Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов



Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов
Улучшения прочности буртика для pdc бурового долота с использованием вторичных и третичных режущих элементов

 


Владельцы патента RU 2594399:

ВАРЕЛ ИНТЕРНЕЙШНЛ, ИНД., Л.П. (US)

Группа изобретений относится к PDC-долотам и к способам размещения PDC-резцов на долоте. Технический результат заключается в улучшении режущей способности и повышении прочности буртика долота. PDC-долото содержит несколько лопастей, содержащих первую лопасть из нескольких лопастей, содержащую набор первых первичных PDC-резцов в ряду первых первичных резцов и набор первых дублирующих PDC-резцов в ряду первых вторичных резцов, при этом радиальное положение каждого первого дублирующего PDC-резца в ряду первых вторичных резцов смещено от радиального положения каждого первого первичного PDC-резца в ряду первых первичных резцов. По меньшей мере один первый первичный PDC-резец только лишь частично перекрывает соответствующий смещенный радиально вторичный PDC-резец так, что периферийный край радиально смещенного вторичного PDC-резца выступает наружу относительно по меньшей мере одного первого первичного PDC-резца в профиле долота указанной первой лопасти. Первые дублирующие PDC-резцы расположены в части буртика долота рядом с диаметром долота, и все дублирующие PDC-резцы долота расположены в части буртика. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к долотам для бурения геологических скважин и, в частности, к долотам, в которых используются резцы со вставками из поликристаллического алмазного композита (PDC), прикрепляемые к лопастям долота для бурения пород различных типов.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Буровые долота со вставками из поликристаллического алмазного композита (PDC) армируются PDC-резцами, прикрепляемыми к лопастям долота. В известном уровне техники для таких PDC-резцов известно множество способов определения схем размещения.

Цели, которых необходимо достичь в отношении любой из схем размещения PDC-резцов, включают: улучшение балансировки бурового долота в одной плоскости коррекции, усовершенствование чистки торца долота, выравнивание износа резцов на торце долота, улучшение прочности долота, а также достижение улучшенных скоростей бурения путем более эффективного воздействия на породу, бурение которой необходимо произвести.

Теперь рассмотрим фиг.1. Одна широко используемая схема для размещения положений PDC-резцов называется «однопозиционный» способ. В однопозиционном способе каждому PDC-резцу 20, расположенному на торце долота, придается уникальное радиальное положение, измеряемое относительно центральной оси 22 долота наружу в направлении диаметра 24. Одним из общепринятых способов реализации однопозиционной схемы является определение спиральной функции 26, исходящей от центральной оси 22 долота, а затем размещение отдельных PDC-резцов в точках 28, где спиральная функция пересекает местоположение каждой лопасти 30. Тогда каждая точка 28 пересечения спирали и лопасти будет располагаться на отличном от других радиальном расстоянии от оси 22 долота. Н а фиг.1 изображена компоновочная схема резцов для иллюстративной реализации однопозиционного способа расположения резцов на долоте с шестью лопастями 30.

Теперь рассмотрим фиг.2. Другая широко используемая схема для размещения положений PDC-резцов называется «многопозиционный» способ. В многопозиционном способе (также известной как способ «дублирующего резца» или «сопровождающего резца») PDC-резцы 20 приводятся в действие в наборах 32, содержащих по два резца или более каждый, где резцы из данного набора располагаются на одинаковом радиальном расстоянии 34 от оси долота, при этом они расположены на различных лопастях 30. Ведущий резец в наборе 32 называется «первичным» резцом (Р) (расположен, например, на первичной лопасти), и замыкающий резец из набора 32 называется «вторичным» резцом (S) (расположен, например, на вторичной лопасти). Включенные первичные резцы Р представляют собой стандартный набор, использующий однопозиционный способ, описанный выше и приведенный на фиг.1. По причине уменьшения площади вблизи центра торца долота не каждый PDC-резец на долоте гарантировано является членом набора, расположенного на одном радиусе, но большинство включаемых резцов, все же, принадлежит к набору. На фигуре 2 изображена компоновочная схема резцов для иллюстративной реализации многопозиционного способа расположения резцов на долоте с шестью лопастями 30. В одной многопозиционной схеме, как изображено на фиг.2, резцы 20 распределены вдоль торца долота так, что резцы в каждом наборе 22 (на одном радиусе 34) расположены на соседних лопастях 30. В одной альтернативной многопозиционной схеме, не изображенной на фиг.2, резцы 20 распределены вдоль торца долота так, что резцы в каждом наборе 32 (на одном радиусе 34) расположены, например, не на соседних лопастях 30 (например, на лопастях, расположенных на радиально противоположной стороне долота).

Теперь рассмотрим фиг.3. Были предприняты попытки улучшить прочность буртика бурового долота посредством использования многопозиционной схемы с дублирующими резцами. В этом способе PDC-резцы 20 приводятся в действие в наборах 32, содержащих два резца или более каждый, где резцы из данного набора располагаются на одинаковом радиальном расстоянии 34 от оси долота. Однако, в отличие от конфигурации согласно фиг.2, где резцы 20 набора 32 выполнены на различных лопастях 30, резцы 20 набора 32 на фиг.3 выполнены на одной лопасти 30. Ведущий резец в наборе 32 называется «первичным» резцом (Р) (расположен, например, в первичном ряду резцов), и замыкающий резец в наборе 32 называется «дублирующим» резцом (В) (расположен, например, в дублирующем ряду резцов). Включенные первичные резцы Р представляют собой стандартный набор, использующий однопозиционный способ, описанный выше и приведенный на фиг.1. По причине уменьшения площади вблизи центра торца долота не каждый PDC-резец на долоте гарантировано является членом набора, расположенного на одном радиусе, но большинство включаемых резцов, все же, принадлежит к набору. На фиг.3 изображена компоновочная схема резцов для иллюстративной реализации многопозиционного способа с дублирующими резцами для расположения резцов на долоте с шестью лопастями 30. Конфигурация резцов выполнена так, чтобы увеличить объем алмазов, при этом увеличивая срок эксплуатации первичной режущей структуры. Замыкающие дублирующие резцы В не функционируют при операциях бурения для разрушения породы или изменения работы первичных резцов Р (если только основной резец не износится при использовании или дублирующий резец не подвергнется воздействию на или возле профиля долота, заданного первичными резцами).

Хотя упомянутые выше известные из уровня техники схемы и способы для размещения положений PDC-резцов обеспечивают изготовление бурового долота, обладающего удовлетворительными рабочими характеристиками, тем не менее, существует место для улучшения, в частности, что касается изготовления бурового долота с лучшей режущей способностью буртика. Настоящее изобретение предлагает схему и способ для размещения положений PDC-резцов в буровом долоте, которые обеспечивают улучшенную прочность буртика.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

В одном варианте осуществления PDC-долото содержит: несколько лопастей, содержащих первую лопасть из нескольких лопастей, содержащую набор первых первичных PDC-резцов в ряду первых первичных резцов и набор первых дублирующих PDC-резцов в ряду первых вторичных резцов, при этом радиальное положение каждого из первых дублирующих PDC-резцов в ряду первых вторичных резов смещено от радиального положения каждого из первых первичных PDC-резцов в ряду первых первичных резцов.

Впоследствии первые дублирующие PDC-резцы могут быть радиально расположены между первыми первичными PDC-резцами в ряду первых первичных резцов.

Первая лопасть из нескольких лопастей дополнительно содержит набор первых дополнительных дублирующих PDC-резцов в ряду первых третичных резцов первой лопасти из нескольких лопастей. Радиальное положение каждого первого дополнительного дублирующего PDC-резца в ряде первых третичных резцов смещено от радиальных положений каждого первого первичного PDC-резца в ряду первых первичных резцов и каждого первого дублирующего PDC-резца в ряду первых вторичных резцов.

Впоследствии первые дополнительные дублирующие PDC-резцы могут быть радиально расположены между первыми первичными PDC-резцами в ряду первых первичных резцов.

Несколько лопастей могут дополнительно содержать вторую лопасть, содержащую набор вторых первичных PDC-резцов в ряду вторых первичных резцов и набор вторых дублирующих PDC-резцов в ряду вторых вторичных резцов. Радиальное положение каждого второго дублирующего PDC-резца в ряду вторых вторичных резцов смещено от радиального положения каждого второго первичного PDC-резца в ряду вторых первичных резцов.

Впоследствии вторые дублирующие PDC-резцы могут быть радиально расположены между вторыми первичными PDC-резцами в ряду вторых первичных резцов.

Вторая лопасть из нескольких лопастей дополнительно содержит набор вторых дополнительных дублирующих PDC-резцов в ряду вторых третичных резцов второй лопасти из нескольких лопастей. Радиальное положение каждого второго дополнительного дублирующего PDC-резца в ряде вторых третичных резцов смещено от радиальных положений каждого второго первичного PDC-резца в ряду вторых первичных резцов и каждого второго дублирующего PDC-резца в ряду вторых вторичных резцов.

Впоследствии вторые дополнительные дублирующие PDC-резцы могут быть радиально расположены между вторыми первичными PDC-резцами в ряду вторых первичных резцов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Более полное понимание настоящего изобретения может быть получено посредством последующего описания с учетом прилагаемого графического материала, где:

На фиг.1 изображена компоновочная схема резцов для иллюстративного долота с шестью лопастями, содержащего резцы, расположенные в «однопозиционной» конфигурации.

На фиг.2 изображена компоновочная схема резцов для иллюстративного долота с шестью лопастями, содержащего резцы, расположенные в «многопозиционной» конфигурации.

На фиг.3 изображена компоновочная схема резцов для иллюстративного долота с шестью лопастями, содержащего резцы, расположенные в многопозиционной конфигурации с использованием дублирующих резцов.

На фиг.4 изображена компоновочная схема резцов для иллюстративного долота с шестью лопастями, содержащего резцы, расположенные в конфигурации размещения с использованием вторичных дублирующих резцов, смещенных от первичных резцов.

На фиг.5 изображена компоновочная схема резцов для иллюстративного долота с шестью лопастями, содержащего резцы, расположенные в конфигурации размещения с использованием вторичных и третичных дублирующих резцов, смещенных от первичных резцов.

На фиг.6 изображен профиль долота для первой лопасти схемы резцов, изображенной на фиг.4.

На фиг.7 изображен профиль долота для первой лопасти схемы резцов, изображенной на фиг.5.

На фиг.8 изображен профиль долота для второй лопасти схемы резцов, изображенной на фиг.4.

На фиг.9 изображен профиль долота для второй лопасти схемы резцов, изображенной на фиг.5.

На фиг.10 изображено наложение профилей долота для первой и второй лопастей (фиг.6 и 8) схемы резца, изображенной на фиг.4.

На фиг.11 изображено наложение профилей долота для первой и второй лопастей (фиг.7 и 9) схемы резца, изображенной на фиг.5.

На фиг.12 изображен частичный профиль долота, иллюстрирующий расположение резцов для шести лопастей в соответствии с конфигурацией размещения с использованием вторичных дублирующих резцов, смещенных от первичных резцов; и

На фиг.13 изображена упрощенная иллюстрация конфигурации расположения, изображенной на фиг.12.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

В попытке дополнительно улучшить прочность буртика бурового долота предлагается использовать схему размещения с дублирующими резцами, радиально смещенными от первичных резцов. В соответствии с этой схемой резцов дублирующие резцы расположены между ведущими первичными резцами, в результате чего вне зависимости от износа первичного резца режущие элементы дублирующих резцов будут активными. Схема резцов производит режущую структуру для бурового долота, которая использует все режущие элементы от первого взаимодействия с горной породой, что в результате дает буровое долото с большим количеством алмазов на основании.

Рассмотрим фиг.4 и 5, на которых изображена компоновочная схема резцов для иллюстративного долота с шестью лопастями, содержащего резцы, расположенные в конфигурации размещения с использованием дублирующих резцов, смещенных от первичных резцов. Каждая лопасть 120 бурового долота содержит группу PDC-резцов 110, содержащую первичные резцы 110Р и дублирующие резцы 110 В. Первичные резцы 110Р установлены в ряду 122 первичных резцов. Дублирующие резцы 110В установлены в одном или нескольких рядах 124 дублирующих резцов, замыкающих ряд 122 первичных резцов на одной лопасти 120. Ряд 124 первых дублирующих резцов на лопасти 120 (расположенный рядом с рядом 122 первичных резцов) называется «вторичным» рядом 124S. На фиг.4 изображена схема резцов с рядом 122 первичных резцов и рядом 124S вторичных резцов для каждой лопасти 120. Ряд 124 вторых дублирующих резцов на лопасти 120 (расположенный рядом с рядом 124S вторичных резцов), если включается, называется «третичным» рядом 124Т. На фигуре 5 изображена схема резцов с рядом 122 первичных резцов, рядом 124S вторичных резцов и рядом 124Т третичных резцов для каждой лопасти 120. На практике, не более чем два ряда 124 дублирующих резцов обычно выполнены на лопасти 120, однако понятно, что, при необходимости, более чем два ряда 124 дублирующих резцов на данной лопасти 120 могут быть выполнены. Кроме того, понятно, что нет потребности в наличии для каждой лопасти ряда 124S вторичных резцов или ряда 124Т третичных резцов.

В предпочтительном варианте осуществления первичные резцы НОР лопасти 120 представляют собой набор, использующий однопозиционный способ, описанный выше и приведенный на фиг.1. Дублирующие резцы 110В, относящиеся к первичным резцам 110Р на одной лопасти 120, предпочтительно установлены так, что ни один из дублирующих резцов 110В не находился в одном радиальном положении с первичными резцами 110Р. Иначе говоря, дублирующие резцы 110В на данной лопасти 120 радиально смещены по от первичных резцов 110Р для этой же лопасти 120 так, чтобы быть расположенными между первичными резцами 110Р.

В предпочтительной реализации конструктор долота выбирает положения смещения для дублирующих резцов 110В. Этот выбор будет сделан конструктором, по меньшей мере, частично на основании ожидаемого применения долота (например, принимая во внимание детали и характеристики горной породы для бурения).

Затем функционирование бурового долота, с установленными первичными резцами 110Р и дублирующими резцами 110В, будет промоделировано с использованием компьютерной моделирующей программы. Такие программы хорошо известны специалистам в данной области техники. Одними из выходных данных таких моделирующих программ являются данные об общем износе резцов поперек долота. Выходная величина общего износа резцов зависит от положений смещения дублирующих резцов 110В. В тех случая, когда выходные данные моделирующей программы показывают неприемлемую выходную величину общего износа резцов, конструктор выберет новые положения смещения дублирующих резцов 110В и повторно запустит моделирование. В альтернативном варианте несколько положений смещения дублирующих резцов 110В будут оценены посредством использования моделирующей программы. Как только приемлемый набор положений смещения дублирующих резцов 110В будет определен, расположение резцов будет зафиксировано и долото будет изготовлено. Хотя общий износ резцов является одним из предпочтительных показателей в руководстве выбором положений смещения дублирующих резцов 110В, понятно, что другие показатели могут быть оценены при рассмотрении положений смещения дублирующих резцов 110В.

На фиг.4 первая лопасть 120(1) содержит резцы 110, пронумерованные от 1 до 15, которые включают первичные резцы 110Р, пронумерованные от 1 до 11 (в ряду 122 первичных резцов), и дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 15 (в ряду 124S вторичных резцов). Приведенная ниже таблица представляет собой таблицу схемы резцов, иллюстрирующую радиальное положение резцов 110 (как первичных резцов 110Р в ряду 122 первичных резцов, так и дублирующих резцов 110В в ряду 124S вторичных резцов) первой лопасти 120(1) бурового долота в соответствии с компоновочной схемой резцов согласно фиг.4, при этом радиальное положение измеряется от оси 22 долота по направлению к диаметру 24 прямо или вдоль профиля долота хорошо известным специалистам в данной области техники способом.

Номер резца Лопасть Ряд Радиус
1 120(1) 122 6,847
2 120(1) 122 26,410
3 120(1) 122 44,017
4 120(1) 122 67,003
5 120(1) 122 88,262
6 120(1) 122 108,822
7 120(1) 122 127,111
8 120(1) 122 141,531
9 120(1) 122 151,217
10 120(1) 122 155,425
11 120(1) 122 156,575
12 120(1) 124S 128,003
13 120(1) 124S 141,681
14 120(1) 124S 150,999
15 120(1) 124S 154,877

На фиг.6 изображен профиль долота для первой лопасти 120(1) схемы резцов, изображенной на фиг.4 и определенной указанной выше таблицей. Дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 15 (в ряду 124S вторичных резцов), показаны расположенными в части 60 буртика долота, смежной с диаметром 24 долота (и с внешней стороны областей наконечника 62 долота и конической выточки 64), и, кроме того, радиально смещены от первичных резцов 110Р, пронумерованных от 1 до 11 (в ряду 122 первичных резцов). Кроме того, дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 15 (в ряду 124S вторичных резцов), предпочтительно содержат одинаковую форму резца (в данном случае круговую) и меньший профиль резца (в данном случае диаметр резца), чем первичные резцы 110Р, пронумерованные от 1 до 11 (в ряду 122 первичных резцов).

Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковый с первичными резцами 110Р профиль резца (например, одинаковый диаметр). Кроме того, следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь отличную от первичных резцов 110Р форму резца (например, овальную). Дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 15 (в ряду 124S вторичных резцов), предпочтительно имеют отличную от первичных резцов 110Р, пронумерованных от 1 до 11, величину выступа (то есть они смещены от линии 130 профиля долота). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковую с первичными резцами 110Р величину выступа.

На фиг.5 первая лопасть 120(1) содержит резцы 110, пронумерованные от 1 до 17, которые включают первичные резцы 110Р, пронумерованные от 1 до 11, и дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 17 (причем резцы, пронумерованные от 12 до 15, в ряду 124S вторичных резцов, а резцы, пронумерованные от 16 до 17, в ряду 124Т третичных резцов).

Приведенная ниже таблица представляет собой таблицу схемы резцов, иллюстрирующую радиальное положение резцов 110 (как первичных резцов 110Р, так и дублирующих резцов 110В ряда 124S вторичных резцов и ряда 124Т третичных резцов) первой лопасти 120(1) бурового долота в соответствии с компоновочной схемой резцов согласно фиг.5, при этом радиальное положение измеряется от оси 22 долота по направлению к диаметру 24 вдоль профиля долота хорошо известным специалистам в данной области техники способом.

Номер резца Лопасть Ряд Радиус
1 120(1) 122 6,847
2 120(1) 122 26,410
3 120(1) 122 44,017
4 120(1) 122 67,003
5 120(1) 122 88,62
6 120(1) 122 108,822
7 120(1) 122 127,111
8 120(1) 122 141,531
9 120(1) 122 151,217
10 120(1) 122 155,425
11 120(1) 122 156,575
12 120(1) 124S 128,003
13 120(1) 124S 141,681
14 120(1) 124S 150,999
15 120(1) 124S 154,877
16 120(1) 124Т 142,334
17 120(1) 124Т 151,362

На фиг.7 изображен профиль долота для первой лопасти 120(1) схемы резцов, изображенной на фиг.5 и определенной указанной выше таблицей. Дублирующие резцы 110 В, пронумерованные от 12 до 17 (в ряду 124S вторичных резцов и ряду 124Т третичных резцов), показаны расположенными в части 60 буртика долота, смежной с диаметром 24 долота (и с внешней стороны областей наконечника 62 долота и конической выточки 64), и, кроме того, радиально смещены от первичных резцов 110Р, пронумерованных от 1 до 11 (в ряду 122 первичных резцов). Кроме того, дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 16 до 17 (в ряду 124Т третичных резцов), показаны радиально смещенными от дублирующих резцов 110В, пронумерованных от 12 до 15 (в ряду 124S вторичных резцов). Кроме того, дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 17 (в ряду 124S вторичных резцов и ряду 124Т третичных резцов), предпочтительно содержат одинаковую форму резца (в данном случае круговую) и меньший профиль резца (в данном случае диаметр резца), чем первичные резцы 110Р, пронумерованные от 1 до 11 (в ряду 122 первичных резцов). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковый с первичными резцами 110Р профиль резца (например, одинаковый диаметр). Кроме того, следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь отличную от первичных резцов 110Р форму резца (например, овальную). Дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 17 (в ряду 124S вторичных резцов и ряду 124Т третичных резцов), предпочтительно имеют отличную от первичных резцов 110Р, пронумерованных от 1 до 11, величину выступа (то есть они смещены от линии 130 профиля долота). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковую с первичными резцами 110Р величину выступа.

На фиг.4 вторая лопасть 120(2) содержит резцы 110, подписанные от а до m, которые включают первичные резцы 110Р, подписанные от а до i, и дублирующие резцы 110В, подписанные от j до m (в ряду 124S вторичных резцов). Приведенная ниже таблица представляет собой таблицу схемы резцов, иллюстрирующую радиальное положение резцов 110 (как первичных резцов 110Р, так и дублирующих резцов 110В ряда 124S вторичных резцов) второй лопасти 120(2) бурового долота в соответствии с компоновочной схемой резцов согласно фиг.4, при этом радиальное положение измеряется от оси 22 долота по направлению к диаметру 24 вдоль профиля долота хорошо известным специалистам в данной области техники способом.

Номер резца Лопасть Ряд Радиус
а 120(2) 122 47,929
b 120(2) 122 70,671
c 120(2) 122 91,757
d 120(2) 122 112,083
е 120(2) 122 129,802
f 120(2) 122 143,499
g 120(2) 122 152,313
h 120(2) 122 155,565
i 120(2) 122 156,575
j 120(2) 124S 130,619
k 120(2) 124S 143,588
l 120(2) 124S 152,034
m 120(2) 124S 154,930

На фиг.8 изображен профиль долота для второй лопасти 120(2) схемы резцов, изображенной на фиг.4 и определенной указанной выше таблицей. Дублирующие резцы 110В, подписанные от j до m (в ряду 124S вторичных резцов), показаны расположенными в части 60 буртика долота, смежной с диаметром 24 долота (и с внешней стороны областей наконечника 62 долота и конической выточки 64), и, кроме того, радиально смещены от первичных резцов 110Р, подписанных от а до i (в ряду 122 первичных резцов). Кроме того, дублирующие резцы 110В, подписанные от j до m (в ряду 124S вторичных резцов), предпочтительно содержат одинаковую форму резца (в данном случае круговую) и меньший профиль резца (в данном случае диаметр резца), чем первичные резцы 110Р, подписанные от а до i (в ряду 122 первичных резцов). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковый с первичными резцами 110Р профиль резца (например, одинаковый диаметр). Кроме того, следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь отличную от первичных резцов 110Р форму резца (например, овальную). Дублирующие резцы 110В, подписанные от j до m (в ряду 124S вторичных резцов) предпочтительно имеют отличную от первичных резцов 110Р, подписанных от а до i, величину выступа (то есть они смещены от линии 130 профиля долота). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковую с первичными резцами 110Р величину выступа.

На фигуре 5 вторая лопасть 120(2) содержит резцы 110, подписанные от а до о, которые включают первичные резцы 110Р, подписанные от а до i, и дублирующие резцы 110В, подписанные от j до о (причем резцы, подписанные от j до m, в ряду 124S вторичных резцов и резцы, подписанные от n до о, в ряду 124Т третичных резцов).

Приведенная ниже таблица представляет собой таблицу схемы резцов, иллюстрирующую радиальное положение резцов 110 (как первичных резцов 110Р, так и дублирующих резцов 110В ряда 124S вторичных резцов и ряда 124Т третичных резцов) второй лопасти 120(2) бурового долота в соответствии с компоновочной схемой резцов согласно фиг.5, при этом радиальное положение измеряется от оси 22 долота по направлению к диаметру 24 вдоль профиля долота хорошо известным специалистам в данной области техники способом.

Номер резца Лопасть Ряд Радиус
а 120(2) 122 47,929
b 120(2) 122 70,671
с 120(2) 122 91,757
d 120(2) 122 112,083
е 120(2) 122 129,802
f 120(2) 122 143,499
g 120(2) 122 152,313
h 120(2) 122 155,565
i 120(2) 122 156,575
j 120(2) 124S 130,619
k 120(2) 124S 143,588
l 120(2) 124S 152,034
m 120(2) 124S 154,930
n 120(2) 124T 144,195
o 120(2) 124T 152,346

На фиг.9 изображен профиль долота для второй лопасти 120(2) схемы резцов, изображенной на фиг.5 и определенной указанной выше таблицей. Дублирующие резцы 110В, подписанные от j до о (в ряду 124S вторичных резцов и ряду 124T третичных резцов), показаны расположенными в части 60 буртика долота, смежной с диаметром 24 долота (и с внешней стороны областей наконечника 62 долота и конической выточки 64), и, кроме того, радиально смещены от первичных резцов 110Р, подписанных от а до i (в ряду 122 первичных резцов). Кроме того, дублирующие резцы 110В, подписанные от n до о (в ряду 124T третичных резцов), показаны радиально смещенными от дублирующих резцов 110В, подписанных j до m (в ряду 124S вторичных резцов). Кроме того, дублирующие резцы 110В, подписанные от j до о (в ряду 124S вторичных резцов и ряду 124T третичных резцов), предпочтительно содержат одинаковую форму резца (в данном случае круговую) и меньший профиль резца (в данном случае диаметр резца), чем первичные резцы 110Р, подписанные от а до i (в ряду 122 первичных резцов). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковый с первичными резцами 110Р профиль резца (например, одинаковый диаметр). Кроме того, следует понимать, что дублирующие резцы 110 В в альтернативной реализации могут иметь отличную от первичных резцов 110Р форму резца (например, овальную). Дублирующие резцы 110В, подписанные от j до о (в ряду 124S вторичных резцов и ряду 124Т третичных резцов), предпочтительно имеют отличную от первичных резцов 110Р, подписанных от а до i, величину выступа (то есть они смещены от линии 130 профиля долота). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковую с первичными резцами 110Р степень величину выступа.

Рассмотрим теперь фиг.10, на которой изображено наложение профилей долота для первой и второй лопастей (см. фиг.6 и 8) схемы резца, изображенной на фиг.4. Дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 15 (в ряду 124S вторичных резцов), первой лопасти 120(1) показаны радиально смещенными от первичных резцов 110Р, пронумерованных от 1 до 11 (в ряду 122 первичных резцов). Дублирующие резцы 110 В, подписанные от j до m (в ряду 124S вторичных резцов) второй лопасти 120(2) показаны радиально смещенными от первичных резцов 110Р, подписанных от а до i (в ряду 122 первичных резцов). Более того, резцы 110 первой лопасти 120(1) показаны радиально смещенными от резцов 110 второй лопасти 120(2). Кроме того, дублирующие резцы 110 В, пронумерованные от 12 до 15 и подписанные от j до m, предпочтительно содержат одинаковую форму резца (в данном случае круговую) и меньший профиль резца (в данном случае диаметр резца), чем первичные резцы 110Р, пронумерованные от 1 до 11 и подписанные от а до i. Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковый с первичными резцами 110Р профиль резца (например, одинаковый диаметр). Кроме того, следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь отличную от первичных резцов 110Р форму резца (например, овальную). Дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 15 и подписанные от j до m, предпочтительно имеют отличную от первичных резцов 110Р, пронумерованных от 1 до 11 и подписанных от а до i, величину выступа (то есть они смещены от линии 130 профиля долота). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковую с первичными резцами 110Р величину выступа.

Рассмотрим теперь фиг.11, на которой изображено наложение профилей долота для первой и второй лопастей (как изображено на фиг.7 и 9) схемы резца, изображенной на фиг.5. Дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 17 (в ряду 124S вторичных резцов и ряду 124Т третичных резцов) первой лопасти 120(1) показаны радиально смещенными от первичных резцов 110Р, пронумерованных от 1 до 11 (в ряду 122 первичных резцов). Дублирующие резцы 110В, подписанные от j до о (в ряду 124S вторичных резцов и ряду 124Т третичных резцов) второй лопасти 120(2) показаны радиально смещенными от первичных резцов 110Р, подписанных от а до i (в ряду 122 первичных резцов). Более того, резцы 110 первой лопасти 120(1) показаны радиально смещенными от резцов 110 второй лопасти 120(2). Кроме того, дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 17 и подписанные от j до о, предпочтительно содержат одинаковую форму резца (в данном случае круговую) и меньший профиль резца (в данном случае диаметр резца), чем первичные резцы 110Р, пронумерованные от 1 до 11 и подписанные от а до i. Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковый с первичными резцами 110Р профиль резца (например, одинаковый диаметр). Кроме того, следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь отличную от первичных резцов 1 110Р форму резца (например, овальную). Дублирующие резцы 110В, пронумерованные от 12 до 15 и подписанные от j до о, предпочтительно имеют отличную от первичных резцов 110Р, пронумерованных от 1 до 11 и подписанных от а до i, величину выступа (то есть они смещены от линии 130 профиля долота). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковую с первичными резцами 110Р степень величину выступа.

Иллюстрации согласно фиг.10 и 11 показывают резцы, относящиеся только к двум из шести лопастей 120 бурового долота, показанного на фиг.4 и 5, соответственно. На фиг.12 изображен частичный профиль долота, иллюстрирующий расположение резцов для шести лопастей в соответствии с конфигурацией размещения с использованием вторичных дублирующих резцов, смещенных от первичных резцов. Более толстые контуры резцов обозначают первичные резцы 110Р для шести лопастей 120(1)-120(6) в ряду 122 первичных резцов. Более тонкие контуры резцов обозначают дублирующие резцы 110 В для одинаковых шести лопастей 120(1)-120(6) в ряду 124S вторичных резцов. Пунктирные контуры резцов обозначают дублирующие резцы 110В для одинаковых шести лопастей 120(1)-120(6) в ряду 124Т третичных резцов. Дублирующие резцы 110В имеют отличную от первичных резцов 110Р величину выступа (то есть они смещены от линии 130 профиля долота). Однако следует понимать, что дублирующие резцы 110В в альтернативной реализации могут иметь одинаковую с первичными резцами 110Р величину выступа (смещение величины выступа = нуль).

На фиг.13 изображена упрощенная иллюстрация конфигурации размещения, изображенной на фиг.12. Два изображенных первичных резца 110Р расположены на двух различных лопастях. Два изображенных дублирующих резца 11В, в одной реализации, расположены на одной лопасти, как и один из двух изображенных первичных резцов 110Р. Альтернативно, один из изображенных дублирующих резцов 11В расположен на одной лопасти, как и один из двух изображенных первичных резцов 110Р, а другой из изображенных дублирующих резцов 11В изображен на одной лопасти, как и другой из двух изображенных первичных резцов 110Р. В любом случае существует такое радиальное смещение среди и между всеми резцами, что дублирующие резцы 11В расположены между первичным резцами 110Р.

Специалистам в данной области ясно, что конфигурация с шестью лопастями, рассмотренная выше, является лишь примером, и концепции, описанные здесь, являются в равной степени применимыми к долотам с любым выбранным четным или нечетным количеством лопастей. Эти конфигурации будут очевидны для специалистов в данной области вследствие вышеприведенных здесь примеров и указаний.

Также следует понимать, что каждый включаемый резец может определяться как имеющий определенную конфигурацию переднего угла в тыльной и боковой плоскостях. Другими словами, для каждого из PDC-резцов на данной лопасти или для каждого PDC-резца, включенного в данный набор, конфигурация переднего угла в тыльной и боковой плоскостях необязательно должна быть общей. Выбор остается за конструктором долота, который может по необходимости корректировать конфигурации передних углов для достижения конструкцией долота требуемых целей.

В полевых испытаниях долота с набором резцов в соответствии со схемой размещения, описанной в здесь, показали бурение с улучшенной стоимостью одного фута проходки (то есть, выполнено увеличение глубины, пробуренной за единицу времени, этими долотами по сравнению с глубиной, которая ожидалась и которая практически достигалась долотами, сконфигурированными не так как показано), при этом обеспечивалось дополнительная прочность области буртика (то есть, выполнено улучшение условий затопления долот по сравнению с условиями, которые ожидалась и которые практически достигалась долотами, сконфигурированными не так как показано).

Преимущество способа размещения, описанного здесь, заключается в том, что способ обеспечивает долото с улучшенной режущей способностью в районе буртика долота. Это происходит по причине того, что все резцы (первичные и дублирующие) находятся в положении для взаимодействия с горной породой. Более конкретно способ размещения устанавливает дублирующие резцы для взаимодействия с горной породой без необходимости в износе первичных резцов. Наборы долот в соответствии с раскрытым способом обеспечивают больше алмазов у основания, чем присутствует с резцами из уровня техники при использовании стандартного набора дублирующих резцов.

Выше описаны и проиллюстрированы варианты осуществления изобретения. Изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами его осуществления.

Несмотря на то, что проиллюстрированы и описаны предпочтительные варианты осуществления способа и устройства, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, но способно ко многим реконфигурациям, модификациям и заменам, которые входят в объем раскрытия и которые понятны специалистам в данной области.

1. PDC-долото, содержащее:
несколько лопастей, содержащих первую лопасть из нескольких лопастей, содержащую набор первых первичных PDC-резцов в ряду первых первичных резцов и набор первых дублирующих PDC-резцов в ряду первых вторичных резцов,
при этом радиальное положение каждого первого дублирующего PDC-резца в ряду первых вторичных резцов смещено от радиального положения каждого первого первичного PDC-резца в ряду первых первичных резцов,
причем по меньшей мере один первый первичный PDC-резец только лишь частично перекрывает соответствующий смещенный радиально вторичный PDC-резец так, что периферийный край радиально смещенного вторичного PDC-резца выступает наружу относительно по меньшей мере одного первого первичного PDC-резца в профиле долота указанной первой лопасти,
первые дублирующие PDC-резцы расположены в части буртика долота рядом с диаметром долота с целью улучшения режущей способности и повышения прочности буртика долота, и
все дублирующие PDC-резцы долота расположены в части буртика.

2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что радиальное положение по меньшей мере одного первого дублирующего PDC-резца в ряду первых вторичных резцов первой лопасти радиально устанавливает указанный по меньшей мере один первый дублирующий PDC-резец первой лопасти с периферийным краем, выступающим между соседними резцами из числа первых первичных PDC-резцов в ряду первых первичных резцов первой лопасти.

3. Долото по п. 1, отличающееся тем, что несколько лопастей дополнительно содержат вторую лопасть из нескольких лопастей, содержащую набор вторых первичных PDC-резцов в ряду вторых первичных резцов и набор вторых дублирующих PDC-резцов в ряду вторых вторичных резцов, при этом радиальное положение каждого второго дублирующего PDC-резца в ряду вторых вторичных резцов смещено от радиального положения каждого второго первичного PDC-резца в ряду вторых первичных резцов.

4. Долото по п. 3, отличающееся тем, что радиальное положение каждого первого первичного PDC-резца смещено от радиального положения каждого второго первичного PDC-резца.

5. Долото по п. 3, отличающееся тем, что радиальное положение каждого первого дублирующего PDC-резца смещено от радиального положения каждого второго дублирующего PDC-резца.

6. Долото по п. 3, отличающееся тем, что не один из первых первичных PDC-резцов, вторых первичных PDC-резцов, первых дублирующих PDC-резцов и вторых дублирующих PDC-резцов не имеет общего радиального положения.

7. Долото по п. 3, отличающееся тем, что радиальное положение каждого второго дублирующего PDC-резца в ряду вторых вторичных резцов радиально устанавливает вторые дублирующие PDC-резцы между вторыми первичными PDC-резцами в ряду вторых первичных резцов.

8. Долото по п. 1, отличающееся тем, что первая лопасть из нескольких лопастей дополнительно содержит набор первых дополнительных дублирующих PDC-резцов в ряду первых третичных резцов первой лопасти из нескольких лопастей, и при этом радиальное положение каждого первого дополнительного дублирующего PDC-резца в ряду первых третичных резцов смещено от радиальных положений каждого первого первичного PDC-резца в ряду первых первичных резцов и каждого первого дублирующего PDC-резца в ряду первых вторичных резцов.

9. Долото по п. 8, отличающееся тем, что радиальное положение по меньшей мере одного первого дополнительного дублирующего PDC-резца в ряду первых третичных резцов первой лопасти радиально устанавливает указанный по меньшей мере один первый дополнительный дублирующий PDC-резец первой лопасти с периферийным краем, выступающим между соседними резцами из числа первых первичных PDC-резцов в ряду первых первичных резцов первой лопасти.

10. Долото по п. 8, отличающееся тем, что несколько лопастей дополнительно содержат вторую лопасть из нескольких лопастей, содержащую набор вторых первичных PDC-резцов в ряду вторых первичных резцов, набор вторых дублирующих PDC-резцов в ряду вторых вторичных резцов и набор вторых дополнительных дублирующих PDC-резцов в ряду вторых третичных резцов, и при этом радиальное положение каждого второго дублирующего PDC-резца в ряду вторых вторичных резцов и второго дополнительного дублирующего PDC-резца в ряду третичных резцов смещено от радиального положения каждого второго первичного PDC-резца в ряду вторых первичных резцов.

11. Долото по п. 10, отличающееся тем, что радиальное положение каждого первого первичного PDC-резца смещено от радиального положения каждого второго первичного PDC-резца.

12. Долото по п. 10, отличающееся тем, что радиальное положение каждого первого дублирующего PDC-резца смещено от радиального положения каждого второго дублирующего PDC-резца.

13. Долото по п. 10, отличающееся тем, что радиальное положение каждого первого дополнительного дублирующего PDC-резца смещено от радиального положения каждого второго дополнительного дублирующего PDC-резца.

14. Долото по п. 10, отличающееся тем, что не один из первых первичных PDC-резцов, вторых первичных PDC-резцов, первых дублирующих PDC-резцов, вторых дублирующих PDC-резцов, первых дополнительных дублирующих PDC-резцов и вторых дополнительных дублирующих PDC-резцов не имеет общего радиального положения.

15. Долото по п. 10, отличающееся тем, что радиальное положение по меньшей мере одного второго дополнительного дублирующего PDC-резца в ряду вторых третичных резцов второй лопасти радиально устанавливает указанный по меньшей мере один второй дополнительный дублирующий PDC-резец первой лопасти с периферийным краем, выступающим между соседними резцами из числа вторых первичных PDC-резцов в ряду вторых первичных резцов второй лопасти.

16. Долото по п. 1, отличающееся тем, что набор первых дублирующих PDC-резцов в ряду первых вторичных резцов установлен в радиальном положении, располагающем первые дублирующие PDC-резцы в области буртика долота за пределами области наконечника долота и рядом с областью диаметра долота.

17. Способ размещения PDC-резцов на долоте, содержащем несколько лопастей, который включает:
определение ряда первых первичных резцов и ряда первых вторичных резцов на первой лопасти из нескольких лопастей;
размещение первых первичных PDC-резцов в ряду первых первичных резцов в соответствии с однопозиционным способом;
размещение первых дублирующих PDC-резцов в ряду первых вторичных резцов в соответствии со способом, в котором радиальное положение каждого первого дублирующего PDC-резца в ряду первых вторичных резцов смещено от радиального положения каждого первого первичного PDC-резца в ряду первых первичных резцов, и причем по меньшей мере один первый первичный PDC-резец только лишь частично перекрывает соответствующий смещенный радиально вторичный PDC-резец так, что периферийный край радиально смещенного вторичного PDC-резца выступает наружу относительно по меньшей мере одного первого первичного PDC-резца в профиле долота указанной первой лопасти;
размещение первых дублирующих PDC-резцов в части буртика долота рядом с диаметром долота с целью улучшения режущей способности и повышения прочности буртика долота, и
размещение всех дублирующих PDC-резцов долота в части буртика.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что размещение первых дублирующих PDC-резцов включает размещение радиального положения по меньшей мере одного первого дублирующего PDC-резца первой лопасти с периферийным краем, выступающим между соседними резцами из числа первых первичных PDC-резцов в ряду первых первичных резцов первой лопасти.

19. Способ по п. 17, дополнительно включающий:
определение ряда первых третичных резцов первой лопасти из нескольких лопастей;
размещение первых дополнительных дублирующих PDC-резцов в ряду первых третичных резцов в соответствии со способом, где радиальное положение каждого первого дополнительного дублирующего PDC-резца в ряду первых третичных резцов смещено от радиального положения каждого первого первичного PDC-резца в ряду первых первичных резцов.

20. Способ по п. 17, дополнительно включающий:
определение ряда вторых первичных резцов и ряда вторых вторичных резцов на второй лопасти из нескольких лопастей;
размещение вторых первичных PDC-резцов в ряду вторых первичных резцов в соответствии с однопозиционным способом; и
размещение вторых дублирующих PDC-резцов в ряду вторых вторичных резцов в соответствии со способом, в котором радиальное положение каждого второго дублирующего PDC-резца в ряду вторых вторичных резцов смещено от радиального положения каждого второго первичного PDC-резца в ряду вторых первичных резцов.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что размещение вторых дублирующих PDC-резцов включает размещение радиального положения по меньшей мере одного второго дублирующего PDC-резца второй лопасти с периферийным краем, выступающим между соседними резцами из числа вторых первичных PDC-резцов в ряду вторых первичных резцов второй лопасти.

22. Способ по п. 20, дополнительно включающий:
определение ряда третичных резцов второй лопасти из нескольких лопастей;
размещение вторых дополнительных дублирующих PDC-резцов в ряду третичных резцов в соответствии со способом, в котором радиальное положение каждого второго дополнительного дублирующего PDC-резца в ряду третичных резцов смещено от радиального положения каждого второго первичного PDC-резца в ряду вторых первичных резцов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при производстве буровых долот с вооружением в виде поликристаллических алмазных элементов, предназначенных для строительства скважин.

Изобретение относится к области металлургии и горного дела, а именно к коронкам для вскрытия леток доменной печи, а также для ударно-вращательного бурения мелко шпуровых скважин.

Группа изобретений относится к буровым долотам, способам их изготовления и способам бурения скважины с использованием этих долот. Технический результат заключается в меньшей агрессивности долота при бурении криволинейных участков и большей агрессивности при бурении прямолинейных участков скважин.

Изобретение относится к лопастному долоту для роторного бурения. Технический результат заключается в улучшенной защите резцов от воздействия нагрузок, увеличении срока службы долота, предотвращении растрескивания и скалывания режущих элементов.

Изобретение относится к области горной промышленности и позволяет уменьшить энергоемкость и динамичность процесса бурения и повысить долговечность резца. .

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию для испытания буровых рабочих органов. Технический результат заключается в повышении эффективности и расширении диапазона возможностей путем измерения крутящего момента, осевого усилия и скорости погружения рабочего органа, а также путем использования в эксперименте рабочих органов больших диаметров и значительного сокращения времени на проведение испытаний в естественных условиях без подготовки образцов.

Изобретение относится к области износостойких композиционных спеченных материалов, применяемых для изготовления вооружения бурового инструмента и опорно-центрирующих устройств, полученных методами порошковой металлургии, в частности устройств для калибровки ствола скважин.

Группа изобретений относится к буровым долотам и способам для получения фрагментов образцов керна из подземного пласта. Технический результат заключается в увеличении скорости проходки бурового долота.

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Технический результат заключается в повышении эффективности работы промывочного узла.

Изобретение предназначено для бурения колонковых скважин и скважин без отбора керна с обратной внутренней промывкой в крепких горных породах и может найти применение при геологоразведочных работах, в горнодобывающей промышленности, при строительных работах.

Группа изобретений относится к режущим элементам для бурильного инструмента, бурильным инструментам и способам формирования режущего элемента. Технический результат заключается в эффективном распределении напряжений, вызванных силами резания, в улучшении конструктивной целостности режущего элемента, в повышении его износостойкости и долговечности.

Группа изобретений относится к отрезным пластинам, резцам и способам изготовления резца. Технический результат заключается в возможности режущих элементов противостоять высоким температурам.

Группа изобретений относится к буровым инструментам, а именно к буровым долотам для твердых пород с лабиринтным устройством защиты уплотнения/подшипника. Технический результат заключается в повышении надежности защиты от проникновения абразивных частиц к уплотнению и подшипниковому устройству из внешней окружающей среды.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах. Технический результат заключается в повышении производительности породоразрушающего инструмента, снижении энергоемкости, увеличении скорости проходки скважины.

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента. Технический результат заключается в упрощении монтажа и демонтажа промывочного устройства и повышении эффективности его работы.
Наверх