JPH05503556A - 衝撃および回転穿孔用穿孔工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 衝撃および回転穿孔用穿孔工具 本発明は後続のケーシングチューブ前方の衝撃および回転穿孔用穿孔工具に関し 、該工具においてパイロットビットは中間傷心軸を介して案内本体によって支持 され、案内本体は穿孔中躬起工真のコ転細線上の前記ケーシングチューブの口に またそこに回転可能に調心され、前記工具を作動するため前記ケーシングチュー ブに駆動装置が組合わされ、管状リーマはその一つの軸向き面に硬質金属ボタン 挿入体を支持する偏心的に突出する部分を有し、リーマは一方ではその上のボタ ン挿入体を備えた前記偏心部分が前記パイロットビットによって形成された最初 の直径からケーシングチューブをその中に前進させつる孔の完全な直径まで拡孔 加工する突出位置と、他方では穿孔工具が前記ケーシングチューブを通過させつ る後退位置との間で旋回可能に前記傷心軸に取付けられている。

駆動装置は通常ドリルストリングを有し、該ストリングは中間接続ケーシングチ ューブのストリングの中にたとえば米国特許第　３．８４８．６８３号（図６〜 ８）に記載されたような衝撃および回転によって穿孔工具を直播作動するダウン ホールドリルを支持するか、またはトップハンマ駆動が実施されるとき、その作 動のため工具に直接組合わされたドリルを有する。後者の駆動装置は米国特許第 ３．７５３’、　４７０号（図１〜３）に例示されている。両方の穿孔用工具に おいて、浸炭タングステンカーバイドの硬質金属ボタン挿入体は１０年以上の長 期間使用される。そのようなドリルの一つは、米国特許第４．４４０．２４４号 に記載されている。

上記型の工具による穿孔において、通常リーマ要素はもつとも大きい負荷をうけ 、他の工具要素に比較して使用寿命が短い。平均して二個のり−マが消資される 各パイロットビットに対して、また二個のパイロットビットが各案内停に対して 消耗されることが一般に予恩される。したがってサービスと消耗工具要素の交換 の間の有用な時間サイクルを延長するように、主とることが重要である。

本発明の目的は、そのボタン挿入体の組合わせおよび岩石破砕作用を改善するこ とにより、主としてり一層の期待寿命を上記型の穿孔工具において延長すること にある。他の目的は岩石破砕作用を選択することにより形成される岩石破片を一 層粗大な粒子とすることである。それと関連した別の目的は、形成された粗大な 岩石繰り粉を一層有効なフラッシュによって除去しつるようにし、それにより挿 入体による破片の：次的破砕を減少することである。さらに別の目的は粘性の大 きい粘土質地層の穿孔中拡孔作業およびフラツユを改善することである。これら の目的は請求の範５；こ記載された特徴によって達成される。

本発明の冥１＆例およびその変型は図面を１＃照して以下に記載されるが、その 中で、！！１１は同時に圧下されるケーシングチューブ前方のその穿孔位置にお ける穿孔工具の、部分断面図である。図２は後退位置におけるしかしケーシング チューブを通過する図１の工具を示す図である。図３は後方から見た図１の工具 の前方部分を示す図である。図４は図３のり−マのいくぶん拡大した側面図であ る。図５は図１の５−５＃ｉに沿うリーマの下方から見たさらに拡大した図であ る。図６から８はそれぞｎ図５の６−６．７−７および８−８線に沿う図４と同 じ縮尺の断面図である。図９は図３と同様に側面図で図示されたり−マの変型実 施例の拡大図である。図１０は図５と同様であるが、リーマを支持する偏心軸を 断面で示す下方がら見たπ９の変型リーマを示す図である。

上記引用された特許明ｍＭと同様に、図１の穿孔工具はパイロットビンｒ１１、 リーマ１５および案内体１８を育する。トップハンマ穿孔を実施する際に、僅か にに型された案内体が直接ｇリルストリノグに連結される。図１の選択されたダ ウンホール駆動装置において、符号２２で示されたドリルは衝撃が加えられる開 業内体１８と同期してドリルストリング２１によってケーシングチューブ２０内 で回転するように連結されている。

案内体１８の円筒形案内部分１９は、その下端かケーシングチューブ２０の口を 形成するケーンンクンユー２３内に回転可能に軸支されかつ調心される。ケーン ンクンユー２３はケーシングチューブ２０よりいくぶん小さい内径を有し、かつ 移行区域を環状肩部２４に形成し、案内体１８上の後方フランジ２５がケーシン グチューブ２ｏを下方に駆動するようにそれに対して衝撃エネルギを伝達するた め接触する。たとえば三つの、真直ぐな軸方向フラノノノグ溝２６が案内部分１ ９に設けられ、フラノンング媒体およびドリル繰り粉を孔からケーシングチュー ブ２０の内側に排出するため後方フランジ２５を通って延長している。Ｗ２６の 少くとも一つが穿孔中フラッシュ媒体をリーマ１５後方の半径方向の広い空間か らうけ入れるように設置さｎている。好ましくは、案内部分は軸方向Ｒ２６を通 って排日されるフラソンユｇ体の流量を均一にするため環状＃２７をその周囲に 同心；二形成されている。

フラソンユ媒体はドリルストリング２１の通路２Ｓと案内？に１８を通って供給 され、またパイロットビット１１の中央通路２９を通って孔に供給される。

パイロットビット１１は、パイロットビット１１と同心のねじ付き端ｇ１３によ って後方に延長された中間偏心軸１２を有する。端ｌｌＢ１３は案内体１８に真 心してねじ係合され、中間偏心軸１２は、叉１．７＋突出した穿孔位置とズ２の 後退位置との間でリーマ１５を旋回して支持する。パイロットビンｉ・１１がリ ーマ１５にょうてケーシングチューブ２ｏの外径より大きい孔を穿孔するのに適 した穿孔位置は、パイロットビット１１後方にたな５１の一端に傾斜した接触面 によって形成されている。接触面１６はリーマ１５の共働する傾斜したラグ１７ を介してドリルストリング２１の回転を、案内体１８およびリーマ１５上のパイ ロットビット１１に伝達し、そこからの衝撃エネルギの伝還中遊びを除去するた め案内体１８に対してそれを軸方向ニ押す。リーマ１５に対するドリルストリン グ２１の１８０’回転の際、たな５１に沿って移動するり−マラグ１７の真直ぐ な後方部分は、傾斜した接触面１６の直径方向反対側の、図３に示す、軸方向接 触面に接触する。−緒になったとき、軸方向接触面１４ｓよびラグ１７は後退位 置を限定し、（図２）ｆ孔工具１゜はケージ〉グチューブ２０を通って上下する 。

リーマ１５（図５）は軸線に調心された管状のほぼ円筒形の鋼製本体３０を有し 、平行軸１ｓＥに沿って偏心通孔３１を備え、それによりリーマ１５はパイロッ トビット１１の偏心軸１２上に旋回可能に軸支されている。孔３１によってリー マ本体３ｏは軸１［Ｋ−Ｅを通る中央平面に対して偏心して対称的に設置され、 かつ半径方向に突出する１心部分３２を有する。その部分３２は平面に−Ｅと共 面の軸ＩｉＣ上に真心されたかつ案内体１８および工具１０全体の回転軸線であ る円形突部を有する。偏心部分３２の突部は軸線Ｃから延びる最大的３６°の鋭 角によって幾何学的に限定され、平面に−Ｅ−Ｃによって対称的に分割された円 を形成する。その突部は斜截され、部分３２は中心として軸−ＩｉＣを備えた傾 斜した円錐面３３を形成している。面３３は硬質金属の一次ボタン揮入体３６． ３７．３８を支持し、それらは穿孔ＭｓＣに対して外向きに傾斜し、その半径方 向到達距離は穿孔中孔の完全な直径を限定する。−次ボタン挿入体３７（ＷＪ６ ）は好ましくは紬ＳＣに対して３５°傾斜し、かつ経験によれば、それらの直径 の約　１５倍の間の距離で、ボタンに対して必要な作用上の強度に対して許され る範囲でできるだけ近くに組合わされる。堅い岩石において、三つの一次ボタン ３６〜３８を図示のように面３３に備えるのが好まシフ、一方軟い地面では二つ に減少することができる。外側角度■の面３３の外周は＠ＲＥに真心するリーマ 本体３０のマントルと一致するように円くされている。角度Ｖの最大可能な値は 、穿孔される完全な直径の大きさに依存Ｔる幾何学的配慮、所要の衝撃エネルギ を伝達する軸１２の必要な大きさ、およびその後退の原偏心部分３２上の一次挿 入体３６〜３８がケーシングチューブ２０を通って後追される要求によって制限 される。

リーマ部分３２は軸方向に向いた正面３４を有し、そこに斜截面３３が穿孔軸線 Ｃに調心された円形膚に沿って連続する。正面３４はラグ１７から軸方向に突出 する部分４２上の直径的に反対側の接触面３５まで延長し、それによってリーマ １５はパイロットビット１１の背後に載置し、またそれはラグ１７まで後方に円 周方向に延びている。正面３４は扇形角度７以内に軸線Ｃから同じ半径上に設置 され、かつ−次ボタン挿入体３６〜３８の半径方向内方に錯綜した一次硬質金属 ボタン挿入体３９．４０を支持している。硬質岩石加工用装！は、図示のように 、−次挿入体３６〜３８の内方に二つの二次挿入体３９．４０が設けられるが、 または軟い地面に対して、二つの一次挿入体の内側に一つの紅揮人体が設けられ 、いずれの場合にも、中央平面に−Ｅ−Ｃに対して対称的に配置される。挿入体 を密に集中して組合わせることを可能にするため、二次押入体３９．４０は一次 挿入体３６〜３８よりいくぶん小さい直径を好し、それらのり−７１５への連続 した取付けは、一方では３５°傾斜した一次挿入体３６〜３８より二次挿入体を いくぶん小ごくたとえば１０°だけ小さく傾斜することにより、また他方では二 次挿入体を斜截面３３の内側境界から十分な距離に配置することにより確保され る。

パイロットビット１１の偏心軸１２円のフラッシュ通路２９は横孔４３を有し、 そこからフラッシュ媒体がリーフ１５の偏心孔３１の内側供給溝４４に導がちる 。そこから、正面３４．こまた接触面３５Ｓよびラグ１７にそれぞれ向いた開口 まで延びる二つの軸方向前方に向いたフラッシュｔＲ４５，４６に分れる。供給 溝４４から二つの後方に向いた斜めの通路４７．４８がリーマ１５のいくぶん縮 小した後方部分４９まで延びるのが好ましい。その−万４７　（図４．５）は、 挿入体３６．３９と接触面３５．１４の間の正面３４の区域の後方にある組着延 長している。外＠４８は対称面において後方に離れた関係で延びている（図６） 。通路４７．４８を通ってフラッシュ媒体が排出されて二ノニクタ作用を奏し、 それにより硬質金ｊＩ挿入体３６〜３９のフラッシュは促進される。

穿孔中、工具１ｏは図工の下側からみたとき図５に矢印５０で示したように反時 計方向に回転する。パイロットビット１１は好ましくは硬質金属ボタン挿入体の 助けによって同様に回転し、リーマボタン挿入体３６〜４０に、上って、パイロ ット孔は穿孔が進行するのと同時にケーシングチューブ２ｏが圧下されるのを可 能にするのに十分な完全な直径まで拡孔加工される。

密に組合わされすべて力・中心軸線を扇形角度Ｖの限度以内のそれらの軸線を有 するリーマ挿入体３６〜４゜において、二次ボタン挿入体３９．４０は後退し、 かつ先行する第１の一次挿入＃３６およびその後続挿入体３７．３８に対して錯 綜した状態で回転方向に続行する。それにより、前方の二重のボタン挿入体３６ ゜３９は一緒に回転方向にすなわち、軸１２に対してほぼ接締方向にまた接触面 １４．３５に向かって（図３〜５）地層中Ｊこいくぶん内方に向いた岩石破砕作 用を連成する。これはＲ４５からのフラッシュ媒体（水、空兜、霧または泡）に よって捕過される面積であり、パイロットビット１１のたな５１による流れの逆 転後、破片を含むフラッシュ媒体の流れはり−７１５の広い側面と穿孔された完 全な直径の孔の間の広い間隙を通って後方に排出する。ボタン挿入体３６〜４０ のグループの同時のフラッシュ媒体による清掃は、フラッシュ溝４８．ニジエク タ通路４７．４８およびパイロットピント１１の周辺からの破片を含む再処理フ ラッシュ媒体流れによってさらに促進される。

別の′＆続デボタン挿入体４１１ｏ５．ｓは−次葎人体３６〜３８と二次挿入体 ３９．４０との間に残された半径方向間隙に残留する残留岩石の破片を処理する ため設けられている。後続の挿入体４１は軸方向に真直ぐに設置され、斜截面３ ３の境界線を横切って設定され、平面に−Ｅ−Ｃおよび軸線Ｃに対してたとえば ３７、５’の角度離れている。

たとえば　１１５■の孔を穿孔するため、−次ボタン揮人体に対して１４．５− 鴫、二次ボタン挿入体に対して１０．０１そして後続挿入体に対して！２．７ａ ｍの直径を選択することが推奨される。

図８．９の実施例において、複合フラッシュおよび穿孔溝５２が回転方向５０に 向（・たリーマ側面に設「すられる。溝５２はリーマ１５の後方に向かってンヨ ベル状に延び、フラッシュ通路４７の前方ある距離に、リーマ本体３０の縮小し た後方マノトル部分４９に終わっている。図示の実施例における溝５２の回転方 向５０前方の境界！Ｉ５３は回転方向からいくぶん傾斜し、一方その反対鍔端Ｍ ５４ｆ硬質金漠好ましくはステライトの付着により補強されている。溝４５から 排出するフラッシュ媒体流はたな５１によって逆流され、二重の前方挿入体３６ ．３９の前方区域から通常それらによって一諸に破砕された通ｆ粗い岩石の破片 を捕捉し、リーマ溝５２を通して破片を含むフラッシュ媒体を排出する。溝５２ のショベル作用は流れを促進し、その補強された端部５４は繰り粉を回転方向５ ０に押しかつ駆動することにより一層容易に除去する。挿入体３６．３９前方区 域からの破片の集中されたフラッシュは、緩り粉の二次的破砕の傾向を減少し、 それはもつとも遠い挿入体３６．３９の密接により、通常の拡大作業より一層粗 い粒子となるためである。流れ促進作用は、Ｒ５２上流の通路４７から出る後方 に排出するフラッシュ流体流によるものである。

経験によれば、粘土質地面に８ける穿孔が溝５２の半径方向に突出する後端５４ の破断作用により一層容易になり、それにより、粘性の大きい粘土の分離物は切 断され小部分にフラッシュされる。フラッン通路の詰まる傾向は減少する。必要 な場合、切刃５４はいくぶん傾斜して形成することができ、好ましくは回転方向 とは反対に鋭いピッチをもってらせん状にいくぶん傾斜して形成することができ 、一層よい粘土の除去を確保することができる。

要　約　１ ａ続ケーシングチューブ（２０）の酊万において衝Ｉｌｚよび回ｌＥ−芽孔する 穿孔工具は、中心パイロットビット（１１〕の後方に偏心軸（１２）上に旋回可 能に軸支されたり−マ（１５）を育する。リーマ（１５）は穿孔軸線（Ｃ）上シ 二肩心された円の厘形鎖角（Ｖ）内に組合わされた紬１１１Ｚ向に向いた硬質金 属ボタン挿入体（３６〜４Ｇ）８支控する偏心部分（３２）を有する。押入体は 穿孔される孔の完全な直径を限定する半１方向長さををする一次揮人体（３６〜 ３８）および軸（１２）に近い内側二次挿入体（３９゜４０〕　を有する。リー マ（１５）は軸（１２）上で突出位置と後退位置との間で１ｆＬ回可詣である。

突出したとき、ボタン押入体群（３６〜４’ｌ）は孔をパイロットビット（１１ ）によって穿孔された直径から孔の完全な直径まで拡大しケーシングチューブ（ ２０）がＴｉＮすることを可能にする。

後退位置Ｓ：おいて、穿孔工具（１（１月＝テーシングチューブ（２０）を通過 することができる。回転方向前号の二璽の一人体（３６，３９）は−緒に作用し て軸（１２）↓；対してほぼ接線方向のＩｖ記号向の岩石を破砕する。ボタン挿 入体（３６〜４’ｌ）の岩石繰り粉はフラッシュ作用をうげる。任意に、そのよ うなフラツンユ作用はさらにり−マ（１５）の回転方向前号側面の＃（５２）に よって支持される。１４　Ｃ５２〕の切刃（５４）はステライ：・１；よって補 強され２粘度ズ地ｉの穿孔を改善する。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．後続ケーシングチューブ（２０）前方の衝撃および回転穿孔用穿孔工具であ って、 ａ）パイロットピット（１１）は中間偏心軸（１２）を介し案内体（１８）によ って支持され、案内体（１８）は穿孔中前記工具（１０）の回転軸線（ｃ）上に 前記ケーシングチューブ（２０）の口（２３）にまたそれによって回転可能に調 心され、かつ前記工具（１０）を作動するため前記ケーシングチューブ（２０） の駆動装置（２１，２２）に組合わされ、ｂ）管状リーマはその硬質金属ボタン 挿入体（３６〜４０）の一つが軸方向面に支持された偏心突出部分（３２）を有 し、 ｃ）リーマ（１５）は前記偏心軸（１２）に一方では、前記偏心部分（３２）が 孔をその上のボタン挿入体（２６〜４０）によって前記パイロットビット（１１ ）によって形成された最初の直径からその中にケーシングチューブ（２０）が前 進するのを可能にする孔の完全な直径まで拡大するのに適した突出位置と、他方 では穿孔工具（１０）が前記ケーシングチユーブ（２０）を通過しうる位置との 間で前記偏心軸に旋回可能に取付けられている前記穿孔工具において、 前記リーマ（１５）はその偏心部分（３２）に前記工具（１０）の穿孔中回転方 向（５０）前方の隣接する半径方向に隣れた二重のボタン挿入体（３６，３９） を有し、それらの半径方向内側のボタン挿入体（３９）は直ぐ後方の外側ボタン 挿入体の（３６）の前記方向に連続し、前記二重のボタン挿入体（３６，３９） はそれによ，て前記軸（１２）に対してほほ接線方向に前方の岩石を一緒に破砕 するのに適していることを特徴とする 穿孔工具。
2. ２．前記突出部分（３２）上の前記ボタン挿入体（３６〜４０）は穿孔中孔の完 全な直径を限定する半径方向外側の一次ボタン挿入体（３６，３７，３８）、お よびその半径方向内方に設置された二次ボタン挿入体（３９，４０）を有し、前 記一次および二次ボタン挿入体（３６〜４０）は前記回転軸線（ｃ）から延びる 円形扁形の鋭角（ｖ）内に入りかつ前記偏心リーマ部分（３２）を限定するボタ ン中心に対して密に組合わされたグループを形成する、請求項１に記載の穿孔工 具。
3. ３．前記リーマ（１５）は回転穿孔方向に向いたその側面に前記ボタン挿入体（ ３６〜４０）の前方回転方向後方に軸線方向に延びかつ前記挿入体（３６〜４０ ）から排出されたフラッシュ媒体および穿孔繰り粉を導出するのに適した溝（５ ２）を備えている、請求項１または２に記載の穿孔工具。
4. ４．前記溝（５２）は前記外側穿孔ボタン挿入体（３６）に隣接してかつその前 方に軸方向切刃を形成する、請求項３に記載の穿孔工具。
5. ５．前記溝（５２）は前記切刃（５４）に沿って硬質金属材料により補強されて いる請求項４に記載の穿孔工具。
6. ６．前記密に組合わされた一次および二次ボタン挿入体（３６〜４０）は前記回 転軸線（ｃ）に対して外側に傾斜し、前記二次挿入体（３９，４０）は前記一次 挿入体（３６〜３８）上り傾斜水少なくかついくぶん直径が小さい、請求項２に 記載の穿孔工具。
7. ７．フラッシュ媒体の供給溝（４４）は前記リーマ（１５）内に設けられ、前方 に向いたフラッシュ溝（４５）は前記供給溝（４５）から延びて前記二重ボタン 挿入体（３６，３９）前方の回転可能な面に向かって開口している、請求項２ま たは３に記載の穿孔工具。
8. ８．フラッシュ媒体の供給溝（４４）は前記リーマ（１５）内に設げられ、傾斜 した軸方向後方に向いたフラッシュ通路（４７）は前記供給溝（５２）から半径 方向外向きに前記溝（５２）の後方に延びそれにより前記通路（４７）から噴射 されるフラッシュ媒体はエジエクタ作用により前記溝（５２）を通るフラッシュ 媒体の除去を促進するのに適している、請求項３に記載の穿孔工具。
9. ９．前記一次および二次ボタン挿入体（３６〜４０）がその中心を前記鋭角の扁 形角（ｖ）内で対称的に組合わされ、かつ三つの外側ボタン挿入体（３６，３７ ，３８）を有し、その中間のものは前記扁形の対象面上にあり、二つの内側に錯 線した二次ボタン挿入体（３９，４０）は前記平面から離れている、請求項６に 記載の穿孔装置。
10. １０．前記二次ボタン挿入体（３９，４０）は前記一次ボタン挿入体（３６〜４ ０）の内方に半径方向に離れており、前記扁形角度（ｖ）外側の前記リーマ（１ ５）上の別の後続のボタン挿入体（４１）が前記一次および二次ボタン挿入体（ ３６〜４０）の間の半径方向間隙に残った岩石を処理するように設定された、請 求項９に記載の穿孔工具。