ЛОПАСТНОЕ ДОЛОТО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК E21B10/55 

Предлагаемая 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.

Известно буровое долото, содержащее корпус, ось вращения, лопасти, при этом по меньшей мере одна из лопастей имеет калибрующую площадку с внешней поверхностью, внешняя поверхность имеет находящуюся выше по стволу скважины кромку с передней кромкой, ограниченной первым радиусом, и задней кромкой, ограниченной вторым радиусом, при этом указанные радиусы не равны при измерении их в плоскости, проходящей перпендикулярно к оси вращения долота (патент РФ №2465429, E21B 10/26, оп. 10.07.2011 г.).

Недостатком данного изобретения является то, что при данном методе изготовления пассивной калибрующей части ее ширина сокращается, а оставшаяся сокращенная часть пассивной калибрующей части воспринимает ту же силу при калибровании стенок скважины, но на значительно меньшую площадь, в результате чего контактные напряжения между пассивной калибрующей частью и стенкой больше, что ведет к ее интенсивному износу.

Известно буровое долото с поликристаллическими алмазными элементами, включающее цилиндрический корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб и с боковыми армирующими элементами PDC по его диаметру, простирающиеся вниз лопасти с резцами PDC для разрушения породы, внутренние полости и каналы для подачи промывочной жидкости к забою, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов (патент РФ №2377384, E21B 10/567, оп. 27.12.2009 г.). На данном долоте наружная поверхность боковых поликристаллических алмазных элементов наклонена к армируемой поверхности под острым углом в пределах от 2 до 6 градусов в сторону вращения долота, а самые высокие их части расположены на максимальном диаметре долота заподлицо с поверхностью корпуса.

Недостатком данного изобретения является то, что при бурении по мере разгрузки буровой колонны с буровой установки вес колонны становится больше силы трения покоя о стенку скважины и происходит срыв бурильной колонны со стенок скважины. При этом происходит чрезмерное внедрение резцов в горную породу, что ведет к вращению долота вокруг оси, смещенной относительно его геометрического центра. Долото начинает перекатываться по стенкам скважины, совершая «вихревое» движение. В процессе работы долота твердосплавное покрытие на пассивной калибрующей части вокруг армирующего элемента изнашивается, поскольку его износостойкость ниже. В результате обнажается кромка алмазного резца PDC. Обнаженные участки резца при бурении наклонно направленных скважин не имеют постоянного контакта со стенками скважин, принимая на себя всю силу ударных нагрузок. В силу своей хрупкости к ударам часть кромки алмазного резца PDC, которая воспринимает растягивающеударные нагрузки, начинает разрушаться. Потеряв целостность структуры, PDC-элемент быстро выходит из строя из-за развития микротрещин в объеме резца. Долото начинает интенсивно терять свой диаметр.

Целью предлагаемой группы изобретений является сохранение номинального диаметра долота в процессе его работы.

Технический результат заключается в повышении стойкости вооружения пассивной калибрующей части лопасти долота.

Данный технический результат по первому варианту достигается тем, что в лопастном долоте, включающем 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, согласно изобретению алмазные резцы PDC выполнены со скошенной задней кромкой, при этом величина заднего скоса может составить 20% от диаметра самого алмазного резца PDC под углом 25-60 градусов.

Алмазные резцы PDC могут быть установлены на пассивную калибрующую часть таким образом, чтобы их ось была перпендикулярна оси самого долота.

Алмазные резцы PDC могут быть расположены так, чтобы алмазный резец PDC на одной лопасти перекрывал рабочую область алмазного резца PDC соседней лопасти на 20%.

Целесообразно алмазные резцы PDC установить так, чтобы их края не выходили за номинальный диаметр долота.

Данный технический результат по второму варианту достигается тем, что в лопастном долоте, включающем 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, согласно изобретению алмазные резцы PDC выполнены сферической формы.

Алмазные резцы PDC могут быть подобраны с радиусом скругления, превышающим номинальный радиус самих алмазных резцов в 6 раз.

Благодаря своим геометрическим формам алмазные резцы PDC эффективно воспринимают ударные нагрузки на протяжении всей работы инструмента.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид лопастного долота; на фиг.2 изображен местный вид А пассивной калибрующей части долота; на фиг.3 изображен алмазный резец PDC со скошенной частью после износа твердосплавного слоя с оголившейся передней и задней кромками; на фиг.4 - алмазный резец PDC по первому варианту; на фиг.5 показана площадь области алмазного резца PDC со скошенной поверхностью, на которую приходится удар; на фиг.6 изображен алмазный резец PDC со сферической поверхностью резания по второму варианту; на фиг.7 показана площадь области алмазного резца PDC со сферической поверхностью, на которую приходится удар по второму варианту.

Первый вариант выполнения долота.

Лопастное долото состоит из корпуса 1 с присоединительной резьбой 2 к колонне бурильных труб, в котором имеется центральный канал 3 с выходными отверстиями 4 для подачи промывочной жидкости. На лопастях 5 в области пассивной калибрующей части 6 размещены поликристаллические алмазные резцы PDC 7 с передней 8 и задней 9 кромками соответственно. На калибрующую часть 6 нанесен твердосплавный слой 10.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом. Лопастное долото наворачивается на колонну бурильных труб (не показана) и спускается на забой скважины, где и происходит сам процесс бурения. В процессе вращения лопастного долота пассивная калибрующая часть 6 постоянно контактирует со стенками скважины. В силу своей абразивности горные породы изнашивают твердосплавный слой 10, при этом оголяются передние и задние кромки 8, 9 алмазных резцов PDC 7. Оголившаяся задняя кромка 9 алмазного резца PDC 7, воспринимающая ударно-растягивающие нагрузки, скошена, а выступающая над твердосплавным слоем 10 область алмазного резца PDC 7, на которую приходится удар, значительно больше. В результате действующий удар рассеивается по выступающей площади поликристаллического алмазного резца PDC 7, оказывая на него минимальное разрушающее действие. Это показано на фиг.5. Алмазный резец PDC 7 вступает в работу с максимальной площадью при незначительном износе диаметра лопастного долота. Наличие скоса, выполненного под острым углом 25-60 градусов, служит разгрузкой концентраторов напряжений, что также увеличивает прочность поликристаллического алмазного резца PDC 7.

Второй вариант выполнения долота.

Лопастное долото состоит из корпуса 1 с присоединительной резьбой 2 к колонне бурильных труб, в котором имеется центральный канал 3 с выходными отверстиями 4 для подачи промывочной жидкости. На лопастях 5 в области пассивной калибрующей части 6 размещены поликристаллические алмазные резцы PDC 7 с передней кромкой 11 и задней кромкой 12, центром 13. На корпусе 1 на калибрующей части 6 нанесен твердосплавный слой 10.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом. Лопастное долото наворачивается на колонну бурильных труб и спускается на забой скважины, где и происходит сам процесс бурения. В процессе вращения лопастного долота пассивная калибрующая часть 6 постоянно контактирует со стенками скважины. В силу своей абразивности горные породы изнашивают твердосплавный слой 10, при этом начинает оголяться центр 13 поликристаллических алмазных резцов PDC 7 сферической формы. Оголенный центр 13 поликристаллического алмазного резца PDC 7 подвергается ударным нагрузкам. Поскольку оголившийся центр 13 будет иметь значительную сферическую форму (фиг.7), то он будет эффективно рассеивать действующие ударные нагрузки, сохраняя при этом свою целостность.

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.

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.

1. Лопастное долото, включающее 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, отличающееся тем, что 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˚.

2. Лопастное долото по п.1, отличающееся тем, что алмазные резцы PDC установлены на пассивную калибрующую часть таким образом, чтобы их ось была перпендикулярна оси самого долота.

3. Лопастное долото по п.1, отличающееся тем, что алмазные резцы PDC расположены таким образом, чтобы алмазный резец PDC на одной лопасти перекрывал рабочую область алмазного резца PDC соседней лопасти на 20%.

4. Лопастное долото по п.1, отличающееся тем, что алмазные резцы PDC установлены так, чтобы их края не выходили за номинальный диаметр долота.

5. Лопастное долото, включающее 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, отличающееся тем, что алмазные резцы PDC выполнены сферической формы.

6. Лопастное долото по п.5, отличающееся тем, что алмазные резцы PDC выполнены с радиусом скругления, превышающим номинальный радиус самого резца в 6 раз.