RU2702787C1

RU2702787C1 - Drilling bit

Info

Publication number: RU2702787C1
Application number: RU2019106202A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Васильевич Нескоромных; Марина Сергеевна Попова; Елена Валерьевна Парахонько
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2019-10-11

Abstract

FIELD: soil or rock drilling.

SUBSTANCE: invention relates to the field of creation of a drilling rock-destructing tool for rotary drilling of wells. Drilling bit includes a housing with a matrix and rock-breaking round PDC-type cutters installed in the matrix with possibility of rotation around its axis. Incisors are divided into internal core-forming and external well-forming substances. Each group of cutters is installed on axes fixed in matrix, made in form of ring, with possibility of rotation in opposite to each other sides.

EFFECT: technical result consists in improvement of resource of rock drilling rock-bending tool at rotary drilling.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области создания бурового породоразрушающего инструмента для вращательного бурения скважин.The invention relates to the field of creating drilling rock cutting tools for rotary drilling of wells.

Известно буровое долото типа PDC (polycrystalline diamond cutters), состоящее из корпуса, лопастей с размещенными в них фиксированными резцами PDC [RU №2530960 от 21.09.2012, опубл. 20.10.2014].Known drill bit type PDC (polycrystalline diamond cutters), consisting of a body, blades with fixed PDC cutters placed in them [RU No. 2530960 from 09.21.2012, publ. 10/20/2014].

Известно буровое долото, состоящее из корпуса с резьбой, предназначенной для соединения с колонной бурильных труб и съемной головки, оснащенной круглыми резцами [US №20180320449 от 30.04.2018, опубл. 8.11.2018].Known drill bit, consisting of a housing with a thread designed for connection with a string of drill pipes and a removable head equipped with round cutters [US No. 1980320449 from 04/30/2018, publ. 11/08/2018].

Недостатком аналогов является преждевременный выход породоразрушающего инструмента из строя из-за одностороннего износа и сколов режущей кромки круглых резов, выступающих из рабочей части лишь одной стороной режущей кромки.The disadvantage of analogues is the premature failure of the rock cutting tool due to unilateral wear and chips of the cutting edge of round cuts protruding from the working part by only one side of the cutting edge.

Наиболее близким техническим решением является конструкция бурового долота компании Smith Bits типа PDC, состоящего из корпуса, лопастей с размещенными в них фиксированными резцами и вращающимися резцами типа ONYX 360 и ONYX II, которые установлены с возможностью вращения в процессе бурения на 360° в наиболее нагруженных частях торца долота, на периферии [В.В. Нескоромных. Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ.М.: Инфра-М, 2016 г. стр. 214, рис. 5.25].The closest technical solution is the construction of a Smith Bits PDC type drill bit, consisting of a body, blades with fixed cutters and rotating cutters of the ONYX 360 and ONYX II type, which are mounted to rotate 360 ° during drilling in the most loaded parts end face of the bit, on the periphery [V.V. Indiscriminate. The destruction of rocks during geological exploration. M .: Infra-M, 2016 p. 214, Fig. 5.25].

Недостатком данного технического решения является невозможность установки вращающихся резцов ближе к центру торца долота, где сконцентрированы высокие силы сопротивления со стороны забоя, что сокращает его ресурс за счет аномального износа фиксированных резцов.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of installing rotating cutters closer to the center of the end face of the bit, where high resistance forces from the face are concentrated, which reduces its life due to the abnormal wear of fixed cutters.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение ресурса бурового породоразрушающего инструмента при вращательном бурении за счет равномерного износа режущей кромки резцов PDC вследствие возможности вращения резцов вокруг своей.The present invention is aimed at increasing the resource of drilling rock cutting tools during rotary drilling due to uniform wear of the cutting edge of the PDC cutters due to the possibility of rotation of the cutters around its own.

Указанный технический результат достигается тем, что все: и внутренние кернообразующие, и внешние скважинообразующие резцы типа PDC размещаются с возможностью вращения вокруг своей оси на двух осях, каждая из которых имеет форму кольца и установлена по наружному и внутреннему радиусам торцевой части матрицы коронки.The specified technical result is achieved by the fact that everything: both internal core forming and external bore-forming cutters of the PDC type are placed with the possibility of rotation around its axis on two axes, each of which has the shape of a ring and is installed along the outer and inner radii of the end part of the crown matrix.

Буровая коронка, включающая корпус с матрицей и породоразрушающие круглые резцы типа PDC, установленные в матрице с возможностью вращения вокруг своей оси, согласно изобретению, резцы разделены на внутренние кернообразующие и внешние скважинообразующие, причем каждая группа резцов установлена на закрепленных в матрице осях с возможностью вращения в противоположные друг относительно друга стороны. Оси вращения резцов, соединены между собой элементами, а расстояние от центра каждой оси до близлежащей кромки матрицы составляет

A drill bit including a housing with a die and rock-cutting PDC-type circular cutters mounted in the matrix rotatably around its axis, according to the invention, the cutters are divided into internal core-forming and external bore-forming, each group of cutters mounted on rotary axes fixed in the matrix opposite sides to each other. The axis of rotation of the cutters are interconnected by elements, and the distance from the center of each axis to the adjacent edge of the matrix is

где: Н - толщина матрицы коронки.where: H is the thickness of the crown matrix.

Нижний слой буровой коронки оснащен упруготвердым материалом.The bottom layer of the drill bit is equipped with an elastic hard material.

Совокупность признаков заявляемого изобретения, а именно наличие двух групп резцов: внутренних кернообразующих и внешних скважинообразующих, каждая из которых установлена на закрепленных в матрице осях в форме кольца с возможностью вращения в противоположные друг относительно друга стороны не обнаружены в известных технических решениях, что предполагает соответствие заявляемой буровой коронки критерию новизны.The combination of features of the claimed invention, namely the presence of two groups of cutters: internal core-forming and external bore-forming, each of which is mounted on axes in the form of a ring fixed in the matrix with the possibility of rotation in opposite sides relative to each other, are not found in the known technical solutions, which suggests compliance with the claimed drill bit novelty criterion.

Соответствие изобретательскому уровню подтверждается тем, что в процессе бурения скважинообразующие и кернообразующие резцы, за счет крутящих нагрузок, прикладываемых к коронке, осуществляют вращение вокруг оси коронки и одновременно, в результате продольного перемещения коронки при углублении забоя скважины, а также за счет сил трения и прижатия скважинообразующих резцов к стенкам скважины, а кернообразующих резцов к керну, вращение вокруг своей оси, что приводит к возможности воздействия на породу последовательно всей периферией режущей кромки резцов.Compliance with the inventive step is confirmed by the fact that during the drilling process, bore-forming and core-forming cutters, due to the torque loads applied to the crown, rotate around the axis of the crown and at the same time, as a result of longitudinal movement of the crown when deepening the bottom of the well, as well as due to friction and pressure forces bore-forming incisors to the walls of the borehole, and core-forming cutters to the core, rotation around its axis, which leads to the possibility of affecting the rock sequentially throughout the entire periphery p cutters zhuschey edge.

В результате повышается ресурс бурового породоразрушающего инструмента при вращательном бурении за счет равномерного износа режущей кромки резцов PDC.As a result, the resource of a drilling rock cutting tool increases during rotary drilling due to uniform wear of the cutting edge of PDC cutters.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 показан продольный разрез заявляемой буровой коронки;in FIG. 1 shows a longitudinal section of the inventive drill bit;

на фиг. 2 показан вид с торца заявляемой буровой коронки;in FIG. 2 shows an end view of the inventive drill bit;

на фиг. 3 дана схема реализации крепления вращающихся круглых резцов типа PDC в матрице буровой коронки.in FIG. Figure 3 shows a diagram of the implementation of the fastening of rotating PDC type circular cutters in a drill bit matrix.

На фиг. 1, 2 и 3 обозначено:In FIG. 1, 2 and 3 are indicated:

1 - наружные скважинообразующие резцы; 2 - внутренние кернообразующие резцы; 3 - матрица коронки; 4 - ось вращения наружных скважинообразующих резцов; 5 - ось вращения внутренних кернообразующий резцов; 6 - элементы каркаса осей вращения резцов; 7 -центрирующие резцы втулки; 8 - упруготвердый материал (металлокерамика, резина).1 - external bore-forming incisors; 2 - internal core-forming incisors; 3 - crown matrix; 4 - axis of rotation of the external bore-forming incisors; 5 - axis of rotation of internal core-forming incisors; 6 - frame elements of the axis of rotation of the cutters; 7 - centering sleeve cutters; 8 - elastic hard material (cermets, rubber).

Предлагаемая буровая коронка для вращательного бурения включает корпус с матрицей 3. В матрице 3 располагаются, соединенные между собой элементами каркаса 6, две оси вращения (4 и 5) так, чтобы расстояние от центра оси до близлежащей кромки матрицы составляло

где Н - толщина матрицы коронки, что способствует равномерному распределению резцов по рабочей поверхности матрицы 3 и позволяет надежно фиксировать оси вращения (4 и 5) без возможность выпадения из матрицы 3. Расстояние до близлежащей кромки матрицы менее

приводит к ненадежной фиксации осей матрицы и смещению резцов относительно центра матрицы, а увеличение

приводит к концентрации нагрузки в средней части матрицы.The proposed drill bit for rotary drilling includes a housing with a matrix 3. In the matrix 3 are located, interconnected by elements of the frame 6, two rotation axes (4 and 5) so that the distance from the center of the axis to the adjacent edge of the matrix is

where H is the thickness of the crown matrix, which contributes to the uniform distribution of the cutters along the working surface of the matrix 3 and allows you to reliably fix the axis of rotation (4 and 5) without the possibility of falling out of the matrix 3. The distance to the adjacent edge of the matrix is less

leads to unreliable fixation of the axes of the matrix and the displacement of the cutters relative to the center of the matrix, and the increase

leads to a concentration of the load in the middle of the matrix.

Поперечный диаметр осей определяется нагрузками, возникающими в процессе работы коронки. Оси имеют форму кольца и спекаются вместе с матрицей, что дает преимущество равномерного распределения воспринимаемых в процессе бурения нагрузок от осей на матрицу. На осях закреплены с возможностью вращения вокруг своей оси круглые резцы типа PDC. На оси вращения 4 размещены скважинообразующие наружные резцы 1, на оси 5 - кернообразующие внутренние резцы 2. Наружные и внутренние резцы центрированы втулками 7 и смещены относительно друг друга так, чтобы перекрывалась вся рабочая площадь матрицы. Нижний слой коронки оснащен упруготвердым материалом 8.The transverse diameter of the axes is determined by the loads arising during the operation of the crown. The axes are ring-shaped and sinter together with the matrix, which gives the advantage of a uniform distribution of the axial loads perceived during drilling. On the axes are fixed rotatably around their axis PDC circular cutters. Bore-forming external cutters 1 are located on the rotation axis 4, core-forming internal cutters 2 are located on the axis 5. The external and internal cutters are centered by the bushings 7 and offset relative to each other so that the entire working area of the matrix overlaps. The lower layer of the crown is equipped with an elastic hard material 8.

В процессе бурения резцы, находящиеся на внутренней 5 и внешней 4 осях вращения и центрированные втулками 7, за счет крутящих нагрузок, прикладываемых к коронке с матрицей 3, осуществляют вращение вокруг оси коронки. Оси вращения резцов имеют форму кольца и соединены между собой элементами каркаса 6. Скважинообразующие резцы 1 обеспечивают заданный диаметр скважины. Кернообразующие резцы 2 обеспечивают получение керна. С целью предохранения втулок 7 от износа шламом, образовавшегося в процессе бурения, нижний слой коронки оснащен упруготвердым материалом 8. В результате углубления забоя скважины и, как следствие, продольного перемещения коронки, за счет сил трения и прижатия скважинообразующих резцов 1 к стенкам скважины, а кернообразующих резцов 2 к керну, под действием крутящего момента происходит вращение всех резцов вокруг своей оси. За счет равномерного расположения каждой группы резцов на отдельных осях, расположенных по внешнему и внутреннему радиусу коронки, обеспечивается эффективное использование всей поверхности резцов и не создается препятствия их вращению в противоположные друг относительно друга стороны.In the process of drilling, the cutters located on the inner 5 and outer 4 axes of rotation and centered by the bushings 7, due to the torque loads applied to the crown with matrix 3, carry out rotation around the axis of the crown. The axis of rotation of the cutters have the shape of a ring and are interconnected by elements of the frame 6. Well-forming cutters 1 provide a given diameter of the well. Core-forming cutters 2 provide core. In order to protect the bushings 7 from wear by the sludge formed during drilling, the bottom layer of the crown is equipped with an elastic-hard material 8. As a result of deepening the bottom of the well and, as a result, the longitudinal movement of the crown, due to friction forces and pressing the bore-forming cutters 1 to the walls of the well, core-forming incisors 2 to the core, under the influence of torque, all the incisors rotate around their axis. Due to the uniform arrangement of each group of incisors on separate axes located along the outer and inner radius of the crown, the effective use of the entire surface of the incisors is ensured and there is no obstacle to their rotation in opposite directions relative to each other.

Осуществляя вращение вокруг своей оси, резцы имеют возможность контактировать с породой всей режущей кромкой, таким образом реализуется равномерное изнашивание резца по всей режущей грани, а не только одной ее части, что повышает ресурс коронки при применении ее во вращательном бурении скважин.Carrying out rotation around its axis, the cutters are able to contact the rock with the entire cutting edge, thus uniform wear of the cutter is realized along the entire cutting face, and not just one part of it, which increases the crown resource when using it in rotary drilling of wells.

Claims

1. A drill bit, comprising a housing with a matrix and rock-cutting circular cutters of the PDC type, mounted in the matrix with the possibility of rotation around its axis, characterized in that the cutters are divided into internal core-forming and external bore-forming, each group of cutters mounted on axes fixed in the matrix, made in the form of a ring, with the possibility of rotation in opposite sides relative to each other.

2. The drill bit according to claim 1, characterized in that the axis of rotation of the cutters are interconnected by elements, and the distance from the center of each axis to the adjacent edge of the matrix is

where H is the thickness of the crown matrix.

3. The drill bit according to claim 1, characterized in that the lower layer of the drill bit is equipped with an elastic hard material.