Способ балансировки нагрузок в долоте с поликристаллическим алмазным вооружением

Изобретение относится к вооружению долот PDC, а более конкретно к способу его балансировки на этапе конструкторского проектирования. Технический результат заключается в снижении энергоемкости бурения и повышении долговечности вооружения долота. Согласно способу балансировки нагрузок в долоте с поликристаллическим алмазным вооружением, имеющем лопасти с закрепленными на них зубками PDC и дополнительные опорные элементы для ограничения глубины резания, в процессе проектирования опорные элементы располагаются на лопастях таким образом, чтобы максимум расстояний от опорных элементов до оси долота Lmax удовлетворял неравенству Lmax<0,4⋅R, где R – радиус долота. 2 ил.

 

Изобретение относится к способу проектирования вооружения буровых долот с поликристаллическими алмазными элементами (PDC).

Известен способ балансировки нагрузок в долоте с поликристаллическими алмазными элементами [1], принятый за аналог.

Недостатком этого способа балансировки нагрузок является то, что он ограничен балансировкой только крутящего момента на валу гидравлического забойного двигателя за счет подбора глубины резания породы резцами PDC, которая обеспечивается установкой дополнительных опорных элементов, ограничивающих внедрение резцов PDC.

При этом реакции забоя на резцы PDC и дополнительные опорные элементы создают силы и моменты относительно двух осей координат, перпендикулярных оси долота, вследствие чего возникают несбалансированные силы и моменты относительно этих осей, отклоняющие долото при его вращении к стенке скважины, что приводит к дополнительному фрезерованию и увеличению диаметра скважины, отклонению долота при бурении от заданной проектной траектории, увеличению износа вооружения и, как следствие, снижению механической скорости бурения.

Другим недостатком этого способа является существенное повышение потребного крутящего момента за счет трения при взаимодействии дополнительных опорных элементов с породой.

Известен другой способ балансировки нагрузок в долоте PDC [2], принятый за прототип.

Недостатком этого способа балансировки нагрузок является то, что часть опорных элементов расположена на значительном расстоянии от оси долота, что увеличивает потребный крутящий момент и, следовательно, затраты энергии при бурении, а также ускоренный износ вооружения самого долота.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение энергоемкости бурения долотом с поликристаллическими алмазными элементами и повышение долговечности его вооружения.

Технический результат достигается тем, что в долоте с поликристаллическим алмазным вооружением, имеющим лопасти с закрепленными на них резцами PDC и дополнительные опорные элементы для ограничения глубины резания, резцы PDC и дополнительные опорные элементы располагаются в процессе проектирования на лопастях таким образом, чтобы максимум расстояний от упорных элементов до оси долота Lmax удовлетворял неравенству

Lmax<0,4⋅R,

где R - радиус долота.

В предлагаемом способе балансировки нагрузок в долоте PDC дополнительные опорные элементы (резцы PDC, поверхности лопастей, наплавленные твердым сплавом и (или) другие опорные элементы) установлены на лопастях так, чтобы минимизировать суммарный момент относительно оси долота и тем самым затраты энергии на бурение скважины.

Это достигается за счет размещения опорных элементов на расстоянии от оси долота, меньшем 0,4 от его радиуса. При этом уменьшается плечо силы трения, возникающей при бурении, а также величина силы, поскольку наиболее нагруженной является плечевая область лопасти, расположенная на расстоянии от оси долота, большем 0,4R, как показано на фиг. 1 и 2 [3].

Например, если резец №6, показанный на фиг. 2 будет иметь тот же радиус, что и резец №4, то только за счет снижения силы на резец с 2250 до 1600 фунт-силы крутящий момент уменьшится на

.

Таким образом, размещение опорных элементов долота PDC в диапазоне от 0 до 0,4R позволяет снижать величину крутящего момента, необходимого для бурения скважины, т.е. энергоемкость бурения.

Результаты полевых испытаний образцов долот с предлагаемым способом размещения на лопастях опорных элементов подтвердили снижение энергоемкости бурения долотом с поликристаллическими алмазными элементами и повышения долговечности его вооружения.

Перечень чертежей. Согласно принятой практике геометрические параметры чертежей приведены не в масштабе.

На фиг. 1 показана лопасть долота PDC с закрепленными на ней опорными элементами.

На фиг. 2 показан график зависимости силы на резец от удаления его от оси долота (номера резца). Здесь большему номеру резца соответствует большее расстояние до оси долота.

На фиг. 1 цифрами обозначены: 1 - лопасть долота PDC, 2 - опорные элементы на лопасти; буквой R обозначен радиус долота.

Источники информации

1. Патент США №6298930 от 9.10.2001 г., кл. E21B 10/46 "Буровые долота с управляемыми нагружением резца и глубиной резания".

2. Патент РФ №2498038 от 10.04.2012 г., кл. E21B 10/43 «Способ балансировки нагрузок в долоте с поликристаллическим алмазным вооружением».

3. Drill Bits Catalog. Baker Hughes, 2013.

Способ балансировки нагрузок в долоте с поликристаллическим алмазным вооружением, имеющем лопасти с закрепленными на них зубками PDC и дополнительные опорные элементы для ограничения глубины резания, отличающийся тем, что в процессе проектирования опорные элементы располагаются на лопастях таким образом, чтобы максимум расстояний от опорных элементов до оси долота Lmax удовлетворял неравенству

Lmax<0,4⋅R,

где R – радиус долота.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к режущим инструментам. Технический результат заключается в обеспечении эффективной скорости проходки и приемлемого срока службы долота.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, в частности к буровым долотам, предназначенным для бурения глубоких нефтегазовых скважин. Технический результат заключается в повышении износостойкости и коррозионной стойкости долота, а также в снижении коэффициента трения поверхностей, уменьшая или предотвращая сальникообразование.

Изобретение относится к бурению стволов скважин в подземных формациях и более конкретно к системам и способам балансировки нагрузки и распределения гидравлической энергии между отдельными скважинными режущими инструментами.

Группа изобретений относится к скважинному инструменту, способу уплотнения в скважинном инструменте и к буровому долоту. Технический результат заключается в обеспечении надежного уплотнения.

Изобретение относится к землепроходческим буровым долотам с воздушным охлаждением. Технический результат заключается в улучшении охлаждения и очистки долота, увеличении его срока службы.

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к резцам, предназначенным для бурения шпуров в массивах горных пород. Технический результат заключается в снижении энергоемкости процесса разрушения забоя при бурении.

Группа изобретений относится к скважинным инструментам, восстановленным поликристаллическим резцам и способам их восстановления. Технический результат заключается в повышении срока службы резцов и более полном использовании их компонентов.

Группа изобретений относится к породоразрушающему инструменту, преимущественно гидромониторного типа, а именно к их промывочным узлам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы промывочного узла.

Группа изобретений относится к породоразрушающему инструменту, преимущественно гидромониторного типа, а именно к их промывочным узлам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы промывочного узла.

Группа изобретений относится к породоразрушающему инструменту преимущественно гидромониторного типа, а именно к их промывочным узлам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы промывочного узла.

Изобретение относится к области термической обработки резцов, имеющих поликристаллическую структуру. Для уменьшения остаточных напряжений получают один или более резцов, каждый из которых содержит основание, поликристаллическую структуру, присоединенную к нему, и остаточные напряжения. Способ включает этапы, на которых определяют критическую температуру и критический период времени для категории резцов, в которой резец становится структурно поврежденным, определяют температуру тепловой обработки и период времени тепловой обработки на основании критической температуры и критического периода времени, и нагревают один или более оставшихся резцов из категории резцов до заданной температуры тепловой обработки в течение заданного периода времени. Устройство включает в себя нагревательную камеру и расположенную в камере плавильную ванну, резцы размещают внутри предварительно нагретой плавильной ванны и изолируют от кислорода во время нагревания до температуры тепловой обработки в течение периода времени тепловой обработки. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений относится к буровым инструментам. Технический результат заключается в обеспечении эффективной скорости проходки и приемлемого срока эксплуатации долота. Буровой инструмент содержит корпус инструмента, множество лопастей, отходящих от корпуса инструмента, и множество непланарных режущих элементов на каждой из множества лопастей. Множество непланарных режущих элементов, повернутых в одной плоскости, образует режущий профиль. Режущий профиль содержит область конуса, область передней части, область плеча и область калибра. Множество непланарных режущих элементов имеет первую форму по меньшей мере в одной из областей: области конуса, области передней части и области калибра, и вторую форму, которая отличается от первой по меньшей мере в области плеча. Первая форма и вторая форма непланарных режущих элементов обеспечивают большую степень защиты от ударных воздействий в области плеча, чем в области конуса и передней части. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способу крепления двух- и трехслойных пластин-резцов со сверхтвердыми слоями и твердосплавной подложкой для бурения кольцевыми коронками. Технический результат заключается в повышении надежности крепления пластин-резцов при возможности их заточки, смены или переустановки на неизношенные кромки. Способ разъемного крепления двух- и трехслойных пластин-резцов со сверхтвердыми слоями и твердосплавной подложкой, установленных в прямоугольные пазы по схеме скважино- и кернообразующих резцов, включает клиновой механический зажим, при этом прямоугольные пазы на корпусе инструмента изготавливают сквозными, а к боковой стороне подложки пластины-резца крепят хвостовик из свариваемой стали с возможностью обеспечения необходимого выпуска боковых калибрующих кромок. Затем после установки пластин-резцов в пазы их предварительно зажимают клином, а хвостовик приваривают к корпусу бурового инструмента с возможностью последующего прорезания на сварном шве узких щелей, оконтуривающих хвостовик по всем плоскостям прилегания пластин-резцов к стенкам паза. Затем после остывания узла сварки производят дополнительный зажим пластин-резцов. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к породоразрушающим долотам для бурения твердых и крепких пород вращательным и ударно-вращательным способом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы инструмента. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с отверстиями, в которых посредством промежуточных втулок закреплены вставки с коническими хвостовиками и рабочей головкой. Хвостовики и промежуточные втулки выполнены с ответными коническими поверхностями. Внутренний диаметр промежуточных втулок уменьшается от хвостовиков вставок к их рабочей головке. На конической поверхности промежуточных втулок со стороны, обращенной в направлении хвостовика, выполнены продольные сквозные пазы, имеющие во фронтальной плоскости коническую форму. Длина продольных сквозных пазов меньше длины промежуточных втулок. Отверстия в корпусе выполнены с кольцевой расточкой, а промежуточные втулки – с ответными выступами на наружной поверхности. Кольцевые расточки выполнены на дне отверстий, а выступы промежуточных втулок – на их концевых участках. 1 ил.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к породоразрушающим долотам для бурения твердых и крепких пород вращательным и ударно-вращательным способом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы инструмента. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с отверстиями, в которых посредством промежуточных втулок закреплены вставки с коническими хвостовиками и рабочей головкой. Хвостовики и промежуточные втулки выполнены с ответными коническими поверхностями. Внутренний диаметр промежуточных втулок уменьшается от хвостовиков вставок к их рабочей головке. На конической поверхности промежуточных втулок со стороны, обращенной в направлении хвостовика, выполнены продольные сквозные пазы, имеющие во фронтальной плоскости коническую форму. Длина продольных сквозных пазов меньше длины промежуточных втулок. 2 ил.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к породоразрушающим долотам для бурения твердых и крепких пород вращательным и ударно-вращательным способом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы инструмента. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с отверстиями, в которых посредством промежуточных втулок закреплены вставки с коническими хвостовиками и рабочей головкой. Хвостовики и промежуточные втулки выполнены с ответными коническими поверхностями. Внутренний диаметр промежуточных втулок уменьшается от хвостовиков вставок к их рабочей головке. На конической поверхности промежуточных втулок со стороны, обращенной в направлении хвостовика, выполнены продольные сквозные пазы, имеющие во фронтальной плоскости коническую форму и разную длину. Длина каждого продольного сквозного паза меньше длины промежуточных втулок. Короткие пазы чередуются с длинными. 2 ил.

Изобретение относится к режущему элементу для бурового инструмента. Технический результат заключается в повышении эффективности резания. Режущий элемент для бурового инструмента включает подложку и массив суперабразивного материала, расположенный на подложке. Массив суперабразивного материала имеет непланарную переднюю режущую грань с заостренной формой, включающей коническую боковую поверхность и куполообразный конец. Подложка имеет форму цилиндра, максимальный диаметр которого меньше максимального диаметра массива суперабразивного материала. Сплошная граница контакта между подложкой и массивом суперабразивного материала расположена сзади конической боковой поверхности непланарной передней режущей грани массива суперабразивного материала вдоль центральной оси фигурного режущего элемента. Режущий элемент дополнительно включает по меньшей мере одну выемку, проходящую в коническую боковую поверхность непланарной режущей грани массива суперабразивного материала от передней режущей грани. 8 з.п. ф-лы, 18 ил.

Ручной бур // 2636071
Изобретение относится к конструкции ручного бура, предназначенного для формирования отверстий в грунте, в частности при установке столбов, заборов, ограждений, при установке свай для фундаментов, при посадке кустов и деревьев, при взятии проб грунта, при откачке грунтовой воды глубинными насосами, при формировании горизонтальных и наклонных скважин под коммуникации, трубопроводы, кабели. Технический результат заключается в повышении производительности труда и удобства пользования при ручном бурении скважин, в том числе глубиной более длины штанги. Ручной бур содержит штангу, имеющую заостренную нижнюю часть и снабженную рукояткой в верхней части, и режущий узел, расположенный выше заостренной части и выполненный из дисков с заточенными прямолинейными кромками, закрепленных на штанге таким образом, что их плоскости образуют между собой угол. Штанга имеет полое трубное исполнение с торцевыми насечками в нижней части и двойным отверстием в верхней части для сменной рукоятки. Режущий узел выполнен в виде сменной конусной вставки, соосной заостренной части штанги, на конусной части которой с равным шагом отформованы во внешнюю сторону режущие узлы-диски. 1 ил.

Ручной бур // 2636335
Изобретение относится к конструкции ручного бура, предназначенного для формирования отверстий в грунте, в частности при установке столбов, заборов, ограждений, при установке свай для фундаментов, при посадке кустов и деревьев, при взятии проб грунта, при откачке грунтовой воды глубинными насосами, при формировании горизонтальных и наклонных скважин под коммуникации, трубопроводы, кабели. Технический результат заключается в повышении производительности труда и удобства пользования при ручном бурении скважин, в том числе глубиной более длины штанги. Ручной бур содержит штангу, имеющую заостренную нижнюю часть и снабженную рукояткой в верхней части, и режущий узел, расположенный выше заостренной части и выполненный из двух полудисков с заточенными прямолинейными кромками, закрепленных на штанге таким образом, что их плоскости образуют между собой угол. Штанга имеет полое трубное исполнение с торцевыми насечками в нижней части и двойным отверстием в верхней части для сменной рукоятки. Режущий узел выполнен из двух полудисков-полуовалов с заточенными прямолинейными кромками – большими полуосями полуовалов. 3 ил.

Группа изобретений относится к способам формирования монокристаллического режущего элемента для бурового долота с закрепленными резцами и к буровому долоту для бурения буровой скважины. Технический результат заключается в увеличении прочности получаемой структуры при высоких температурах и давлениях. Способ формирования монокристаллического режущего элемента для бурового долота с закрепленными резцами включает преобразование графитового порошка в химически осажденный из паровой фазы (CVD) алмазный порошок; выращивание множества CVD монокристаллических алмазов на подложке, причем указанное множество CVD алмазных монокристаллов выращивают с ориентацией вдоль кристаллографической плоскости, при этом каждый CVD монокристаллический алмаз из множества CVD монокристаллических алмазов имеет прямоугольную призматическую форму с шириной сторон, находящейся в диапазоне от 10 до 20 микрон; удаление по меньшей мере части CVD монокристаллических алмазов с подложки; преобразование удаленных CVD монокристаллических алмазов в порошок из CVD монокристаллических алмазов; помещение порошка из CVD монокристаллических алмазов и опорного элемента из карбида вольфрама в литейную форму и термомеханическую обработку порошка из CVD монокристаллических алмазов в литейной форме для формирования твердой пластины из CVD монокристаллических алмазов, прикрепленной к опорному элементу из карбида вольфрама. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к вооружению долот PDC, а более конкретно к способу его балансировки на этапе конструкторского проектирования. Технический результат заключается в снижении энергоемкости бурения и повышении долговечности вооружения долота. Согласно способу балансировки нагрузок в долоте с поликристаллическим алмазным вооружением, имеющем лопасти с закрепленными на них зубками PDC и дополнительные опорные элементы для ограничения глубины резания, в процессе проектирования опорные элементы располагаются на лопастях таким образом, чтобы максимум расстояний от опорных элементов до оси долота Lmax удовлетворял неравенству Lmax<0,4⋅R, где R – радиус долота. 2 ил.

Наверх