Патент на изобретение №2376441

(54) БУРОВОЕ ДОЛОТО С НЕПОДВИЖНО УСТАНОВЛЕННЫМИ РЕЖУЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, в частности к буровому алмазному долоту. Техническим результатом является увеличение срока службы долота. Буровое долото содержит корпус с центральным каналом для подачи бурового раствора, лопасти из металлической матрицы, армированной абразивными частицами, разделенные открытыми наружу радиальными каналами. При этом буровое долото снабжено, по меньшей мере, одним мостиком, расположенным поперечно к, по меньшей мере, одному радиальному каналу для бурового раствора между двумя указанными лопастями и между корпусом и передней режущей поверхностью. Причем указанный мостик выполнен в виде элемента, не мешающего потоку бурового раствора, проходящего по указанному каналу. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к конструкции бурового долота с неподвижно установленными режущими элементами.

Такое долото содержит корпус, на передней части которого закреплены несколько лопастей, совместно образующих переднюю режущую поверхность, причем лопасти состоят из металлической матрицы, армированной абразивными частицами, и разделены открытыми наружу радиальными каналами для бурового раствора (см., например, US 6725953).

В нефтяных бурильных установках используют две группы инструментов: буровое шарошечное долото, с одной стороны, и буровое долото с неподвижными ножами, с другой стороны.

Буровые шарошечные долота представляют собой конструкцию, содержащую подвижные элементы, тогда как инструменты с неподвижными ножами выполнены в виде единой детали и не содержат никаких подвижных элементов.

В группе долот с неподвижно установленными режущими элементами можно выделить четыре подгруппы, которые различаются конструкцией режущих элементов. Она может содержать PDC (поликристаллические алмазы), природные алмазы, TSP (термически стабильные поликристаллические алмазы) или другой металлический материал, армированный алмазами или другими абразивными частицами. Именно эта последняя подгруппа и является объектом настоящего изобретения. Рассматриваемые инструменты выполнены с возможностью бурения твердых и абразивных пород. Лопасти установлены на корпусе. Корпус содержит металлическую матрицу и стальную сердцевину.

Настоящее изобретение может также применяться на буровых коронках, в которых основные режущие элементы армированы алмазами.

Лопасти армированных инструментов содержат смесь металла и абразивных частиц. Во время бурения металлическое связующее, покрывающее частицы, а также сами абразивные частицы изнашиваются, вследствие чего на поверхности оказываются новые частицы. По мере износа инструмента высота инструмента уменьшается.

В связи с этим с самого начала необходимо иметь буровые долота максимально возможной высоты. Недостатком является то, что армированный материал является хрупким, следовательно, лопасти могут ломаться. Это явление проявляется еще больше с увеличением высоты. Таким образом, для данной конфигурации инструмента существует предел высоты лопастей, за которым возрастает опасность механической поломки.

Задачей настоящего изобретения является создание бурового долота из армированного материала, имеющего большую высоту и позволяющего устранить вышеуказанные недостатки, за счет чего значительно увеличивается срок службы.

Для решения этой задачи предложено буровое долото, определенное во вступительной части описания, которое дополнительно снабжено, по меньшей мере, одним мостиком, расположенным поперечно к, по меньшей мере, одному радиальному каналу для бурового раствора между двумя лопастями и между корпусом и передней режущей поверхностью, причем указанный, по меньшей мере, один мостик соединяет указанные две лопасти. Таким образом, осуществляют механическое усиление лопастей этих инструментов из армированного материала, что позволяет разработать более высокие лопасти. В свою очередь более высокие лопасти позволяют увеличить количество алмаза на инструменте и, следовательно, увеличить срок службы и глубину бурения посредством инструмента.

Под мостиками, выполненными поперечно к радиальным каналам для бурового раствора, следует понимать элементы, которые не мешают потоку раствора в этих каналах.

Предпочтительно можно предусмотреть несколько мостиков в канале и мостики в нескольких каналах и, в случае необходимости, но не обязательно, в каждом их них.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения каждый мостик выполнен внутри указанного радиального канала. Действительно предпочтительно, чтобы мостики даже не выступали над наружной поверхностью лопастей, чтобы их механическое действие сохранялось как можно дольше.

Мостики можно выполнять любым способом, известным специалистам, и из любого материала, соответствующего этому способу.

Как известно, буровое долото с лопастями, состоящими из металлической матрицы, выполняют путем литья, при этом в пресс-форму засыпают металлический порошок с наполнителем из абразивных частиц, который затем просачивается в материал при помощи соответствующего жидкого припоя, известного специалистам.

Мостики можно выполнять перед заполнением пресс-формы или, наоборот, после просачивания и выемки из пресс-формы.

Согласно варианту выполнения настоящего изобретения каждый мостик выполняют в виде вставки на основе спеченного металлического порошка,

которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, и в которую просачивается жидкий припой.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения каждый мостик выполняют в виде вставки на основе металлического порошка, сформованной при помощи связующего, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, из которой путем термической обработки удаляют связующее и в которую просачивается жидкий припой.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения каждый мостик выполняют в виде вставки из металлического порошка или из неметаллического порошка, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, и в которую просачивается жидкий припой.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения каждый мостик выполняют из пасты на основе металлического порошка или неметаллического порошка с использованием, по меньшей мере, одной органической добавки, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, из которой путем термической обработки удаляют указанную, по меньшей мере, одну органическую добавку и в которую просачивается жидкий припой.

Используемый металлический порошок сам по себе известен и может быть приготовлен, например, на основе вольфрама, никеля или других элементов. Предпочтительно сам порошок может содержать твердые и/или неистирающиеся частицы, такие как частицы алмаза, карбида и т.д.

Спекаемые детали, содержащие или не содержащие алмазы, могут быть плотными или неплотными. Предварительно сформованные детали связываются любым известным связующим, например парафином, который удаляется термической обработкой перед просачиванием.

Пасты состоят из пастообразной смеси порошка, как было указано выше, с органическими добавками, такими как смазочные вещества, пластификаторы или аналогичные вещества, причем эта смесь легко поддается формованию. Добавки удаляются перед просачиванием при помощи термической обработки.

Используемые алмазы являются природными или синтетическими. Они могут иметь любой гранулометрический состав как с однотипной формой кристалла, так с разной формой кристалла. Они могут быть типа Grid (сетка) или измельченного типа TSP (термически стабильные поликристаллические алмазы). Их используют, например, в количестве от 1 до 40 мас.% по отношению к порошку.

В качестве неметаллического порошка можно, например, использовать карбид вольфрама.

В качестве припоя предпочтительно можно использовать сплав на основе меди.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения каждый мостик выполняют в виде распорки из спекаемого материала, содержащего или не содержащего алмазы, из стали, из карбида или аналогичного материала, которую после извлечения долота из пресс-формы крепят на лопастях в одном из указанных каналов для бурового раствора. Образующие мостик распорки крепят на лопастях при помощи любого известного средства, например при помощи пайки, обжатия, сварки или приклеивания.

Другие подробности и отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания примера выполнения бурового долота в соответствии с изобретением, со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображено буровое долото в соответствии с настоящим изобретением, вид сверху;

на фиг.2 – то же, вид в изометрии;

на фиг.3 – показан разрез по линии III-III на фиг.1.

На чертежах идентичные или аналогичные элементы обозначены одинаковыми позициями.

На этих чертежах показан пример выполнения бурового долота в соответствии с настоящим изобретением. Это буровое долото 1 содержит корпус 2 и несколько режущих лопастей 3, состоящих из металлической матрицы, армированной абразивными частицами, например алмазными частицами. Лопасти 3 закреплены на корпусе инструмента известным образом и, как показано, в частности, на фиг.2, направлены вперед на относительно большой высоте, относительно корпуса 2. Своими свободными концами они образуют, таким образом, переднюю режущую поверхность 7. Между этими лопастями 3 выполнены радиальные каналы 4 для бурового раствора, которые взаимно разделяют лопасти и являются открытыми наружу. Корпус содержит центральный канал 5, через который буровой раствор попадает в нижнюю часть радиальных каналов 4.

Как показано на фиг.1, шесть из десяти радиальных каналов 4 бурового долота содержат установленные поперечно три мостика 6, 6′, 6″, каждый из которых соединяет две соседние лопасти 3. Как показано на фиг.2 и 3, эти мостики выполнены между корпусом 2 и передней стороной 7 лопастей. Предпочтительно эти мостики выполнены на разных высотах и способствуют, таким образом, механическому усилению лопастей, которые подвергаются большим напряжениям во время бурения, но при этом мостики не препятствуют потоку бурового раствора и не ухудшают его смазывающего и охлаждающего действия.

Как показано на чертежах, мостики выполнены внутри каналов для бурового раствора, что позволяет избежать преждевременного износа мостиков, что обычно происходило, когда они были выполнены выступающими или на уровне лопастей.

Вместе с тем за счет правильного выбора состава мостиков, который может быть однотипным с составом лопастей, после первоначального износа лопастей мостики могут сами участвовать в абразивном действии во время бурения и в свою очередь подвергаться износу. Поэтому предпочтительно предусмотреть несколько мостиков, выполненных на разных высотах в каналах для бурового раствора.

Предпочтительно, как показано на чертежах, мостики имеют трубчатую цилиндрическую или коническую форму, ось которой направлена тангенциально к направлению вращения лопастей во время бурения.

Разумеется настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом осуществления и в него можно вносить любые изменения, не выходя при этом за рамки прилагаемой формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Буровое долото (1) с неподвижно установленными режущими элементами, содержащее корпус (2), на передней части которого закреплены несколько лопастей (3), совместно образующих переднюю режущую поверхность (7) и разделенных открытыми наружу радиальными каналами (4) для бурового раствора, отличающееся тем, что лопасти (3) состоят из металлической матрицы, армированной абразивными частицами, а корпус (2) содержит центральный канал (5) для подачи бурового раствора в нижнюю часть радиальных каналов, при этом буровое долото (1) снабжено, по меньшей мере, одним мостиком (6, 6′,6”), расположенным поперечно к, по меньшей мере, одному радиальному каналу (4) для бурового раствора между двумя указанными лопастями (3) и между корпусом (2) и передней режущей поверхностью (7), причем указанный, по меньшей мере, один мостик соединяет указанные две лопасти и выполнен в виде элемента, не мешающего потоку бурового раствора, проходящему по указанному каналу (4).

2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что содержит несколько мостиков (6, 6′, 6”) в нескольких каналах (4) для бурового раствора.

3. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что каждый мостик выполнен внутри указанного радиального канала.

4. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что каждый мостик выполнен в виде вставки на основе спеченного металлического порошка, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, и в которую просачивается жидкий припой.

5. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что каждый мостик выполнен в виде вставки на основе металлического порошка, сформованной при помощи связующего, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, из которой путем термической обработки удаляют связующее, и в которую просачивается жидкий припой.

6. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что каждый мостик выполнен из металлического порошка или из неметаллического порошка, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, и в которую просачивается жидкий припой.

7. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что каждый мостик выполнен из пасты на основе металлического порошка или неметаллического порошка с использованием, по меньшей мере, одной органической добавки, которую перед литьем долота вставляют в полость, выполненную в детали, образующей во время литья один из указанных каналов для бурового раствора, из которой путем термической обработки удаляют указанную, по меньшей мере, одну органическую добавку, и в которую просачивается жидкий припой.

8. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что каждый мостик выполняют в виде распорки из спекаемого материала, содержащего или не содержащего алмазы, из стали, из карбида или аналогичного материала, которую после извлечения долота из пресс-формы крепят на лопастях в одном из указанных каналов для бурового раствора.

9. Буровое долото по любому из пп.4-7, отличающееся тем, что металлический порошок дополнительно содержит твердые и/или износостойкие частицы.

РИСУНКИ