[go: up one dir, main page]

RU2773749C1 - Pdc drill bit with rotating cutters - Google Patents

Pdc drill bit with rotating cutters Download PDF

Info

Publication number
RU2773749C1
RU2773749C1 RU2021117619A RU2021117619A RU2773749C1 RU 2773749 C1 RU2773749 C1 RU 2773749C1 RU 2021117619 A RU2021117619 A RU 2021117619A RU 2021117619 A RU2021117619 A RU 2021117619A RU 2773749 C1 RU2773749 C1 RU 2773749C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutter
annular cavity
cutters
wall
hole
Prior art date
Application number
RU2021117619A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Родион Михайлович Богомолов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
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"
Application granted granted Critical
Publication of RU2773749C1 publication Critical patent/RU2773749C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: petroleum industry.
SUBSTANCE: invention relates to a tool for drilling petroleum and gas boreholes. PDC drill bit with rotating cutters includes a steel body with protruding blades, washing assembling located in grooves between the blades, a nipple part with a thread for attachment to the drill string, and holes on the surfaces of the blades with rotating diamond cutters placed therein. A joint annular cavity is made on the walls of the cutter holes 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 end of the incisor, wherein a locking elastic ring is installed. The joint annular cavity has an oval cross-sectional shape. The joint annular cavity is formed by the half-groove in the form of an annular cavity on the wall of the cutter hole and the half-groove in the form of an annular cavity on the wall of the hard-alloy cutter substrate. A chamfer is made at the end of the cutter, configured to compress the part of the elastic locking ring protruding from the annular cavity on the wall of the cutter hole when the cutter is installed. The locking elastic ring is made of rubber and has a cross-section matching the cross-section of the entire joint cavity. The weight of part of the ring enclosed in the annular cavity on the wall of the cutter hole is greater than the weight of part of the ring enclosed in the annular cavity on the wall of the hard-alloy cutter substrate. The cutting planes of cutter plates are inclined relative to the plane extending through the centre of the plate and the axis of the drill bit at an acute angle, configured for guaranteed formation of the moment of rotation of the cutters relative to the axes thereof and cutting of the rock at the bottom-hole consecutively using the entire length of the cutting edge.
EFFECT: increase in the durability of PDC cutters, headway per bit, and drilling rate.
1 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к инструменту для бурения скважин на нефть и на газ.The present invention relates to a tool for drilling wells for oil and gas.

2000-е годы характеризуются началом широкого применения в глубоком бурении и в нашей стране, и за рубежом бесшарошечных долот режущего типа PDC (Polycristalline Diamond Cutter). Эти долота оснащены круглыми алмазными режущими пластинами нового типа. Они состоят из единичного кристалла алмаза, искусственно выращенного из алмазного порошка, в поистине экстремальных условиях - давлении 1 млн. фунтов на квадратный дюйм, создаваемом на шестипозиционном прессе, при температуре до 3000 градусов по Фаренгейту, за период времени около суток. Эта очень сложная технология создавалась фирмой «Дженерал Электрик» (США) более 50 лет и стала известной в 1954 году.The 2000s are characterized by the beginning of widespread use in deep drilling both in our country and abroad of coneless bits of the PDC (Polycristalline Diamond Cutter) cutting type. These bits are equipped with a new type of round diamond cutting inserts. They consist of a single crystal of diamond, artificially grown from diamond powder, under truly extreme conditions - a pressure of 1 million pounds per square inch, created on a six-position press, at temperatures up to 3000 degrees Fahrenheit, over a period of time of about a day. This very complex technology was developed by General Electric (USA) for more than 50 years and became known in 1954.

В качестве исходного материала для выращивания единичного кристалла используются мелкозернистые порошки алмазов. Выращиваемый из них единичный кристалл обладает многократно более высокими прочностными свойствами и термостойкостью. Это связано с отсутствием в едином кристалле межкристаллических границ и цементирующего эти границы состава, постоянно присутствующих в природных и искусственных алмазах. Эти уникальные свойства кристаллов используются для изготовления алмазных резцов долот PDC. Оснащенные такими резцами долота PDC сегодня широко и успешно применяются в отечественном и зарубежном бурении глубоких скважин, в породах от самых мягких до твердых малоабразивных.Fine-grained diamond powders are used as the starting material for growing a single crystal. A single crystal grown from them has many times higher strength properties and heat resistance. This is due to the absence of intercrystalline boundaries in a single crystal and the composition cementing these boundaries, which are constantly present in natural and artificial diamonds. These unique properties of the crystals are used to make diamond cutters in PDC bits. Today, PDC bits equipped with such cutters are widely and successfully used in domestic and foreign drilling of deep wells, in rocks from the softest to hard, low-abrasive ones.

Указанная выше технология выращивания отдельных алмазных кристаллов обеспечивает получение относительно небольших по габаритам 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 воспринимают ударные нагрузки.The above technology for growing individual diamond crystals provides for the production of relatively small plates with diameters from 8 to 24 mm. and 1.5 - 2.5 mm thick. 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 substrate, 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 poorly absorb shock loads.

Поэтому к ним не применяется традиционный для шарошечных долот способ крепления в отверстия шарошек твердосплавных зубков запрессовкой с многотонным прессовым усилием. Закрепление резцов PDC в отверстиях лопастей обеспечивается пайкой со щадящим температурным нагревом (до 650 градусов Цельсия) припоем ПСР на серебряной основе.Therefore, the method of fastening carbide teeth into the cone holes, traditional for cone bits, by pressing with a multi-ton pressing force, is not applied to them. Fastening of the PDC cutters in the holes of the blades is ensured by soldering with gentle temperature heating (up to 650 degrees Celsius) with PSR solder on a silver base.

Известно долото PDC с алмазными резцами [1], принятое в качестве аналога в нашей заявке. Внедрение таких долот позволило до десяти раз увеличить среднюю проходку на долото по сравнению с традиционными шарошечными долотами, довести их применение в глубоком бурении до 70% его объема и получить очень большой экономический эффект. Однако, и у этих высокопроизводительных долот имеются свои слабые стороны. Это хрупкость и относительно малая стойкость алмазных пластин при встрече с пропластками твердых и крепких пород. Замена трения качения шарошек по забою на резание при разрушении породы привело к необходимости закупки нового, более мощного бурового оборудования для обеспечения многократно большего крутящего момента при бурении. Появилась опасность перегрева режущей кромки при многочасовой непрерывной работе долот PDC на забое.Known bit PDC with diamond cutters [1], adopted as an analogue in our application. The introduction of such bits made it possible to increase the average penetration per bit up to ten times compared to traditional cone bits, to bring their use in deep drilling to 70% of its volume and to obtain a very large economic effect. However, these high-performance bits also have their weaknesses. This is the fragility and relatively low resistance of diamond plates when they meet interlayers of hard and strong rocks. Replacing the rolling friction of cutters along the bottom with cutting during the destruction of the rock led to the need to purchase new, more powerful drilling equipment to provide many times more torque during drilling. There was a danger of overheating of the cutting edge during many hours of continuous operation of PDC bits at the bottom.

Известно долото PDC [2], в котором увязывается глубина резания долотом за один оборот с контролируемой осевой нагрузкой на долото, позволяющих снижать возникновение перегрева режущей кромки резцов. Это долото принято за второй аналог в нашей заявке. Широкого применения решения, предлагаемые в указанном патенте, в долотах PDC не получили, поскольку они были справедливы только для определенных по твердости образцов пород и не могли быть универсальными для множества различных по твердости пород, проходимых за один спуск долотами PDC.Known bit PDC [2], which links the depth of cut of the bit in one revolution with a controlled axial load on the bit, allowing to reduce the occurrence of overheating of the cutting edge of the cutters. 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 were valid only for rock samples determined by hardness and could not be universal for many rocks of different hardness that were passed by PDC bits in one run.

Известно еще одно долото PDC [3], принятое за следующий аналог в нашей заявке. В этом аналоге повышение показателей бурения обеспечивается за счет ремонтопригодности и вторичного использования отремонтированного долота после замены положения изношенной или затупившейся части режущей кромки резца PDC непосредственно в условиях буровой, при исключении неизбежного ранее вредного влияния на снижение стойкости трехкратного нагревания резцов PDC при ремонтной замене 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. После выколотки резца из гнезда, рабочая кромка разворачивается в нужное положение ее еще не работавшей части и резец снова фиксируется забивкой пары конических втулок.Another PDC bit [3] is known, taken as the next analogue in our application. In this analog, the increase in drilling performance is ensured due to the maintainability and reuse of the repaired bit after replacing the position of the worn or dull part of the cutting edge of the PDC cutter directly in drilling conditions, while eliminating the previously inevitable harmful effect on the decrease in the resistance of three-fold heating of the PDC cutters during the repair replacement of the position of their cutting edge. edges. In accordance with this patent, instead of soldering, the PDC cutters are fixed by mechanical fastening of the cutters 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 with a special punch by blows from the non-working end of the cutter. After the cutter is knocked out of the socket, the working edge is turned to the desired position of its not yet working part, and the cutter is again fixed by driving a pair of conical bushings.

Ремонтопригодность долот PDC, осуществляемая и с помощью пайки, и без нее, позволяет использовать неоднократно эти очень дорогие изделия, стоимость которых исчисляется миллионами рублей, резко увеличивая эффективность их применения в бурении.The maintainability of PDC bits, carried out both with and without soldering, allows you to repeatedly use these very expensive products, the cost of which is estimated at millions of rubles, dramatically increasing the efficiency of their use in drilling.

Но, прогресс в производстве бурового инструмента непрерывно идет вперед, появляются все новые и новые конструктивные решения, обеспечивающие еще более высокие достижения в области глубокого бурения.But, progress in the production of drilling tools is constantly moving forward, more and more new design solutions appear that provide even higher achievements in the field of deep drilling.

Одна из ведущих мировых компаний, выпускающая буровой инструмент в 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 которой сообщалось о создании вращающегося резца PDC в долотах этой фирмы ONYX 360. Число 360 в обозначении долота соответствует возможности непрерывного поворота режущей кромки резца PDC во время бурения вокруг его оси на 360 градусов [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 значительных преимуществах вращения резца во время работы, при котором нагружению подвергается не отдельный ограниченный участок, а вся целиком длина режущей кромки, вместо отдельного ее участка, работающего в случае жесткого закрепления резца. Применение образцов долот ONYX 360 обеспечило повышение средней проходки на 57%.One of the world's leading manufacturers of drilling tools in the United States, Smith Beats, part of the Schlumberger Corporation, published a promotional presentation for Russian drillers in Russian, one of the sections of which is entitled "The new revolution in the durability of PDC cutters", in 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 continuous rotation of the cutting edge of the PDC cutter during drilling around its axis by 360 degrees [4]. This presentation contains little or no specific design features that allow circular rotation of the PDC cutter while drilling, but it does present a computer model of the contact loading of the rock under the cutting edge of the PDC cutter and mentions the significant benefits of rotating the cutter during operation, in which more than one individual is subjected to loading. a limited section, but the entire length of the cutting edge, instead of its separate section, which works in the case of a rigid fixing of the cutter. The use of samples of ONYX 360 bits provided an increase in average penetration by 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.

Целью настоящего изобретения является повышение стойкости резцов, надежности и показателей работы долот PDC, а также упрощение технологии их изготовления.The purpose of the present invention is to increase the durability of the cutters, the reliability and performance of PDC bits, as well as to simplify the technology of their manufacture.

Эта цель достигается тем, что предлагаемое долото 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 подложек резцов, на одинаковом расстоянии от дна отверстия и от торца резца, выполнена совместная кольцевая полость, имеющая в сечении криволинейную или прямолинейную форму, например овальную, в которую установлено стопорное эластичное кольцо с поперечным сечением, соответствующим поперечному сечению совместной кольцевой полости. При этом масса части кольца, заключенная в кольцевых полостях на стенках отверстий под резцы более массы части кольца, заключенной в кольцевых полостях на стенках подложек для резцов, а плоскости пластин резцов PDC, касающиеся забоя режущими кромками, для обеспечения принудительного их вращения при бурении могут быть наклонены относительно плоскости, проходящей через центр пластины и ось долота под острым углом, с возможностью гарантированного образования момента вращения резцов относительно их осей и резания породы на забое последовательно всей длиной режущей кромки.This goal is achieved by the fact that the proposed bit 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 substrates of the cutters, at the same distance from the bottom of the hole and from the end of the cutter, a joint annular cavity is made, which has a curvilinear or rectilinear shape in cross section, for example, oval, in which a locking elastic ring with a cross section corresponding to the cross section is installed joint annular cavity. At the same time, the mass of the part of the ring enclosed in the annular cavities on the walls of the holes for the cutters is more than the mass of the part of the ring enclosed in the annular cavities on the walls of the substrates for the cutters, and the planes of the PDC cutter plates relating to the bottom by the cutting edges, to ensure their forced rotation during drilling, can be inclined relative to the plane passing through the center of the plate and the axis of the bit at an acute angle, with the possibility of guaranteed formation of the moment of rotation of the cutters relative to their axes and cutting the rock at the bottomhole consistently with the entire length of the cutting edge.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ.LIST OF DRAWINGS.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг. 1 изображает общий вид долота PDC, фиг. 2 вид долота снизу с сечением А - А корпуса с одним из резцов со стопорным устройством, фиг. 3 - увеличенный узел по продольному сечению А - А и место поперечного сечения резца Б - Б по стопорному кольцу, фиг. 4 - схема расположения и монтажа стопорного устройства, фиг. 5 - сечение Б - Б по стопорному эластичному кольцу и совместной кольцевой полости.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 with one of the cutters with a locking device, FIG. 3 - an enlarged node along the longitudinal section A - A and the place of the cross section of the cutter B - B along the retaining ring, Fig. 4 is a diagram of the location and installation of the locking device, FIG. 5 - section B - B along the retaining elastic ring and the joint annular cavity.

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, а также позициями обозначены: 8 - промывочные узлы, 9 - диаметральные поверхности долота, а также направление сечения А - А, проходящего через плоскость симметрии совместной кольцевой полости для одного из резцов PDC.In FIG. 2 the elements shown in FIG. 1, as well as the following positions are indicated: 8 - flushing units, 9 - diametrical surfaces of the bit, as well as the direction of the section A - A passing through the symmetry plane of the joint annular cavity for one of the PDC cutters.

На фиг. 3 теми же позициями обозначены элементы, показанные на фиг. 1 и фиг. 2, а также позициями обозначены: 10 - стопорное эластичное кольцо, 11 - кольцевой полупаз на стенке отверстия 13 под установку резца PDC, 12 - кольцевой полупаз на стенке твердосплавной подложки резца 2; 13 - стенка отверстия под установку резца 2 в лопасти 4; 14 - дно отверстия под установку резца 2. Буквой «а» обозначено одинаковое расстояние от дна отверстия и от торца резца до совместной кольцевой полости.In FIG. 3 the elements shown in FIG. 1 and FIG. 2, as well as the following positions are indicated: 10 - retaining elastic ring, 11 - annular half-groove on the wall of the hole 13 for installing the PDC cutter, 12 - annular half-groove on the wall of the carbide substrate of the cutter 2; 13 - wall of the hole for the installation of the cutter 2 in the blade 4; 14 - the bottom of the hole for the installation of the cutter 2. The letter "a" denotes the same distance from the bottom of the hole and from the end of the cutter to the joint annular cavity.

На фиг. 4 теми же позициями обозначены элементы, показанные на предыдущих фигурах 1 - 3, а также обозначено расстояние «а».In FIG. 4, the same positions indicate the elements shown in the previous figures 1 - 3, and the distance "a" is also indicated.

На фиг. 5, на которой представлено сечение Б - Б, теми же позициями обозначены элементы показанные на предыдущих фигурах 1 - 4, а также буквами обозначены Д1 - максимальный диаметр полупаза 11 в стенке отверстия и Д2 - минимальный диаметр полупаза 12 в стенке подложки резца.In FIG. 5, which shows the section B - B, the same positions indicate the elements shown in the previous figures 1 - 4, as well as the letters D1 - the maximum diameter of the half-groove 11 in the wall of the hole and D2 - the minimum diameter of the half-groove 12 in the wall of the cutter substrate.

Для исключения препятствий постоянному вращению резца PDC во время бурения и уменьшения трения при контакте элементов стопорного узла друг с другом, необходимо выполнить следующие условия. В качестве материала для изготовления необходимо применять эластичный и достаточно стойкий материал, например специальные сорта резин, позволяющих обеспечить сборку стопорного узла и его длительную работу на истирание. Для повышение износостойкости эластичный стопор может обрабатываться любыми известными антифрикционными покрытиями, например содержащими дисульфидмолибден. Для обеспечения гарантированного принудительного вращения резцов вокруг их осей во время бурения, режущие плоскости пластин резцов PDC, касающихся забоя, могут наклоняться относительно плоскости, проходящей через центр пластины и ось долота под острым углом, в рекомендуемых пределах, например от 5 до 15 градусов по часовой стрелке или против нее. Силы трения, возникающие при проскальзывании кромок резцов по забою гарантированно обеспечивают образование необходимого момента вращения резцов относительно их осей и резания породы на забое, последовательно всей длиной режущей кромки алмазной пластины.To eliminate obstacles to the constant rotation of the PDC cutter during drilling and reduce friction when the elements of the lock assembly come into contact with each other, the following conditions must be met. As a material for manufacturing, it is necessary to use an elastic and sufficiently resistant material, for example, special grades of rubber, which make it possible to assemble the locking assembly and its long-term abrasion resistance. To increase wear resistance, the elastic stop can be treated with any known anti-friction coatings, for example, those containing molybdenum disulfide. To ensure guaranteed forced rotation of the cutters around their axes during drilling, the cutting planes of the PDC cutter inserts that touch the bottom can be tilted relative to the plane passing through the center of the insert and the bit axis at an acute angle, within the recommended limits, for example, from 5 to 15 degrees clockwise arrow or against it. The friction forces arising from the slipping of the cutter edges along the bottomhole guarantee the formation of the necessary moment of cutter rotation relative to their axes and rock cutting at the bottomhole, consistently throughout the entire length of the cutting edge of the diamond plate.

Установка кольцевого стопорного эластичного кольца 10 в совместную кольцевую полость, образованную полупазами 11 и 12, осуществляется следующим образом. В качестве исходного материала, как уже упоминалось выше, для изготовления стопорного эластичного кольца выбирается резина, например демпферного типа. В зависимости от габаритов резца, для которого проектируется и изготавливается спеканием стопорное кольцо, назначаются его размеры, а также необходимые размеры для выполнения полупазов 11 и 12.Installation of an annular retaining elastic ring 10 in a joint annular cavity formed by half-grooves 11 and 12 is carried out as follows. As a starting material, as mentioned above, for the manufacture of a retaining elastic ring, rubber is selected, for example, a damper type. Depending on the dimensions of the cutter, for which the retaining ring is designed and manufactured by sintering, its dimensions are assigned, as well as the required dimensions for making half-grooves 11 and 12.

Готовое стопорное эластичное кольцо помещается в полупаз 11. Затем резец 2 с заходной фаской, покрытой антифрикционной смазкой, выполненной в виде острого угла и со входным диаметром несколько меньшим внутреннего диаметра частично выступающего в полость отверстия под резец стопорного эластичного кольца, вставляется с усилием во внутрь отверстия под установку, как показано на фиг. 4. Поскольку масса стопорного эластичного кольца, выступающая внутрь отверстия под установку резца значительно меньше его общей эластичной массы, заключенной за пределами стенки отверстия, а значит обладающей большим запасом эластичности, поверхность фаски тела резца при его установке постепенно сдавливает выступающую часть эластичного стопорного кольца и временно задвигает ее за пределы стенки отверстия. Как только полупаз 12 на стенке подложки сравняется с полупазом 11 на стенке отверстия под резец, его полость за счет эластичных свойств материала кольца заполняется эластичным материалом, который становится замковым препятствием резца от его осевого перемещения, но не может препятствовать его вращению.The finished retaining elastic ring is placed in the half-groove 11. Then the cutter 2 with a lead-in chamfer coated with anti-friction lubricant, made in the form of an acute angle and with an inlet diameter slightly smaller than the inner diameter of the hole partially protruding into the cavity for the cutter of the retaining elastic ring, is inserted with force into the hole for installation, as shown in Fig. 4. Since the mass of the retaining elastic ring protruding into the hole for installing the cutter is much less than its total elastic mass enclosed outside the wall of the hole, and therefore has a large margin of elasticity, the surface of the chamfer of the cutter body when it is installed gradually squeezes the protruding part of the elastic lock ring and temporarily pushes it outside the wall of the hole. As soon as the half-groove 12 on the substrate wall is equal to the half-groove 11 on the wall of the hole for the cutter, its cavity is filled with an elastic material due to the elastic properties of the ring material, which becomes a locking obstacle for the cutter from its axial movement, but cannot prevent its rotation.

При бурении вся осевая нагрузка на каждый породоразрушающий резец воспринимается от торца резца дном отверстия в лопасти. Это значит, что на резец действуют исключительно силы задвигающие его вглубь отверстия и практически отсутствуют усилия, вырывающие его из гнезда, кроме силы его собственного веса, возникающей только при подъеме долота над забоем. Поэтому долговечность работы замкового устройства прямо зависит только от стойкости материала эластичного стопорного кольца на истирание и может исчисляться многими десятками часов.When drilling, the entire axial load on each rock cutting cutter is taken from the end of the cutter by the bottom of the hole in the blade. This means that only the forces that push it deep into the hole act on the cutter, and there are practically no forces pulling it out of the nest, except for the force of its own weight, which occurs only when the bit is raised above the bottom. Therefore, the durability of the locking device directly depends only on the resistance of the material of the elastic retaining ring to abrasion and can be calculated in many tens of hours.

Предлагаемое изобретение позволяет значительно повысить показатели работы алмазных долот PDC и упростить технологию их изготовления.The present invention makes it possible to significantly improve the performance of PDC diamond bits and simplify their manufacturing technology.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.SOURCES OF INFORMATION.

1. «Алмазное долото», «Линия FD». Каталог буровых долот ОАО «Волгабурмаш», 2003. С 34-3.1. "Diamond Chisel", "FD Line". Catalog of drill bits of JSC "Volgaburmash", 2003. С 34-3.

2. «Буровое долото с контролируемыми глубиной резания и нагрузкой», патент США №6298930, кл. Е21В 10/46. 2001.2. "Drill bit with controlled depth of cut and load", US patent No. 6298930, class. E21B 10/46. 2001.

3. Богомолов P.M., Гринев A.M., Крылов С.М. и др. «Алмазное долото с механическим креплением резцов», патент РФ №2536901 кл. Е21В 10/573, F21C 35/197.2014.3. Bogomolov R.M., Grinev A.M., Krylov S.M. etc. "Diamond chisel with mechanical fastening of cutters", patent of the Russian Federation No. 2536901 class. E21B 10/573, F21C 35/197.2014.

4. Создание и применение в различных районах бурения вращающихся резцов. «Новая революция в долговечности резцов PDC», Компания «Смит Битс» (США), корпорации «Шлюмберже», 2013 г.4. Creation and application in various areas of drilling of rotating cutters. "The New Revolution in PDC Cutter Durability", Smith Beats (USA), Schlumberger Corporation, 2013.

Claims (1)

Буровое долото PDC с вращающимися резцами, включающее 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, отличающееся тем, что на стенках отверстий под резцы и на стенках твердосплавных подложек резцов, на одинаковом расстоянии от дна отверстия и от торца резца выполнена совместная кольцевая полость, в которую установлено стопорное эластичное кольцо, совместная кольцевая полость имеет в сечении овальную форму, при этом совместная кольцевая полость образована полупазом в виде кольцевой полости на стенке отверстия под резец и полупазом в виде кольцевой полости на стенке твердосплавной подложки резца, на торце резца выполнена фаска с возможностью сдавливания выступающей из кольцевой полости на стенке отверстия под резец части эластичного стопорного кольца при установке резца, стопорное эластичное кольцо выполнено из резины и имеет поперечное сечение, соответствующее поперечному сечению всей совместной полости, при этом масса части кольца, заключенная в кольцевой полости на стенке отверстия под резец, больше массы части кольца, заключенной в кольцевой полости на стенке твердосплавной подложки резца, при этом режущие плоскости пластин резцов наклонены относительно плоскости, проходящей через центр пластины и ось долота, под острым углом с возможностью гарантированного образования момента вращения резцов относительно их осей и резания породы на забое последовательно всей длиной режущей кромки.PDC drill bit with rotating cutters, including 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 rotating diamond cutters placed in them, characterized in that on 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 end of the cutter, a joint annular cavity is made, in which a locking elastic ring is installed, the joint annular cavity has an oval shape in cross section, while the joint annular cavity is formed by a half-groove in in the form of an annular cavity on the wall of the hole for the cutter and a half-groove in the form of an annular cavity on the wall of the carbide substrate of the cutter, a chamfer is made on the end of the cutter with the possibility of squeezing the part of the elastic locking ring protruding from the annular cavity on the wall of the hole for the cutter when installing the cutter, stopper The second elastic ring is made of rubber and has a cross section corresponding to the cross section of the entire joint cavity, while the mass of the part of the ring enclosed in the annular cavity on the wall of the hole for the cutter is greater than the mass of the part of the ring enclosed in the annular cavity on the wall of the carbide substrate of the cutter, with In this case, the cutting planes of the cutter plates are inclined relative to the plane passing through the center of the plate and the axis of the bit, at an acute angle with the possibility of guaranteed formation of the moment of rotation of the cutters relative to their axes and cutting the rock at the bottomhole consistently with the entire length of the cutting edge.
RU2021117619A 2021-06-16 Pdc drill bit with rotating cutters RU2773749C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773749C1 true RU2773749C1 (en) 2022-06-10

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2827238C1 (en) * 2024-01-24 2024-09-23 Алексей Владимирович Козлов Drill bit cutter

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1033691A2 (en) * 1982-04-15 1983-08-07 Предприятие П/Я М-5703 Rock-breaking member
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
US20180258708A1 (en) * 2012-08-21 2018-09-13 Smith International, Inc. Drill bit rolling element with retaining ring
US20190032413A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Rotatable cutting elements including rolling-element bearings and related earth-boring tools and methods
US20190032408A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Moveable cutters and devices including one or more seals for use on earth-boring tools in subterranean boreholes and related methods
US20200181986A1 (en) * 2017-07-28 2020-06-11 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Rotatable cutters and elements for use on earth-boring tools in subterranean boreholes, earth-boring tools including same, and related methods

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1033691A2 (en) * 1982-04-15 1983-08-07 Предприятие П/Я М-5703 Rock-breaking member
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
US20180258708A1 (en) * 2012-08-21 2018-09-13 Smith International, Inc. Drill bit rolling element with retaining ring
US20190032413A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Rotatable cutting elements including rolling-element bearings and related earth-boring tools and methods
US20190032408A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Moveable cutters and devices including one or more seals for use on earth-boring tools in subterranean boreholes and related methods
US20200181986A1 (en) * 2017-07-28 2020-06-11 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Rotatable cutters and elements for use on earth-boring tools in subterranean boreholes, earth-boring tools including same, and related methods

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2827238C1 (en) * 2024-01-24 2024-09-23 Алексей Владимирович Козлов Drill bit cutter
RU230405U1 (en) * 2024-09-24 2024-12-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") PDC bit
RU231178U1 (en) * 2024-09-24 2025-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") PDC bit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104662252B (en) Scroll-diced device with closure retaining ring
US5836409A (en) Monolithic self sharpening rotary drill bit having tungsten carbide rods cast in steel alloys
EP2358969B1 (en) Hybrid drill bit with high pilot-to journal diameter ratio
US4081203A (en) Drill string stabilizer
US3110084A (en) Piloted milling tool
BR112014011743B1 (en) drill bit for land drilling, method using it and drill bit for drilling a well hole in terrain formations
EA032667B1 (en) Downhole rock cutting tool
NO330003B1 (en) Hollow opener with fixed blade and fixed cutter
US2999541A (en) Milling tool
US10724304B2 (en) Cutting element assemblies and downhole tools comprising rotatable and removable cutting elements and related methods
US10538970B2 (en) Method for drilling out a plug using a hybrid rotary cone drill bit
US20100089648A1 (en) Fixed Bladed Bit that Shifts Weight between an Indenter and Cutting Elements
US20160237752A1 (en) Subsurface drilling tool
US10100581B1 (en) Rotary drill bit
WO2021158218A1 (en) Cutting element with improved mechanical efficiency
WO1985002223A1 (en) Hybrid rock bit
US9428965B2 (en) Subsurface drilling tool
CN112714819B (en) Earth-boring tool having selectively tailored gage regions for reducing bit walk and drilling method utilizing same
RU2773749C1 (en) Pdc drill bit with rotating cutters
RU2766858C1 (en) Pdc drill bit with rotating cutters
WO2021158215A1 (en) Cutter geometry utilizing spherical cutouts
US20200003014A1 (en) Fixed cutter completions bit
RU2766075C1 (en) Pdc drill bit with locking collet
RU2768306C1 (en) Pdc drill bit with dampers for rotary cutters
CN204754786U (en) Fraising instrument