Вооружение бурового долота с фиксированными резцами и другие скважинные буровые инструменты

Вооружение бурового долота с фиксированными резцами и другие скважинные буровые инструменты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При бурении скважины в земной поверхности, например, с целью добычи углеводородов или других целей нижнюю часть компоновки секций бурильной трубы, соединенных встык и образующих "бурильную колонну", соединяют с буровым долотом. Долото приводится во вращение с помощью вращающейся на поверхности бурильной колонны или с помощью забойных двигателей или турбины, или с помощью двух этих способов. С помощью веса, приложенного к бурильной колонне, вращающееся долото входит в зацепление с породой, что приводит к прорезанию долотом горной породы либо путем истирания, разрыва, сдвига, либо путем сочетания всех способов резки, таким образом формируя скважину заданной траектории в направлении целевой зоны.

При бурении таких скважин были разработаны и используются на практике многие различные типы буровых долот. Среди них преобладают два типа буровых долот: шарошечные долота и долота с фиксированными резцами (ротационно срезающие). Большинство конструкций долота с фиксированными резцами содержат множество лопастей, расположенных под углом вокруг торца долота. Лопасти радиально выступают из корпуса долота и формируют между собой промывочные каналы. Кроме того, режущие элементы обычно группируют и устанавливают на нескольких лопастях в виде радиально расположенных рядов. Конфигурация или расположение режущих элементов на лопастях может изменяться в широких пределах, в зависимости от ряда факторов, например, от пробуриваемой породы.

Как правило, режущие элементы, расположенные на лопастях долота с фиксированными резцами, изготавливают из очень твердых материалов. В стандартном долоте с фиксированными резцами каждый режущий элемент содержит удлиненную и, как правило, цилиндрическую подложку из карбида вольфрама, установленную и зафиксированную в кармане, сформированном в поверхности одной из лопастей. Режущие элементы, как правило, содержат твердый режущий слой поликристаллического алмаза ("PCD") или других сверхабразивных материалов, например, термически стабильного алмаза или поликристаллического кубического нитрида бора. Для удобства в данной заявке ссылка на "долото PDC" или "резцы PDC" относится к долоту с фиксированными резцами или режущему элементу, в котором используют твердый режущий слой из поликристаллических алмазов или других сверхабразивных материалов.

Со ссылкой на Фиг.1 и 2 проиллюстрировано типовое долото с неподвижными резцами или лопастное долото 10, предназначенное для бурения сквозь образование горных пород для формирования скважины. Долото 10, как правило, содержит корпус долота 12, хвостовик 13 и резьбовое соединение или ниппель 14 на конце соединительного ниппеля 16 для присоединения долота 10 к бурильной колонне (не показана), которая используется для поворота долота при бурении скважины. Торец долота 20 служит опорой для режущих структур 15 и находится на конце долота 10, противоположном соединительному ниппелю 16. Дополнительно долото 10 содержит центральную ось 11, вокруг которой вращается долото 10 в направлении бурения, проиллюстрированного стрелкой 18.

Режущие структуры 15 расположены на торце 20 долота 10. Режущие структуры 15 содержат множество пространственно разнесенных и расположенных под углом основных лопастей 31, 32, 33 и вторичных лопастей 34, 35, 36, каждая из которых выступает из торца долота 20. Основные лопасти 31, 32, 33 и вторичные лопасти 34, 35, 36 выступают, как правило, радиально вдоль торца долота 20, а затем в продольном направлении вдоль боковой поверхности долота 10. При этом вторичные лопасти 34, 35, 36 выступают радиально вдоль торца долота 20 из положения, удаленного от оси долота 11, в сторону боковой поверхности долота 10. Таким образом, в данной заявке "вторичная лопасть" может использоваться для обозначения лопасти, которая начинается на некотором расстоянии от оси долота и обычно радиально выступает вдоль торца долота в сторону боковой поверхности долота. С помощью основных лопастей 31, 32, 33 и вторичных лопастей 34, 35, 36 разделяют направления движения бурового раствора 19.

На Фиг.1 и 2 каждая первичная лопасть 31, 32, 33 содержит верхнюю часть лопасти 42 для установки множества режущих элементов, а также каждая вторичная лопасть 34, 35, 36 содержит верхнюю часть лопасти 52 для установки множества режущих элементов. В частности, режущие элементы 40, каждый из которых содержит режущую поверхность 44, устанавливают в карманы, сформированные в верхней части лопасти 42, 52 каждой основной лопасти 31, 32, 33 и каждой вторичной лопасти 34, 35, 36, соответственно. Режущие элементы 40 расположены рядом друг с другом в радиально расположенном ряду, ближайшем к передней кромке каждой основной лопасти 31, 32, 33 и каждой вторичной лопасти 34, 35, 36. Каждая режущая поверхность 44 имеет наружный режущий наконечник 44а наиболее удаленный от верхней части лопасти 42, 52, в которой установлены режущие элементы 40.

На Фиг.3 проиллюстрирован профиль долота 10, проиллюстрированный со всеми лопастями (например, первичными лопастями 31, 32, 33 и вторичными лопастями 34, 35, 36) и режущими поверхностями 44 всех режущих элементов 40, повернутыми в одной плоскости. В развернутом виде верхними частями лопастей 42, 52, всех лопастей 31-36 долота 10, формируется и определяется профиль комбинированной или композитной лопасти 39, выступающий в радиальном направлении от оси долота 11 к внешнему радиусу 23 долота 10. Таким образом, в данной заявке фраза "профиль композитной лопасти" относится к профилю, выступающему от оси долота к внешнему радиусу долота, образованному верхними частями лопастей всех лопастей долота, повернутых в одной плоскости (т.е. в развернутом виде).

Типовой профиль композитной лопасти 39 (наиболее понятно представлен в правой половине долота 10, проиллюстрированного на Фиг.3), как правило, может быть разделен на три области, которые обычно называют область конуса 24, область плеча 25, и область калибра 26. Область конуса 24 содержит наиболее радиально удаленную область долота 10 и профиля композитной лопасти 39, как правило, выступающую от оси долота 11 к области плеча 25. Как проиллюстрировано на Фиг.3, в большинстве типовых долот с фиксированными резцами, область конуса 24, как правило, является вогнутой. Рядом с областью конуса 24 находится область плеча (или перевернутая кривая) 25. В большинстве типовых долот с фиксированными резцами, область плеча 25, как правило, является выпуклой. Далее в радиальном направлении, рядом с областью плеча 25 находится область калибра 26, выступающая параллельно оси долота 11 в направлении наружной радиальной боковой поверхности профиля композитной лопасти 39. Таким образом, профиль композитной лопасти 39 типового долота 10 содержит одну вогнутую область, область конуса 24, и одну выпуклую область, область плеча 25.

Самой нижней точкой выпуклой области плеча 25 в продольном направлении, а также профилем композитной лопасти 39 определяется передняя часть профиля лопасти 27. В передней части профиля лопасти 27 угол наклона касательной 27а к выпуклой области плеча 25 и профилю композитной лопасти 39 равен нулю. Таким образом, в данной заявке термин "передняя часть профиля лопасти" относится к точке, расположенной вдоль выпуклой области профиля композитной лопасти долота, развернутого в одной плоскости, в котором наклон касательной к профилю композитной лопасти равен нулю. Для большинства типовых долот с фиксированными резцами (например, долота 10), профиль композитной лопасти содержит только одну выпуклую область плеча (например, выпуклую область плеча 25), и только одну переднюю часть профиля лопасти (например, переднюю часть профиля лопасти 27). Как проиллюстрировано на Фиг.1-3, режущие элементы 40 размещены рядами вдоль лопастей 31- 36 и расположены вдоль торца долота 20 в областях описанных выше как область конуса 24, область плеча 25 и область калибра профиля композитной лопасти 39. При этом режущие элементы 40 устанавливают на лопастях 31-36 в заданных положениях в радиальном направлении и расположенных с интервалами относительно к центральной оси 11 долота 10.

Независимо от типа долота, стоимость бурения скважины пропорциональна периоду времени, затраченному на бурение скважины до нужной глубины и местоположения. На время бурения, в свою очередь, значительно влияет число замен бурового долота до достижения целевого пласта. Это справедливо в случае, когда при каждой замене долота нужно извлекать из скважины по секциям всю бурильную колонну, причем бурильная колонна может иметь длину несколько миль. Сразу после извлечения бурильной колонны и установки нового долота, долото следует опустить на дно скважины на бурильной колонне, которую снова посекционно собирают. Данный процесс, называемый "рейс" бурильной колонны, как правило, требует значительных затрат времени, труда и финансов. Соответственно, желательно использовать буровые долота, которые сверлят быстрее и дольше, а также пригодны к использованию для более широкого диапазона пород различной твердости.

Продолжительность времени, в течение которого может использоваться буровое долото до замены, зависит от скорости проходки ("ROP"), а также прочности долота или способности сохранять высокую или приемлемую ROP. Кроме того, желательной характеристикой долота является "стабильность" и сопротивление нежелательной вибрации, причем наиболее жестким типом или режимом работы является "завихрение", термин, используемый для описания явления, когда буровое долото вращается в нижней части скважины вокруг оси вращения, смещенной относительно геометрического центра бурового долота. Такое завихрение подвергает режущие элементы долота повышенной нагрузке, что приводит к преждевременному износу или разрушению режущих элементов и снижению скорости проходки (ROP). Таким образом, предотвращение или снижение нежелательных вибраций долота и поддержание стабильности долот PDC давно является желанной, но не всегда достижимой целью. Нежелательная вибрация долота, как правило, может возникнуть в породе любого типа, но самыми неблагоприятными являются более твердые породы.

В последние годы долото PDC стало промышленным стандартом для бурения пород мягкой и средней твердости. При этом, поскольку долота PDC разрабатываются для использования в более твердых породах, становится труднее обеспечить стабильность долота. Как было описано выше, излишняя нежелательная вибрация долота во время бурения приводит к износу долота и/или может привести к повреждению долота до такой степени, что становится необходимым или желательным преждевременный рейс бурильной колонны.

Существует ряд альтернативных конструкций, предложенных для режущих структур PDC, предназначенных для обеспечения возможности бурения долота PDC через ряд пород различной твердости с эффективными скоростями проходки (ROP) и приемлемым сроком эксплуатации долота. К сожалению, для многих из конструкций долота, направленных на минимизацию вибрации, требуется, чтобы бурение проводилось с повышенной нагрузкой на долото ("WOB"), по сравнению с более ранними конструкциями долот. Например, некоторые долота были разработаны с резцами, установленными под менее агрессивными углами обратного наклона, в результате чего требуется увеличение нагрузки на долото (WOB), чтобы в достаточной степени пробурить материал породы. Как правило, по возможности, следует избегать бурения с увеличенной или утяжеленной нагрузкой на долото (WOB). Увеличение нагрузки на долото (WOB) достигается путем присоединения к бурильной колонне дополнительных утяжеленных бурильных труб. Этот дополнительный вес увеличивает напряжение и деформацию на некоторых или всех компонентах бурильной колонны, что приводит к большему износу и менее эффективной работе стабилизаторов, а также приводит к увеличению гидравлического уклона в бурильной колонне, что, в свою очередь, требует применения насосов для циркуляции бурового раствора большей мощности (и, как правило, более дорогих). При том, что задача еще больше усложняется, увеличенная нагрузка на долото (WOB) приводит к износу долота, причем износ значительно ускоряется, по сравнению с износом без увеличенной нагрузки на долото. Чтобы отсрочить спускоподъемные операции бурильной колонны обычно добавляют дополнительную нагрузку на долото (WOB) и продолжают бурение с частично изношенным и затупившимся долотом. Взаимосвязь между износом долота и нагрузкой на долото (WOB) является не линейной, а экспоненциальной, поэтому при превышении определенной нагрузки на долото, для данного долота, очень малый рост нагрузки на долото вызовет значительный рост износа долота. Таким образом, добавление большей нагрузки на долото (WOB) приводит к еще большему износу долота с частичным износом, а также других компонентов бурильной колонны.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное краткое описание сущности изобретения приводится с целью выбора концепций, которые более подробно описаны ниже. Данное краткое описание сущности изобретения не предназначено для идентификации ключевых или существенных признаков заявляемого объекта изобретения, также данное краткое описание не предназначено для использования с целью ограничения объема заявленного объекта изобретения.

В некоторых вариантах реализации изобретения буровой инструмент содержит корпус инструмента; множество лопастей, отходящих от корпуса инструмента; и множество непланарных режущих элементов, расположенных вдоль каждой из множества лопастей. Множество непланарных режущих элементов образуют режущий профиль, причем множество непланарных режущих элементов повернуты в одной плоскости, при этом 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, области плеча, и области калибра, а также вторую форму, отличающуюся по меньшей мере в одной другой области.

В некоторых вариантах реализации изобретения режущий инструмент содержит корпус инструмента; множество лопастей, отходящих от корпуса инструмента; а также множество непланарных режущих элементов, расположенных вдоль каждой из множества лопастей. Множество непланарных режущих элементов образуют режущий профиль, причем множество непланарных режущих элементов повернуты в одной плоскости, при этом режущий профиль содержит область конуса, область передней части, область плеча, и область калибра. Множество непланарных режущих элементов содержат вершину с первым радиусом кривизны по меньшей мере в одной из областей: области конуса, области передней части, области плеча, и области калибра, при этом вершина имеет второй, отличный от первого, радиус кривизны по меньшей мере в одной из других областей.

В некоторых вариантах реализации изобретения режущий инструмент содержит корпус инструмента; множество лопастей, отходящих от корпуса инструмента; а также множество непланарных режущих элементов, расположенных вдоль каждой из множества лопастей. Множество непланарных режущих элементов образуют режущий профиль, причем множество непланарных режущих элементов повернуты в одной плоскости, при этом режущий профиль содержит область конуса, область передней части, область плеча, и область калибра. Множество непланарных режущих элементов имеет первый диаметр по меньшей мере в одной из областей: области конуса, области передней части, область плеча и область калибра, а также второй, отличный от первого, диаметр по меньшей мере в одной из других областей.

В некоторых вариантах реализации изобретения режущий инструмент содержит корпус инструмента; множество лопастей, отходящих от корпуса инструмента; а также множество непланарных режущих элементов, расположенных вдоль каждой из множества лопастей. Множество непланарных режущих элементов образуют режущий профиль, причем множество непланарных режущих элементов повернуты в одной плоскости, при этом режущий профиль содержит область конуса, область передней части, область плеча, и область калибра. Множество непланарных режущих элементов имеет первое свойство материала по меньшей мере в одной из областей: области конуса, области передней части, области плеча, и области калибра, а также второе свойство материала, отличающееся по меньшей мере в одной другой области.

Другие аспекты и преимущества заявленного объекта изобретения станут очевидными на основании последующего описания и пунктов формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг.1 проиллюстрировано типовое буровое долото.

На Фиг.2 проиллюстрирован вид сверху типового бурового долота.

На Фиг.3 проиллюстрирован поперечный разрез типового бурового долота.

На Фиг.4 проиллюстрирован вид сверху бурового долота, согласно одному из вариантов реализации изобретения.

На Фиг.5 проиллюстрирован режущий профиль, согласно одному из вариантов реализации изобретения.

На Фиг.6 проиллюстрирован поперечный разрез конического режущего элемента.

На Фиг.7 проиллюстрирован поперечный разрез остроконечного режущего элемента, имеющего выпуклую боковую поверхность.

На Фиг.8 проиллюстрирован поперечный разрез остроконечного режущего элемента, имеющего вогнутую боковую поверхность.

На Фиг.9 проиллюстрированы резцы, согласно одному или более вариантам реализации изобретения.

На Фиг.10 проиллюстрированы конические режущие элементы, согласно одному или более вариантам реализации изобретения.

На Фиг.11 проиллюстрирован конический режущий элемент, согласно одному или более вариантам реализации изобретения.

На Фиг.12 проиллюстрированы резцы, согласно одному или более вариантам реализации изобретения.

На Фиг.13 проиллюстрированы виды сверху конических режущих элементов, согласно одному или более вариантам реализации изобретения.

На Фиг.14 проиллюстрирован вид сбоку конических режущих элементов, согласно одному или более вариантам реализации.

На Фиг.15 проиллюстрирован расширитель, согласно одному или более вариантам реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Аспектами данного изобретения предусмотрены варианты реализации изобретения, относящиеся к буровым долотам с фиксированными резцами или другим скважинным буровым инструментам, содержащим режущие элементы с непланарными режущими поверхностями. В частности, описанные в данной заявке варианты реализации изобретения относятся к буровым долотам, содержащим два или более непланарных режущих элемента, причем по меньшей мере два режущих элемента, имеют различные геометрические или пространственные профили и/или содержат материалы с различными свойствами. Другие варианты реализации изобретения, описанные в данной заявке, относятся к буровым долотам с фиксированными резцами, содержащим подобные режущие элементы, включая размещение данных режущих элементов на долоте, причем различные варианты размещения режущих элементов могут использоваться для оптимизации или улучшения бурения.

В соответствии с одним или более вариантами реализации данного изобретения могут использоваться различные непланарные режущие элементы, причем геометрию выбирают, исходя из расположения отдельного непланарного режущего элемента вдоль режущего профиля, как определено, например, со ссылкой на Фиг.3. На Фиг.4 проиллюстрирован вид сверху варианта реализации изобретения бурового долота. Как проиллюстрировано на Фиг.4, буровое долото 40 может содержать множество лопастей 42, радиально отходящих от корпуса долота 44. Непланарные режущие элементы 46 находятся в карманах для резцов 48 на множестве лопастей 42. При том, что на Фиг.4 проиллюстрированы только непланарные режущие элементы, также объемом данного изобретения предусмотрено, что одна или более лопастей могут содержать один или более планарных или практически планарных режущих элементов. На Фиг.5 проиллюстрирован режущий профиль (в котором все режущие элементы на долоте проиллюстрированы повернутыми в одной плоскости). Аналогично режущему профилю, описанному выше в связи с Фиг.3, режущий профиль 50, проиллюстрированный на Фиг.5, содержит область конуса 53, область передней части 57, область плеча 55, область калибра 56; при этом, в варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фиг.5, режущий профиль образован из непланарных режущих элементов. Кроме того, несмотря на то, что непланарные режущие элементы, проиллюстрированные на Фиг.5 являются коническими режущими элементами, данное описание изобретения не является ограничивающим. Скорее, один или более, или все режущие элементы, образующие режущий профиль, в данном описании изобретения могут содержать непланарные режущие элементы, отличные от конических режущих элементов. Например, на Фиг.6-8 проиллюстрированы различные непланарные режущие элементы, которые могут использоваться в вариантах реализации данного изобретения.

Для простоты различия нескольких типов режущих элементов, термин "режущие элементы" будет в общем относиться к любому типу режущего элемента, при этом "резец" будет относиться к режущим элементам с планарной режущей поверхностью, как описано выше со ссылкой на Фиг.1 и 2, а "непланарный режущий элемент" будет относиться к тем режущим элементам, которые имеют непланарную верхнюю поверхность, например, конец, оканчивающийся вершиной, которая может содержать режущие элементы с коническими режущими кромками (показано на Фиг.6) или режущий элемент сферической формы (проиллюстрирован на Фиг.7), например, (оба из которых могут также называться "остроконечными режущими элементами"). В данной заявке термин "конические режущие элементы" относится к режущим элементам, имеющим, как правило, коническую режущую кромку 62 (включая либо прямые конусы, либо усеченные конусы), т.е. коническую боковую стенку 64, которая оканчивается закругленной вершиной 66, как проиллюстрировано на Фиг.6. В отличие от геометрических конусов, которые заканчиваются острой вершиной, конические режущие элементы в данном описании изобретения имеют вершину, закругляющуюся между боковыми поверхностями и вершиной. Кроме того, в одном или более вариантах реализации изобретения может использоваться режущий элемент сферической формы 70. Термин "режущий элемент сферической формы" относится к режущим элементам, имеющим вместо, в целом, конической боковой поверхности, в целом, выпуклую боковую поверхность 78, оканчивающуюся закругленной вершиной 76. В одном или более вариантах реализации изобретения вершина 76 имеет значительно меньший радиус кривизны, чем выпуклая боковая поверхность 78. Тем не менее, предполагается также, что непланарные режущие элементы данного описания изобретения могут также включать другие формы, включая, например, вогнутую боковую поверхность, оканчивающуюся закругленной вершиной, как показано на Фиг.8. В каждом из таких вариантов реализации изобретения, непланарные режущие элементы могут иметь плавный переход между боковой поверхностью и закругленной вершиной (т.е. поверхность или боковая стенка соединены касательной к кривой вершины), но в некоторых вариантах реализации изобретения, плавный переход может отсутствовать (т.е. касательная к боковой поверхности пересекает касательную к вершине не под углом 180 градусов, например, в диапазоне от около 120 до менее чем 180 градусов). Кроме того, в одном или более вариантах реализации изобретения непланарные режущие элементы могут включать любые формы с режущей кромкой, выступающей над основанием или базовой областью, причем режущая кромка выступает в высоту, не менее чем 0,25 диаметра режущего элемента, или по меньшей мере 0,3, 0,4, 0,5 или 0,6 диаметра в одном или более других вариантах реализации изобретения.

В различных вариантах реализации данного изобретения вдоль режущего профиля могут использоваться режущие элементы различной формы (такие как, проиллюстрированные на Фиг.6-8, например, непланарные режущие элементы или остроконечные режущие элементы). Например, в одном из вариантов реализации изобретения область конуса может содержать один или более режущих элементов сферической формы 70, а области плеча и калибра могут содержать один или более непланарных режущих элементов (или остроконечных режущих элементов), не являющихся режущими элементами сферической формы, например, конический режущий элемент 60 или вогнутый режущий элемент 80. В отдельных вариантах реализации изобретения область конуса может содержать один или более (или все) режущие элементы сферической формы 70, а области передней части, плеча, калибра могут содержать один или более (или все) конические режущие элементы 60. Данные варианты реализации изобретения могут быть выбраны, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области конуса.

В другом варианте реализации изобретения области конуса и передней части могут содержать один или более режущих элементов сферической формы 70, а области плеча и калибра могут содержать один или более непланарных режущих элементов, которые не являются режущими элементами сферической формы, например, коническим режущим элементом 60 или вогнутым режущим элементом 80. В отдельных вариантах реализации изобретения области конуса и передней части могут содержать один или более (или все) режущие элементы сферической формы 70, а область плеча и калибра могут содержать один или более (или все) конические режущие элементы 60. Данные варианты реализации изобретения могут быть выбраны, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области конуса и передней части.

В другом варианте реализации изобретения области конуса, передней части, и плеча могут содержать один или более режущих элементов сферической формы 70, причем область калибра может содержать один или более непланарных режущих элементов, которые не являются режущими элементами сферической формы, например, конический режущий элемент 60 или вогнутый режущий элемент 80. В отдельных вариантах реализации изобретения области конуса, передней части, и плеча могут содержать один или более (или все) режущих элементов сферической формы 70, а область калибра может содержать один или более (или все) конических режущих элемента 60. Данные варианты реализации изобретения могут быть выбраны, например, для высокопрочных применений.

В одном варианте реализации изобретения область конуса может содержать один или более конических режущих элементов 60, а области плеча и калибра могут содержать один или более непланарных режущих элементов, которые не являются коническими режущими элементами, например, режущий элемент сферической формы 70 или вогнутый режущий элемент 80. В отдельных вариантах реализации изобретения область конуса может содержать один или более (или все) конические режущие элементы 60, а области передней части, плеча и калибра могут содержать один или более (или все) режущие элементы сферической формы 70. Данные варианты реализации изобретения могут быть выбраны, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области передней части, плеча и калибра.

В другом варианте реализации изобретения области конуса и передней части могут содержать один или более конических режущих элементов 60, а области плеча и калибра могут содержать один или более непланарных режущих элемента, которые не являются коническими режущими элементами, например, режущий элемент сферической формы 70 или вогнутый режущий элемент 80. В отдельных вариантах реализации изобретения области конуса и передней части могут содержать один или более (или все) конические режущие элементы 60, а области плеча и калибра могут содержать один или более (или все) режущих элементов сферической формы 70. Данные варианты реализации изобретения могут быть выбраны, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области плеча и калибра.

В другом варианте реализации изобретения области конуса, передней части и плеча могут содержать один или более конических режущих элементов 60, а область калибра может содержать один или больше непланарных режущих элементов, не являющихся коническими режущими элементами, например, режущий элемент сферической формы 70 или вогнутый режущий элемент 80. В отдельных вариантах реализации изобретения области конуса, передней части, и плеча могут содержать один или более (или все) конические режущие элементы 60, а область калибра может содержать один или более (или все) режущие элементы сферической формы 70. Данные варианты реализации изобретения могут быть выбраны, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области калибра.

Кроме того, в другом варианте реализации изобретения области конуса и плеча могут иметь одинаковую форму, отличную от формы передней части. Например, в одном варианте реализации изобретения область конуса и плеча может содержать один или более конических элементов 60, а область передней части может содержать один или более непланарных режущих элементов, которые не являются коническими режущими элементами, например, режущий элемент сферической формы 70 или вогнутый режущий элемент 80. В отдельных вариантах реализации изобретения области конуса и плеча могут содержать один или более (или все) конические режущие элементы 60, а область передней части может содержать один или более (или все) режущие элементы сферической формы 70. Также в пределах объема данного изобретения предусмотрено, что область калибра также может иметь один или более (или все) режущих элемента сферической формы 70.

В другом варианте реализации изобретения область конуса и плеча может содержать один или более режущих элементов сферической формы 70, а область передней части может содержать один или более непланарных режущих элементов, не являющихся коническими режущими элементами, например, конический режущий элемент 60 или вогнутый режущий элемент 80. В отдельных вариантах реализации изобретения области конуса и плеча могут содержать один или более (или все) режущих элементов сферической формы 70, а область передней части может содержать один или более (или все) конических режущих элемента 60. Также в пределах объема данного изобретения предусмотрено, что область калибра также может иметь один или более (или все) конических режущих элементов 60.

Как уже упоминалось выше, вершина непланарного режущего элемента может иметь закругление, имеющее радиус кривизны. В одном или более вариантах реализации изобретения радиус кривизны может составлять приблизительно от 0,050 до 0,125. В одном или более других вариантах реализации изобретения может использоваться радиус кривизны, с нижним пределом любым из 0,050, 0,060, 0,075, 0,085 или 0,100, и верхним пределом любым из 0,075, 0,085, 0,095, 0,100, 0,110, или 0,0125, где любой нижний предел может использоваться с любым верхним пределом. В некоторых вариантах реализации изобретения закругление может иметь переменный радиус кривизны, быть частью параболы, частью гиперболы, частью цепной линии или параметрического сплайна. Кроме того, в одном или более вариантах реализации изобретения могут использоваться различные закругления вершин (одинаковой геометрии или различной геометрии) режущих элементов вдоль режущего профиля. Это может включать, например, различные варианты реализации изобретения, описанные выше, а также варианты реализации изобретения, включающие все конические режущие элементы, или все режущие элементы сферической формы, и т.д., вдоль режущего профиля. При этом "тупой" режущий элемент может включать непланарный режущий элемент любого типа, имеющий больший радиус кривизны по сравнению с другим, "острым" непланарным режущим элементом на том же долоте. Таким образом, термины тупой и острый взаимосвязаны, а радиус кривизны каждого из них может выбираться любым из описанного выше диапазона радиусов.

Например, в одном варианте реализации изобретения область конуса может содержать один или более (или все) тупых режущих элементов, а области передней части, плеча и калибра могут содержать один или более (или все) острых режущих элементов. Данный вариант реализации изобретения может быть выбран, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области конуса.

В другом варианте реализации изобретения области конуса и передней части могут содержать один или более (или все) тупых режущих элементов, а области плеча и калибра могут содержать один или более (или все) острых режущих элементов. Данный вариант реализации изобретения может быть выбран, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области конуса и передней части.

В другом варианте реализации изобретения области конуса, передней части и плеча могут содержать один или более (или все) тупые режущие элементы, а область калибра может содержать один или более (или все) острых режущих элементов. Данный вариант реализации изобретения может быть выбран, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области конуса, передней части и плеча.

В одном варианте реализации изобретения область конуса может содержать один или более (или все) острые режущие элементы, а области передней части, плеча и калибра могут содержать один или более (или все) тупых режущих элементов. Данный вариант реализации изобретения может быть выбран, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области передней части, плеча и калибра.

В другом варианте реализации изобретения области конуса и передней части могут содержать один или более (или все) острых режущих элементов, а области плеча и калибра могут содержать один или более (или все) тупых режущих элементов. Данный вариант реализации изобретения может быть выбран, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области плеча и калибра.

В другом варианте реализации изобретения области конуса, передней части и плеча могут содержать один или более (или все) острых режущих элементов, а область калибра может содержать один или более (или все) тупых режущих элементов. Данный вариант реализации изобретения может быть выбран, например, в случае если требуется большая степень защиты от ударных воздействий в области калибра.

Кроме того, в другом варианте реализации изобретения области конуса и плеча могут иметь одинаковое затупление или заостренность с различным радиусом в передней части. Например, в одном варианте реализации изобретения области конуса и плеча могут содержать один или более (или все) острых режущих элементов, а область передней части может содержать один или более (или все) тупых режущих элементов. Также в пределах объема данного изобретения предусмотрено, что область калибра также может содержать один или более (или все) тупых режущих элементов 70.

В другом варианте реализации изобретения области конуса и плеча могут содержать один или более (или все) тупых режущих элементов, а область передней части может содержать один или более (или все) острых режущих элементов. Также в пределах объема данного изобретения предусмотрено, что область калибра также может содержать один или более (или все) острых режущих элементов.

Кроме того, в одном или более других вариантах реализации изобретения диаметр непланарного режущего элемента может изменяться вдоль режущего профиля. Например, диаметр непланарных режущих элементов, как правило, может быть в диапазоне от 9 мм до 20 мм, например, 9 мм, 11 мм, 13 мм, 16 мм, 19 мм и 22 мм. Выбор различных размеров вдоль профиля резца может позволить изменить число режущих элементов в отдельной области лопастей. При этом, "большой" режущий элемент может включать неплоский режущий элемент любого типа, имеющий больший диаметр по сравнению с другим, "малым" непланарным режущим элементом того же долота. Таким образом, термины большой и малый взаимосвязаны, а диаметр кривизны каждого из них может выбираться любым из описанного выше диапазона диаметров. Кроме того, также в пределах объема данного изобретения предусмотрено, что в любом из описанных выше вариантов реализации изобретения могут использоваться режущие элементы одинакового диаметра, а необходимый размер может быть выбран, например, в зависимости от типа проб