Ступенчатый лопастной pdc-инструмент

Авторы патента:

Синев Станислав Васильевич (RU)

E21B10/43 - Буровые долота (для изменения направления буровой скважины E21B 7/08; буровые долота с клапанами E21B 27/00)

Владельцы патента RU 2541994:

Синев Станислав Васильевич (RU)

Изобретение относится к породоразрушающему PDC-инструменту, применяемому в бурении скважин, а именно к бурголовкам, расширителям, стабилизаторам и долотам. Ступенчатый лопастной PDC-инструмент включает корпус с лопастями, вооруженными резцами PDC. С целью увеличения показателей работы инструмента путем использования наиболее эффективного способа разрушения разбуриваемых горных пород сколом и на разрыв за счет формирования открытой ступенчатой поверхности со ступеньками, полностью разрушаемыми в процессе их образования с минимальными энергетическими затратами, вооружение размещено на лопастях таким образом, что при работе инструмента на забое скважины формируется последовательная ступенчатая поверхность, начиная от оси инструмента к периферии со ступеньками шириной a=(0,2÷0,4)D+0,5d и высотой b=(0,4÷0,6)D, где D - диаметр долота, d - диаметр резцов PDC. Технический результат заключается в увеличении показателей работы инструмента. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режущего типа, применяемому в бурении скважин, а именно к PDC-инструменту: бурголовкам, расширителям, стабилизаторам и долотам.

Известен буровой инструмент, в частности, так называемые импрегнированные долота режущего и истирающе-режущего типа, например ИСМ (Институт сверхтвердых материалов АН УССР), включающие корпус и лопасти со вставками из сверхтвердого материала со сферической рабочей поверхностью, направленными, как правило, на забой, выполняющими функцию вооружения бурового инструмента в разрушении горных пород [1] (аналог). В известном инструменте при его работе разрушение разбуриваемых горных пород осуществляется резанием и истиранием, при этом истирается и вооружение долота, а из-за большой площади контакта с забоем для эффективной работы инструмент требует повышенной нагрузки и крутящего момента.

Указанные недостатки устранены в алмазных долотах, где применено более износостойкое вооружение в виде резцов типа PDC (Polycrystalline Diamond Compact), направленных по касательной в отношении забоя, причем рабочая поверхность инструмента, на которой размещено это вооружение, выполнена в форме тора [2] (прототип).

В известном инструменте резцами, размещенными на поверхности инструмента в форме тора, лишь частично применяется способ разрушения разбуриваемых горных пород на разрыв, скол, наиболее эффективный в сравнении с иными, например разрушением сжатием и даже сдвигом.

Целью изобретения является увеличение показателей работы инструмента путем использования наиболее эффективного способа разрушения разбуриваемых горных пород сколом и на разрыв за счет формирования открытой ступенчатой поверхности со ступеньками, полностью разрушаемыми в процессе их образования с минимальными энергетическими затратами.

Указанная цель достигается тем, что в известном лопастном многоступенчатом буровом инструменте вооружение размещено на лопастях таким образом, что при работе инструмента на забое скважины формируется последовательная ступенчатая поверхность, начиная от оси инструмента (долота) к периферии со ступеньками шириной а=(0,2÷0,4)D+0,5d и высотой b=(0,4÷0,6)D, где D - диаметр долота, d - диаметр резцов PDC.

Эффективное ступенчатое разрушение горной породы соблюдается и в горизонтальной плоскости, для чего каждый последующий резец PDC при дублировании на одной лопасти, начиная от оси долота к периферии, размещается от впереди идущего на расстоянии (0,4÷0,6)D.

Ступенчатая поверхность в 1/3 от оси долота к периферии может быть обращена внутрь долота для улучшения промывки забоя с обязательным дублированием резцов PDC в области перегиба этой поверхности, как работающих в наиболее напряженных условиях.

На фиг.1 изображен фронтальный вид заявленного ступенчатого лопастного PDC-инструмента в диаметре D: 1 - резцы PDC; 2 - лопасти долота; 3 - прилив на лопасти долота; 4 - корпус инструмента (долота).

На фиг.2 показан вид сверху заявленного ступенчатого лопастного PDC-инструмента: 1 - резцы PDC; 2 - лопасти долота; 3 - прилив на лопасти долота; 4 - корпус инструмента (долота).

На фиг.3 представлен фрагмент лопасти долота: 1 - резцы PDC; 2 - лопасти долота; 3 - прилив на лопасти долота с размерами размещения на ступенчатой поверхности резцов PDC диаметра d, шириной а и высотой b.

На фиг.4 изображен профиль скважины с размещенным в ней долотом диаметром D и размещенным в этом профиле вооружением в виде резцов PDC диаметром d, а также формируемым забоем: 1 - резцы PDC; 4 - корпус инструмента (долота); 5 - стенка скважины; 6 - забой скважины. Ширина закладываемой в конструкцию PDC-инструмента ступеньки а, b - высота ее.

На фиг.5 показан профиль скважины со ступенчатой поверхностью в 1/3 от оси долота к периферии, обращенной внутрь долота для улучшения промывки забоя, с теми же обозначениями, что и на фиг.4.

На фиг.6 фотография натурного долота ДАБ 152,4 МС, выполненного в соответствии заявленному изобретению.

Как видно из фиг.1, фиг.2 и фиг.3, долото 4 содержит лопасти 2 с приливами 3, в которых монтируются PDC-резцы 1. Размещаются приливы 3 с PDC-резцами 1 на лопастях 2 и корпусе долота таким образом, что на забое формируются ступеньки шириной a=(0,2÷0,4)D+0,5d и высотой b=(0,4÷0,6)D, где D - диаметр долота, d - диаметр резцов PDC.

Эти ступеньки шириной a и высотой b, образованные долотом 4 на фиг.4 в скважине со стенками 5, разрушаются при незначительной нагрузке на долото в процессе их формирования с образованием бесступенчатого забоя 6. Так же формируется и забой 6 на фиг.5.

Таким образом, для увеличения показателей работы инструмента путем использования наиболее эффективного способа разрушения разбуриваемых горных пород сколом и на разрыв за счет формирования открытой ступенчатой поверхности со ступеньками, полностью разрушаемыми в процессе их образования с минимальными энергетическими затратами: вооружение размещено на лопастях так, что при работе инструмента на забое скважины формируется последовательная ступенчатая поверхность, начиная от оси инструмента (долота) к периферии со ступеньками шириной a=(0,2÷0,4)D+0,5d и высотой b=(0,4÷0,6)D, где D - диаметр долота, d - диаметр резцов PDC; каждый последующий резец PDC при дублировании на одной лопасти, начиная от оси долота к периферии, размещается от впереди идущего на расстоянии (0,4÷0,6)D; ступенчатая поверхность в 1/3 от оси долота к периферии может быть обращена внутрь долота для улучшения промывки забоя с обязательным дублированием резцов PDC в области перегиба этой поверхности, как работающих в наиболее напряженных условиях.

Разрушение ступеньки указанных размеров по энергозатратам в два раза ниже, чем разрушение плоского забоя. На единицу затраченной энергии при таком разрушении приходится значительно больший объем разрушенной породы, что установлено автором аналитически и экспериментально.

Большей глубине скважины соответствует большая величина коэффициента при D, для неглубоких скважин требуются меньшие соотношения.

Ступенчатым лопастным PDC-инструментом может быть бурголовка, расширитель, стабилизатор, долото.

Многоступенчатые долота на фиг.6 показывают увеличение скорости бурения на 300%.

Источники информации

1. Масленников И.К. Буровой инструмент. Справочник. - М.: Недра, 1989. - 430 с. (См. стр.205-206).

2. Каталог Буровые долота. Калибраторы. Центраторы. - Самара: ОАО «Волгабурмаш», 2009, 52 с. (См. стр.37-44).

1. Ступенчатый лопастной PDC-инструмент, включающий корпус с лопастями, вооруженными резцами PDC, отличающийся тем, что с целью увеличения показателей работы инструмента путем использования наиболее эффективного способа разрушения разбуриваемых горных пород сколом и на разрыв за счет формирования открытой ступенчатой поверхности со ступеньками, полностью разрушаемыми в процессе их образования с минимальными энергетическими затратами, вооружение размещено на лопастях таким образом, что при работе инструмента на забое скважины формируется последовательная ступенчатая поверхность, начиная от оси инструмента (долота) к периферии со ступеньками шириной a=(0,2÷0,4)D+0,5d и высотой b=(0,4÷0,6)D, где D - диаметр долота, d - диаметр резцов PDC.

2. PDC-инструмент по п.1, отличающийся тем, что каждый последующий резец PDC при дублировании на одной лопасти, начиная от оси долота к периферии, размещается от впереди идущего на расстоянии (0,4÷0,6)D.

3. PDC-инструмент по п.1, отличающийся тем, что ступенчатая поверхность в 1/3 от оси долота к периферии может быть обращена внутрь долота для улучшения промывки забоя с обязательным дублированием резцов PDC в области перегиба этой поверхности, как работающих в наиболее напряженных условиях.

Группа изобретений относится к резцам, скважинным инструментам, применяемым в подземном бурении, и способам формирования паза резца. Технический результат заключается в точной ориентации резцов в пазах скважинных инструментов.

Алмазное долото с механическим креплением резцов // 2536901

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при изготовлении алмазных долот со стальным корпусом. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности долота, в упрощении его ремонта.

Вставка для разрушающего инструмента, способ ее изготовления и использующий ее инструмент // 2532932

Группа изобретений относится к вставкам для разрушающего инструмента, способам изготовления и использования таких вставок. Обеспечивает минимальную толщину сверхтвердого материала с достижением высокого ударного сопротивления.

Гибридное буровое долото с большим боковым передним углом наклона вспомогательных дублирующих резцов // 2531720

Группа изобретений относится к гибридным буровым долотам. Обеспечивает улучшенные характеристики бурения.

Упрочненные алмазами режущие элементы, снабженный ими буровой инструмент и способ их изготовления // 2530105

Группа изобретений относится к режущим элементам для использования в бурении подземных пород, к буровым инструментам с такими режущими элементами и к способам изготовления таких режущих элементов.

Фрезерная насадка для резца со вставками из поликристаллического алмазного композита // 2528349

Группа изобретений относится к устройствам и способам для фрезерования и бурения породы. Обеспечивает защиту поверхности резцов, эффективное и быстрое фрезерование, отсоединение фрезерных насадок от резцов.

Способ и устройство для оценки состояния бурового долота // 2524237

Группа изобретений относится к буровым долотам и к способам оценки их состояния. Буровое долото включает корпус с по меньшей мере одной калибрующей накладкой; группу акселерометров, включающих радиальный и тангенциальный акселерометры для определения радиального и тангенциального ускорений долота; и модуль анализа данных, включающий процессор, запоминающее устройство и порт связи и выполненный с возможностью: осуществления выборки информации об ускорении от акселерометров за время анализа; внесения информации об ускорении в запоминающее устройство для получения временного хода ускорения; анализа временного хода ускорения для определения расстояния, пройденного по меньшей мере одной калибрующей накладкой; анализа временного хода ускорения для определения по меньшей мере одного периода резания накладки и по меньшей мере одного периода скольжения накладки; и оценки износа калибрующей накладки на основании анализа пройденного расстояния, по меньшей мере одного периода резания накладки и по меньшей мере одного периода скольжения накладки.

Резец и способ его изготовления // 2522246

Изобретение относится к изготовлению резцов из цементированного карбида со сверхтвердыми наконечниками, в частности, для разрушения твердых и абразивных материалов.

Заполненный резец из поликристаллического алмаза с высокой теплопроводностью // 2521681

Группа изобретений относится к резцам со вставкой из поликристаллического алмазного композита (PDC-резцам) и к способам изготовления PDC-резца. Технический результат заключается в увеличении срока службы PDC-резцов, улучшении их термических свойств.

Мультипозиционное буровое pdc-долото и способ размещения pdc-резцов на лопатках долота // 2520740

Группа изобретений относится к PDC-долотам для бурения скважин и способам размещения PDC-резцов на лопатках долота. Технический результат заключается в обеспечении балансируемого PDC-долота, повышении скорости бурения, износостойкости и устойчивости в работе долота.

Компенсационные канавки для нейтрализации расширения во время пропитки // 2543001

Группа изобретений относится к устройствам формования литьем скважинного снаряда, калибровочным кольцам и способам изготовления калибровочного кольца для применения в устройстве. Технический результат заключается в устранении или снижении ослабляющего растрескивания отливки, в эффективном изготовлении отливки. Калибровочное кольцо включает в себя форму под диаметр буровой коронки и один или более вытесняемых объемов каналов для выноса бурового шлама, продолжающихся внутри по внутренней поверхности формы под диаметр буровой коронки. Вытесняемый объем канала для выноса бурового шлама включает в себя первый конец, второй конец и лицевую поверхность, продолжающуюся от первого конца до второго конца. На внутренней поверхности калибровочного кольца выполнена, по меньшей мере, одна канавка, которая ослабляет возникающие в отливке во время процесса литья напряжения. Согласно некоторым вариантам осуществления, по меньшей мере, одна канавка выполнена на лицевой поверхности вытесняемого объема канала для выноса бурового шлама. Дополнительно в одну или более канавок введен нейтрализующий давление материал. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 4 ил.

Промывочный узел бурового долота // 2543829

Изобретение относится к промывочному узлу породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом и установленную в гнезде насадку с уплотнительным элементом, закрепленную посредством фиксатора. Фиксатор выполнен в виде нескольких ступенчатых стержней с цанговой рабочей головкой, ступень большего диаметра которых расположена со стороны выходного торца насадки, при этом насадка выполнена со сквозными осевыми каналами ответной формы, соосно которым в корпусе со стороны дна гнезда выполнена кольцевая расточка для размещения цанговых головок стержней, хвостовики которых в рабочем положении установлены с возможностью взаимодействия с уступом между ступенями каналов насадки или с выходным торцом насадки. В кольцевых расточках под большими основаниями цанговых головок установлены упругие элементы для удержания фиксаторов в крайнем верхнем положении. 1 ил.

Pdc-буровой инструмент // 2545201

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режущего типа, применяемому в бурении скважин, а именно, к PDC-инструменту: бурголовкам или долотам. Технический результат заключается в увеличении показателей эффективности работы инструмента путем снятия напряженного состояния от бокового воздействия горного давления в большей части забоя скважины за счет переноса его под периферийные резцы. Инструмент включает корпус, вооруженный резцами PDC, при этом рабочая поверхность, на которой размещены резцы, выполнена в виде обратной конической поверхности с соотношением радиуса основания конуса к его высоте, равным 2/3. Резцы на внутренней обратной конической поверхности необязательно дублируются в полном объеме. Резцы, калибрующие стенку скважины, размещены ступенчато по ходу вращения инструмента. 6 ил.

Лопастное долото (варианты) // 2549653

Группа изобретений относится к долотам режущескалывающего действия, корпуса которых изготовлены как из стального материала, так и из матричного материала, пассивная калибрующая часть которых наплавлена твердосплавным покрытием и усилена алмазными поликристаллическими резцами PDC. Лопастное долото по первому варианту включает корпус с присоединительной резьбой, центральным каналом и выходными отверстиями для промывочной жидкости, лопастями с пассивной калибрующей частью, поверхность которой защищена твердосплавным слоем и усилена алмазными резцами PDC, алмазные резцы PDC выполнены со скошенной задней кромкой, при этом величина заднего скоса составляет 20% от диаметра самого алмазного резца PDC под углом 25-60˚. Лопастное долото по второму варианту включает корпус с присоединительной резьбой, центральным каналом и выходными отверстиями для промывочной жидкости, лопастями с пассивной калибрующей частью, поверхность которой защищена твердосплавным слоем и усилена алмазными резцами PDC, алмазные резцы PDC выполнены сферической формы. Использование предлагаемой группы изобретений позволит повысить ударостойкость вооружения пассивной калибрующей части и тем самым увеличить сохранность диаметра долота, предотвращающего отклонения от заданного параметра диаметра буримой скважины. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Шарошечное долото для бурения твердых пород, имеющее механическое уплотнение с отличными тепловыми характеристиками // 2556579

Группа изобретений относится к буровому инструменту и к устройству для уплотнения подшипников в буровом инструменте. Технический результат заключается в увеличении срока службы уплотнения и снижении рабочей температуры уплотнения. Буровой инструмент содержит тело долота, по меньшей мере один вал подшипников, проходящий из тела долота, и коническую шарошку, установленную для вращения на валу подшипников. Между валом подшипников и конической шарошкой в сальнике расположено механическое уплотнение. Механическое уплотнение содержит жесткое кольцо уплотнения, имеющее поверхность динамического уплотнения с конической шарошкой и другую не уплотняемую поверхность, открытую в сторону отверстия в сальнике. Кроме того, механическое уплотнение содержит по меньшей мере один охлаждающий канал, выполненный в другой не уплотняемой поверхности жесткого кольца уплотнения, причем охлаждающий канал имеет открытый конец в сообщении по текучей среде с отверстием в сальнике. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 11 ил.

Лопастное долото // 2559261

Изобретение относится к долотам режуще-скалывающего действия, корпуса которых изготовлены как из стального материала, так и из матричного материала, пассивная калибрующая часть которых наплавлена твердосплавным покрытием и усилена алмазными поликристаллическими резцами PDC. Технический результат заключается в повышении ударостойкости вооружения пассивной калибрующей части долота. Лопастное долото включает корпус с присоединительной резьбой, центральным каналом и выходными отверстиями для промывочной жидкости, лопастями с пассивной калибрующей частью, поверхность которой защищена твердосплавным слоем и усилена алмазными резцами PDC. Алмазные PDC резцы установлены таким образом, что в плоскости, перпендикулярной оси долота, ось алмазного резца PDC наклонена под углом в пределах от 3 до 5 градусов к плоскости, проходящей через ось долота и центр данного резца, в сторону, противоположную вращению долота, причем выступающая передняя кромка алмазного резца PDC размещена на номинальном диаметре долота. 4 ил.

Система и способ моделирования взаимодействия расширителя и долота // 2564423

Группа изобретений относится к способу и системе моделирования режущих структур расширителя и/или долота. Технический результат заключается в вычислении характеристической кривой режущей структуры и обеспечении эффективного выбора режущей структуры. Согласно способу моделирования режущих структур принимают данные производительности, относящиеся к режущей структуре, вычисляют с использованием данных производительности характеристическую кривую, относящуюся к режущей структуре, причем характеристическая кривая строится либо на основе веса, либо на основе крутящего момента, и сохраняют характеристическую кривую, при этом режущая структура связана с буровым долотом компоновки низа бурильной колонны (КНБК) и КНБК дополнительно содержит расширитель, причем вычисляют множество положений нейтральных точек между буровым долотом и расширителем с учетом плавучести и наклона КНБК. Система моделирования режущих структур содержит интерфейс для приема данных производительности, относящихся к режущей структуре, процессор для вычисления с использованием данных производительности характеристической кривой, относящейся к режущей структуре, причем характеристическая кривая строится либо на основе веса, либо на основе крутящего момента, и память для сохранения характеристической кривой, при этом режущая структура связана с буровым долотом КНБК и КНБК дополнительно содержит расширитель, причем процессор дополнительно способен вычислять множество положений нейтральных точек между буровым долотом и расширителем с учетом плавучести и наклона КНБК. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 30 ил.

Буровое долото и способ крепления его вставок // 2566151

Группа изобретений относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления долота и способа крепления вставок в отверстиях корпуса. Буровое долото содержит корпус с отверстиями, в которых закреплены твердосплавные вставки с цилиндрическими хвостовиками. Между стенками отверстий и наружной поверхностью хвостовиков вставок размещены втулки из упругого материала, выполненные в виде стакана с отверстием на дне, при этом вставки выполнены со ступенчатым хвостовиком, высота ступени меньшего диаметра которого не менее толщины дна стакана, а диаметр этой ступени соответствует диаметру отверстия на дне стакана. Торец нижней ступени каждого хвостовика может быть выполнен со сферическим выступом, а дно отверстия под вставки в корпусе - с ответной впадиной. Способ крепления вставок бурового долота включает запрессовку их цилиндрических хвостовиков в отверстиях корпуса долота, причем между стенками отверстий и наружной поверхностью хвостовиков вставок размещают втулки из упругого материала, которые перед запрессовкой хвостовиков растягивают в продольном направлении. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Буровое долото // 2567260

Изобретение относится к области горных работ, а именно к породоразрушающим инструментам, предназначенным для бурения скважин. Технический результат заключается в усилении ресурсов работы бурового долота и в росте механической скорости бурения скважин. Буровое долото содержит корпус с кольцевой полостью и рабочей матрицей, оснащенной выдвинутым центральным резцом и отстающими по высоте боковыми резцами, разграниченные на сектора канавками с промывочными каналами. Канавки по длине перегородками разделены на участки: передние по вращению шламоотводящие и задние с промывочными каналами, причем перегородки имеют большую высоту, чем боковые стенки канавок. По внешней поверхности центрального резца проведены продольные пазы, боковые резцы выполнены со сквозными отверстиями, расположенными в их передней части по ходу вращения бурового долота, при этом продольные пазы и сквозные отверстия гидравлически связаны с кольцевой полостью корпуса. 2 ил.

Промывочный узел бурового долота // 2568194

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента. Технический результат заключается в упрощении монтажа и демонтажа промывочного устройства и повышении эффективности его работы. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с напорным каналом и гнездом под насадку, закрепленную стопорным элементом, установленным в тороидальной полости, образованной совмещенными кольцевыми канавками на внутренней поверхности гнезда и наружной поверхности насадки, и уплотнительное кольцо. В качестве материала для стопорного элемента использован износостойкий эластичный материал, который выполнен с возможностью введения в тороидальную полость в жидком виде через радиальный канал, выполненный в корпусе и соединяющий наружную поверхность корпуса с тороидальной полостью. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.