многоступенчатое многошарошечное долото дл проходки скважин
US4907664A (en) Rock cutting tool

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant