[go: up one dir, main page]

RU2766075C1 - Pdc drill bit with locking collet - Google Patents

Pdc drill bit with locking collet Download PDF

Info

Publication number
RU2766075C1
RU2766075C1 RU2021107621A RU2021107621A RU2766075C1 RU 2766075 C1 RU2766075 C1 RU 2766075C1 RU 2021107621 A RU2021107621 A RU 2021107621A RU 2021107621 A RU2021107621 A RU 2021107621A RU 2766075 C1 RU2766075 C1 RU 2766075C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutter
pdc
hole
cutters
wall
Prior art date
Application number
RU2021107621A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Родион Михайлович Богомолов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
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
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Priority to RU2021107621A priority Critical patent/RU2766075C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2766075C1 publication Critical patent/RU2766075C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56Button-type inserts
    • E21B10/567Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/573Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts characterised by support details, e.g. the substrate construction or the interface between the substrate and the cutting element

Landscapes

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

Abstract

FIELD: mining industry.
SUBSTANCE: invention relates to a tool for drilling wells for oil and gas. The PDC drill bit includes a steel body with protruding blades, flushing nodes located between the blades, a nipple part with a thread for attachment to the drill string, holes on the surfaces of the blades with rotating diamond cutters placed in them. On the walls of the holes for the incisors and on the walls of the carbide substrates of the incisors at the same distance from the bottom of the hole and from the thrust end of the cutter, parts of a joint annular cavity having a curved shape in cross section with end ledges on the wall of the hole and on the wall of the cutter substrate perpendicular to their axes are made. A locking collet conical spring ring is installed inside the joint annular cavity, resting with a small base on the end ledge on the carbide substrate of the cutter, and with a large base on the end ledge on the wall of the hole for the cutter. To ensure constant rotation of the PDC cutters during drilling, their cutting planes, touching the face with the cutting edges, are inclined relative to the plane passing through the center of the plate and the axis of the bit, at an acute angle, for example, within 5-15 degrees, clockwise or counterclockwise.
EFFECT: increase in the durability of PDC cutters, penetration by the drill bit, mechanical drilling speed is provided.
2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к инструменту для глубокого бурения скважин.The present invention relates to a deep well drilling tool.

Новый век характеризовался началом широкого применения в глубоком бурении бесшарошечных долот режущего типа PDC (Polycristalline Diamond Cutter). Эти долота оснащены круглыми режущими пластинами, содержащими единственный кристалл алмаза, искусственно выращенный из алмазного порошка, при огромном давлении в 1 млн. фунтов на квадратный дюйм, при температуре до 3000 градусов по Фаренгейту, за время около суток. Эта сложная технология опубликована известной фирмой «Дженерал Электрик» (США) в 1954 году.The new century was characterized by the beginning of widespread use in deep drilling of coneless bits of the cutting type PDC (Polycristalline Diamond Cutter). These bits are equipped with round cutting inserts containing a single crystal of diamond, artificially grown from diamond powder, at an enormous pressure of 1 million pounds per square inch, at temperatures up to 3000 degrees Fahrenheit, in about a day. This complex technology was published by the famous General Electric Company (USA) in 1954.

В качестве исходного материала используются мелкозернистые порошки естественных или искусственных алмазов. Выращиваемый из них единственный кристалл обладает не только уникальными прочностными свойствами, но и высокой термостойкостью. В этом кристалле не существует межкристаллических границ и цементирующего эти границы состава, постоянно присутствующих между обычными кристаллами в природных и искусственных алмазах. Вот именно эти уникальные свойства создаются и используются при изготовлении алмазных резцов долот PDC. Оснащенные такими резцами долота PDC сегодня широко и успешно применяются во всем мире при бурении глубоких скважин в породах от самых мягких до твердых малоабразивных.Fine-grained powders of natural or artificial diamonds are used as the starting material. The only crystal grown from them has not only unique strength properties, but also high heat resistance. In this crystal, there are no intercrystalline boundaries and the composition cementing these boundaries, which are constantly present between ordinary crystals in natural and artificial diamonds. It is precisely these unique properties that are created and used in the manufacture of diamond cutters in PDC bits. Today, PDC bits equipped with such cutters are widely and successfully used all over the world when drilling deep holes in rocks from the softest to the hardest low-abrasive ones.

Указанная выше сложная технология выращивания отдельных алмазных кристаллов обеспечивает получение относительно небольших пластин, диаметрами от 8 до 24 мм и толщиной 1,5 - 2,5 мм. Такие пластины с плоской режущей поверхностью привариваются или припаиваются на твердосплавные цилиндрические основания - подложки, одинакового с пластинами диаметра. С помощью этой подложки готовые резцы PDC закрепляются в отверстиях на теле лопастей стальных или матричных корпусов долот. Обладая уникальными прочностными свойствами при истирании, алмазные пластины достаточно хрупки и плохо выносят ударные нагрузки. Поэтому к ним не возможно применять традиционный для шарошечных долот способ крепления твердосплавных зубков в теле шарошек методом запрессовки, с многотонным прессовым усилием. Закрепление резцов PDC в отверстиях лопастей обеспечивается в долотах PDC методом пайки со щадящим температурным нагревом (до 650 градусов Цельсия) с помощью припоя ПСР на серебряной основе.The above complex technology for growing individual diamond crystals provides relatively small plates with diameters from 8 to 24 mm and a thickness of 1.5 - 2.5 mm. Such plates with a flat cutting surface are welded or soldered onto carbide cylindrical bases - substrates of the same diameter as the plates. With the help of this backing, finished PDC cutters are fixed in the holes on the body of blades of steel or matrix bit bodies. Possessing unique strength properties during abrasion, diamond plates are quite brittle and do not withstand shock loads well. Therefore, it is not possible to apply to them the method of fastening carbide teeth in the cone body, traditional for cone bits, by pressing, with a multi-ton pressing force. Fastening of PDC cutters in the holes of the blades is ensured in PDC bits by soldering with gentle temperature heating (up to 650 degrees Celsius) using PSR solder on a silver base.

Известно долото PDC с алмазными резцами /Алмазное долото PDC. Каталог буровых долот ОАО «Волгабурмаш», 2003, г. Самара, с. 36/ [1] принятое в качестве аналога в нашей заявке. Внедрение таких долот позволило многократно увеличить среднюю проходку на долото PDC по сравнению с традиционными шарошечными долотами, довести их применение в глубоком бурении до 70% всего объема и получить очень большой экономический эффект. Однако и у этих новых высокопроизводительных долот имеются свои слабые стороны. Это малая стойкость алмазных пластин при встрече с пропластками твердых и крепких пород при возникновении ударных нагрузок, необходимость потребления значительно большего крутящего момента при бурении, по сравнению с шарошечными долотами, трудность регулирования перегрева режущей кромки при разной глубине внедрения за один оборот. Эти проблемы продолжают требовать своего решения.Known chisel PDC with diamond cutters /Diamond chisel PDC. Catalog of drill bits of OAO Volgaburmash, 2003, Samara, p. 36/ [1] adopted as an analogue in our application. The introduction of such bits made it possible to multiply the average penetration per PDC bit compared to traditional cone bits, to bring their use in deep drilling to 70% of the total volume and to obtain a very large economic effect. However, these new high-performance bits also have their weaknesses. These are the low resistance of diamond blades when meeting interlayers of hard and strong rocks in the event of shock loads, the need to consume significantly more torque when drilling, compared to roller bits, the difficulty of controlling the overheating of the cutting edge at different penetration depths per revolution. These problems continue to need to be addressed.

Известно другое долото PDC /Буровое долото с контролируемой нагрузкой и глубиной резания. Патент США №6298930 кл. Е21В 10/46, 2001 г./ [2], в котором увязывается глубина резания долотом за один оборот с контролируемой осевой нагрузкой на долото. Это долото принято за второй аналог в нашей заявке. Широкого применения решения, предлагаемые в указанном патенте, в долотах PDC не получили, поскольку они не смогли обеспечить ожидаемого резкого увеличения показателей бурения.Another PDC bit /Drill bit with controlled load and depth of cut is known. US patent No. 6298930 cl. Е21В 10/46, 2001/ [2], which links the depth of cut with a bit per revolution with a controlled axial load on the bit. This bit is taken as the second analogue in our application. The solutions proposed in this patent were not widely used in PDC bits, since they could not provide the expected sharp increase in drilling performance.

Известно еще одно долото PDC /Богомолов P.M., Гринев A.M., Крылов С.М. и др. Алмазное долото с механическим креплением резцов PDC. Патент РФ №2536901 кл. Е21В 10/573, Е21С 35/ 197, 2014 г./ [3], принятое за следующий аналог в нашей заявке. В этом аналоге повышение показателей бурения обеспечивается за счет ремонтопригодности и вторичного использования отремонтированного долота. При ремонте обеспечивается замена положения изношенной или затупившейся части режущей кромки резца PDC в заводских условиях, или непосредственно в условиях буровой, при исключении неизбежного при ремонте ранее трехкратного нагревания резцов PDC для замены положения их режущей кромки. В соответствии с этим патентом, для крепления резцов PDC вместо пайки применяется механическое крепление, установленных в нужное положение резцов с помощью пары вставленных друг в друга стопорных втулок с коническими ответными конусами, выполненными из пластичной стали. После подъема долота и подготовки его к ремонту, резцы PDC легко выбиваются из своих гнезд специальной выколоткой ударами со стороны нерабочего торца резца, рабочая кромка разворачивается в нужное рабочее положение и резец снова фиксируется забивкой друг в друга пары конических втулок. Именно этим исключается вредный тройной нагрев припоя и алмазной пластины, неизбежный при закреплении резцов с помощью пайки.Another PDC bit is known /Bogomolov P.M., Grinev A.M., Krylov S.M. and others. Diamond chisel with mechanical fastening of PDC cutters. RF patent No. 2536901 class. E21B 10/573, E21C 35/197, 2014/ [3], taken as the next analogue in our application. In this analogue, the increase in drilling performance is ensured by maintainability and reuse of the repaired bit. During the repair, the position of the worn or blunt part of the PDC cutter cutting edge is replaced at the factory, or directly at the drilling site, while eliminating the three-fold heating of the PDC cutters, which was inevitable during the repair, to change the position of their cutting edge. In accordance with this patent, instead of soldering, mechanical fastening is used to fasten the PDC cutters, the cutters are installed in the desired position using a pair of locking bushes inserted into each other with conical reciprocal cones made of ductile steel. After lifting the bit and preparing it for repair, the PDC cutters are easily knocked out of their sockets by a special punch from the non-working end of the cutter, the working edge turns to the desired working position and the cutter is again fixed by driving a pair of conical bushings into each other. This eliminates the harmful triple heating of the solder and the diamond plate, which is inevitable when fixing cutters by soldering.

Ремонтопригодность долот PDC, осуществляемая и с помощью пайки, и без нее, позволяет использовать неоднократно эти очень дорогие изделия, резко увеличивая эффект их применения в бурении.The maintainability of PDC bits, both with and without soldering, allows these very expensive products to be used repeatedly, dramatically increasing the effect of their use in drilling.

Но, прогресс в долотостроении непрерывно идет вперед, появляются все новые и новые конструктивные решения, обеспечивающие новые достижения в области глубокого бурения.But, progress in bit building is constantly moving forward, more and more new design solutions appear that provide new achievements in the field of deep drilling.

Одна из ведущих мировых компаний по производству долот США, «Смит Битс», входящая в корпорацию «Шлюмберже», опубликовала рекламную презентацию для российских буровиков на русском языке, один из разделов которой озаглавлен как «Новая революция в долговечности резцов PDC», в котором сообщалось о создании вращающегося резца PDC в долотах этой фирмы - ONYX 360. Число 360 в обозначении долота соответствует возможности поворота режущей кромки резца PDC во время бурения вокруг его оси на 360 градусов / Буровая компания «Смит Битс», Корпорация «Шлюмберже». Презентация на русском языке. 2013 г. «Создание и применение в различных районах бурения «Новой революции в долговечности резцов PDC» / [4]. В этой презентации практически отсутствуют конкретные конструктивные признаки, позволяющие осуществлять круговое вращение резца PDC во время бурения, но в ней представлена компьютерная модель контактного нагружения породы под режущей кромкой резца PDC и упомянуто о преимуществах вращения резца во время работы, при котором нагружению подвергается вся целиком длина режущей кромки вместо отдельного ее участка, задействуемого при неподвижном креплении пайкой. Применение образцов долот ONYX 360, по данным упомянутой презентации, обеспечило повышение средней проходки на долото до 57%.One of the world's leading US bit companies, Smith Beats, part of Schlumberger Corporation, published an advertising presentation for Russian drillers in Russian, one of the sections of which is entitled "The new revolution in PDC cutter durability", which reported on the creation of a rotating PDC cutter in the bits of this company - ONYX 360. The number 360 in the designation of the bit corresponds to the possibility of turning the cutting edge of the PDC cutter during drilling around its axis by 360 degrees / Drilling company "Smith Beats", Corporation "Schlumberger". Presentation in Russian. 2013. “Creation and application in various drilling areas of the “New revolution in the durability of PDC cutters” / [4]. This presentation contains little or no specific design features that allow for circular rotation of the PDC cutter while drilling, but does present a computer model of the contact loading of the rock under the cutting edge of the PDC cutter and mentions the benefits of rotating the cutter during operation, in which the entire length of the cutter is loaded. cutting edge instead of its separate section, which is involved in fixed mounting by soldering. The use of samples of ONYX 360 bits, according to the mentioned presentation, provided an increase in average penetration per bit up to 57%.

Долото с вращающимся резцом ONYX 360 принято в нашей заявке в качестве прототипа.The bit with a rotary cutter ONYX 360 is accepted in our application as a prototype.

На эскизе прототипа подложка корпуса резца представлена с кольцевым пазом на цилиндрической поверхности, без расшифровки остальной формы замкового устройства, препятствующего возможности вылета резца из гнезда.In the sketch of the prototype, the substrate of the cutter body is shown with an annular groove on the cylindrical surface, without deciphering the rest of the shape of the locking device that prevents the cutter from flying out of the socket.

Техническим результатом изобретения является повышение стойкости резцов PDC, проходки на долото, механической скорости бурения.The technical result of the invention is to increase the durability of PDC cutters, penetration on bit, mechanical drilling speed.

Целью настоящего изобретения является создание бурового долота с вращающимися резцами PDC и повышение надежности его работы.The purpose of the present invention is to provide a PDC rotary cutter drill bit and improve its reliability.

Эта цель достигается тем, что предлагаемое долото со стопорным цанговым устройством включает стальной корпус с выступающими лопастями, промывочными узлами, расположенными в пазах между лопастями, ниппельной частью с резьбой для присоединения к бурильной колонне, отверстиями на поверхностях лопастей с размещенными в них вращающимися алмазными резцами PDC, для которых на стенках отверстий под резцы и на стенках твердосплавных подложек резцов, на одинаковом расстоянии от дна отверстия и от упорного торца резца, выполнены части совместной кольцевой полости, имеющей в сечении криволинейную форму, с торцовыми уступами по бокам на стенке отверстия и на подложке резца, перпендикулярными их осям; внутри совместной кольцевой полости установлено стопорное цанговое коническое пружинное кольцо, упирающееся малым основанием в торцевой уступ на твердосплавной подложке резца, а большим основанием в торцевой уступ на стенке отверстия под резец; для обеспечения постоянного вращения резцов PDC во время бурения, их режущие плоскости, касающиеся забоя режущими кромками, наклонены относительно плоскости, проходящей через центр плоскости пластины и ось долота под острым углом, например, в пределах от 5 до 15 градусов, по часовой стрелке или против нее.This goal is achieved by the fact that the proposed bit with a locking collet device includes a steel body with protruding blades, flushing units located in the grooves between the blades, a nipple part with a thread for attaching to the drill string, holes on the surfaces of the blades with PDC rotating diamond cutters placed in them. , for which, on the walls of the holes for the cutters and on the walls of the hard-alloy substrates of the cutters, at the same distance from the bottom of the hole and from the thrust end of the cutter, parts of a joint annular cavity are made, having a curvilinear cross-sectional shape, with end ledges on the sides on the wall of the hole and on the substrate cutter, perpendicular to their axes; inside the joint annular cavity, a locking collet conical spring ring is installed, resting with a small base against the end ledge on the carbide substrate of the cutter, and with a large base against the end ledge on the wall of the hole for the cutter; to ensure constant rotation of the PDC cutters during drilling, their cutting planes, which touch the bottom of the cutting edges, are inclined relative to the plane passing through the center of the plate plane and the axis of the bit at an acute angle, for example, within 5 to 15 degrees, clockwise or counterclockwise her.

При этом размеры длины и глубины в сечении паза с торцевыми уступами на подложке резца, а также размеры длины и глубины в сечении паза с торцевыми уступами на стенке отверстия под резец, должны обеспечивать необходимые зазоры для беспрепятственной установки стопорного цангового конического пружинного кольца в совместно образованную кольцевую полость при монтаже резца PDC в отверстие на лопасти и при вращении его во время бурения.At the same time, the dimensions of the length and depth in the section of the groove with end ledges on the cutter substrate, as well as the dimensions of the length and depth in the section of the groove with end ledges on the wall of the hole for the cutter, must provide the necessary clearances for the unhindered installation of the locking collet conical spring ring in the jointly formed annular cavity when mounting the PDC cutter in the hole on the blade and when rotating it during drilling.

Установка резца начинается с монтажа стопорного цангового пружинного кольца в паз с уступами на подложке резца, подобно вначале растягивающемуся, а затем сжимающемуся пружинному браслету для ручных часов. При этом малое основание стопорного цангового конического пружинного кольца вначале надвигается на цилиндрическую поверхность твердосплавной подложки до момента, когда он спрячется внутрь паза, а большое основание останется за цилиндрическим габаритом твердосплавной подложки в виде выступающего конуса. Далее, твердосплавная подложка с надвинутым в ее паз стопорным цанговым коническим пружинным кольцом, начинает вдвигаться, с небольшим осевым усилием, в отверстие под резец на лопасти. Стенка этого отверстия при этом постепенно сжимает выступающую за ее габариты коническую поверхность стопорного цангового конического пружинного кольца до тех пор, пока его большое основание не раскроется полностью по уступу внутрь пространства паза на стенке отверстия и «защелкнет», зафиксировав осевое рабочее положение резца PDC, оставляя ему единственную возможность движения - вращения вокруг этой оси.Insertion of the cutter begins with mounting a locking collet spring ring into a staggered groove in the cutter backing, similar to a watch spring that expands and then contracts. In this case, the small base of the locking collet conical spring ring is first pushed onto the cylindrical surface of the hard-alloy substrate until it hides inside the groove, and the large base remains behind the cylindrical dimension of the hard-alloy substrate in the form of a protruding cone. Further, the carbide substrate with a locking collet conical spring ring pushed into its groove begins to move, with a small axial force, into the hole for the cutter on the blade. At the same time, the wall of this hole gradually compresses the conical surface of the locking collet conical spring ring protruding beyond its dimensions until its large base opens completely along the ledge inside the groove space on the hole wall and “snaps”, fixing the axial working position of the PDC cutter, leaving to him the only possibility of movement is rotation around this axis.

Чтобы обеспечить постоянное усилие для непрерывного вращения резцов PDC во время бурения за счет изменения направления сил трения, возникающих при их контакте с забоем, плоскости режущих пластин PDC установлены наклонно относительно плоскости, проходящей через центр пластины и ось долота, под острым углом, например, порядка от 5 до 15 градусов по часовой стрелке, или против нее.In order to provide a constant force for the continuous rotation of the PDC cutters during drilling by changing the direction of the friction forces arising from their contact with the bottom, the planes of the PDC cutting inserts are set obliquely relative to the plane passing through the center of the insert and the axis of the bit, at an acute angle, for example, of the order 5 to 15 degrees clockwise or counterclockwise.

Стопорное цанговое пружинное кольцо может быть выполнено из любого известного пружинного материала, например методом штамповки на прессе листовой пружинной стали.The retaining collet spring ring can be made from any known spring material, for example by stamping spring steel sheet on a press.

Размеры по длине и глубине в сечении паза с торцевыми уступами на твердосплавной подложке резца, а также размеры в сечении паза с торцевыми уступами на стенке отверстия под резец, выполнены с зазорами для беспрепятственной установки стопорного цангового конического пружинного кольца в совместно образованную кольцевую полость перед монтажом резца PDC и при постоянном вращении его во время буренThe dimensions in length and depth in the section of the groove with end ledges on the carbide substrate of the cutter, as well as the dimensions in the section of the groove with end ledges on the wall of the hole for the cutter, are made with clearances for the unobstructed installation of the locking collet conical spring ring in the jointly formed annular cavity before mounting the cutter PDC and with its constant rotation during storms

Поскольку основное осевое усилие, возникающее при работе долота и стремящееся задвинуть резец вглубь отверстия на лопасти долота, передается через плоский торец твердосплавной подложки на дно отверстия под резец, выталкивающее его усилие из отверстия практически отсутствует, а значит и износ стопорного цангового конического пружинного кольца от истирания во время бурения минимальный. Поэтому в качестве смазки и охлаждающей жидкости в зонах трения вращающегося резца PDC, достаточно промывочной жидкости.Since the main axial force that occurs during the operation of the bit and tends to push the cutter deep into the hole on the blade of the bit is transmitted through the flat end of the carbide substrate to the bottom of the hole for the cutter, there is practically no force pushing it out of the hole, and hence the wear of the locking collet conical spring ring from abrasion during drilling is minimal. Therefore, as a lubricant and coolant in the friction zones of a rotating PDC cutter, a flushing liquid is sufficient.

Предлагаемый вариант бурового долота PDC со стопорным цанговым устройством позволяет при бурении, использовать всю длину вращающейся алмазной режущей кромки резца вместо ограниченной ее длины в варианте крепления резца с помощью пайки. За счет этого кратно увеличивается стойкость резца, и обеспечивается получение большого экономического эффекта.The proposed version of the PDC drill bit with a locking collet device allows, when drilling, to use the entire length of the rotating diamond cutting edge of the cutter instead of its limited length in the option of fixing the cutter by soldering. Due to this, the durability of the cutter is multiplied, and a large economic effect is obtained.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙLIST OF DRAWINGS

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг. 1 изображает общий вид долота PDC, фиг. 2 вид долота снизу с сечением А - А корпуса по одному из резцов со стопорным устройством, фиг. 3 - увеличенный продольный разрез по сечению А - А стопорного цангового конического пружинного кольца, фиг. 4 - увеличенный узел I продольного разреза по сечению А - А.The invention is illustrated by drawings, in which FIG. 1 shows a general view of the PDC bit, FIG. 2 is a bottom view of the bit with a section A - A of the body along one of the cutters with a locking device, FIG. 3 is an enlarged longitudinal section along the section A - A of the locking collet conical spring ring, FIG. 4 - enlarged node I of the longitudinal section along the section A - A.

На фиг. 1 позициями обозначены: 1 - корпус долота, 2 - резцы PDC, разрушающие породу на забое, 3 - резцы PDC, защищающие корпус долота от потери диаметра при бурении скважины, 4 - лопасть корпуса, 5 - полости для обеспечения промывки забоя от шлама, 6 - пазы на корпусе для «свинчивания - развинчивания» долота при его креплении, 7 - коническая резьба для присоединения долота к бурильной колонне.In FIG. 1 positions indicate: 1 - bit body, 2 - PDC cutters, destroying rock at the bottomhole, 3 - PDC cutters, protecting the bit body from loss of diameter when drilling a well, 4 - body blade, 5 - cavities to ensure bottomhole flushing from cuttings, 6 - grooves on the body for "screwing - unscrewing" the bit when it is fastened, 7 - conical thread for connecting the bit to the drill string.

На фиг. 2 теми же позициями обозначены элементы, показанные на фиг. 1 и 8 - промывочные узлы, а также направление сечения А - А, проходящего через плоскость симметрии одного из резцов PDC.In FIG. 2 the elements shown in FIG. 1 and 8 - flushing units, as well as the direction of the section A - A passing through the plane of symmetry of one of the PDC cutters.

На фиг. 3 теми же позициями обозначены элементы, показанные на фиг. 1 и фиг. 2, а также позициями обозначены: 9 - стопорное цанговое пружинное коническое кольцо с двумя плоско - параллельными основаниями: малым основанием 10 и большим основанием 11, набором конических окон - прорезей 12 со стороны малого основания 10 и другим набором конических окон - прорезей 13 со стороны большего основания 11. На конической поверхности стопорного цангового пружинного конического кольца 9 вблизи большего и меньшего основания, для увеличения контакта с поверхностями выступов на стенке отверстия и резца, могут располагаться утолщения, обозначенные позициями 14 и 15.In FIG. 3 the elements shown in FIG. 1 and FIG. 2, as well as the positions indicated: 9 - a locking collet spring conical ring with two plane - parallel bases: a small base 10 and a large base 11, a set of conical windows - slots 12 from the side of the small base 10 and another set of conical windows - slots 13 from the side larger base 11. On the conical surface of the locking collet spring conical ring 9 near the larger and smaller base, to increase contact with the surfaces of the protrusions on the wall of the hole and the cutter, thickenings indicated by positions 14 and 15 can be located.

На фиг. 4 позициями обозначены: торец резца 21, стенка отверстия 16 с дном 17, на стенке отверстия 16 выполнен кольцевой паз 20 с двумя торцевыми уступами на стенке отверстия под резец 18 и 19. На цилиндрической поверхности подложки резца PDC 2 выполнен ответный кольцевой паз 24 с двумя торцевыми уступами на твердосплавной подложке резца 22 и 23.In FIG. 4 positions are marked: the end of the cutter 21, the wall of the hole 16 with the bottom 17, on the wall of the hole 16 there is an annular groove 20 with two end ledges on the wall of the hole for the cutter 18 and 19. end ledges on the carbide substrate of the cutter 22 and 23.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Алмазное долото PDC. Каталог буровых долот ОАО «Волгабурмаш», 2003, г. Самара, с 36.1. PDC diamond chisel. Catalog of drill bits of OAO Volgaburmash, 2003, Samara, p. 36.

2. Буровое долото с контролируемой нагрузкой и глубиной резания. Патент США №6298930 кл. Е21В 10/46, 2001 г.2. Drill bit with controlled load and depth of cut. US patent No. 6298930 cl. E21B 10/46, 2001

3. Богомолов Р.М., Гринев А.М., Крылов С.М. и др. Алмазное долото с механическим креплением резцов PDC. Патент РФ №2536901 кл. Е21В 10/ 573, Е21С 35/ 197, 2014 г.3. Bogomolov R.M., Grinev A.M., Krylov S.M. and others. Diamond chisel with mechanical fastening of PDC cutters. RF patent No. 2536901 class. E21B 10/573, E21C 35/197, 2014

4. Буровая компания «Смит Битс», Корпорация «Шлюмберже». Презентация на русском языке. 2013 г. «Создание и применение в различных районах бурения «Новой революции в долговечности резцов PDC».4. Drilling company "Smith Beats", Corporation "Schlumberger". Presentation in Russian. 2013. “Creating and applying in various drilling areas the “New Revolution in PDC cutter durability”.

Claims (2)

1. Буровое долото PDC, включающее стальной корпус с выступающими лопастями, промывочными узлами, расположенными между лопастями, ниппельной частью с резьбой для присоединения к бурильной колонне, отверстиями на поверхностях лопастей с размещенными в них вращающимися алмазными резцами, отличающееся тем, что на стенках отверстий под резцы и на стенках твердосплавных подложек резцов на одинаковом расстоянии от дна отверстия и от упорного торца резца выполнены части совместной кольцевой полости, имеющей в сечении криволинейную форму с торцевыми уступами на стенке отверстия и на стенке подложки резца, перпендикулярными их осям; внутри совместной кольцевой полости установлено стопорное цанговое коническое пружинное кольцо, упирающееся малым основанием в торцевой уступ на твердосплавной подложке резца, а большим основанием – в торцевой уступ на стенке отверстия под резец; для обеспечения постоянного вращения резцов PDC во время бурения их режущие плоскости, касающиеся забоя режущими кромками, наклонены относительно плоскости, проходящей через центр пластины и ось долота, под острым углом, например, в пределах 5-15 градусов, по часовой стрелке или против нее.1. PDC drill bit, including a steel body with protruding blades, flushing units located between the blades, a nipple part with a thread for attaching to the drill string, holes on the surfaces of the blades with rotating diamond cutters placed in them, characterized in that on the walls of the holes under the cutters and on the walls of the hard-alloy substrates of the cutters at the same distance from the bottom of the hole and from the thrust end of the cutter, parts of the joint annular cavity are made, having a curvilinear cross-sectional shape with end ledges on the wall of the hole and on the wall of the cutter substrate, perpendicular to their axes; inside the joint annular cavity, a locking collet conical spring ring is installed, resting with a small base against the end ledge on the carbide substrate of the cutter, and with a large base against the end ledge on the wall of the hole for the cutter; to ensure constant rotation of the PDC cutters during drilling, their cutting planes, relating to the bottomhole with cutting edges, are inclined relative to the plane passing through the center of the plate and the axis of the bit, at an acute angle, for example, within 5-15 degrees, clockwise or counterclockwise. 2. Буровое долото PDC по п. 1, отличающееся тем, что размеры по длине и глубине в сечении паза с торцевыми уступами на твердосплавной подложке резца, а также размеры в сечении паза с торцевыми уступами на стенке отверстия под резец, выполнены с зазорами для беспрепятственной установки стопорного цангового конического пружинного кольца в совместно образованную кольцевую полость перед монтажом резца PDC и при постоянном вращении его во время бурения.2. The PDC drill bit according to claim 1, characterized in that the dimensions in length and depth in the section of the groove with end ledges on the carbide substrate of the cutter, as well as the dimensions in the section of the groove with end ledges on the wall of the hole for the cutter, are made with gaps for unobstructed installation of a locking collet conical spring ring in a jointly formed annular cavity before mounting the PDC cutter and with its constant rotation during drilling.
RU2021107621A 2021-03-22 2021-03-22 Pdc drill bit with locking collet RU2766075C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107621A RU2766075C1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Pdc drill bit with locking collet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107621A RU2766075C1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Pdc drill bit with locking collet

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766075C1 true RU2766075C1 (en) 2022-02-07

Family

ID=80214904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021107621A RU2766075C1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Pdc drill bit with locking collet

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766075C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3148741A (en) * 1960-12-08 1964-09-15 Timken Roller Bearing Co Drill bit and fastening means
SU1033691A2 (en) * 1982-04-15 1983-08-07 Предприятие П/Я М-5703 Rock-breaking member
EP0154422A2 (en) * 1984-02-28 1985-09-11 Reed Tool Company Limited Improvements in rotary drill bits
US5906245A (en) * 1995-11-13 1999-05-25 Baker Hughes Incorporated Mechanically locked drill bit components
UA102378C2 (en) * 2010-03-10 2013-07-10 Юрій Петрович Ліненко-Мельніков Drill crown with rotary cutters
WO2014031263A1 (en) * 2012-08-21 2014-02-27 Smith International, Inc. Rolling cutter with close loop retaining ring

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3148741A (en) * 1960-12-08 1964-09-15 Timken Roller Bearing Co Drill bit and fastening means
SU1033691A2 (en) * 1982-04-15 1983-08-07 Предприятие П/Я М-5703 Rock-breaking member
EP0154422A2 (en) * 1984-02-28 1985-09-11 Reed Tool Company Limited Improvements in rotary drill bits
US5906245A (en) * 1995-11-13 1999-05-25 Baker Hughes Incorporated Mechanically locked drill bit components
UA102378C2 (en) * 2010-03-10 2013-07-10 Юрій Петрович Ліненко-Мельніков Drill crown with rotary cutters
WO2014031263A1 (en) * 2012-08-21 2014-02-27 Smith International, Inc. Rolling cutter with close loop retaining ring

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ONYX 360. Вращающиеся резцы PDC. 14.07.2017 [он-лайн] [найдено 23.09.2021]. Найдено в интернет: URL:<http://web.archive.org/web/20170714124313/https://www.slb.ru/upload/iblock/32a/broshyura-onyx-360-dlya-1.8.3.1.3.pdf>. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4453605A (en) Drill bit and method of metallurgical and mechanical holding of cutters in a drill bit
US4006788A (en) Diamond cutter rock bit with penetration limiting
US7475744B2 (en) Superabrasive inserts including an arcuate peripheral surface
US4140189A (en) Rock bit with diamond reamer to maintain gage
US6374932B1 (en) Heat management drilling system and method
US8567532B2 (en) Cutting element attached to downhole fixed bladed bit at a positive rake angle
US4081203A (en) Drill string stabilizer
US8616305B2 (en) Fixed bladed bit that shifts weight between an indenter and cutting elements
US10724304B2 (en) Cutting element assemblies and downhole tools comprising rotatable and removable cutting elements and related methods
JPH03129087A (en) Diamond drag bit for soft terrain
US20100065332A1 (en) Method for Drilling with a Fixed Bladed Bit
US20220316280A1 (en) Cutting element with improved mechanical efficiency
US20100059289A1 (en) Cutting Element with Low Metal Concentration
US9428965B2 (en) Subsurface drilling tool
CN111032992B (en) Cutting element assemblies and downhole tools including rotatable cutting elements and related methods
EP4100613B1 (en) Cutter geometry utilizing spherical cutouts
RU2766075C1 (en) Pdc drill bit with locking collet
RU2766858C1 (en) Pdc drill bit with rotating cutters
US10450806B2 (en) Cutting element assemblies comprising rotatable cutting elements
RU2773749C1 (en) Pdc drill bit with rotating cutters
WO2015111016A1 (en) Drill bit for drilling a borehole
US10415317B2 (en) Cutting element assemblies comprising rotatable cutting elements and earth-boring tools comprising such cutting element assemblies
US11946321B2 (en) Cutting element assemblies and downhole tools comprising rotatable and removable cutting elements and related methods
RU2785702C1 (en) Pdc drill bit with expanding spring lock for rotating cutters
GB2027772A (en) Rock Drill Bit