SU1756530A1 - Bit for directional drilling - Google Patents

Abstract

Использование. забуривание нового направлени  ствола скважины. Сущность изобретени : долото содержит полый цилиндрический корпус с кольцевой породо- разрушающей матрицей. Внутри корпуса соосно с ним на цапфе установлена шарошка Шарошка подпружинена и перемещает ей в осевом направлении. На в ешней боковой поверхности шарошки выполнены продольные зубь . На внутренней боковой поверхности корпуса, в верхней части, выполнены зубь . Зубь  корпуса ответны зубь м шарошки. 3 ил.Using. drilling the new direction of the borehole. The inventive chisel comprises a hollow cylindrical body with an annular rock-breaking matrix. Inside the body, a cone is mounted coaxially with it on a pin. The cone is spring loaded and moves in axial direction. Longitudinal teeth are made on the lateral surface of the cone. A tooth is made on the inner side surface of the housing, in the upper part. The teeth of the body are responsible for the teeth of the m cones. 3 il.

Description

Изобретение относитс  к области направленного бурени  скважин в твердых породах , в частности к конструкции долот, предназначенных дл  забуривани  нового направлени  ствола скважины с искусственных мостов и пробок, преимущественно таких , буримость материала которых выше буримости горных пород, слагающих стенки скважины.The invention relates to the field of directional drilling of wells in hard rocks, in particular, to the design of bits intended for drilling a new direction of the well bore from artificial bridges and plugs, mainly those whose material drillability is higher than the rock drillability that composes the walls of the well.

Известно долото, у которого корпус выполнен в виде усеченного конуса с острой режущей кромкой дл  увеличени  эффекта фрезеровани  породы стенки скважины.A chisel is known in which the body is made in the form of a truncated cone with a sharp cutting edge to increase the effect of milling the rock of the borehole wall.

Известно долото дл  забуривани  нового направлени  ствола скваж й ны, резцы которого расположены на торце по спирали Архимеда с рассто нием между соседними р дами резцовA chisel is known for drilling a new direction of the borehole, the cutters of which are located at the end in an Archimedes spiral with a distance between adjacent rows of cutters

е оп hp -tn,e op hp -tn,

где ffn ,Tn - прочность породы соответственно на см тие и сдвиг,where ffn, Tn - rock strength per cm and shear, respectively,

hp - глубина погружени  резцов в пороДУСхема установки резцов известного долота при бурении способствует смещению его в сторону забуриваемого ствола.hp - the depth of the incisors in the poroDUSHEM of the installation of incisors of a known chisel during drilling contributes to its displacement towards the side of the hole being drilled.

Известно шарошечно-алмэзное долото которое содержит цилиндрический полый корпус с кольцевой породоразрушающей матрицей и установленные внутри корпуса шарошки на цапфах дл  разрушени  центральной части забо  скважины Шарошки на цапфах установлены таким образом, что обеспечивают качение шарошек по забою и его разрушение при вращении долотаIt is known a roller-diamond bit which contains a cylindrical hollow body with an annular rock-cutting matrix and mounted inside the body of the roller cutter on the trunnion to destroy the central part of the bottom of the borehole. The roller cutter on the trunnion is installed so as to ensure the rolling of the cuttings on the face and its destruction during the rotation of the bit.

Недостатком долота  вл етс  его низка  надежность при забуривании нового направлени  ствола скважины с искусственного забо  вследствие обеспечени  неблагопри тного соотношени  скоростей фрезеровани  стенки скважины и бурени  материала забо . Данное неблагопри тное соотношение скоростей бурени  забо  и фрезеровани  стенки скважины состоит в том, что материал забо  разрушаетс  более интенсивно, чем горна  порода стенки скважины и, как следствие, происходит посто нный срыв долота от точки забуривани  вслед за углубл ющимс  забоемThe disadvantage of the bit is its low reliability when drilling in the new direction of the wellbore from the artificial bottom due to the unfavorable ratio of the speed of milling the borehole wall and drilling of the bottom material. This unfavorable ratio of bottom hole drilling and milling of the borehole wall is that the bottom hole material is destroyed more intensively than the rock of the borehole wall and, as a result, there is a constant breakage of the bit from the point of drilling, followed by deep hole.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности забуривани  нового направлени  ствола скважины сThe aim of the invention is to improve the reliability of drilling a new direction of the wellbore with

(Л(L

СWITH

ч ел оh ate about

(Л(L

СА)SA)

оabout

искусственного забо , выполненного из твердеющего материала с буримостью, превышающей буримость горных пород слагающих стенки скважины,artificial bottom made of hardening material with a drillability exceeding the drillability of rocks composing the borehole wall,

Положительный эффект от использова- ни  долота дл  направленного бурени  состоит в повышении .надежности технологической операции забуривани  нового направлени  ствола скважины с искусственного забо  в твердых и крепких породах и в существенном сокращении сроков данного вида работ ho сравнению с известными техническими решени ми.The positive effect from the use of bits for directional drilling is to increase the reliability of the technological operation of drilling a new direction of the well bore from the artificial bottom in hard and hard rocks and to significantly reduce the time of this type of work compared to the known technical solutions.

Указатша  цель достигаетс  тем, что Предлагаемое долото содержит цилиндри- ческий полый корпус с кольцевой породо- разрушающей матрицей и шарошку, установленную на цапфе внутри корпусаThis goal is achieved by the fact that the proposed chisel contains a cylindrical hollow body with an annular rock-breaking matrix and a roller cone mounted on a pin inside the body

Шарошка с цапфой установлена соосно с корпусом долота с возможностью осевого перемещени  по цапфе относительно корпуса . При этом шарошка подпружинена в осевом направлении относительно корпуса, на внешней боковой поверхности шарошки выполнены продольные зубь , а на внутрен- ней боковой поверхности корпуса в верхней его части выполнены зубь , ответные зубь м шарошки.A roller with a pin is installed coaxially with the bit body with the possibility of axial movement along the axle relative to the body. In this case, the roller cutter is spring-loaded axially relative to the housing, longitudinal teeth are made on the outer side surface of the roller cutter, and a tooth, counter teeth of the roller cutter are made on the inner side surface of the body.

Отличительные признаки предлагаемого долота обеспечивают благопри тное со- отношение скоростей фрезеровани  горной породы в стенке скважины и бурени  материала забо  скважины при забуривании нового направлени  ствола В начале забуриваки  обеспечиваетс  максимальна  дл  выбранных режимов бурени  скорость фрезеровани  и в то же врем  минимальна  скорость бурени  Т е в этот момент происходит интенсивное забуривание (образование уступа в стенке скважины) под действием отклон ющего усили , а скорость бурени  материала забо  минимальна или равна нулю Данное соотношение скоростей фрезеровани  и бурехи  обеспечиваетс  тем, что шарошка на цапфе установлена с совпадением своей оси вращени  с продольной осью корпуса долота, что исключает при вращении долота вращение шарошки на цапфе и разрушение материала , поступающего с забо  в виде столбика керна Кроме того, поскольку шарошка подпружинена в осевом направлении относительно корпуса, происходит полна  или частична  нейтрализаци  действи  на забой осевого усили , прилагаемого к отклонителго, что не устран ет действие этого осевого усили  на отклонитель, а обеспечивает посредством его конструкции передачу из долото отклон ющего усили  дл  фрезеровани  породы в стенке скважиныDistinguishing features of the proposed bit ensure a favorable ratio of rock milling speeds in the borehole wall and material drilling in the bottom of the borehole when drilling a new bore direction. At the beginning of drilling, the milling rate is maximum for the selected drilling modes and at the same time the minimum drilling rate is T e the moment there is an intensive drilling (formation of a ledge in the borehole wall) under the action of a deflecting force, and the rate of drilling of the material at the bottom is minimal on or equal to zero This ratio of the milling speed and the burchee is ensured by the fact that the roller cutter on the trunnion is installed with the coincidence of its axis of rotation with the longitudinal axis of the bit body, which excludes the rotation of the roller cutter on the trunnion and destruction of the material coming from the core column Except Moreover, since the roller cutter is spring-loaded axially relative to the body, a full or partial neutralization of the effect on the bottom of the axial force applied to the deflector occurs, which does not eliminate the effect This axial force is applied to the diverter, and by means of its design provides for the transfer from the bit of deflecting force for milling the rock in the borehole wall

При углубке в забой материал забо , поступающий внутрь долота, поджимает шарошку на пружинах дл  смыкани  зубцов шарошки и корпуса долота, что приводит к вращению шарошки вместе с корпусом и к разрушению всего забо  долотом В этот момент скорость бурени  повышаетс  и регулируетс  параметрами режима бурени , что обеспечивает бурение нового направлени  ствола скважины.When the bottomhole material is dredged into the bit, the bit is pressed into the springs to close the teeth of the bit and the bit body, which causes the bit to rotate along with the body and to destroy the whole bit. At this moment the drilling rate is increased and controlled by the parameters of the drilling mode, which provides drilling of a new borehole direction.

На фиг 1 показано долото дл  направленного бурени ; на фиг 2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1.Fig 1 shows a chisel for directional drilling; FIG. 2 is a section A-A in FIG. 1, and FIG. 3 is a section BB in FIG.

Долото дл  направленного бурени  содержит цилиндрический полый корпус 1 с резьбой 2 и кольцевую породоразрушаю- щую матрицу 3. Внутри корпуса 1 установлена шарошка 4 с промывочными окнами 5 и зубцами 6 шлицевого соединени , выполненными на внешней поверхности шарошки 4. Нижний торец шарошки 4 имеет породоразрушающие элементы 7. Шарошка 4 установлена на цапфе 8 с возможностью не только вращени  на ней, но и с возможностью продольного перемещени  по цапфе 8 в пределах направл ющей цилиндрической втулки 9. Шарошка 4 установлена на цапфе 8 с совпадением своей оси вращени  с продольной осью корпуса 1 и подпружинена относительно последнего в осевом направлении пружиной 10. На внутренней поверхности корпуса 1 выполнены зубцы 11 дл  взаимодействи  с ответ- ныМи зубцами 6, выполненными на внешней боковой поверхности шарошки 4. Дл  прохода промывочной жидкости в корпусе 1 выполнены каналы 12,The directional drilling bit includes a cylindrical hollow body 1 with thread 2 and an annular rock-cutting matrix 3. Inside the case 1 there is a roller cutter 4 with washing holes 5 and teeth 6 of the spline connection made on the outer surface of the roller cutter 4. The lower end of the roller cutter 4 has rock-breaking elements 7. The roller cutter 4 is mounted on the axle 8 with the possibility of not only rotation on it, but also with the possibility of longitudinal movement along the axle 8 within the guide of the cylindrical sleeve 9. The roller 4 is installed on the axle 8 with its axis of rotation with the longitudinal axis of the housing 1 and is spring-loaded relative to the latter in the axial direction by the spring 10. On the inner surface of the housing 1, teeth 11 are made to interact with the responses of teeth 6 made on the outer side surface of the roller cutter 4. For passage of flushing liquid in the housing 1 made channels 12,

Дл  забуривани  нового направлени  ствола скважины с искусственного забо  долото используетс  при установке его на от- клонитель непрерывного действи , например типа ТЗ-3. Соединение долота с отклонителем производитс  через резьбу 2,For drilling a new direction of the wellbore with an artificial drill bit, it is used when installing it on a continuous action diverter, for example, type TZ-3. The bit connects to the diverter through thread 2,

В процессе бурени  отклонителем с долотом забой разрушаетс  торцом породо- разрушающей матрицы 3 в виде кольца до rex пор, пока центральна  часть забо  в виде керна не достигнет шарошки 4, размещенной выше матрицы 3. Керн, упира сь в шарошку 4, встречает противодействие пружины 10, что нейтрализует действие осевого усили  на забой или уменьшает его. В результате скорость бурени  забо  уменьшаетс  или становитс  равной нулю. При этом фрезерование стенки скважины под действием отклон ющего усили  будет интенсивным . Благодар  такому соотношению скоростей бурени  забо  и фрезеровани  стенки происходит интенсивное забурива- иие уступа в стенке скважиныIn the process of drilling with a chisel diverter, the bottomhole is destroyed by the end of the rock-breaking matrix 3 in the form of a ring until rex pores until the central part of the bottom in the form of a core reaches the roller cutter 4, located above the matrix 3. The core, abutting the roller cutter 4, meets the resistance of the spring 10 that neutralizes the effect of axial force on the face or reduces it. As a result, the drilling rate of the slab decreases or becomes equal to zero. In this case, the milling of the borehole wall under the action of the deflecting force will be intense. Due to this ratio of drilling speeds at the bottom of the wall and milling the wall, an intensive drilling of the ledge in the wall of the well occurs.

В дальнейшем повышение осевой нагрузки приводит к сжатию пружины 10 и перемещению шарошки 4 по цапфе 8 в пределах направл ющей втулки 9. Шарошка 4 при этом не вращаетс , и керн не разрушаетс . Поступательное перемещение шарошки 4 происходит до зацеплени  зубцов 6 и 11 на шарошке 4 и корпусе 1. После зацеплени  зубцов 6 и 11 шарошка 4 начинает вращатьс  вместе с корпусом 1 и разрушать поступающий керн.Further, an increase in the axial load leads to compression of the spring 10 and movement of the roller cutter 4 over the trunnion 8 within the guide sleeve 9. The roller cutter 4 does not rotate and the core does not collapse. The progressive movement of the cutter 4 takes place before the teeth 6 and 11 are engaged on the cutter 4 and the body 1. After the teeth 6 and 11 are engaged, the cutter 4 begins to rotate with the body 1 and destroy the incoming core.

При последующем бурении усилие на долото будет меньше на усилие, затраченное на сжатие пружины 10, что позвол ет в более широких предела регулировать скорость углубки в забой без сн ти  с отклони- тел  минимальной осевой нагрузки, необходимой дл  его работы..During subsequent drilling, the force on the bit will be less than the force expended to compress the spring 10, which allows wider limits to control the speed of the dimple into the bottom without removing the minimum axial load deflector required for its operation.

Claims (1)

Формула изобретени  Долото дл  направленного бурени  скважин, содержащее цилиндрический полый корпус с кольцевой породоразрушаю- щей матрицей и шарошку, установленную на цапфе внутри корпуса, отличающее- с   тем, что, с целью повышени  надежностиInvention Chisel for directional drilling of wells, comprising a cylindrical hollow body with an annular rock-cutting matrix and a roller cutter mounted on a pin inside the body, in order to improve reliability забуривани  нового направлени  ствола скважины с искусственного забо , выполненного из твердеющего материала с бури- мостью, превышающей буримость горных пород, слагающих стекки скважины, за счетnew direction of the wellbore with an artificial bottom made of hardening material with a buriality exceeding the buriality of rocks composing the bore holes изменени  соотношени  скоростей фрезеровани  стенки и бурени  забо  скважины на всем интервале забуривани  нового ствола скважины, шарошка с цапфой установлена соосно с корпусом долота с возможностью осевого перемещени  и подпружинена в осевом направлении относительно корпуса, при этом на внешней боковой поверхности шарошки выполнены продольные зубь , а на внутренней боковой поверхности корпуса- в верхней его части , выполнены зубь , ответные зубь м шарошкиchanges in the ratio of wall milling and hole drilling rates throughout the entire drilling interval of a new borehole, the roller cutter with a trunnion is mounted coaxially with the bit body with the possibility of axial movement and is spring-loaded in the axial direction relative to the body, while on the outer lateral surface of the roller cone are made longitudinal teeth, and the inner side surface of the housing in its upper part, made a tooth, counter teeth m cones 8 108 10 А -АA-A cJPu.i.ZcJPu.i.Z 6-66-6