ДОЛОТО БУРОВОЕ ЛОПАСТНОЕ Российский патент 2024 года по МПК E21B10/43 

Изобретение относится к относится к области бурения скважин, а именно к долотам буровым лопастным, и может найти применение в горнодобывающей и нефтегазовой отраслях, при бурении на жидкие и газообразные полезные ископаемые в перемежающихся по твердости горных породах в сложных горно-геологических условиях глубоких и сверхглубоких скважин.

Из уровня техники известно буровое долото, включающее корпус с выполненными на нем лопастями, в которых размещены режущие пластины PDC, при этом режущие пластины PDC закреплены на лопастях от центра к периферии в диаметральной плоскости по логарифмической спирали с отрицательными передними углами, изменяющимися от минус 30° в центре до минус 10° на периферии с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы» (см. RU 2694872 С1, 17.07.2019).

Указанное долото хорошо зарекомендовало себя в бурении скважин, имеет относительно высокую интенсивность выноса продуктов разрушения забоя из зон резания, что способствует облегчению внедрения долота в забой. Имеется возможность кратного дублирования режущих пластин. Однако в ряде случаев режущие пластины нагружены настолько интенсивно, что должны воспринимать все возникающие на рабочую часть долота нагрузки: например, и вертикальные ударные нагрузки, и нагрузки резания, и нагрузки скалывания. Поэтому для таких тяжело нагруженных долот необходимо решать задачу разгрузки части усилий при разрушении породы и перераспределения их на все режущие элементы долота для эффективной работы.

Из уровня техники известен источник информации US 2011/0198128 А1, 18.08.2011 (выбран за прототип), из которого известно долото буровое лопастное, включающее корпус, на рабочей стороне которого выполнены лопасти, при этом каждая лопасть армирована режущими элементами в виде вставок, при этом долото выполнено с возможностью соединения через хвостовую часть корпуса с вышележащей частью бурильной колонны, каждая лопасть имеет набегающую, рабочую и сбегающую грани, между рабочей гранью и набегающей гранью каждой лопасти расположены цилиндрические вставки с плоскими пластинами PDC, имеющие каждая отрицательный передний угол резания, при этом на рабочей грани каждой лопасти установлены режущие элементы в виде цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью, при этом цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют величину выступания над рабочей гранью лопасти, которая больше, чем величина выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC.

Возвышаясь над впереди идущими вставками PDC, полусферические вставки воспринимают на себя в момент разрушения горной породы все нагрузки и выполняют функции инденторного типа разрушения, тем самым разгружая на себя в это время впереди идущие вставки PDC. Тогда функции таких вставок PDC сводятся только к зачистке забоя. В результате такого перераспределения нагрузок при бурении существенно повышается ресурс впереди идущих вставок PDC и, как следствие, ресурс всего долота в целом.

Однако с ростом глубины бурения увеличивается твердость горных пород и энергоемкость процесса разрушения, что приводит к снижению показателей бурения. В таких условиях наиболее эффективными считаются породоразрушающие инструменты, работающие по принципу резания. Проходка такими лопастными долотами за рейс достигается от нескольких сот до 1500-2000 и даже более 4000 м. При этом следует отметить то, что с большими глубинами возникает неизбежность встречи частых интервалов с большой перемежаемостью пород (в том числе твердых и абразивных), что приводит к катастрофической потере механической скорости бурения и ресурсу бурового долота. Кроме того, при бурении возникает необходимость увеличений осевых нагрузок на долото, приводящее к нежелательным динамическим факторам, как на забое, так и в буровом снаряде в целом, необходимо прикладывать к долотам большой крутящий момент.

Бурение лопастным долотом нередко сопряжено с опасностью значительного искривления ствола скважины, особенно если оно производится без применения центраторов, стабилизаторов и калибраторов. Это объясняется малой площадью контакта долота с забоем по сравнению с общей площадью поперечного сечения скважин, необходимостью передачи через него значительной осевой нагрузки, высокого крутящего момента, большой энергии, а также особенностями конструкции лопастного устройства.

Одними из основных недостатков лопастного долота по прототипу является неконтролируемый увод долота в сторону из-за перемежающихся по твердости пород, низкая стабилизация смещаемых поперечных нагрузок из-за сферичности внедряемых в первую очередь вставок. Также недостатком является неконтролируемый отвод разрушенной породы из-под полусферических инденторов, что может привести к неравномерному слою разрушенной породы под рабочей поверхностью долота и сопутствующим искривлениям инструмента или его некачественному неполному внедрению в породу. Все это в конечном счете приводит к снижению надежности работы и ресурса такого долота.

Из уровня техники известны различные технические решения, связанные с расстановкой поверхностей режущих вставок для решения различных задач балансировки нагрузок на долото, снижения вибраций при бурении и решения задач выноса породы в необходимые местоположения долота. Так, из источника информации WO 2017/105806 А1, опубл. 22.06.2017, известна расстановка на лопасти в несколько рядов клинообразных режущих вставок. Из источника информации WO 2021/059034 А1, опубл. 01.01.2021, известна расстановка на лопасти в несколько рядов сферическо-клинообразных вставок определенной конструкции. Из источников информации CN 105927157 А, 07.09.2016, WO 2011/139903 А2, опубл. 10.11.2011 известна расстановка на лопасти скошенных поверхностей режущих вставок определенной конструкции. Из источника информации US 10174563 В2, 08.01.2019, известна расстановка на лопасти в несколько рядов режущих вставок с регулированием высоты выступания сзади расположенных вставок.

Однако такие решения не в полной мере пригодны для решения задачи четкой и точной стабилизации долота бурового лопастного, для правильного отвода породы из-под рабочей поверхности долота под сзади расположенными выступающими сферическими вставками-инденторами, не приспособлены для конкретного долота и его сферических выступающих вставок-инденторов с присущими для них проблемами и недостатками.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа путем совершенствования конструкции долота бурового лопастного.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности работы и ресурса долота бурового лопастного.

Заявляемое долото буровое лопастное, согласно изобретению, включает корпус (1), на рабочей стороне которого выполнены лопасти (2), при этом каждая лопасть армирована режущими элементами в виде вставок, при этом долото выполнено с возможностью соединения через хвостовую часть корпуса с вышележащей частью бурильной колонны, каждая лопасть имеет набегающую (3), рабочую (4) и сбегающую (5) грани, между рабочей гранью и набегающей гранью каждой лопасти расположены цилиндрические вставки с плоскими пластинами PDC (6), имеющие каждая отрицательный передний угол (с) резания, при этом на рабочей грани каждой лопасти установлены режущие элементы в виде цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью (7), при этом цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют величину (h₃) выступания над рабочей гранью лопасти, которая больше, чем величина (h₂) выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC.

Новым в долоте является то, что:

цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют переход от цилиндрической поверхности в сферическую, при этом указанный переход расположен над рабочей гранью лопасти на высоте (h₁), которая меньше величины (h₂) выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью лопасти,

при этом с набегающей стороны (8) на сферической рабочей поверхности цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью расположены две плоские сегментные поверхности (9, 10), расположенные с разных сторон от траектории резания (11), при этом первая плоская сегментная поверхность (9) проходит со стороны центра долота под боковым углом a₁ к траектории резания, а вторая плоская сегментная поверхность (10) проходит со стороны периферии долота под боковым углом а₂ к траектории резания, при этом боковые углы резания a₁ и а₂ имеют противоположные направления и a₁>a₂,

причем указанные две плоские сегментные поверхности (9, 10) расположены на сферической рабочей поверхности на высоте, не превышающей величины выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью лопасти.

Именно такое выполнение долота надежно стабилизирует все долото и защищает режущие поверхности всего долота от разбалансировки. Повышение точности стабилизации долота достигнуто путем устранения увода его рабочей части лопастей от продольной оси долота. Такой увод в стороны больше не проявляется из-за образования направляющей борозды разрушения породы от скошенных сегментных поверхностей на сферической рабочей поверхности. Указанные сегментные поверхности расположены так, что не снижают передаваемые на цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью нагрузки, не снижают напряжения на вставки в местах их расположения. Вставка со сферической поверхностью, внедрившись в горную породу, своими сегментными поверхностями, расположенными под заявляемыми углами, качественным образом распределяет разрушенную горную породу (меньше - в сторону центра и больше - в сторону периферии из-за различия углов установки таких поверхностей), а также указанные скошенные сегментные поверхности, в отличие от сферической поверхности без них, способны формировать надрезы-борозды для формирования направляющих для во время следующего оборота долота, тем самым способствуя стабилизации долота. Кроме того, образующийся двумя указанными сегментными поверхностями «клин» способствует эффективному разрушению и подрезанию поверхности забоя, уводя из зон разрушения разрушенный шлам больше к периферии долота и далее в межтрубное пространство, чем к стесненным условиям центра долота, для снижения затрат на переизмельчение шлама, более быстрого его уноса из зоны разрушения и устранения препятствий для качественного вертикального нагружения рабочей части долота без излишков выбуренной породы под долотом. Как следствие, все это в конечном счете приводит к повышению надежности работы и ресурса такого долота.

В одном из конкретных предпочтительных вариантов, цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют величину (h₃) выступания над рабочей гранью лопасти, которая больше, чем величина (h₂) выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC, на расчетную величину углубления долота за один оборот, деленную на количество лопастей.

Это, в дополнение к основным конструктивным особенностям, изложенным выше, также способствует повышению надежности работы и ресурса такого долота, поскольку такая определенная величина выступания цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью над рабочей гранью приводит к точному позиционированию и расположению режущих вставок в моменты работы долота, осуществляя в определенные моменты времени свои рабочие функции (при таком «расчетном» сценарии цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью выполняют функции инденторного типа разрушения, воспринимая все нагрузки в момент разрушения горной породы; а цилиндрические вставки с плоскими пластинами PDC - разгружены от основных инденторных, вдавливающих нагрузок, и выполняют лишь функции зачистки забоя).

В одном из конкретных предпочтительных вариантов, величина указанных боковых углов a₁ и a₂ выбрана такой, что энергоемкость разрушения первой сегментной поверхности и энергоемкость разрушения второй сегментной поверхности цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью являются одинаковыми при их измерении за один оборот долота.

Это, в дополнение к основным конструктивным особенностям, изложенным выше, также способствует повышению точности стабилизации долота, поскольку такое введение в конструкцию долота пары сегментных поверхностей на вставке со сферической поверхностью не только образует, как было указано выше, стабилизирующий надрез-канавку, но и делает это в эффективным способом, не внося дополнительных возмущающих явлений: поскольку длина траектории за один оборот долота сегментной поверхности у периферии долота больше длины траектории за один оборот долота сегментной поверхности у центра долота, то с их разными заявленными углами установки можно добиться (расчетным или опытным методами) того, чтобы энергоемкость разрушения первой сегментной поверхности и энергоемкость разрушения второй сегментной поверхности цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью являлись одинаковыми при их измерении за один оборот долота.

В одном из конкретных предпочтительных вариантов, цилиндрические вставки с плоскими пластинами PDC закреплены на лопастях от центра долота к периферии долота в диаметральной плоскости по логарифмической спирали с отрицательными передними углами резания, изменяющимися от минус 30° в центре долота до минус 10° на периферии долота с интервалом один градус в виде двухзаходной резьбы.

Это, в дополнение к основным конструктивным особенностям, изложенным выше, также способствует повышению надежности работы и ресурса долота. Установка на лопастях бурового долота пластин PDC под отрицательным передним углом от минус 30° до минус 10° по логарифмической спирали в диаметральной плоскости с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы», значительно повышает работоспособность долота, а также его ресурс за счет исключения не перекрытых режущими элементами зон. Спиралевидная расстановка PDC способствует активному удалению продуктов разрушения из-под рабочего торца инструмента. Установка пластин с наибольшим углом в центре долота способствует плавному захождению в линию резания, снижая динамические нагрузки (вибрацию), что увеличивает ресурс работы долота. При заглублении долота за один оборот на глубину, режущие элементы расположены на разных радиусах, проходят путь резания по траекториям разной длины и с разными углами наклона. Поэтому для обеспечения равных условий внедрения режущих элементов в породу необходимо чтобы у каждого из них (PDC), были одинаковые задние углы. Для этого необходимо, чтобы режущие элементы лопасти, расположенные на разных радиусах, имели в продольной плоскости свои углы наклона. Ввинчиваясь в забой, за счет этого происходит снижение осевой нагрузки и увеличение ресурса долота. Расстановка режущих элементов 6 PDC в диаметральной плоскости по логарифмической спирали обеспечивает полное покрытие забоя линиями резания и способствует созданию турбулентности бурового раствора, что улучшает качество очистки забоя скважины от выбуренной породы. Таким образом, турбулентный режим промывки образуется уже непосредственно на забое скважины, что способствует повышению механической скорости бурения.

Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 показан общий вид корпуса и лопастей долота бурового лопастного, без вставок. На фиг. 2 показан общий вид долота бурового лопастного. На фиг. 3 показано сечение А-А лопасти долота. На фиг. 4 показан вид Б снизу на цилиндрическую вставку со сферической рабочей поверхностью.

На фигурах приняты следующие обозначения:

1 - корпус долота,

2 - лопасть долота,

3 - набегающая грань лопасти,

4 - рабочая грань лопасти,

5 - сбегающая грань лопасти,

6 - цилиндрическая вставка с плоскими пластинами PDC,

7 - вертикальная цилиндрическая вставка со сферической рабочей поверхностью,

8 - набегающая сторона цилиндрической вставки со сферической рабочей поверхностью,

9 - первая плоская сегментная поверхность,

10 - вторая плоская сегментная поверхность,

11 - траектория резания,

12 - граница участка сферической рабочей поверхности, величина выступания на котором (в промежутке от h₂ до h₃) больше, чем величина (h₂) выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC,

с - отрицательный передний угол резания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC,

h₁ - высота расположения перехода от цилиндрической поверхности в сферическую у цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью над рабочей гранью лопасти,

h₂ - величина выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью лопасти,

h₃ - величина выступания цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью над рабочей гранью лопасти,

a₁ - боковой угол между первой плоской сегментной поверхностью, проходящей со стороны центра долота, и траекторией резания,

а₂ - боковой угол между второй плоской сегментной поверхностью, проходящей со стороны периферии долота, и траекторией резания.

Заявленное долото буровое лопастное включает корпус 1, на рабочей стороне которого выполнены лопасти 2. Каждая лопасть 2 армирована режущими элементами в виде вставок (на фиг. 1 для наглядности показаны варианты карманов для указанных вставок без самих вставок). Долото выполнено с возможностью соединения через хвостовую часть корпуса с вышележащей частью бурильной колонны, например посредством резьбового замкового соединения (на фигурах не показано).

Каждая лопасть 2 имеет набегающую 3, рабочую 4 и сбегающую 5 грани.

Между рабочей гранью 4 и набегающей гранью 3 каждой лопасти 2 расположены режущие элементы 6 в виде цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC, имеющих каждая отрицательный передний угол (с) резания.

Вставки 6 PDC являются известными из уровня техники типичными PDC-вставками в виде цилиндрических таблеток, режущая поверхность которых является плоской в виде пластины PDC, образующей основание цилиндра перпендикулярно оси вставки.

На рабочей грани 4 каждой лопасти 2 также установлены режущие элементы 7 в виде цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью.

Цилиндрические вставки 7 со сферической рабочей поверхностью могут представлять собой вставки РСЕ или вставки Славутич, могут быть выполнены из твердого сплава, высокопрочных природных алмазов или из синтетических алмазов. Сферическая поверхность также может быть выполнена из сферически выгнутой заготовки PDC. Материал цилиндрических вставок 7 со сферической рабочей поверхностью может быть любым известным из уровня техники, подходящим для заданных условий бурения.

Вертикально поставленные цилиндрические вставки 7 со сферической рабочей поверхностью имеют величину h₃ выступания над рабочей гранью 4 лопасти 2, которая больше, чем величина h₂ выступания цилиндрических вставок 6 с плоскими пластинами PDC.

Цилиндрические вставки 7 со сферической рабочей поверхностью имеют переход от цилиндрической поверхности в сферическую, при этом указанный переход расположен над рабочей гранью 4 лопасти 2 на высоте h₁, которая меньше величины h₂ выступания цилиндрических вставок 6 с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью 4 лопасти 2.

С набегающей стороны 8 на сферической рабочей поверхности цилиндрических вставок 7 со сферической рабочей поверхностью расположены две плоские сегментные поверхности 9 и 10, расположенные с разных сторон от траектории резания 11.

Первая плоская сегментная поверхность 9 проходит со стороны центра долота под боковым углом a₁ к траектории резания. Вторая плоская сегментная поверхность 10 проходит со стороны периферии долота под боковым углом a₂ к траектории резания. Боковые углы резания a₁ и a₂ имеют противоположные направления и величина угла a₁ больше, чем величина угла a₂.

Указанные две плоские сегментные поверхности 9 и 10 расположены на сферической рабочей поверхности на высоте, не превышающей величины выступания цилиндрических вставок 6 с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью лопасти.

В одном из вариантов, цилиндрические вставки 7 со сферической рабочей поверхностью имеют величину h₃ выступания над рабочей гранью 4 лопасти 2, которая больше, чем величина h₂ выступания цилиндрических вставок 6 с плоскими пластинами PDC, на расчетную величину углубления долота за один оборот, деленную на количество лопастей 2 долота.

В качестве примера приведем расчет установки вставок 7 на рабочем торце бурового долота, принимая значение механической скорости бурения (например) 18 м в час. И так, V мех=18 м/час. Примем частоту вращения N=250 об/мин. Определим углубку за один оборот Н, мм. 18 м/час=300 мм/мин, тогда Н=V/N=300/250=1,2 мм за один оборот.

Если мы имеем на долоте шесть лопастей, то мы получим величину, на которую вставки 7 инденторного типа (например, РСЕ) должны выступать над вставками 6 с пластинами PDC: 1,2 мм/6=0,2 мм.

В указанном примере получены минимальные значения, которые дают возможность высвободить пластины PDC от нагрузок в целом и в частности при прохождении перемежаемых горных пород с более твердыми и абразивными свойствами, тем самым создать условия для увеличения ресурсных показателей инструмента, универсальность его применения.

В качестве неограничивающего примера, h₁ может быть равно 0,2…1 мм; h₂=0,4…2 мм; h₃=0,6…3 мм.

В одном из вариантов, величина указанных боковых углов a₁ и а₂ выбрана такой, что энергоемкость разрушения первой сегментной поверхности 9 и энергоемкость разрушения второй сегментной поверхности 10 цилиндрических вставок 7 со сферической рабочей поверхностью являются одинаковыми при их измерении за один оборот долота.

В одном из вариантов, цилиндрические вставки 6 с плоскими пластинами PDC закреплены на лопастях от центра долота к периферии долота в диаметральной плоскости по логарифмической спирали с отрицательными передними углами резания «с», изменяющимися от минус 30° в центре долота до минус 10° на периферии долота с интервалом один градус в виде двухзаходной «резьбы». Вставки 6 с пластинами PDC в лопастях долота могут быть установлены и под другими отрицательными передними углами резания таким образом, что образуют логарифмическую спираль с гарантированным перекрытием всех зон рабочего торца долота.

В качестве неограничивающего примера, отрицательный передний угол резания «с» вставок 6 может быть для каждой вставки 6 одинаков и равен значению от минус 5 до минус 85 градусов, предпочтительно - равен значению от минус 10 до минус 30 градусов, в зависимости от типа породы.

В качестве неограничивающего примера, первая плоская сегментная поверхность 9 проходит со стороны центра долота под боковым углом a₁ к траектории резания, который может быть равен значению, например от 45 до 70 градусов, а вторая плоская сегментная поверхность 10 проходит со стороны периферии долота под боковым углом а₂ к траектории резания, который может быть равен значению, например от 30 до 60 градусов, при этом боковые углы резания a₁ и а₂ имеют противоположные направления и всегда выполняется условие a₁>a₂, например a₁>a₂ больше на 5…25 градусов.

Заявленное долото буровое лопастное работает следующим образом. Промывочная жидкость, двигаясь через внутреннюю полость долота, выходит через промывочные отверстия и сопла на рабочую поверхность долота, омывает забой и выходит по зазору между стенками скважины и долотом, транспортируя продукты разрушения горных пород на поверхность. Породу разрушают вставки 7, а вставки 6 зачищают забой.

Сегментные поверхности 9, 10 расположены так, что не снижают передаваемые на цилиндрические вставки 7 со сферической рабочей поверхностью нагрузки, не снижают напряжения на вставки 7 в местах их расположения. Вставка 7 со сферической поверхностью, внедрившись в горную породу, своими сегментными поверхностями, расположенными под заявляемыми углами, качественным образом распределяет разрушенную горную породу (меньше - в сторону центра и больше - в сторону периферии из-за различия углов установки таких поверхностей), а также указанные скошенные сегментные поверхности, в отличие от сферической поверхности без них, способны формировать надрезы-борозды для формирования направляющих для во время следующего оборота долота, тем самым способствуя стабилизации долота. Кроме того, образующийся двумя указанными сегментными поверхностями «клин» способствует эффективному разрушению и подрезанию поверхности забоя, уводя из зон разрушения разрушенный шлам больше к периферии долота и далее в межтрубное пространство, чем к стесненным условиям центра долота, для снижения затрат на переизмельчение шлама, более быстрого его уноса из зоны разрушения и устранения препятствий для качественного вертикального нагружения рабочей части долота без излишков выбуренной породы под долотом.

Таким образом, использование заявленного долота позволяет повысить надежность работы и ресурс такого долота.

Следует отметить, что любой из упомянутых в представленных материалах диапазон, интервал включает в себя свои граничные значения. Полученные диапазоны величин, конкретные значения, количества, приведенные в тексте, являются наиболее оптимальными для осуществления заявленного долота и найдены как путем теоретических обоснований, так и в процессе моделирования, проектирования, различных экспериментов.

Следует отметить, что поскольку заявленное долото может производиться, например методами затвердевания в форме или литья, прессования, спекания, то оно имеет технологические скругления и переходы его смежных элементов, и указанные скругления и переходы никак не ограничивают объем притязаний.

Также заявленное долото может иметь множество элементов, известных из уровня техники, не указанных в описании (например, наличие промывочных отверстий и сопел, наличие кернообразующих резцов, наличие нескольких дублирующих рядов вставок на одной лопасти, наличие переходных поверхностей лопасти, как непосредственное нахождение дублирующих вставок за основным рядом вставок, так и их расположение с боковым смещением относительно друг друга и т.п.). Указанные дополнительные элементы никак не ограничивают объем притязаний.

Описанное выше изобретение не ограничивается точно до указанных деталей его воплощения и может быть усовершенствовано многими средствами и методами без отклонения при этом от его основной концепции.

Изобретение относится к области бурения скважин. Технический результат заключается в повышении надежности работы и ресурса долота. Долото буровое лопастное включает корпус с лопастями, каждая лопасть армирована режущими элементами в виде вставок, имеет набегающую, рабочую и сбегающую грани. Между рабочей гранью и набегающей гранью каждой лопасти расположены цилиндрические вставки с плоскими пластинами PDC. На рабочей грани каждой лопасти установлены режущие элементы в виде цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью. Цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют величину выступания над рабочей гранью лопасти, которая больше, чем величина выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC. Цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют переход от цилиндрической поверхности в сферическую, при этом указанный переход расположен над рабочей гранью лопасти на высоте, которая меньше величины выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью лопасти. С набегающей стороны на сферической рабочей поверхности цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью расположены две плоские сегментные поверхности, расположенные с разных сторон от траектории резания. Первая плоская сегментная поверхность проходит со стороны центра долота под боковым углом a₁ к траектории резания, а вторая плоская сегментная поверхность проходит со стороны периферии долота под боковым углом a₂ к траектории резания, при этом боковые углы резания a₁ и a₂ имеют противоположные направления и a₁>a₂. Указанные две плоские сегментные поверхности расположены на сферической рабочей поверхности на высоте, не превышающей величины выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью лопасти. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Долото буровое лопастное, включающее корпус (1), на рабочей стороне которого выполнены лопасти (2), при этом каждая лопасть армирована режущими элементами в виде вставок, при этом долото выполнено с возможностью соединения через хвостовую часть корпуса с вышележащей частью бурильной колонны, каждая лопасть имеет набегающую (3), рабочую (4) и сбегающую (5) грани, между рабочей гранью и набегающей гранью каждой лопасти расположены цилиндрические вставки с плоскими пластинами PDC (6), имеющие каждая отрицательный передний угол (с) резания, при этом на рабочей грани каждой лопасти установлены режущие элементы в виде цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью (7), при этом цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют величину (h₃) выступания над рабочей гранью лопасти, которая больше, чем величина (h₂) выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC,

отличающееся тем, что

цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют переход от цилиндрической поверхности в сферическую, при этом указанный переход расположен над рабочей гранью лопасти на высоте (h₁), которая меньше величины (h₂) выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью лопасти,

при этом с набегающей стороны (8) на сферической рабочей поверхности цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью расположены две плоские сегментные поверхности (9, 10), расположенные с разных сторон от траектории резания (11), при этом первая плоская сегментная поверхность (9) проходит со стороны центра долота под боковым углом a₁ к траектории резания, а вторая плоская сегментная поверхность (10) проходит со стороны периферии долота под боковым углом a₂ к траектории резания, при этом боковые углы резания a₁ и a₂ имеют противоположные направления и a₁>a₂,

причем указанные две плоские сегментные поверхности (9, 10) расположены на сферической рабочей поверхности на высоте, не превышающей величины выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC над рабочей гранью лопасти.

2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрические вставки со сферической рабочей поверхностью имеют величину (h₃) выступания над рабочей гранью лопасти, которая больше, чем величина (h₂) выступания цилиндрических вставок с плоскими пластинами PDC, на расчетную величину углубления долота за один оборот, деленную на количество лопастей.

3. Долото по любому из п. 1 или 2, отличающееся тем, что величина указанных боковых углов a₁ и а₂ выбрана такой, что энергоемкость разрушения первой сегментной поверхности и энергоемкость разрушения второй сегментной поверхности цилиндрических вставок со сферической рабочей поверхностью являются одинаковыми при их измерении за один оборот долота.

4. Долото по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что цилиндрические вставки с плоскими пластинами PDC закреплены на лопастях от центра долота к периферии долота в диаметральной плоскости по логарифмической спирали с отрицательными передними углами резания, изменяющимися от минус 30° в центре долота до минус 10° на периферии долота с интервалом один градус в виде двухзаходной резьбы.