EA017845B1 - Drilling apparatus for drilling boreholes - Google Patents
Drilling apparatus for drilling boreholes Download PDFInfo
- Publication number
- EA017845B1 EA017845B1 EA201200819A EA201200819A EA017845B1 EA 017845 B1 EA017845 B1 EA 017845B1 EA 201200819 A EA201200819 A EA 201200819A EA 201200819 A EA201200819 A EA 201200819A EA 017845 B1 EA017845 B1 EA 017845B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- cavitator
- drilling
- drill
- diffuser
- diameter
- Prior art date
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/24—Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses
Abstract
Description
Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для бурения скважин в крепких и сверхкрепких горных породах.The invention relates to mining, and in particular to devices for drilling wells in strong and ultra-hard rocks.
Бурение геологоразведочных и эксплуатационных скважин в крепких и сверхкрепких горных породах требует больших материальных и энергетических затрат.Drilling exploration and production wells in strong and ultra-strong rocks requires large material and energy costs.
Особенно остро эта проблема встала в условиях роста цен на энергоносители.This problem was especially acute in the context of rising energy prices.
Для проходки глубоких скважин в твердых горных породах традиционно применяют вращательный способ бурения, при котором используются буровые снаряды с твердосплавным и алмазным породоразрушающим инструментом.For drilling deep wells in hard rocks, a rotational method of drilling is traditionally used, in which drill bits with carbide and diamond rock cutting tools are used.
Бурение осуществляется за счет приложения статических нагрузок к породоразрушающему инструменту и вращения.Drilling is carried out by applying static loads to the rock cutting tool and rotation.
Недостатком известных устройств является то, что породоразрушающий инструмент при проходке твердых и сверхтвердых горных пород быстро разрушается, что требует его частой замены и снижает производительность процесса бурения.A disadvantage of the known devices is that the rock cutting tool when sinking hard and superhard rocks quickly collapses, which requires frequent replacement and reduces the productivity of the drilling process.
Для повышения эффективности известного оборудования на породоразрушающем инструменте дополнительно создают динамические нагрузки за счет применения гидро и пневмо ударников, что создает на забое такие условия, при которых оптимально используются упругие и режущие свойства самого породоразрушающего инструмента (Способ бурения и устройство для реализации способа, КИ 2206698 от 20.06.2003, Способ бурения погружными гидроударниками и отражатель синхронизатор гидроударника КИ 2192534 от 10.11.2002, Вибратор гидродинамический КИ 49886 от 10.12.2005).To increase the efficiency of the known equipment on a rock cutting tool, dynamic loads are additionally created through the use of hydro and pneumatic hammers, which creates conditions at the bottom that optimally use the elastic and cutting properties of the rock cutting tool itself (Drilling method and device for implementing the method, KI 2206698 06/20/2003, Method of drilling by submersible hydraulic hammers and reflector, hydraulic hammer synchronizer KI 2192534 dated 10.11.2002, Hydrodynamic vibrator KI 49886 dated 10.12.2005).
Наиболее перспективным является вибрационно-вращательный способ бурения, при котором на породоразрушающем инструменте дополнительно создают продольные колебания высокой частоты и интенсивности.The most promising is the vibrational-rotational method of drilling, in which longitudinal oscillations of high frequency and intensity are additionally created on the rock cutting tool.
Преимущество этого способа заключается в том, что он объединяют свойства вибрационного и вращательного способов бурения.The advantage of this method is that it combines the properties of vibrational and rotational drilling methods.
При комбинированном разрушении на породы действуют не только статические силы, но и динамические ударные импульсы (кратковременные динамические нагрузки).In combined failure, not only static forces act on the rocks, but also dynamic shock pulses (short-term dynamic loads).
Под действием этих сил порода дробится и скалывается не только под породоразрушающим инструментом в момент удара, но так же срезается или скалывается во время вращения под воздействием осевой статической нагрузки.Under the influence of these forces, the rock is crushed and chipped not only under the rock-cutting tool at the moment of impact, but also is sheared or chipped during rotation under the influence of axial static load.
Известно буровое гидромониторное долото, содержащее корпус с рабочими органами и промывочными каналами, оснащенными насадками и закрепленный в нем посредством подвески шар, причем долото снабжено установленным в его промывочном канале диффузором, диаметр проходного сечения которого больше диаметра шара, при этом шар размещен в полости диффузора, а подвеска выполнена упругой (Буровое гидромониторное долото 8И 1148957 от 07.04.1985, Е21В 10/18).A drilling hydraulic monitor bit is known, comprising a body with working bodies and flushing channels equipped with nozzles and secured to it by means of a suspension ball, the bit being equipped with a diffuser installed in its flushing channel, the diameter of the passage section of which is larger than the diameter of the ball, and the ball is placed in the cavity of the diffuser, and the suspension is made elastic (Drilling hydraulic monitor bit 8I 1148957 from 04/07/1985, ЕВВ 10/18).
В процессе бурения шары совершают продольно-поперечные колебания в диффузорах, что создает пульсацию давления жидкости.During the drilling process, the balls make longitudinal-transverse vibrations in the diffusers, which creates a pulsation of the fluid pressure.
Известная конструкция позволяет повысить эффективность разрушения твердых и сверхтвердых горных пород за счет создания дополнительных частотных колебаний.The known design allows to increase the destruction efficiency of hard and superhard rocks by creating additional frequency fluctuations.
Недостатком известного долота является то, что оно содержит подвижные детали и упругие элементы, что значительно снижает его надежность.A disadvantage of the known bit is that it contains moving parts and elastic elements, which significantly reduces its reliability.
Кроме того, известная конструкция не позволяет создать высокочастотные колебания, что обуславливает низкую скорость бурения и низкую производительность при бурении твердых и сверхтвердых пород.In addition, the known design does not allow you to create high-frequency vibrations, which leads to a low drilling speed and low productivity when drilling hard and superhard rocks.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является буровой снаряд для бурения скважин, содержащий колонну бурильных труб, включающую породоразрушающий инструмент, выполненный с по меньшей мере одним проходным отверстием для выхода промывочной жидкости, и гидровибратор, для преобразования стационарного потока промывочной жидкости в пульсирующий поток, имеющий внутренний кавитатор, выполненный в виде сопла, проточный канал которого включает цилиндрический участок с диаметром ΌΚΡ И расширяющийся участок - диффузор, а также полый корпус, расположенный за кавитатором (Способ бурения скважин и устройство для его осуществления, 8И 1496351 от 07.01.1991 Е21В 10/18).The closest in technical essence and the achieved technical result is a drill for drilling wells, containing a drill pipe string comprising a rock cutting tool made with at least one through hole for the outlet of the washing fluid, and a hydraulic vibrator for converting the stationary flow of the washing fluid into a pulsating flow having an internal cavitator made in the form of a nozzle, the flow channel of which includes a cylindrical section with a diameter of Ό ΚΡ And expanding the drain is a diffuser, as well as a hollow body located behind the cavitator (Method of drilling wells and a device for its implementation, 8I 1496351 from 01/07/1991 Е21В 10/18).
Известное устройство для бурения скважин содержит корпус с промывочными каналами, на выходе которых установлены насадки.A known device for drilling wells includes a housing with flushing channels, the output of which is installed nozzles.
Кавитатор выполнен в виде сужающе-расширяющегося в направлении движения промывочной жидкости участка промывочного канала.The cavitator is made in the form of a section of the washing channel narrowing-expanding in the direction of movement of the washing liquid.
При этом суммарная площадь выходных сечений насадок превышает площадь критического сечения генератора в 1,1-3,0 раза. Процесс бурения с помощью известного устройства осуществляется за счет воздействия пульсирующих струй промывочной жидкости на горную породу.Moreover, the total area of the outlet sections of the nozzles exceeds the critical section area of the generator by 1.1-3.0 times. The drilling process using the known device is carried out due to the impact of pulsating jets of flushing fluid on the rock.
Недостатками известного устройства являются невысокая производительность и высокая энергоемкость процесса, обусловленные невысокой скоростью бурения, что особенно сильно проявляется приThe disadvantages of the known device are the low productivity and high energy intensity of the process, due to the low drilling speed, which is especially pronounced when
- 1 017845 бурении глубоких скважин в крепких и сверхкрепких породах.- 1 017845 drilling of deep wells in hard and ultra-hard rocks.
В основу изобретения поставлена задача создания такого бурового снаряда для бурения скважин, применение которого позволило бы увеличить скорость бурения, снизить энергоемкость и повысить производительность процесса бурения.The basis of the invention is the task of creating such a drill for drilling wells, the use of which would increase the drilling speed, reduce energy consumption and increase the productivity of the drilling process.
Поставленная задача решается тем, что в буровом снаряде для бурения скважин, содержащем колонну бурильных труб, включающую породоразрушающий инструмент, выполненный с по меньшей мере одним проходным отверстием для выхода промывочной жидкости, и гидровибратор для преобразования стационарного потока промывочной жидкости в пульсирующий поток, имеющий внутренний кавитатор, выполненный в виде сопла, проточный канал которого включает цилиндрический участок с диаметром Όκρ и расширяющийся участок - диффузор, а также полый корпус, расположенный за кавитатором согласно изобретению в проточном канале кавитатора, длина Ь цилиндрического участка составляет Ь = 0,5-2,0 диаметра ΌΚΡ, площадь сечения 81 всех проходных отверстий породоразрушающего инструмента в 7-10 раз больше площади сечения 8 цилиндрического участка проточного канала кавитатора, угол α раскрытия диффузора проточного канала кавитатора, в зависимости от выбранных технологических параметров бурения конкретной скважины, составляет α = 10-180°, а на верхнем торце кавитатора установлен стабилизатор потока промывочной жидкости, выполненный в виде втулки, у которой внутренний диаметр б составляет 2-3 диаметра ΌΚΡ цилиндрического участка кавитатор, а длина Ь1 составляет 10-15 его внутренних диаметров б, при этом диаметр Ό2 полого корпуса гидровибратора равен диаметру Όι выходного сечения диффузора кавитатора, а длина Ь2 полого корпуса гидровибратора составляет не меньше 90-110 диаметров ΌΚΡ цилиндрического участка кавитатора.The problem is solved in that in a drill for drilling wells containing a drill pipe string including a rock cutting tool made with at least one through hole for the outlet of the washing fluid, and a hydraulic vibrator for converting the stationary flow of the washing fluid into a pulsating stream having an internal cavitator made in the form of a nozzle, the flow channel of which includes a cylindrical section with a diameter Όκρ and an expanding section - a diffuser, as well as a hollow body, located ny for cavitator according to the invention in a flow channel cavitator, the length L of the cylindrical portion of diameter b = 0.5-2.0 Ό ΚΡ, 1 August sectional area of all passages cutter tool in 7-10 times greater cross-sectional area of the cylindrical portion 8 of the flow channel cavitator, the angle α of the opening of the diffuser of the flow channel of the cavitator, depending on the selected technological parameters of drilling a particular well, is α = 10-180 °, and a flow stabilizer of the washing liquid is installed on the upper end of the cavitator spacers, made in the form of a sleeve, in which the inner diameter b is 2-3 diameters Ό ΚΡ of the cylindrical section of the cavitator, and the length b 1 is 10-15 of its internal diameters b, while the diameter Ό 2 of the hollow body of the hydraulic vibrator is equal to the diameter Όι of the diffuser exit section cavitator, and the length b 2 of the hollow body of the hydraulic vibrator is not less than 90-110 diameters Ό ΚΡ of the cylindrical section of the cavitator.
Заявляемая совокупность признаков позволяет создать такие условия для бурения скважин, при которых обеспечивается выравнивание поля скоростей на входе в цилиндрический участок, в котором происходит разрыв сплошного потока жидкости, зарождаются и растут до максимальных размеров кавитационные каверны, которые выходят в диффузор кавитатора, периодически отрываются и схлопываются (смыкаются) в зоне повышенного давления, что вызывает периодические колебания давления в проточном канале гидровибратора.The inventive combination of features allows you to create conditions for drilling wells, which ensures equalization of the velocity field at the entrance to the cylindrical section, in which a continuous flow of liquid breaks, cavitation cavities that exit into the cavitator diffuser arise and grow to maximum sizes, periodically come off and collapse (close) in the zone of high pressure, which causes periodic pressure fluctuations in the flow channel of the hydraulic vibrator.
Опытным путем установлено, что заявляемые геометрические параметры элементов гидровибратора: длина Ь цилиндрического участка Ь = (0,5-2,0)ΌΚΡ, площадь сечения 81 всех проходных отверстий породоразрушающего инструмента 81 = (7-10)8, угол α раскрытия диффузора проточного канала кавитатора α = 10-180°, внутренний диаметр б стабилизатора б = (2-3)ΌΚΡ цилиндрического участка кавитатора, длина Ь1 стабилизатора Ь1 = (10-15)6, диаметр Ό2 выходного канала гидровибратора, равный выходному диаметру Ό! диффузора кавитатора, и длина Ь2 выходного канала гидровибратора Ь2= (90-110)ΌΚΡ являются оптимальными, так как при этих значениях и соотношениях обеспечивается максимальное значение давления в гидродинамическом импульсе промывочной жидкости.It was experimentally established that the claimed geometric parameters of the elements of the hydraulic vibrator: the length b of the cylindrical section b = (0.5-2.0) Ό ΚΡ , the cross-sectional area 8 1 of all the through holes of the rock cutting tool 8 1 = (7-10) 8, the angle α the opening of the diffuser of the flow channel of the cavitator α = 10-180 °, the inner diameter b of the stabilizer b = (2-3) Ό ΚΡ of the cylindrical section of the cavitator, the length b 1 of the stabilizer b 1 = (10-15) 6, the diameter Ό 2 of the output channel of the hydraulic vibrator, equal to the output diameter Ό! the cavitator diffuser, and the length b 2 of the output channel of the hydraulic vibrator b 2 = (90-110) Ό Ό are optimal, since with these values and ratios the maximum value of pressure in the hydrodynamic pulse of the washing liquid is provided.
В результате этого стационарный поток промывочной жидкости преобразуется в высокочастотный пульсирующий поток с высоким уровнем давления, энергия которого создает на породоразрушающем инструменте дополнительные динамические продольные нагрузки высокой частоты, при которых порода разрушается под действием минимальных статических нагрузок.As a result of this, the stationary flow of flushing fluid is converted into a high-frequency pulsating flow with a high pressure level, the energy of which creates additional dynamic high-frequency longitudinal loads on the rock cutting tool, at which the rock is destroyed under the influence of minimal static loads.
Максимальное давление в импульсе в несколько раз превышает давление стационарного потока промывочной жидкости на входе в цилиндрический участок кавитатора.The maximum pressure in the pulse is several times higher than the pressure of the stationary flow of flushing fluid at the inlet to the cylindrical section of the cavitator.
Большая часть энергии пульсирующего потока жидкости в проточном канале гидровибратора преобразуется в продольные виброускорения корпуса гидровибратора, которые создают на породоразрушающем инструменте дополнительные высокочастотные динамические нагрузки.Most of the energy of the pulsating fluid flow in the flow channel of the hydraulic vibrator is converted into longitudinal vibrations of the hydraulic vibrator body, which create additional high-frequency dynamic loads on the rock cutting tool.
Оставшаяся часть энергии пульсирующего потока жидкости расходуется на охлаждение и очистку резцов породоразрушающего инструмента от разбуренной породы и ее вынос со скважины.The rest of the energy of the pulsating fluid flow is spent on cooling and cleaning the cutters of the rock cutting tool from the drilled rock and its removal from the well.
Указанные соотношения площади проходных отверстий насадок породоразрушающего инструмента к площади цилиндрического участка кавитатора обеспечивает работу гидровибратора на любых глубинах, так как обеспечивают минимальные гидравлические потери в проходных отверстиях породоразрушающего инструмента, а необходимый подпор обеспечивается только давлением на забое скважины.The indicated ratios of the area of the passage openings of the nozzles of the rock cutting tool to the area of the cylindrical section of the cavitator ensures the operation of the hydraulic vibrator at any depths, since they provide minimal hydraulic losses in the passage openings of the rock cutting tool, and the necessary pressure is provided only by pressure at the bottom of the well.
Часть энергии пульсирующего потока жидкости преобразуется в продольные виброускорения корпуса гидровибратора и создает дополнительные динамические нагрузки на породоразрушающем инструменте.Part of the energy of the pulsating fluid flow is converted into longitudinal vibration accelerations of the hydraulic vibrator body and creates additional dynamic loads on the rock cutting tool.
За пределами указанных значений геометрических параметров существенно снижается давление в гидродинамическом импульсе, и эффективность бурения с помощью заявляемого бурового снаряда значительно снижается.Outside the specified values of the geometrical parameters, the pressure in the hydrodynamic pulse is significantly reduced, and the drilling efficiency using the inventive drill is significantly reduced.
Таким образом, заявляемый буровой снаряд для бурения скважин позволяет увеличить скорость бурения, снизить энергоемкость и повысить производительность процесса бурения.Thus, the inventive drill for drilling allows you to increase the drilling speed, reduce energy consumption and increase the productivity of the drilling process.
Изобретение имеет и дополнительные отличия, которые создают дополнительный технический результат.The invention has additional differences that create an additional technical result.
В буровом снаряде для бурения скважин при бескерновом бурении гидровибратор может быть установлен в колонне над породоразрушающим инструментом.In a drill for a coreless drill, a hydraulic vibrator can be installed in the string above the rock cutting tool.
- 2 017845- 2 017845
Такое расположение гидровибратора обеспечивает наиболее эффективное бескерновое бурение.This arrangement of the hydraulic vibrator provides the most effective coreless drilling.
В буровом снаряде для бурения скважин при керновом бурении гидровибратор может быть установлен в колонне над колонковой бурильной трубой.In a core drilling tool, a hydraulic vibrator can be installed in a string above the core drill pipe.
Эта компоновка гидровибратора обеспечивает наиболее эффективное керновое бурение.This hydraulic vibrator arrangement provides the most efficient core drilling.
В буровом снаряде угол α раскрытия диффузора составляет α = 10-15°, или α = 45-180°, что обеспечивает возможность получения пульсаций промывочной жидкости с постоянной частотой, которая не зависит от давления на входе в цилиндрический участок проточного канала кавитатора.In a drill, the angle α of the opening of the diffuser is α = 10-15 °, or α = 45-180 °, which makes it possible to obtain pulsations of the flushing fluid with a constant frequency, which does not depend on the pressure at the inlet to the cylindrical section of the flow channel of the cavitator.
Выбранные значения угла α раскрытия диффузора установлены опытным путем и обеспечивают наиболее эффективное бурение при получении пульсаций промывочной жидкости с постоянной частотой, которая не зависит от давления на входе в цилиндрический участок проточного канала кавитатора.The selected values of the diffuser opening angle α were established empirically and provide the most effective drilling when obtaining pulsations of the flushing fluid with a constant frequency, which does not depend on the pressure at the inlet to the cylindrical section of the flow channel of the cavitator.
В буровом снаряде угол α раскрытия диффузора составляет α = 16-44°, что обеспечивает возможность получения пульсаций промывочной жидкости в широком диапазоне частот с помощью изменения давления на входе в цилиндрический участок проточного канала кавитатора.In a drill, the angle α of the opening of the diffuser is α = 16-44 °, which makes it possible to obtain pulsations of the flushing fluid in a wide frequency range by changing the pressure at the inlet to the cylindrical section of the flow channel of the cavitator.
Выбранные значения угла α раскрытия диффузора определены опытным путем и обеспечивают наиболее эффективное бурение при получении пульсаций промывочной жидкости в широком диапазоне частот за счет изменения давления на входе в цилиндрический участок проточного канала кавитатора.The selected values of the diffuser opening angle α were determined empirically and provide the most effective drilling when obtaining pulsations of the flushing fluid in a wide frequency range due to a change in pressure at the inlet to the cylindrical section of the flow channel of the cavitator.
Гидровибратор в буровом снаряде для бурения скважин может быть выполнен сборным в виде полого корпуса, соединенного с кавитатором с помощью резьбового соединения.The hydraulic vibrator in the drill for drilling wells can be prefabricated in the form of a hollow body connected to the cavitator using a threaded connection.
За счет этого обеспечивается технологичность изготовления гидровибратора. Кромка цилиндрического участка кавитатора может быть выполнена криволинейной с двумя сопряженными радиусами округления - входным В! = (0,18-0,25)ΌΚΡ и выходным В2 = (0,3-0,35)ΌΚΡ, что обеспечивает более плавный вход потока промывочной жидкости в цилиндрический участок кавитатора. Значения радиусов В! и В2 округления определены опытным путем и являются оптимальными для данной конструкции кавитатора и гидровибратора, так как обеспечивают оптимальные условия для возникновения каверн на самом входе в цилиндрический участок и для формирования больших объемов каверн в диффузоре кавитатора.Due to this, the manufacturability of the hydraulic vibrator is ensured. The edge of the cylindrical section of the cavitator can be made curved with two conjugate rounding radii - input B! = (0.18-0.25) Ό ΚΡ and output В 2 = (0.3-0.35) Ό ΚΡ , which provides a smoother inlet of the washing fluid flow into the cylindrical section of the cavitator. The values of the radii B! and B 2 roundings are determined empirically and are optimal for this design of the cavitator and hydraulic vibrator, as they provide optimal conditions for the appearance of caverns at the very entrance to the cylindrical section and for the formation of large volumes of caverns in the cavitator diffuser.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет преобразовать стационарный поток промывочной жидкости в высокочастотный пульсирующий поток.Thus, the claimed invention allows you to convert a stationary stream of washing liquid into a high-frequency pulsating stream.
Энергия высокочастотного пульсирующего потока создает на породоразрушающем инструменте дополнительные высокочастотные динамические продольные нагрузки, под воздействием которых порода начинает разрушаться даже при минимальных статических нагрузках, что позволяет увеличить скорость бурения, повысить производительность, снизить энергоемкость и в целом повысить эффективность бурения.The energy of the high-frequency pulsating flow creates additional high-frequency dynamic longitudinal loads on the rock cutting tool, under the influence of which the rock begins to collapse even at minimal static loads, which allows to increase the drilling speed, increase productivity, reduce energy consumption and generally increase drilling efficiency.
В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием его осуществления со ссылками на чертежи.The invention is further explained in the detailed description of its implementation with reference to the drawings.
На фиг. 1 изображен буровой снаряд для бурения скважин, общий вид, продольный разрез.In FIG. 1 shows a drill for drilling wells, a General view, a longitudinal section.
На фиг. 2 - гидровибратор бурового снаряда для бурения скважин, общий вид, продольный разрез.In FIG. 2 - hydraulic vibrator of a drill for drilling wells, general view, longitudinal section.
На фиг. 3 - кавитатор гидровибратора бурового снаряда для бурения скважин, общий вид, продольный разрез.In FIG. 3 - cavitator of a hydraulic vibrator of a drill for drilling wells, general view, longitudinal section.
На фиг. 4 - выносной элемент Г на фиг. 3.In FIG. 4 - remote element G in FIG. 3.
На фиг. 5 - буровой снаряд для бурения скважин (при керновом бурении), общий вид, продольный разрез.In FIG. 5 - drill for drilling wells (with core drilling), General view, a longitudinal section.
Буровой снаряд для бурения скважин (фиг. 1-5) содержит колонну 1 бурильных труб 2 (фиг. 1), включающую породоразрушающий инструмент 3, выполненный с по меньшей мере одним проходным отверстием 4 для выхода промывочной жидкости, и гидровибратор 5 (фиг. 1, 2) для преобразования стационарного потока промывочной жидкости в пульсирующий поток, имеющий внутренний кавитатор 6 (фиг. 1, 3), выполненный в виде сопла, проточный канал 7 которого включает цилиндрический участок 8 с диаметром ΌΚΡ и расширяющийся участок - диффузор 9, а также полый корпус 10, расположенный за кавитатором 6.A drill for drilling wells (Fig. 1-5) contains a drill pipe string 1 (Fig. 1), including a rock cutting tool 3, made with at least one through hole 4 for the outlet of the flushing fluid, and a hydraulic vibrator 5 (Fig. 1 , 2) for converting a stationary flow of washing liquid into a pulsating flow having an internal cavitator 6 (Fig. 1, 3), made in the form of a nozzle, the flow channel 7 of which includes a cylindrical section 8 with a diameter of Ό ΚΡ and an expanding section - a diffuser 9, and also a hollow body 10, located first for cavitator 6.
В проточном канале 7 кавитатора 6 длина Ь цилиндрического участка 8 составляет Ь = 0,5-2,0 диаметра ΌΚΡ, суммарная площадь 81 проходных отверстий 4 породоразрушающего инструмента 3 в 7-10 раз больше площади 8 сечения цилиндрического участка 8 проточного канала 7 кавитатора 6.In the flow channel 7 of the cavitator 6, the length b of the cylindrical section 8 is L = 0.5-2.0 of the diameter Ό ΚΡ , the total area 8 1 of the through holes 4 of the rock cutting tool 3 is 7-10 times larger than the cross-sectional area 8 of the cylindrical section 8 of the flow channel 7 cavitator 6.
Угол α раскрытия диффузора 9 проточного канала 7 кавитатора 6, в зависимости от технологических параметров конкретной скважины, составляет α =10-180°.The opening angle α of the diffuser 9 of the flow channel 7 of the cavitator 6, depending on the technological parameters of a particular well, is α = 10-180 °.
На верхнем торце кавитатора 6 установлен стабилизатор 11 потока промывочной жидкости, выполненный в виде втулки.At the upper end of the cavitator 6 is installed a stabilizer 11 of the flow of washing liquid, made in the form of a sleeve.
Внутренний диаметр ά стабилизатора 11 составляет 2-3 диаметра ΌΚΡ цилиндрического участка 8 кавитатора 6, а длина Ь1 составляет 10-15 его внутренних диаметров ά.The inner diameter ά of the stabilizer 11 is 2-3 diameters Ό ΚΡ of the cylindrical section 8 of the cavitator 6, and the length b 1 is 10-15 of its inner diameters ά.
При этом диаметр Ό2 полого корпуса 10 гидровибратора 5 равен диаметру Ό! выходного сечения диффузора 9 кавитатора 6, а длина Όι полого корпуса 10 гидровибратора 5 составляет не меньше 90-110 диаметров ΌΚΡ цилиндрического участка 8 кавитатора 6.The diameter Ό 2 of the hollow body 10 of the hydraulic vibrator 5 is equal to the diameter Ό! the output section of the diffuser 9 of the cavitator 6, and the length Όι of the hollow body 10 of the hydraulic vibrator 5 is not less than 90-110 diameters Ό ΚΡ of the cylindrical section 8 of the cavitator 6.
При бескерновом бурении гидровибратор 5 установлен в колонне 1 над породоразрушающим инстIn coreless drilling, a hydraulic vibrator 5 is installed in the column 1 above the rock cutting tool
- 3 017845 рументом 3 (фиг. 1).- 3 017845 Rument 3 (Fig. 1).
При керновом бурении гидровибратор 5 установлен в колонне 1 над колонковой бурильной трубой 12 (фиг. 5).When core drilling, the hydraulic vibrator 5 is installed in the column 1 above the core drill pipe 12 (Fig. 5).
Угол α раскрытия диффузора 9 может составлять α = 10-15°, или α = 45-180°, что обеспечивает возможность получения пульсаций промывочной жидкости с постоянной частотой, которая не зависит от давления на входе в цилиндрический участок 8 проточного канала 7 кавитатора 6.The opening angle α of the diffuser 9 can be α = 10-15 °, or α = 45-180 °, which makes it possible to obtain pulsations of the washing liquid with a constant frequency, which does not depend on the pressure at the inlet to the cylindrical section 8 of the flow channel 7 of the cavitator 6.
Угол α раскрытия диффузора (9) может составлять α = 16-44°, что обеспечивает возможность получения пульсаций промывочной жидкости в широком диапазоне частот с помощью изменения давления на входе в цилиндрический участок 8 проточного канала 7 кавитатора 6.The opening angle α of the diffuser (9) can be α = 16-44 °, which makes it possible to obtain pulsations of the washing liquid in a wide frequency range by changing the pressure at the inlet to the cylindrical section 8 of the flow channel 7 of the cavitator 6.
Гидровибратор 5 может быть выполнен сборным, у которого полый корпус 10 соединен с кавитатором 6 с помощью резьбового соединения.The hydraulic vibrator 5 may be prefabricated, in which the hollow body 10 is connected to the cavitator 6 by means of a threaded connection.
Входная кромка 13 цилиндрического участка 8 кавитатора 6 выполнена криволинейной с двумя сопряженными радиусами скругления - входным Κι = (0,18-0,25)Όκρ и выходным К2 = (0,3-0,35)Όκρ (фиг. 4).The input edge 13 of the cylindrical section 8 of the cavitator 6 is made curved with two conjugate rounding radii - input Κι = (0.18-0.25) Ό κρ and output K 2 = (0.3-0.35) Ό κρ (Fig. 4 )
Буровой снаряд для бурения скважин работает следующим образом.Drill for drilling works as follows.
При бурении скважины стационарный поток промывочной жидкости по колонне 1 бурильных труб 2 поступает в стабилизатор 11 потока промывочной жидкости.When drilling a well, a stationary flow of drilling fluid through the drill pipe string 1 enters the stabilizer 11 of the drilling fluid flow.
Стабилизатор 11 обеспечивает выравнивание поля скоростей потока промывочной жидкости на входе в цилиндрический участок 8 кавитатора 6.The stabilizer 11 provides alignment of the field of flow rates of the washing liquid at the inlet to the cylindrical section 8 of the cavitator 6.
При поступлении потока промывочной жидкости с выровненным полем скоростей в цилиндрический участок 8 с диаметром Όκρ в нем возникает режим течения с разрывами сплошного потока промывочной жидкости.When the flow of flushing fluid with an aligned velocity field enters the cylindrical section 8 with a diameter of Ό κρ , a flow regime arises in it with discontinuities in the continuous flow of flushing fluid.
Такой режим течения потока промывочной жидкости характеризуется тем, что в цилиндрическом участке 8 кавитатора 6 периодически образуются и растут в длину кавитационные каверны 14.This mode of flow of the washing fluid flow is characterized in that in the cylindrical section 8 of the cavitator 6 periodically cavitation cavities 14 are formed and grow in length.
Направление роста кавитационных каверн 14 соответствует направлению движения потока промывочной жидкости.The direction of growth of cavitation cavities 14 corresponds to the direction of flow of the washing fluid.
Когда кавитационная каверна 14 достигает определенных размеров, который соответствует отношению забойного давления к давлению подачи промывочной жидкости, от нее отрывается диффузорная часть 15.When the cavitation cavity 14 reaches a certain size, which corresponds to the ratio of the bottomhole pressure to the supply pressure of the washing liquid, the diffuser part 15 is torn off from it.
Оторвавшаяся диффузорная часть 15 каверны 14 перемещается по потоку и в зоне повышенного давления схлопывается (смыкается), вызывая при этом импульс давления в объеме промывочной жидкости в полом корпусе 10 гидровибратора 5 между кавитатором 6 и породоразрушающим инструментом 3.The breakaway diffuser part 15 of the cavity 14 moves upstream and collapses (closes) in the high pressure zone, causing a pressure pulse in the volume of the flushing liquid in the hollow body 10 of the hydraulic vibrator 5 between the cavitator 6 and the rock cutting tool 3.
При этом значение давления в импульсе существенно превышает значение давления подачи.In this case, the pressure value in the pulse significantly exceeds the value of the supply pressure.
Процесс образования, роста, отрыва и схлопывания каверны 14 в потоке промывочной жидкости происходит строго периодически.The process of formation, growth, separation and collapse of the cavity 14 in the flow of washing liquid occurs strictly periodically.
Периодичность этого процесса зависит от геометрических параметров кавитатора 6, а при определенных геометрических параметрах этого устройства от значения давления подачи, а также от отношения давления на забое к давлению подачи промывочной жидкости.The frequency of this process depends on the geometric parameters of the cavitator 6, and for certain geometric parameters of this device, on the value of the supply pressure, as well as on the ratio of the pressure at the bottom to the supply pressure of the flushing fluid.
При прочих равных условиях, с увеличением давления подачи и значения отношения давления на забое к давлению подачи частота импульсов давления увеличивается, а размах колеблющейся величины давления имеет максимум при определенном значении отношения забойного давления к давлению подачи промывочной жидкости, которое зависит от угла α раскрытия диффузора 9 кавитатора 6.Ceteris paribus, with increasing supply pressure and the value of the ratio of downhole pressure to the supply pressure, the frequency of the pressure pulses increases, and the range of the oscillating pressure has a maximum at a certain value of the ratio of the bottomhole pressure to the supply pressure of the washing liquid, which depends on the diffuser opening angle α 9 cavitator 6.
Таким образом, заявляемый буровой снаряд для бурения скважин позволяет преобразовать стационарный поток промывочной жидкости в высокочастотный пульсирующий поток, что обеспечивает не только импульсное воздействие промывочной жидкости, но и дополнительное механическое импульсное воздействие породоразрушающего инструмента на горную породу.Thus, the inventive drill for drilling allows you to convert a stationary flow of flushing fluid into a high-frequency pulsating flow, which provides not only a pulsed effect of the flushing fluid, but also an additional mechanical pulsed effect of the rock cutting tool on the rock.
Это, в свою очередь, позволяет повысить скорость бурения, снизить энергоемкость и повысить производительность процесса бурения, особенно при бурении глубоких скважин в крепких и сверхкрепких горных породах.This, in turn, allows you to increase the drilling speed, reduce energy consumption and increase the productivity of the drilling process, especially when drilling deep wells in hard and ultra-hard rocks.
Предложенный буровой снаряд для бурения скважин имеет простую, компактную и эффективную в работе конструкцию, может быть изготовлен на стандартном оборудовании из известных материалов с использованием современной технологии на любом предприятии горного машиностроения, при использовании позволяет снизить энергоемкость и повысить производительность процесса бурения особенно при бурении глубоких скважин в крепких и сверхкрепких породах и может найти широкое распространение в горной промышленности.The proposed drill for drilling wells has a simple, compact and efficient design, can be manufactured on standard equipment from well-known materials using modern technology at any mining engineering enterprise, and when used, it can reduce energy consumption and increase productivity of the drilling process, especially when drilling deep wells in hard and super hard rocks and can be widely used in mining.
Перечень обозначенийNotation list
1) колонна бурильных труб1) drill pipe string
2) бурильная труба2) drill pipe
3) породоразрушающий инструмент3) rock cutting tool
4) проходные отверстия для промывочной жидкости4) openings for flushing fluid
5) гидровибратор для преобразования стационарного потока промывочной жидкости в пульсирующий поток5) a hydraulic vibrator for converting a stationary flow of flushing fluid into a pulsating flow
- 4 017845- 4 017845
6) кавитатор гидровибратора6) hydraulic vibrator cavitator
7) проточный канал кавитатора7) flow channel of the cavitator
8) цилиндрический участок кавитатора8) the cylindrical section of the cavitator
9) диффузор - расширяющийся участок кавитатора9) diffuser - an expanding section of the cavitator
10) полый корпус гидровибратора10) the hollow body of the hydraulic vibrator
11) стабилизатор потока промывочной жидкости на входе в цилиндрический участок11) stabilizer flow of washing fluid at the entrance to the cylindrical section
12) колонковая бурильная труба12) core drill pipe
13) входная кромка цилиндрического участка кавитатора13) the input edge of the cylindrical section of the cavitator
14) кавитационная каверна14) cavitation cavity
15) оторвавшаяся диффузорная часть каверны15) the detached diffuser part of the cavity
Όκρ - диаметр цилиндрического участка кавитатора гидровибратораΌκρ - diameter of the cylindrical section of the cavitator of the hydraulic vibrator
Ь - длина цилиндрического участка кавитатора гидровибратораB - the length of the cylindrical section of the cavitator of the hydraulic vibrator
8ι - площадь проходных отверстий породоразрушающего инструмента8ι - the area of the through holes of the rock cutting tool
- площадь сечения цилиндрического участка проточного канала кавитатора α - угол раскрытия диффузора проточного канала кавитатора ά - внутренний диаметр стабилизатора- the cross-sectional area of the cylindrical section of the flow channel of the cavitator α - the opening angle of the diffuser of the flow channel of the cavitator ά - the inner diameter of the stabilizer
Ь1 - длина стабилизатораB 1 - the length of the stabilizer
Ό2 - диаметр полого корпуса гидровибратораΌ 2 - the diameter of the hollow body of the hydraulic vibrator
Όι - диаметр выходного сечения диффузора кавитатораΌι - diameter of the outlet cross section of the cavitator diffuser
Я! - входной радиус скругления входной кромки цилиндрического участка кавитатораI! - the input radius of the rounding of the input edge of the cylindrical section of the cavitator
Я2 - выходной радиус скругления входной кромки цилиндрического участка кавитатораI 2 - the output radius of the rounding of the input edge of the cylindrical section of the cavitator
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2012005342 | 2012-04-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201200819A1 EA201200819A1 (en) | 2012-12-28 |
| EA017845B1 true EA017845B1 (en) | 2013-03-29 |
Family
ID=47427511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201200819A EA017845B1 (en) | 2012-04-28 | 2012-06-27 | Drilling apparatus for drilling boreholes |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA017845B1 (en) |
| WO (1) | WO2013162488A2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1496351A1 (en) * | 1987-03-04 | 1991-01-07 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро Института Технической Механики Ан Усср | Method and apparatus for drilling well |
| RU2211320C2 (en) * | 2000-08-28 | 2003-08-27 | Меламед Юрий Александрович | Method of pulse treatment of producing formations and well strainers and device for method embodiment |
| RU49886U1 (en) * | 2005-09-19 | 2005-12-10 | Лось Виталий Михайлович | HYDRODYNAMIC VIBRATOR |
| US7392857B1 (en) * | 2007-01-03 | 2008-07-01 | Hall David R | Apparatus and method for vibrating a drill bit |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1617241A1 (en) * | 1988-11-01 | 1990-12-30 | Казахское Научно-Производственное Объединение "Казрудгеология" | Gear for percussion-rotary drilling |
-
2012
- 2012-06-27 EA EA201200819A patent/EA017845B1/en not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-04-26 WO PCT/UA2013/000044 patent/WO2013162488A2/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1496351A1 (en) * | 1987-03-04 | 1991-01-07 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро Института Технической Механики Ан Усср | Method and apparatus for drilling well |
| RU2211320C2 (en) * | 2000-08-28 | 2003-08-27 | Меламед Юрий Александрович | Method of pulse treatment of producing formations and well strainers and device for method embodiment |
| RU49886U1 (en) * | 2005-09-19 | 2005-12-10 | Лось Виталий Михайлович | HYDRODYNAMIC VIBRATOR |
| US7392857B1 (en) * | 2007-01-03 | 2008-07-01 | Hall David R | Apparatus and method for vibrating a drill bit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201200819A1 (en) | 2012-12-28 |
| WO2013162488A3 (en) | 2014-01-09 |
| WO2013162488A2 (en) | 2013-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4979577A (en) | Flow pulsing apparatus and method for down-hole drilling equipment | |
| RU2081292C1 (en) | Nozzle for self-excited oscillations of drilling mud and drilling tool with this nozzle | |
| US10465464B2 (en) | Apparatus and method for creating tunable pressure pulse | |
| WO2008092256A1 (en) | Down hole multiple piston tools operated by pulse generation tools and methods for drilling | |
| EP0333484A2 (en) | Flow pulsing apparatus for down-hole drilling equipment | |
| WO2020214062A1 (en) | Device for generating an axial load in a drill string assembly | |
| RU2242585C1 (en) | Device for cleaning well from sand obstruction | |
| EA017845B1 (en) | Drilling apparatus for drilling boreholes | |
| US10502014B2 (en) | Extended reach tool | |
| CN109025804B (en) | Turbine type axial impactor | |
| RU131792U1 (en) | Oscillator-Turbulator | |
| US11098534B2 (en) | Bit jet enhancement tool | |
| RU2386005C2 (en) | Drilling method of hard rocks with hydrotransport of core sample and drilling assembly for its implementation | |
| RU72714U1 (en) | HYDRAULIC BREEDING DESTRUCTION TOOL | |
| UA105937C2 (en) | Drill rig for well drilling | |
| RU137300U1 (en) | HYDRAULIC DRILL HEAD | |
| SU548711A1 (en) | Method of drilling wells and device for its implementation | |
| CN212105745U (en) | Hydraulic harmonic high-power reinforced vibrator excited by screw | |
| RU2778910C2 (en) | Device for creation of axial load in drill string arrangement | |
| RU72012U1 (en) | EXTENDED NOZZLE FOR HYDRAULIC MONITOR DRILL BIT | |
| CA2331021A1 (en) | Method and apparatus for generating acoustic pulses on the surface and conveying these pulses through the drill string to the drill bit to increase rate of drilling | |
| RU172006U1 (en) | Borehole Hydroacoustic Monitor | |
| CN113863872A (en) | Short section and drilling device | |
| RU49563U1 (en) | DIAMOND DRILL BIT | |
| RU2122102C1 (en) | Jetting nozzle of drill bit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM TM |
|
| TK4A | Corrections in published eurasian patents | ||
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |