RU2694872C1 - Буровое долото - Google Patents
Буровое долото Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694872C1 RU2694872C1 RU2018125355A RU2018125355A RU2694872C1 RU 2694872 C1 RU2694872 C1 RU 2694872C1 RU 2018125355 A RU2018125355 A RU 2018125355A RU 2018125355 A RU2018125355 A RU 2018125355A RU 2694872 C1 RU2694872 C1 RU 2694872C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pdc
- drilling
- minus
- blades
- cutting
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title abstract description 21
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 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
- E21B10/42—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits
- E21B10/43—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits characterised by the arrangement of teeth or other cutting elements
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 инструмента режуще-истирающего типа для бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые, а именно к буровым лопастным долотам, армированным алмазно-твердосплавными пластинами PDC. Техническая задача предлагаемого изобретения - создание такого бурового долота, которое одинаково хорошо разрушало бы горные породы от 4 до 9 категории по буримости, то есть добиться увеличения механической скорости бурения горных пород на 20 и более процентов. Буровое долото включает корпус с выполненными на нем лопастями, в которых размещены режущие пластины PDC. Режущие пластины PDC закреплены на лопастях от центра к периферии в диаметральной плоскости по логарифмической спирали с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30° в центре до минус 10° на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы». 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента для бурения скважин на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые, а именно к буровым лопастным долотам, армированных алмазно-твердосплавными пластинами(АТП) или, как принято обозначать за рубежом - PDC.
Известна конструкция долота (патент WO2008/100455, опубликовано 21.08.2008, МПК Е21В 47/12; Е21В 47/26), содержащая корпус с размещенными на лопастях режущими элементами PDC. Недостатком данной конструкции является отсутствие системного, схематического расположения режущих элементов PDC и, как результат, низкий ресурс и эффективность работы при бурении горных пород.
Известна конструкция долота (Патент РФ на полезную модель №119012, опубликованный 10.08.2012, МПК Е21В 10/43), содержащая корпус с размещенными на лопастях режущими элементами PDC. Недостатком этого изобретения является то, что эта конструкция представляет собой колонковую бурильную головку, а не долото, следовательно, разместить на лопастях этого устройства PDC по логарифмической спирали не представляется возможным вообще, из-за узкого диапазона применимости.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, принятое авторами за прототип, является лопастное буровое долото, содержащее корпус с размещенными на лопастях PDC (патент WO 2008/091654, опубликовано 31.07.2008, МПК Е21В 47/12; Е21В 47/26).
Недостатками данной конструкции является то, что пластины PDC расположены не по логарифмической спирали в диаметральной плоскости рабочей части долота и не под отрицательным передним углом от минус 30° до минус 10°. А это приводит к снижению ресурса и эффективности работы долота в целом.
Техническая задача предлагаемого изобретения - это создание такого бурового долота, которое одинаково хорошо разрушало бы горные породы от 4 до 9 категории по буримости. То есть, добиться увеличения механической скорости по бурению горных пород на 20 и более процентов, за счет обеспечения интенсивности выноса продуктов разрушения забоя из зон резания, что способствует облегчению внедрения долота в забой и относительному уменьшению величины осевой нагрузки.
Поставленная задача решается за счет того, что буровое долото, включающее корпус с выполненными на нем лопастями, в которых размещены режущие пластины PDC закрепленные на лопастях от центра к периферии по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30° в центре до минус 10° на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы».
Отличительными от прототипа признаками предлагаемого изобретения является то, что режущие пластины PDC закреплены на лопастях от центра к периферии по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30° в центре до минус 10° на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы», обеспечивающих интенсивный вынос продуктов разрушения забоя из зон резания, что способствует облегчению внедрения долота в забой и относительному уменьшению величины осевой нагрузки.
Установка на лопастях бурового долота в диаметральной плоскости режущих пластин PDC под отрицательным передним углом от минус 30° до минус 10° по логарифмической спирали с двукратным и более перекрытием зоны рабочего торца инструмента значительно повышает работоспособность долота и его ресурс за счет исключения на рабочем торце не перекрытых режущими элементами зон. Спиралевидная с логарифмической формой расстановки режущих пластин схема способствует более активному удалению продуктов разрушения из-под рабочего торца инструмента. Установка пластин РБС под отрицательным передним углом от минус 30° до минус 10° позволяет при бурении трещиноватых горных пород, плавно заходить в линию резания, снижая динамические нагрузки (вибрацию), что увеличивает ресурс работы. Промывочная жидкость, подаваемая на забой, под рабочий торец инструмента, попадая под наклонные плоскости пластин, при вращении инструмента, создает гидродинамический эффект. При этом промывочная жидкость под усилием, вдавливается в буримую горную породу разупрочняя ее, создавая обширную зону разрушения и предразрушения, увеличивая тем самым механическую скорость бурения, эффективность и ресурс работы в перемежающихся по твердости горных породах от 4 до 9 категории по буримости, с одновременным снижением энергоемкости процесса разрушения забоя скважины и созданием турбулентного потока на забое скважины. В связи с этим, можно сделать вывод о наличии в предлагаемом устройстве «существенных отличий» и соответствие его признаку патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 изображен общий вид бурового лопастного долота,
На фиг. 2 показана схема изменения угла наклона режущего элемента в зависимости от радиуса установки на долоте.
На фиг. 3 показана схема установки PDC на лопастях долота первого ряда.
На фиг. 4. показана схема установки PDC на лопастях долота первого и второго ряда.
Буровое долото, включает корпус 1 с выполненными на нем лопастями 2, в которых размещены режущие пластины PDC 3 закрепленные на лопастях 2 от центра к периферии по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30° в центре до минус 10° на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы». В корпусе 1 для прохода промывочной жидкости выполнены отверстия 4.
Предлагаемое буровое долото работает следующим образом. Промывочная жидкость, предназначенная для охлаждения долота и транспортировки продуктов разрушения на поверхность скважины, двигаясь через вращающуюся колону бурильных труб, корпус 1 бурового лопастного долота и отверстия 4, попадает на забой скважины. При этом за счет осевых нагрузок передаваемых долоту через колонну бурильных труб, режущие пластины PDC 3, установленные на лопастях от центра к периферии по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30° в центре до минус 10° на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы», плавно заходя в линию резания, исключая динамические нагрузки (вибрацию), разрушают забой скважины при бурении трещиноватых и перемежающихся по крепости горных пород. При этом промывочная жидкость, попадая под наклонную плоскость режущих пластин PDC 3, размещенных на лопастях 2, во время вращения снаряда вдавливается в разрушаемую горную породу и за счет гидродинамического эффекта (отрицательный передний угол от минус 30° до минус 10° создает эффект - вязкий клин, то есть разупрочняет ее, создавая активную зону разрушения и предразрушения, снижая, тем самым, энергоемкость процесса разрушения. Своей спиралевидной формой расстановки на торце инструмента пластины PDC 3 активно способствует выносу продуктов разрушения из-под рабочего торца долота. Промывочная жидкость, подхватив эти продукты разрушения, транспортирует их к устью скважины через отверстие 4 на поверхность в турбулентном режиме. Турбулентный режим очистки забоя не позволяет шламу повторно попадать под резец PDC, что способствует увеличению механической скорости бурения.
Применение предлагаемой конструкции позволит разрушать породы от 4 до 9 категории по буримости и бурить в сложных геологических условиях, увеличить механическую скорость, а также повысить технико-экономические показатели.
Установка на лопастях бурового долота пластин PDC под отрицательным передним углом от минус 30° до минус 10° по логарифмической спирали в диаметральной плоскости с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы», значительно повышает работоспособность долота, а также его ресурс за счет исключения не перекрытых режущими элементами зон.
Спиралевидная расстановка PDC способствует активному удалению продуктов разрушения из-под рабочего торца инструмента. Установка пластин с наибольшим углом в центре долота способствует плавному захождению в линию резания, снижая динамические нагрузки (вибрацию), что увеличивает ресурс работы долота. Угол установки каждой единичной пластины АТП непосредственно на лопасти показан на фиг. 3 и фиг. 4.
При заглублении долота за один оборот на глубину, режущие элементы, расположены на разных радиусах r, проходят путь резания по траекториям разной длины и с разными углами наклона. Поэтому для обеспечения равных условий внедрения режущих элементов в породу необходимо чтобы у каждого из них (PDC), были одинаковые задние углы (α). Для этого необходимо, чтобы режущий элемент лопасти, расположенные на разных радиусах имели в продольной плоскости свои углы наклона. На фигуре 3 показана проекция на забой скважин режущих элементов пятилопастного долота, расставленных с отрицательными передними углами наклона PDC от минус 30° до минус 10° по одной логарифмической спирали в диаметральной плоскости (1, 2, 3, 4, 5 - лопасти).
Расстановка режущих элементов PDC в диаметральной плоскости по логарифмической спирали обеспечивает полное покрытие забоя линиями резания и способствует созданию турбулентности бурового раствора, что улучшает качество очистки забоя скважины от выбуренной породы. Таким образом, турбулентный режим промывки образуется уже непосредственно на забое скважины, что способствует повышению механической скорости бурения.
На фиг. 3 показано расположение режущих элементов первого ряда по спирали и начало формирования второго ряда режущих элементов с отставанием (опережением) на угол (рад) или ϕ=144°, где n - число режущих лопастей на долоте.
Для нормальной, (устойчивой) работы долота в каждой линии резания должно быть не менее двух режущих элементов. На фиг. 4 показано отставание на 144° режущего элемента в линии резания радиусом z, имеющими передние углы -30°. Такое смещение режущих элементов обеспечивает сплошность разрушения забоя и вписывается в понятие двухзаходной «резьбы».
Применение предлагаемой конструкции позволит разрушать перемежающиеся по твердости горные породы от 4 до 9 категории по буримости и бурить в сложных условиях трещиноватости горных пород, увеличить механическую скорость бурения и ресурс работы инструмента, повысить технико-экономические показатели производства буровых работ и эффективность при бурении глубоких и сверхглубоких скважин на нефть и газ.
Для повышения надежности работы долота, забуривающие и скважинообразующие режущие элементы кратно продублированы.
Преимущество: ввинчивание в забой, за счет этого снижение осевой нагрузки.
Оценивая все вышесказанное, можно сделать вывод: предлагаемое долото по конструкции соединил в себе, в виде комбинации, все известные в мире инновационные идеи в одном изделии, следовательно, имеет более высокий качественный показатель работы и коэффициент полезного действия (КПД) (таблица 1) и позволит добиться увеличения механической скорости бурения горных пород на 20 и более процентов.
То есть, заявленное решение на предполагаемое изобретение «Буровое долото» удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень» и представляет собой качественно новое долото.
Claims (1)
- Буровое долото, включающее корпус с выполненными на нем лопастями, в которых размещены режущие пластины PDC, отличающееся тем, что режущие пластины PDC закреплены на лопастях от центра к периферии в диаметральной плоскости по логарифмической спирали с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30° в центре до минус 10° на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы».
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018125355A RU2694872C1 (ru) | 2018-07-10 | 2018-07-10 | Буровое долото |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018125355A RU2694872C1 (ru) | 2018-07-10 | 2018-07-10 | Буровое долото |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2694872C1 true RU2694872C1 (ru) | 2019-07-17 |
Family
ID=67309489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018125355A RU2694872C1 (ru) | 2018-07-10 | 2018-07-10 | Буровое долото |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2694872C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2769009C1 (ru) * | 2021-08-23 | 2022-03-28 | Алексей Викторович Чихоткин | Буровое долото |
RU2822227C1 (ru) * | 2024-02-08 | 2024-07-03 | Китайский геологический университет (Ухань) | Долото буровое лопастное |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2090734C1 (ru) * | 1992-03-19 | 1997-09-20 | Карпинский машиностроительный завод | Долото для вращательного бурения |
RU2186193C2 (ru) * | 1999-10-19 | 2002-07-27 | ОАО НПО "Буровая техника" | Долото для вращательного бурения |
US7278499B2 (en) * | 2005-01-26 | 2007-10-09 | Baker Hughes Incorporated | Rotary drag bit including a central region having a plurality of cutting structures |
WO2008091654A2 (en) * | 2007-01-25 | 2008-07-31 | Baker Hughes Incorporated | Rotary drag bit |
RU2520317C2 (ru) * | 2012-09-04 | 2014-06-20 | Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") | Долото pdc для бурения горизонтальных скважин |
RU2012154158A (ru) * | 2012-12-14 | 2014-06-20 | Алексей Викторович Чихоткин | Буровое лопастное долото |
CN103362444B (zh) * | 2013-07-24 | 2016-10-26 | 中国地质大学(武汉) | 一种切削-磨削翼片型油气钻井用钻头 |
-
2018
- 2018-07-10 RU RU2018125355A patent/RU2694872C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2090734C1 (ru) * | 1992-03-19 | 1997-09-20 | Карпинский машиностроительный завод | Долото для вращательного бурения |
RU2186193C2 (ru) * | 1999-10-19 | 2002-07-27 | ОАО НПО "Буровая техника" | Долото для вращательного бурения |
US7278499B2 (en) * | 2005-01-26 | 2007-10-09 | Baker Hughes Incorporated | Rotary drag bit including a central region having a plurality of cutting structures |
WO2008091654A2 (en) * | 2007-01-25 | 2008-07-31 | Baker Hughes Incorporated | Rotary drag bit |
RU2520317C2 (ru) * | 2012-09-04 | 2014-06-20 | Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") | Долото pdc для бурения горизонтальных скважин |
RU2012154158A (ru) * | 2012-12-14 | 2014-06-20 | Алексей Викторович Чихоткин | Буровое лопастное долото |
CN103362444B (zh) * | 2013-07-24 | 2016-10-26 | 中国地质大学(武汉) | 一种切削-磨削翼片型油气钻井用钻头 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2769009C1 (ru) * | 2021-08-23 | 2022-03-28 | Алексей Викторович Чихоткин | Буровое долото |
RU2822227C1 (ru) * | 2024-02-08 | 2024-07-03 | Китайский геологический университет (Ухань) | Долото буровое лопастное |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2332554C2 (ru) | Буровое долото, система и способ бурения ствола скважины в подземной формации | |
US20100147594A1 (en) | Reverse nozzle drill bit | |
CN108625788B (zh) | 一种新型pdc、牙轮复合钻头 | |
RU2360096C1 (ru) | Долото для бурения горизонтальных скважин | |
US10570665B2 (en) | Drill bit | |
CN108798540A (zh) | 螺旋凸筋削孔卸压内排渣钻杆 | |
CN109339709A (zh) | 新型复锥pdc牙轮复合钻头 | |
CN108179983A (zh) | 一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具 | |
RU2694872C1 (ru) | Буровое долото | |
RU2769009C1 (ru) | Буровое долото | |
RU2298636C1 (ru) | Головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах | |
RU2652051C1 (ru) | Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины | |
CN111720060A (zh) | 冲击切削复合双级钻头 | |
RU2649210C1 (ru) | Буровая коронка | |
RU2435927C1 (ru) | Кольцевая буровая коронка | |
RU2215114C1 (ru) | Промывочный узел бурового долота | |
RU2631948C1 (ru) | Буровое долото режуще-вращательного типа | |
RU131408U1 (ru) | Долото | |
RU163879U1 (ru) | Головка бурильная | |
RU2759137C1 (ru) | Буровая коронка | |
RU220351U1 (ru) | Фрезер оконный | |
CN111042742A (zh) | 一种用于全面钻进的金刚石钻头 | |
RU2543226C2 (ru) | Способ расширения и калибрования ствола скважины | |
CN210033296U (zh) | 一种外螺纹球齿钎头 | |
RU2822227C1 (ru) | Долото буровое лопастное |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200711 |