RU2769009C1 - Drill bit - Google Patents
Drill bit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769009C1 RU2769009C1 RU2021125039A RU2021125039A RU2769009C1 RU 2769009 C1 RU2769009 C1 RU 2769009C1 RU 2021125039 A RU2021125039 A RU 2021125039A RU 2021125039 A RU2021125039 A RU 2021125039A RU 2769009 C1 RU2769009 C1 RU 2769009C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pdc cutters
- pdc
- cutters
- flat front
- bit
- Prior art date
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
-
- 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
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
Description
Изобретение относится к области применения породоразрушающего инструмента для бурения скважин на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые, а именно к буровым лопастным долотам, армированным алмазно-твердосплавными пластинами (АТП) или, как принято обозначать за рубежом, PDC.The invention relates to the field of application of a rock cutting tool for drilling wells for solid, liquid and gaseous minerals, namely, drilling bladed bits reinforced with diamond-carbide plates (ATP) or, as it is commonly referred to abroad, PDC.
Известна конструкция долота (патент WO 2008/100455, 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.A bit design is known (patent WO 2008/100455, published on 21.08.2008, IPC E21B 47/12; E21B 47/26), containing a body with PDC cutting elements placed on the blades. The disadvantage of this design is the lack of a systematic, schematic arrangement of the PDC cutting elements and, as a result, a low resource and work efficiency when drilling rocks.
Известна конструкция долота (патент РФ на полезную модель №119012, опубликованный 10.08.2012, МПК Е21В 10/43), содержащая корпус с размещенным 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.A bit design is known (RF patent for utility model No. 119012, published on 10.08.2012, IPC E21B 10/43), containing a body with PDC cutting elements placed on the blades. The disadvantage of this invention is that this design is a core drill head, and not a bit, therefore, it is not possible at all to place PDC on the blades of this device in a logarithmic spiral, due to the narrow range of applicability.
Известно лопастное буровое долото, содержащие 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 градусов до минус 10 градусов. А это приводит к снижению ресурса и эффективности работы долота в целом.Known bladed drill bit containing a body placed on the blades of the PDC (patent WO 2008/091654 published 31.07.2008, IPC E21B 47/12; E21B 47/26). The disadvantages of this design is that the PDC plates are located not in a logarithmic spiral in the diametrical plane of the working part of the bit and not at a negative rake angle from minus 30 degrees to minus 10 degrees. And this leads to a decrease in the resource and efficiency of the bit as a whole.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, принятое автором за прототип, является лопастное долото, содержащее корпус с размещенными на лопастях с плоскими резцами PDC (патент №2694872, опубликованный 17.07.2019, бюл. №20). Недостатком данной конструкции является то, что расположение плоских резцов PDC не способствует гашению вибраций от крутильных и продольных колебаний долота, вызывающих их поломки, а также не способствуют, в достаточной степени, увеличению эффективности и ресурса его работы, за счет повышенной энергоемкости процесса разрушения горных пород.The closest technical solution to the proposed invention, adopted by the author as a prototype, is a bladed bit containing a body with PDC placed on the blades with flat cutters (patent No. 2694872, published on July 17, 2019, bull. No. 20). The disadvantage of this design is that the location of flat PDC cutters does not contribute to damping vibrations from torsional and longitudinal vibrations of the bit, causing their breakage, and also does not sufficiently contribute to increasing the efficiency and resource of its operation, due to the increased energy intensity of the rock destruction process. .
Техническая задача предлагаемого изобретения - это создание такого долота, которое эффективно бы разрушало горные породы от 5 до 9 категорий по буримости, при этом предлагаемая конструкция долота способствовала бы устранению вышеперечисленных недостатков.The technical task of the invention is the creation of such a bit that would effectively destroy rocks from 5 to 9 drillability categories, while the proposed design of the bit would help eliminate the above disadvantages.
Поставленная задача решается за счет того, что буровое долото, включающее корпус с выполненными на нем лопастями, на которых смонтированы плоские резцы PDC, закрепленные на лопастях от центра к периферии по двум симметричным спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30 градусов в центре до минус 10 градусов на периферии долота с интервалом в один градус в виде 2-х заходной «резьбы» дополнительно содержит второй ряд плоских резцов PDC, расположенных в линиях резания, между плоскими резцами PDC, а в центре долота устанавливается конусный резец PDC с опережением конусных резцов по высоте от 1 мм до 5 мм, в зависимости от категории горных пород по буримости.The problem is solved due to the fact that the drill bit, including a body with blades made on it, on which PDC flat cutters are mounted, fixed on the blades from the center to the periphery along two symmetrical spirals with negative front angles varying from minus 30 degrees in the center to minus 10 degrees on the periphery of the bit with an interval of one degree in the form of a 2-start “thread” additionally contains a second row of flat PDC cutters located in the cutting lines between the flat PDC cutters, and in the center of the bit a PDC cone cutter is installed ahead of the cone cutters in height from 1 mm to 5 mm, depending on the category of rocks in terms of drillability.
Высота превышения конусных резцов PDC (h) выставляется на корпусе долота в зависимости от категории горных пород: мягкие (5-4 мм), средние (4-3 мм), крепкие (3-2 мм), очень крепкие (2-1 мм).The height of the PDC taper cutters (h) is set on the bit body depending on the category of rocks: soft (5-4 mm), medium (4-3 mm), hard (3-2 mm), very hard (2-1 mm ).
Высоту превышения конусных резцов PDC над плоскими резцами PDC можно определить по формуле:The height of PDC taper cutters over PDC flat cutters can be determined by the formula:
h=(V/N)/n,h=(V/N)/n,
где h - высота превышения, мм;where h - excess height, mm;
V - механическая скорость бурения мм/мин;V - mechanical drilling speed mm/min;
N - частота вращения долота, об/мин;N - bit rotation frequency, rpm;
n - количество плоских резцов PDC в линии резания.n is the number of PDC flat cutters in the cutting line.
Установка во втором ряду конусных резцов PDC, расположенных в линиях резания, между плоскими резцами PDC на лопастях долота и конусного резца PDC в центре долота с опережением их по высоте от 1 мм до 5 мм, в зависимости от категории горных пород, позволит добиться гашения вибрации, возникающей от крутильных и продольных колебаний долота, вызывающих поломки резцов, а также увеличения эффективности и его ресурса.Installation in the second row of PDC cone cutters located in the cutting lines, between the flat PDC cutters on the bit blades and the PDC cone cutter in the center of the bit, leading them in height from 1 mm to 5 mm, depending on the category of rocks, will allow to achieve vibration damping arising from torsional and longitudinal oscillations of the bit, causing breakage of the cutters, as well as increasing the efficiency and its resource.
Установка конусных резцов PDC, так называемых индентеров, во втором ряду, за плоскими резцами PDC, по логарифмической спирали, с опережением по высоте от 1 мм до 5 мм обеспечит при бурении горных пород локальное воздействие на горные породы, принимая на себя все основные начальные нагрузки по разрушению забоя скважины. Тем самым, плоские режущие резцы PDC частично высвобождаются от активной фазы разрушения горных пород. При этом значительно уменьшается энергоемкость процесса разрушения горных горной пород, так как ступенчатая форма формирования забоя в скважине является менее энергозатратной, способствует уменьшению вибрации и, как результат, механическая скорость бурения будет выше. В связи с этим, можно сделать вывод о наличии в предполагаемом долоте «существенных отличий» и соответствие патентоспособности «новизна».The installation of PDC cone cutters, the so-called indenters, in the second row, behind the flat PDC cutters, in a logarithmic spiral, with a height advance of 1 mm to 5 mm, will provide a local impact on rocks when drilling rocks, taking on all the main initial loads for the destruction of the bottom of the well. Thus, the PDC flat cutting cutters are partially released from the active phase of rock destruction. At the same time, the energy intensity of the rock destruction process is significantly reduced, since the stepped form of bottomhole formation in the well is less energy-intensive, helps to reduce vibration and, as a result, the mechanical drilling speed will be higher. In this regard, it can be concluded that there are “significant differences” in the proposed bit and that the patentability is “novelty”.
На фиг. 1 изображен общий вид бурового долота.In FIG. 1 shows a general view of the drill bit.
На фиг. 2 показана схема установки PDC на лопастях долота второго ряда, где под номером 1 показаны конусные резцы PDC, под номером 2 показаны плоские резцы PDC, под номером 3 показан центральный конусный PDC, под номером 4 показаны промывочные отверстия.In FIG. Figure 2 shows a diagram of the PDC installation on the blades of the second row bit, where
Буровое долото (фиг. 1), включает в себя 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 градусов в центре до минус 10 градусов на периферии с интервалом один градус в виде 2-х заходной «резьбы». В корпусе 1 для прохода промывочной жидкости выполнены промывочные отверстия 4. Второй ряд конусных резцов PDC показан под номерами 6. Конусный резец PDC в центре долота показан под номером 5.The drill bit (Fig. 1) includes a
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 промывочные отверстия 4, попадает на забой скважины. При этом за счет осевых нагрузок передаваемых долоту через колонну бурильных труб, плоские резцы PDC 3, установленные на лопастях от центра к периферии по двум симметричным логарифмическим спиралям с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30 градусов до минус 10 на периферии с интервалом один градус в виде 2-х заходной «резьбы», плавно заходя в линию резания, исключая динамические нагрузки (вибрацию), разрушают забой скважины при бурении трещиноватых и перемежающихся по крепости горных пород. При этом уменьшению вибрации способствует второй ряд конусных резцов PDC, расположенных в линиях резания между плоскими резцами PDC, и конусный резец PDC в центре долота. Регулирование конусных резцов по высоте от 1 до 5 мм осуществляется в зависимости от категории горных пород по буримости. При этом промывочная жидкость, попадая под наклонную плоскость плоских резцов 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 градусов до минус 10 градусов 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 плоские резцы PDC 3 активно способствуют выносу продуктов разрушения из-под рабочего торца долота. Промывочная жидкость, подхватив эти продукты разрушения, транспортирует их к устью скважины через промывочные отверстия 4 на поверхность в турбулентном режиме. Турбулентный режим очистки забоя не позволяет шламу повторно попадать под плоский резец PDC. Второй ряд конусных резцов расположен ступенчато, выше основных плоских резцов PDC, что способствует формированию ступенчатого забоя скважины. Такая конструкция долота, в совокупности с конусным резцом в центре долота способствует уменьшению степени вибрации, уменьшению энергоемкости процесса разрушения горных пород и повышению механической скорости бурения.The proposed drill bit works as follows. The flushing liquid intended for cooling the bit and transporting the destruction products to the surface of the well, moving through the rotating string of drill pipes, the
Применение предлагаемой конструкции позволит разрушать горные породы от 5 до 9 категории по буримости и бурить в сложных геологических условиях, увеличить механическую скорость, а также повысить технико-экономические показатели сооружения скважин.The use of the proposed design will allow destroying rocks from 5 to 9 categories in terms of drillability and drilling in difficult geological conditions, increasing the mechanical speed, and also improving the technical and economic indicators of well construction.
Установка на лопастях бурового долота пластин PDC под отрицательным передним, углом, от минус 30° до минус 10 по двум симметричным логарифмическим спиралям в диаметральной плоскости с интервалом один градус в виде 2х-заходной «резьбы», значительно повышает работоспособность долота, а также его ресурс за счет исключения не перекрытых режущими элементами зон.Installing PDC plates on the blades of the drill bit at a negative front angle from
Спиралевидная расстановка плоских резцов PDC способствует активному удалению продуктов разрушения из-под рабочего торца инструмента. Установка плоских резцов с наибольшим углом в центре долота способствует плавному захождению в линию резания, снижая динамические нагрузки (вибрацию), что увеличивает ресурс работы долота.The spiral arrangement of flat PDC cutters contributes to the active removal of destruction products from under the working end of the tool. The installation of flat cutters with the largest angle in the center of the bit contributes to a smooth entry into the cutting line, reducing dynamic loads (vibration), which increases the life of the bit.
При заглублении долота за один оборот на глубину, режущие элементы, расположены на разных радиусах и вращаясь, 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 плоского резца (PDC), были одинаковые задние углы. Для этого необходимо, чтобы режущий элемент лопасти, расположенные на разных радиусах имели в продольной плоскости свои углы наклона.When the bit is deepened in one revolution to a depth, the cutting elements are located at different radii and, rotating, pass the cutting path along trajectories of different lengths and with different angles of inclination. Therefore, to ensure equal conditions for the penetration of cutting elements into the rock, it is necessary that each flat cutter (PDC) has the same clearance angles. For this, it is necessary that the cutting element of the blade located at different radii have their own inclination angles in the longitudinal plane.
Расстановка плоских резцов PDC в диаметральной плоскости по двум симметричным логарифмическим спиралям 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.The arrangement of flat PDC cutters in the diametrical plane along two symmetrical logarithmic spirals provides complete coverage of the bottomhole with cutting lines and contributes to the creation of drilling fluid turbulence, which improves the quality of cleaning the bottomhole from cuttings. Thus, the turbulent flushing regime is already formed directly at the bottom of the well, which contributes to an increase in the ROP.
Применение предлагаемой конструкции долота позволит разрушать перемежающиеся по твердости горные породы от 5 до 9 категории 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.The use of the proposed design of the bit will allow to destroy rocks of intermittent hardness from 5 to 9 categories of drillability and to drill in difficult conditions of fractured rocks, increase the mechanical speed of drilling and the service life of the tool, increase the technical and economic indicators of drilling operations and efficiency in drilling deep and ultra-deep wells for oil and gas.
Для повышения надежности работы долота, забуривающие и скважинообразующие режущие элементы кратно продублированы. Преимущество технологии «ввинчивания» в забой, осуществляется за счет снижения осевой нагрузки.To increase the reliability of the bit, drilling and well-forming cutting elements are duplicated multiple times. The advantage of the technology of "screwing" into the face is carried out by reducing the axial load.
Оценивая все выше сказанное, можно сделать вывод: предлагаемое долото по конструкции соединило 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.Evaluating all of the above, we can conclude that the proposed bit by design combines, in the form of a combination, all the innovative ideas known in the world in one product, therefore, it has a higher quality indicator of work and coefficient of performance (COP), (Table 1 ) and will allow to achieve an increase in the mechanical speed of drilling of rocks by 20 percent or more.
То есть, заявленное решение на предполагаемое изобретение «Буровое долото» удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень» и представляет собой качественно новое долото.That is, the claimed solution for the alleged invention "Drill bit" satisfies the patentability condition "inventive step" and is a qualitatively new bit.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021125039A RU2769009C1 (en) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | Drill bit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021125039A RU2769009C1 (en) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | Drill bit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2769009C1 true RU2769009C1 (en) | 2022-03-28 |
Family
ID=81075835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021125039A RU2769009C1 (en) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | Drill bit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2769009C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU221827U1 (en) * | 2023-09-15 | 2023-11-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма Завод "Измерон" | DOWNHOLE MILLING MILLER |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009133697A (en) * | 2007-02-12 | 2011-03-20 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед (Us) | ROTARY CHISEL FOR ROTARY DRILLING |
US9404312B2 (en) * | 2011-02-10 | 2016-08-02 | Smith International, Inc | Cutting structures for fixed cutter drill bit and other downhole cutting tools |
RU2628359C2 (en) * | 2013-03-14 | 2017-08-16 | Смит Интернэшнл, Инк. | Cutting structures for a drill bit with fixed cutting tools |
RU2694872C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-07-17 | Китайский геологический университет (Ухань) | Drilling bit |
-
2021
- 2021-08-23 RU RU2021125039A patent/RU2769009C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009133697A (en) * | 2007-02-12 | 2011-03-20 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед (Us) | ROTARY CHISEL FOR ROTARY DRILLING |
US9404312B2 (en) * | 2011-02-10 | 2016-08-02 | Smith International, Inc | Cutting structures for fixed cutter drill bit and other downhole cutting tools |
EA027355B1 (en) * | 2011-02-10 | 2017-07-31 | Смит Интернэшнл, Инк. | Kerfing hybrid drill bit |
US10851594B2 (en) * | 2011-02-10 | 2020-12-01 | Smith International, Inc. | Kerfing hybrid drill bit and other downhole cutting tools |
RU2628359C2 (en) * | 2013-03-14 | 2017-08-16 | Смит Интернэшнл, Инк. | Cutting structures for a drill bit with fixed cutting tools |
RU2694872C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-07-17 | Китайский геологический университет (Ухань) | Drilling bit |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU221827U1 (en) * | 2023-09-15 | 2023-11-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма Завод "Измерон" | DOWNHOLE MILLING MILLER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2721914C2 (en) | Cutting element with multiple beveled surfaces and cutting end of definite shape, and drilling cutting tools containing such cutting elements | |
RU2360096C1 (en) | Cone bit for boring horizontal boreholes | |
US9677343B2 (en) | Tracking shearing cutters on a fixed bladed drill bit with pointed cutting elements | |
CN108625788B (en) | A new type of pdc and roller cone compound drill bit | |
US20100147594A1 (en) | Reverse nozzle drill bit | |
US10570665B2 (en) | Drill bit | |
US10907417B2 (en) | Polycrystalline diamond chisel type insert for use in percussion drill bits even for use in large hole percussion drilling of oil wells | |
AU2015309212B2 (en) | Drill bit with recessed cutting face | |
US20150285005A1 (en) | Rupture Cutters with High Penetration Utility | |
CN109339709A (en) | It is novel to bore PDC cutter composite drill bit again | |
CN209704493U (en) | PDC bit with auxiliary stabilizer | |
RU2769009C1 (en) | Drill bit | |
CN112302542B (en) | PDC drill bit | |
CN111720060A (en) | Impact cutting compound dual-stage drill | |
RU2694872C1 (en) | Drilling bit | |
CN108930518A (en) | A kind of abnormally-structured PDC drill bit | |
CN209212160U (en) | It is novel to bore PDC cutter composite drill bit again | |
RU2410521C1 (en) | Rock destruction tool | |
RU2652726C1 (en) | Blade chisel with wear-resistant cylindrical cutting structure | |
RU2543226C2 (en) | Method for enlargement and reaming of well shaft | |
US9617794B2 (en) | Feature to eliminate shale packing/shale evacuation channel | |
RU2740954C1 (en) | Antivibrational two-level bit | |
RU2298636C1 (en) | Drill head for short hole drilling in frozen ground | |
RU2693082C1 (en) | Rock cutting tool | |
RU214947U1 (en) | Universal core bit for core drilling |