EA019105B1

EA019105B1 - Долото ударного действия для роторного бурения грунта и способ его работы

Info

Publication number: EA019105B1
Application number: EA201001323A
Authority: EA
Inventors: Аллан У. Рейни; Джеймс У. Лэнгфорд
Original assignee: Атлас Копко Секорок Ллк
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2014-01-30
Also published as: EA201001323A1; CA2701507C; BRPI0905374A8; US20100032209A1; SE538300C2; AU2009279628A1; CN102016217A; CA2701507A1; WO2010017367A2; WO2010017367A3; ZA201002478B; US8627903B2; AU2009279628B2; US8353369B2; ZA201205688B; CL2010000443A1; PE20100617A1; BRPI0905374A2; CN102016217B; MX2010003947A

Abstract

Способ проходки пласта включает использование бурильной установки и бурильной колонны и соединение долота для бурения грунта с бурильной установкой посредством бурильной колонны. Подача потока воздуха обеспечивается через бурильную колонну с давлением воздуха менее примерно 0,7 МПа, к долоту для бурения грунта прикладывается циклическая нагрузка, при этом величина циклической нагрузки составляет менее примерно 1 Дж/см.

Description

Это изобретение относится к долотам для бурения грунта.

Известный уровень техники

Долото для бурения грунта обычно используется при проходке пласта с целью формирования буровой скважины. Существуют различные основания для формирования таких буровых скважин, например, при бурении на нефть, при добыче полезных ископаемых и геотермического пара. При формировании буровой скважины используются долота для бурения грунта различных типов. Одним из типов долот является трехшарошечное долото для роторного бурения грунта и в типичной компоновке оно включает три режущие шарошки долота для бурения грунта, поворотно смонтированные на отдельных хвостовиках. Хвостовики соединяют сваркой, чтобы сформировать корпус долота. Режущие шарошки долота для бурения грунта вращаются при контакте с пластом, когда корпус долота для бурения грунта вращается в буровой скважине. Несколько примеров долот для роторного бурения грунта описано в патентах И8 3550972,3847235, 4136748, 4427307,4688651, 4741471 и 6513607.

Было сделано несколько попыток формирования буровых скважин с более высокой скоростью, как описано более подробно в патентах И8 3250337, 3307641, 3807512, 4502552, 5730230, 6371223 и 6986394, так же, как и в патентной заявке И8 20050045380. В некоторых из этих ссылок описывается использование молота ударного действия для приложения циклической нагрузки к долоту для бурения грунта. Однако желательно увеличить скорость проходки при использовании молота ударного действия и уменьшить количество повреждений, наносимых долоту для бурения грунта при приложении циклической нагрузки.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является долото ударного действия для роторного бурения грунта и способ его работы. Новые признаки изобретения сформулированы обстоятельно в пунктах прилагаемой формулы изобретения. Изобретение можно легко понять из следующего описания в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Указанные и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятны из описания со ссылкой на следующие чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид сбоку буровой установки вместе с бурильной колонной;

фиг. 2а - вид в перспективе устройства роторного бурения, соединенного с бурильной колонной, представленной на фиг. 1, причем устройство роторного бурения включает долото для роторного бурения грунта, сцепленное со сборкой ударника;

фиг. 2Ь - вид сбоку в разрезе устройства роторного бурения, представленного на фиг. 2а, в соединении с бурильной колонной;

фиг. 3 а - вид в перспективе бурильного замка, включенного в сборку ударника, представленную на фиг. 2а и 2Ь;

фиг. 3Ь - вид в перспективе кожуха ударника, включающего в себя сборку ударника, представленную на фиг. 2а и 2Ь;

фиг. 3 с - вид в перспективе трубы для регулировки потока, включенной в сборку ударника, представленную на фиг. 2а и 2Ь.

фиг. 3й - вид в перспективе поршня, включенного в сборку ударника, представленную на фиг. 2а и 2Ь;

фиг. 3е - вид в перспективе зажимного патрона, включенного в сборку ударника, представленную на фиг. 2а и 2Ь;

фиг. 3£ - вид в перспективе переходника, включенного в сборку ударника, представленную на фиг. 2а и 2Ь;

фиг. 4а и 4Ь - виды сбоку крупным планом сборки ударника, представленной на фиг. 2а и 2Ь, с поршнем, показанным соответственно в первом и во втором положениях;

фиг. 5а и 5Ь - виды сбоку устройства роторного бурения, представленного на фиг. 2а и 2Ь, с долотом для роторного бурения грунта, показанным соответственно в поднятом и в опущенном положениях;

фиг. 6 - вид сбоку задней части сборки ударника, представленной на фиг. 2а и 2Ь;

фиг. 7а - вид в перспективе переходника и долота для роторного бурения грунта, представленных на фиг. 2а и 2Ь в разъединенном положении;

фиг. 7Ь и 7с - виды в разрезе переходника и долота для роторного бурения грунта, представленных на фиг. 2а и 2Ь в соединенном положении;

фиг. 7й - вид сбоку трапециевидной резьбы долота для роторного бурения грунта, представленного на фиг. 2а и 2Ь;

фиг. 7е - вид сбоку трапециевидной резьбы бурильного замка и трапециевидной резьбы переходника, представленных на фиг. 2а и 2Ь;

фиг. 8а и 8Ь - блок-схемы способов проходки буровой скважины;

фиг. 8с и 8й - блок-схемы способов изготовления устройства роторного бурения;

фиг. 9а, 9Ь и 9с - блок-схемы способов проходки пласта.

- 1 019105

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 представлен вид сбоку буровой установки 160 вместе с бурильной колонной 106. В этом варианте осуществления изобретения буровая установка 160 содержит платформу 161, которая снабжена первичным приводом 162, и кабину 163. Основание 164а башни 164 соединяется с платформой 161 соединительной муфтой 168, и соединительная муфта 168 башни позволяет башне 164 циклически перемещаться между поднятым и опущенным положениями. В поднятом положении, которое представлено на фиг. 1, верхушка 164Ь башни 164 находится на расстоянии от платформы 161. В поднятом положении передняя часть 165 башни 164 обращена к кабине 163 и задняя часть 166 башни 164 обращена к первичному приводу 162. В опущенном положении задняя часть 166 башни 164 перемещается к платформе 161 и к первичному приводу 162.

Башня 164, как правило, имеет систему кабелей питания (не показано), подсоединенных к приводувращателю 167, которая позволяет приводу-вращателю 167 перемещаться вдоль башни 164 между поднятым и опущенным положениями. Система кабелей подает питание приводу-вращателю 167 для перемещения в поднятое и опущенное положения соответственно к верхней части 164Ь башни и к основанию 164а башни.

Привод-вращатель 167 перемещается между поднятым и опущенным положениями для того, чтобы соответственно поднимать и опускать бурильную колонну 106 в буровой скважине. Кроме того, приводвращатель 167 используется для вращения бурильной колонны 106, которая проходит через башню 164. Бурильная колонна 106, как правило, состоит из одной или более буровых труб, соединенных вместе общеизвестным способом. Буровые трубы бурильной колонны 106 предназначены для крепления к долоту для бурения грунта, например к трехшарошечному долоту.

На фиг. 2а представлен вид в перспективе устройства 100 роторного бурения, соединенного с бурильной колонной 106, и на фиг. 2Ь представлен вид сбоку в разрезе устройства 100 роторного бурения, соединенного с бурильной колонной 106. На фиг. 2а показано, что устройство 100 роторного бурения расположено по длине буровой скважины 105. Осевая линия 147 проходит продольно по центру устройства 100 роторного бурения, и радиальная линия 169 проходит радиально и перпендикулярно осевой линии 147. Под действием устройства 100 роторного бурения, имеющего круглое поперечное сечение, буровая скважина 105 приобретает круглую форму поперечного сечения. Когда буровая скважина 105 имеет круглую форму поперечного сечения, размер Όι определяет ее диаметр. Если устройство 100 роторного бурения имеет круглую форму поперечного сечения, оно определяется диаметром Ό₂.

Размер Όι обусловлен размером Ό₂. Например, размер Όι увеличивается и уменьшается соответственно при увеличении и уменьшении размера Ό₂. Форма поперечного сечения буровой скважины 105 определяется устройством 100 роторного бурения при формировании линии резания в буровой скважине

105 по направлению радиальной линии 169.

Устройство 100 роторного бурения включает долото 102, соединенное со сборкой 103 ударника. Долото 102 совершает циклические перемещения между положением удара и положением подъема, как будет описываться более подробно ниже со ссылкой на фиг. 7а. Имеется целый ряд разновидностей долот 102 для роторного бурения грунта. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения долото 102 для роторного бурения грунта представляет собой трехшарошечное долото. Трехшарошечное долото для роторного бурения грунта включает три хвостовика, соединенные вместе, причем каждый хвостовик несет режущую шарошку, установленную на нем с возможностью вращения. Как правило, долото 102 для роторного бурения грунта включает один или более хвостовиков и на каждом хвостовике смонтирована соответствующая режущая шарошка с возможностью вращения. Следует отметить, что с иллюстративной целью на фиг. 2а и 2Ь представлены две режущие шарошки.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения сборка 103 ударника включает бурильный замок 107 со сквозным центральным отверстием 104 (фиг. 3 а). Один конец бурильной колонны

106 сопряжен с буровой установкой 160 (фиг. 1), а другой конец бурильной колонны 106 соединен с устройством 100 роторного бурения посредством бурильного замка 107. В частности, один конец бурильной колонны 106 сопряжен с приводом-вращателем 167, а другой конец бурильной колонны 106 соединен с устройством 100 роторного бурения посредством бурильного замка 107. Дополнительная информации относительно буровой установки приведена в патентах И8 4320808, 6276453, 6315063 и 6571867, содержание которых включено здесь в качестве ссылки.

Соединение бурильной колонны 106 посредством бурильного замка 107 часто упоминается как соединение резьбовой муфтой. Бурильная колонна 106 соединена с устройством 100 роторного бурения таким образом, чтобы бурильная колонна 106 находилась в связи с долотом 102 посредством сборки 103 ударника. Бурильная колонна 106 подает текучую среду к сборке 103 ударника через отверстие 108 бурильной колонны и центральное отверстие 104 бурильного замка 107. В буровой установке 160 через привод-вращатель 167 и бурильную колонну 106 текучая среда подается к долоту 102 и к сборке 103 ударника. Долото 102 выводит часть текучей среды для того, чтобы выбуренная порода поднималась вверх через буровую скважину 105. В буровой установке 160 текучую среду подают под необходимым давлением для очистки долота 102, а также для подъема выбуренной породы из буровой скважины 105. Как будет описано более подробно ниже, в буровой установке 160 текучую среду подают под давлением,

- 2 019105 требуемым для приведения в действие сборки 103 ударника.

Могут применяться текучие среды разнообразных типов, например жидкость и/или газ. Можно использовать жидкости различных типов, например нефть, вода, буровой раствор и их смеси. Можно использовать газы различных типов, например воздух и другие газы. В некоторых ситуациях текучую среду включает жидкость и газ, например воздух и воду. Следует отметить, что буровая установка 160 (фиг. 1), как правило, содержит компрессор (не показано), который подает газ, например воздух. Текучую среду используют для приведения в действие долота 102 и для приведения в действие сборки 103 ударника. Например, текучая среда используется для смазки и охлаждения долота 102 и, как будет описываться более подробно ниже, для приведения в действие сборки 103 ударника.

Также следует отметить, что обычно бурильная колонна 106 приводится во вращение приводомвращателем 167 и устройство 100 роторного бурения также вращается при вращении бурильной колонны 106. Скорость вращения бурильной колонны 106 может быть различной. Например, в одной ситуации привод-вращатель 167 вращает бурильную колонну 106 со скоростью менее примерно 150 об/мин. В некоторых случаях привод-вращатель 167 вращает бурильную колонну 106 со скоростью в диапазоне от около 50 до около 150 об/мин. В некоторых случаях привод-вращатель 167 вращает бурильную колонну 106 со скоростью в диапазоне от около 40 до около 100 об/мин. В некоторых случаях привод-вращатель 167 вращает бурильную колонну 106 со скоростью в диапазоне от около 100 до около 150 об/мин. В общем, скорость проходки скважины устройством 100 роторного бурения увеличивается и уменьшается соответственно при увеличении и уменьшении скорости вращения бурильной колонны 106. Следовательно, в зависимости от величины скорости вращения бурильной колонны 106 регулируется скорость проходки скважины.

В соответствии с большинством вариантов осуществления изобретения долото 102 работает при приложенной к нему осевой нагрузке. Как правило, скорость проходки скважины устройством 100 роторного бурения увеличивается и уменьшается соответственно при увеличении и уменьшении осевой нагрузки на долото. Следовательно, изменением осевой нагрузки на долото регулируется скорость проходки скважины устройством 100 роторного бурения.

Осевая нагрузка обычно прикладывается к долоту 102 для бурения грунта посредством бурильной колонны 106 и сборки 103 ударника. Существует множество различных способов приложения осевой нагрузки к долоту 102 для бурения грунта посредством бурильной колонны 106 и сборки 103 ударника. Например, в буровой установке 160 может прикладываться осевая нагрузка к долоту 102 для бурения грунта посредством бурильной колонны 106 и сборки 103 ударника. В частности, привод-вращатель 167 может прикладывать осевую нагрузку к долоту 102 для бурения грунта посредством бурильной колонны 106 и сборки 103 ударника. Величина осевой нагрузки зависит от многих различных факторов, например от способности долота 102 для бурения грунта противостоять осевой нагрузке, не выходя из строя. Долото 102 для бурения грунта может выйти из строя, если приложенная осевая нагрузка будет слишком большой.

Диапазон величины осевой нагрузки может быть различным. Например, в одной ситуации величина осевой нагрузки составляет менее 70 МПа. В некоторых случаях величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 7 до 70 МПа. В некоторых случаях величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 14 до около 55 МПа. В некоторых случаях величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 28 до около 40 МПа. Следует отметить, что диаметр скважины, на основании которого рассчитывается осевая нагрузка на долото, соответствующий размеру Όι буровой скважины 105, согласуется с размером Ό₂ устройства 100 роторного бурения, как описывалось более подробно выше.

Осевая нагрузка, наряду с выражением в единицах давления, также может выражаться в других единицах. Например, в некоторых ситуациях величина осевой нагрузки составляет менее 60 т. В некоторых случаях величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 14 до около 60 т. В некоторых случаях величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 5 до около 30 т. В некоторых случаях величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 30 до около 60 т. В некоторых случаях величина осевой нагрузки находится в диапазоне от 5 до около 20 т. В некоторых случаях величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 40 до около 50 т.

Сборка 103 ударника во время эксплуатации прикладывает циклическую нагрузку к долоту 102. Однако следует отметить, что существует множество других способов приложения циклической нагрузки к долоту 102 для бурения грунта. Например, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения циклическая нагрузка прикладывается к долоту 102 для роторного бурения грунта механическим устройством, приводимым в действие пружиной. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения для приложения циклической нагрузки к долоту 102 для бурения грунта используется механическое устройство, приводимое в действие пружиной, вместо ударника, который приводится в действие воздухом. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения циклическая нагрузка прикладывается к долоту 102 для бурения грунта посредством устройства, приводимого в действие электромеханически. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения циклическая нагрузка прикладывается к долоту 102 для бурения грунта посредством устройства, приводимого в действие электромеханически, вместо ударника, приводимого в действие воздухом.

- 3 019105

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, представленным на фиг. 2а и 2Ь, при приведении в действие сборки 103 ударника прикладывается циклическая нагрузка к долоту 102. Как упоминалось выше, сборка 103 ударника приводится в действие потоком текучей среды, проходящим через сборку, причем в буровой установке 160 текучую среду подают через бурильную колонну 106. В буровой установке 160 текучую среду подают при контролируемом и регулируемом давлении. Как будет описываться более подробно ниже, создается такое давление текучей среды, чтобы сборка 103 ударника приводилась в действие с требуемой частотой и амплитудой. Таким образом, сборка 103 ударника обеспечивает приложение требуемого циклической нагрузки к долоту 102 для роторного бурения грунта.

При эксплуатации сборка 103 ударника приводится в действие, когда режущая шарошка (шарошки) долота 102 для роторного бурения грунта вступает в контакт с пластом. Сборка 103 ударника прикладывает циклическую нагрузку к долоту 102, под воздействием чего долото 102 для роторного бурения грунта продвигается в пласт, по мере того как режущая шарошка (шарошки) дробит его. Скорость дробления пласта зависит от величины и частоты прилагаемого усилия, обеспечиваемого при приведении в действие сборки 103 ударника. Таким образом, сборка 103 ударника вбивает долото 102 в пласт и происходит формирование буровой скважины 105. Следует отметить, что величина циклической нагрузки, как правило, находится в соответствии с абсолютной величиной амплитуды циклической нагрузки.

Как упоминалось выше, сборка 103 ударника включает бурильный замок 107 для роторного бурения с центральным отверстием 104, проходящим через него, причем на фиг. 3а представлен вид в перспективе бурильного замка 107. Центральное отверстие 104 позволяет текучей среде проходить через бурильный замок 107. Бурильная колонна 106 соединяется со сборкой 103 ударника посредством бурильного замка 107. Таким путем обеспечивается соединение бурильной колонны 106 с устройством 100 роторного бурения.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения сборка 103 ударника установлена в корпусе 110, вид в перспективе которого представлен на фиг. 3Ь. Здесь корпус 110 имеет цилиндрическую форму с круглым поперечным сечением. Корпус 110 ударника имеет противоположные отверстия и расположенный между ними центральный канал 112. Корпус 110 ударника образует поршневой цилиндр 113 (фиг. 3Ь), который занимает часть центрального канала 112. Следует отметить, что бурильный замок 107 соединен с корпусом 110 ударника таким образом, чтобы центральный канал 112 находился в связи с центральным отверстием 104. Кроме того, бурильная колонна 106 посредством центрального канала 112 находится в связи с долотом 102 и сборкой 103 ударника.

Существует множество различных способов соединения бурильного замка 107 с корпусом 110 ударника. В соответствии с вариантом осуществления изобретения бурильный замок 107 для роторного бурения соединяется с задней частью 114 корпуса 110 (фиг. 2Ь). Задняя часть 114 резьбой связана с корпусом 110 и имеет центральное отверстие с размером и формой для соединения с бурильным замком 107. Дроссельная шайба 116 установлена между задней частью 114 и бурильным замком 107. Дроссельная шайба 116, наряду с обратным клапаном 115 (фиг. 6), предотвращает противоток выбуренной породы и обломков породы в сборку 103 ударника. Дроссельная шайба 116 и запорный клапан 115 также предотвращают поток воздуха через сборку 103 ударника, как будет описываться более подробно ниже. Дроссельная шайба 116 и запорный клапан 115 установлены в заднем конце сборки 103 ударника, для обеспечения возможности их регулировки без необходимости удаления устройства 100 из буровой скважины 105. При эксплуатации для регулировки мощности сборки 103 ударника имеется возможность проводить регулировку давления на выходе.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения сборка 103 ударника включает трубу 118 для регулировки потока, вид в перспективе которой представлен на фиг. 3с. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения труба 118 для регулировки потока проходит через центральное отверстие 104 бурильного замка 107 так же, как и через центральный канал 112. Труба 118 включает корпус 120 с входным и переходным участками 121 и 123. Переходной участок 123 продолжается через центральный канал 112 на расстоянии от бурильной колонны 106. Труба 118 для регулировки потока включает направляющие каналы 122а и 122Ь и направляющие каналы 122с и 1226. которые проходят через переходный участок 123.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения сборка 103 ударника включает поршень 124, вид в перспективе которого представлен на фиг. 36. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения поршень 124 размещен внутри поршневого цилиндра 113 корпуса 110. Поршень 124 имеет корпус 126 с центральным отверстием 125, через которое проходит переходный участок 123. Центральное отверстие 125 продолжается от верхней поверхности 128 до нижней поверхности 130 корпуса 126 поршня. Верхняя поверхность 128 корпуса поршня обращена к бурильному замку 107 и нижняя поверхность 130 корпуса поршня обращена от бурильного замка 107. Корпус 126 поршня вставлен в цилиндр 113, при этом цилиндр 113 имеет камеру 140, примыкающую к нижней поверхности 130, и камеру 141, примыкающую к верхней поверхности 128, как будет описываться более подробно со ссылкой на фиг. 4а и 4Ь.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения корпус 126 поршня включает расположенные напротив поршневые каналы 132а и 132Ь и расположенные напротив поршневые каналы 132с

- 4 019105 и 132й. Поршневые каналы 132а и 132Ь и поршневые каналы 132с и 132й проходят от центрального отверстия 125 к боковой поверхности корпуса 126 поршня. Поршневые каналы 132а и 132Ь и поршневые каналы 132с и 132й проходят через корпус 126 поршня различным образом. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения поршневые каналы 132а и 132Ь наклонены относительно верхней поверхности 128 корпуса поршня. Поршневые каналы 132а и 132Ь наклонены к верхней поверхности 128 корпуса поршня так, чтобы они не были параллельны радиальной линии 169. Поршневые каналы 132а и 132Ь наклонены к верхней поверхности 128 корпуса поршня так, чтобы они не были параллельны осевой линии 147. Кроме того, поршневые каналы 132с и 132й наклонены к нижней поверхности 130 корпуса поршня. Поршневые каналы 132с и 132й наклонены к нижней поверхности 130 корпуса поршня так, чтобы они не были параллельны радиальной линии 169. Поршневые каналы 132с и 132й для подъема наклонены к нижней поверхности 130 поршня так, чтобы они не были параллельны осевой линии 147.

Как будет описано более подробно ниже, корпус 126 поршня совершает циклические перемещения вдоль переходного участка 123, между первым положением, при котором поршневые каналы 132а и 132Ь сообщаются с центральным каналом 112 через направляющие каналы 122а и 122Ь соответственно, и вторым положением, при котором поршневые каналы 132с и 132й сообщаются с центральным каналом 112 через направляющие каналы 122с и 122й соответственно. Следует отметить, что в первом положении отсутствует сообщение поршневых каналов 132с и 132й с центральным каналом 112 через направляющие каналы 122с и 122й. Кроме того, во втором положении отсутствует сообщение поршневых каналов 132а и 132Ь с центральным каналом 112 через направляющие каналы 122а и 122Ь. Следовательно, в первом положении корпус 126 поршня перекрывает поток от центрального канала 112 через поршневые каналы 132с и 132й. Во втором положении корпус 126 поршня перекрывает поток от центрального канала 112 через поршневые каналы 132а и 132Ь. Потоки через отверстия сборки 103 ударника описываются более подробно со ссылкой на фиг. 4а и 4Ь, причем первое и второе положения поршня 124 соответствуют положениям подъема и удара соответственно.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения сборка 103 ударника включает зажимной патрон 134, вид в перспективе которого представлен на в фиг. 3е. Зажимной патрон 134 соединен с корпусом 110 ударника. Существует множество различных способов соединения зажимного патрона с корпусом 110 ударника. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения зажимной патрон 134 соединен с корпусом 110 ударника на резьбе.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения сборка 103 ударника включает переходник 136, вид в перспективе которого представлен на фиг. 3£. Переходник 136 соединен с корпусом 110 ударника, причем существует множество различных способов соединения. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения переходник 136 соединен с зажимным патроном 134, соединенный в свою очередь, как упоминалось выше, с корпусом 110 ударника, с возможностью перемещения. Таким образом, переходник 136 может перемещаться относительно зажимного патрона 134. Переходник 136 включает отверстие 138, и на одном конце имеется бурильный замок 139. На противоположном конце переходника 136 имеется поверхность 131, подвергающаяся динамическому воздействию, которая обращена к нижней поверхности 130 корпуса поршня. Следует отметить, что верхняя поверхность 128 корпуса поршня обращена от поверхности 131 переходника, подвергающейся динамическому воздействию.

Как упоминалось выше, устройство 100 роторного бурения включает долото 102, соединенное со сборкой 103 ударника. Существует множество различных способов соединения долота 102 со сборкой 103 ударника. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения долото 102 для роторного бурения грунта соединено со сборкой 103 ударника через переходник 136. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения долото 102 для роторного бурения грунта соединяется с переходником 136, проходя через отверстие 138, и входит в зацепление с бурильным замком 139. Долото 102 совершает циклические перемещения между положениями контакта и расцепления с переходником 136, как будет описываться более подробно со ссылкой на фиг. 7а.

Следует отметить, что долото 102 для роторного бурения грунта может перемещаться относительно зажимного патрона 134, так как оно соединено с переходником 136, который в свою очередь с возможностью перемещения соединен с зажимным патроном 134. Следовательно, долото 102 для роторного бурения грунта перемещается относительно зажимного патрона 134 при перемещении переходника 136 относительно зажимного патрона 134. Таким образом, переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта могут перемещаться относительно зажимного патрона 134 и корпуса 110 ударника.

Как будет описываться более подробно со ссылкой на фиг. 4а и 4Ь, переходник 136 перемещается при перемещении поршня 124, к которому приложена циклическая нагрузка Г (фиг. 4Ь). Как будет описываться более подробно со ссылкой на фиг. 5а и 5Ь, долото 102 перемещается между опущенным и поднятым положениями при перемещении переходника 136. Таким образом, долото 102 для роторного бурения грунта перемещается между опущенным и поднятым положениями при перемещении поршня 124 между первым и вторым положениями.

На фиг. 4а и 4Ь представлены виды сбоку сборки 103 ударника крупным планом, на которых показан поршень 124, соответственно в первом и втором положениях. Кроме того, на фиг. 5а и 5Ь представ

- 5 019105 лены виды сбоку устройства 100 роторного бурения с долотом 102 в поднятом и опущенном положениях соответственно. На фиг. 6 представлен вид сбоку задней части сборки 103 ударника и показано, как текучая среда выпускается устройством 100 роторного бурения.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения сборка 103 ударника включает выпускные каналы 142а и 142Ь, сообщающиеся с камерой 141. Кроме того, сборка 103 ударника включает выпускные каналы 142с и 1426. сообщающиеся с возвратной камерой 140. Выпускные каналы 142а и 142Ь позволяют потоку вытекать из камеры 141 в область, внешнюю по отношению к сборке 103 ударника. Кроме того, выпускные каналы 142с и 1426 позволяют потоку вытекать из камеры 140 в область, внешнюю по отношению к сборке 103 ударника. Поток из камеры 140 и камеры 141 будет описываться более подробно со ссылкой на фиг. 6.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения поршень 124 совершает циклические перемещения между первым и вторым положениями. В первом положении поршень 124 отведен от переходника 136 и во втором положении поршень 124 контактирует с переходником 136. В положении удара корпус 126 поршня расположен таким образом, чтобы поршневые каналы 132а и 132Ь сообщались с центральным каналом 112 через направляющие каналы 122а и 122Ь соответственно. В положении удара корпус 126 поршня расположен таким образом, что поршневые каналы 132с и 1326 не сообщаются с центральным каналом 112 через направляющие каналы 122с и 1226. В положении удара корпус 126 поршня перекрывает поток через направляющие каналы 122с и 1226. Кроме того, в положении удара корпус 126 поршня расположен таким образом, что камера 140 сообщается с выпускными каналами 142с и 1426, а камера 141 не сообщается с выпускными каналами 142а и 142Ь.

В положении удара корпус 126 поршня расположен так, что поршневые каналы 132а и 132Ь не сообщаются с центральным каналом 112 через направляющие каналы 122а и 122Ь. В положении удара корпус 126 поршня расположен так, что поршневые каналы 132с и 1326 сообщаются с центральным каналом 112 через направляющие каналы 122с и 1226 соответственно. В положении удара корпус 126 поршня перекрывает поток через направляющие каналы 122а и 122Ь. Кроме того, в положении удара корпус 126 поршня расположен так, что камера 140 не сообщается с выпускными каналами 142с, а камера 141 сообщается с выпускными каналами 142а и 142Ь.

Как показано в фиг. 4а, поршень 124 находится в положении подъема, при котором камера 140 сообщается с выпускными каналами 142с и 1426. Таким образом, текучая среда, находящаяся в камере 140, выходит из камеры 140 в область, внешнюю по отношению к сборке 103 ударника. Кроме того, камера 141 сообщается с центральным каналом 112 через поршневые каналы 132а и 132Ь и через направляющие каналы 122а и 122Ь соответственно. Таким образом, текучая среда, проходящая через центральный канал 112, посредством отверстия 108 в бурильной колонне поступает в камеру 141. При поступлении текучей среды в камеру 141 давление возрастает, благодаря чему прилагается усилие к верхней поверхности 128 корпуса 126 поршня и корпус 126 поршня перемещается вдоль переходного участка 123 в направлении от входного участка 121.

Корпус 126 поршня перемещается при приложении усилия Р к верхней поверхности 128 в направлении переходника 136, при этом нижняя поверхность 130 корпуса поршня контактирует с поверхностью 131 переходника, подвергающейся динамическому воздействию. Переходник 136 скользит относительно зажимного патрона 134 при контакте нижней поверхности 130 корпуса поршня с поверхностью 131 переходника, подвергающейся динамическому воздействию. Как упоминалось выше, долото 102 соединено с переходником 136. Следовательно, долото 102 также перемещается при контакте нижней поверхности 130 корпуса поршня с поверхностью 131 переходника, причем долото перемещается таким образом, что оно переходит из поднятого положения (фиг. 5а) в опущенное положение (фиг. 5Ь).

В поднятом положении переходник 136 связан с зажимным патроном 134, как обозначено на фиг. 5а стрелкой-указателем 148. Поршень 124 отведен от поверхности 131 переходника 136, как обозначено на фиг. 5а стрелкой-указателем 150. В опущенном положении переходник 136 отведен от зажимного патрона 134 и находится на расстоянии Б, как обозначено стрелкой-указателем 152 на фиг. 5Ь. Кроме того, поршень 124 контактирует с поверхностью 131 переходника 136, как обозначено на фиг. 5Ь стрелкойуказателем 154.

Как показано в фиг. 4Ь, поршень 124 находится в положении удара и камера 141 сообщается с выпускными каналами 142а и 142Ь. Таким образом, текучая среда, находящаяся в камере 141, выходит из камеры 141 в область, внешнюю по отношению к сборке 103 ударника. Кроме того, камера 140 сообщается с центральным каналом 112 через поршневые каналы 122с и 1226 и через направляющие каналы 132с и 1326 соответственно. Таким образом, текучая среда, проходящая через центральный канал 112 посредством отверстия 108 бурильной колонны поступает в камеру 140. При поступлении текучей среды в камеру 140 давление возрастает, благодаря чему прилагается усилие к нижней поверхности 130 корпуса 126 поршня и корпус 126 поршня перемещается вдоль переходного участка 123 по направлению к входному участку 121.

Корпус 126 поршня перемещается при приложении усилия Р к поверхности 131 переходника, подвергающейся динамическому воздействию, от переходника 136, при этом нижняя поверхность 130 корпуса поршня отходит от поверхности 131. Переходник 136 перемещается относительно зажимного па

- 6 019105 трона 134 при отведении нижней поверхности 130 корпуса поршня от поверхности 131 переходника. Как упоминалось выше, долото 102 соединено с переходником 136. Следовательно, долото 102 для роторного бурения грунта также перемещается при отведении нижней поверхности 130 корпуса поршня от поверхности 131 переходника так, что оно перемещается от опущенного положения (фиг. 5Ь) к поднятому положению (фиг. 5а). В поднятом положении переходник 136 связан с зажимным патроном 134, как описывалось более подробно выше.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения корпус 126 поршня перемещается в направлении от переходника 136 в результате обратного хода, причем на обратный ход расходуется часть ударной энергии, которая не передается через переходник 136 и долото 102 для бурения грунта к пласту. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения переходник 136 перемещается относительно зажимного патрона 134 при динамическом воздействии корпуса 126 поршня на поверхность 131 переходника 136. Таким образом, циклическая нагрузка Р передается переходнику 136 и перемещение корпуса 126 поршня происходит под действием силы реакции, действующей со стороны переходника 136.

Следовательно, поршень 124 перемещается между положениями удара и подъема при регулировке давления текучей среды в камере 140 и в камере 141. Давление текучей среды в камере 140 и в камере 141 регулируется таким образом, чтобы создавалась осциллирующая сила, приложенная к нижней поверхности 130 корпуса поршня и к верхней поверхности 128 корпуса поршня, и поршень 124 перемещался к поверхности 131 переходника, подвергающейся динамическому воздействию, и от нее.

Долото 102 для роторного бурения грунта, как правило, работает при величине порогового давления около 2 кПа. Однако большинство буровых установок обеспечивает величину давления в диапазоне от около 2,5 до 5 кПа. Следовательно, при последовательном соединении сборки 103 ударника и долота 102 для роторного бурения грунта может использоваться только от около 0,5 до 3 кПа для регулировки сборки 103 ударника. В соответствии с изобретением сборка 103 ударника способна работать при полном давлении системы и поршень 124 может прилагать большую ударную энергию к переходнику 13 и долоту 102 для роторного бурения грунта. Следовательно, давление текучей среды, приводящее в действие сборку 103 ударника, равно давлению текучей среды, при котором работает долото 102 для роторного бурения грунта.

Как описывалось выше, бурильная колонна 106 подает текучую среду к сборке 103 ударника посредством отверстия 108 бурильной колонны и может использовать текучую среду различных типов, например воздух или другие газы либо комбинацию газов и жидкости, например нефть и/или вода. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения текучей средой является воздух, который проходит через бурильную колонну 106 со скоростью потока менее примерно 140 м³ в 1 мин. Например, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения воздух проходит со скоростью потока в диапазоне от около 30 до около 115 м³ в 1 мин. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения текучей средой является воздух, который проходит через бурильную колонну 106, причем давление воздуха составляет менее примерно 0,7 МПа. Например, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения давление воздуха, проводящего через бурильную колонну 106, находится в диапазоне от около 0,3 до около 0,7 МПа. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения давление воздуха, проходящего через бурильную колонну 106, находится в диапазоне от около 0,3 до около 0,5 МПа. В соответствии с изобретением давление воздуха, обеспечивающее работу сборки 103 ударника, полностью, без потерь, используется для работы долота 102 для роторного бурения грунта. В общем, скорость проходки скважины долотом 102 для бурения грунта повышается и снижается соответственно при повышении или снижении давления воздуха.

Обычно к долоту 102 для бурения грунта прикладывается циклическая нагрузка Р с определенной амплитудой и частотой. Когда циклическая нагрузка Р прикладывается к долоту 102 для бурения грунта с определенной частотой, его амплитуда изменяется как функция времени. Таким образом, циклическая нагрузка Р является усилием, изменяющимся во времени. Приложение циклической нагрузки Р является, как правило, периодическим, хотя при некоторых ситуациях усилие может прикладываться не периодически. Частота циклической нагрузки Р соответствует количеству воздействий поршня 124 на переходник 136 за единицу времени. Как упоминалось выше, величина циклической нагрузки Р обычно соответствует абсолютному значению амплитуды циклической нагрузки Р.

Диапазоны величины циклической нагрузки Р могут быть различными. Однако величина циклической нагрузки Р обычно составляет менее примерно 1 Дж/см². В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения величина циклической нагрузки Р находится в диапазоне от около 0,21 до около 0,8 Дж/см². В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения величина циклической нагрузки Р находится в диапазоне от около 0,21 до около 1 Дж/см². В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения величина циклической нагрузки Р находится в диапазоне от около 0,25 до около 0,75 Дж/см². В общем, скорость проходки скважины долотом 102 для бурения грунта повышается и снижается соответственно при повышении и снижении циклической нагрузки Р. Однако обычно нежелательно к долоту 102 для бурения грунта прикладывать такую циклическую нагрузку, которая может вызвать повреждение долота. Следует отметить, что область приложения циклической нагрузки Р может

- 7 019105 быть различной. Например, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения область приложения циклической нагрузки Г соответствует области поверхности 131 переходника 136, подвергающейся динамическому воздействию (фиг. 31).

Циклическая нагрузка Г может прикладываться с различной частотой. Например, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения циклическая нагрузка Г прикладывается к долоту 102 для бурения грунта с частотой менее примерно 1500 раз в 1 мин. В соответствии с одним специфическим вариантом осуществления изобретения циклическая нагрузка Г прикладывается к долоту 102 для бурения грунта с частотой в диапазоне от около 1100 до около 1400 раз в 1 мин.

Частоту и амплитуду циклической нагрузки Г можно регулировать. Регулировка частоты и амплитуды циклической нагрузки Г вызывается множеством различных причин, например необходимостью регулировки скорости проходки пласта долотом 102 для бурения грунта. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения амплитуда и/или частота циклической нагрузки Г регулируется на основании данных о скорости проходки пласта долотом 102 для бурения грунта. Данные о скорости проходки пласта долотом 102 для бурения грунта можно получить множеством различных способов. Например, скорость проходки пласта долотом 102 для бурения грунта обычно контролируется оборудованием, включенным в буровую установку.

Скорость проходки пласта долотом 102 для бурения грунта регулируется посредством регулировки по меньшей мере одной из величин, а именно амплитуды и частоты, циклической нагрузки Г. Например, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения скорость проходки пласта долотом 102 для бурения грунта регулируется посредством регулировки амплитуды циклической нагрузки Г. В другом примере скорость проходки пласта долотом 102 для бурения грунта регулируется посредством регулировки частоты циклической нагрузки Г. В еще одном примере скорость проходки пласта долотом 102 для бурения грунта регулируется посредством регулировки частоты и амплитуды циклической нагрузки Г.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения амплитуда циклической нагрузки Г регулируется на основании данных о скорости проходки пласта долотом 102 для бурения грунта. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения частота циклической нагрузки Г регулируется на основании данных о скорости проходки пласта долотом 102 для бурения грунта. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения как частота, так и амплитуда циклической нагрузки Г регулируется на основании данных о скорости проходки пласта долотом 102 для бурения грунта. Таким образом, циклическая нагрузка Г регулируется на основании данных о скорости проходки пласта долотом 102 для бурения грунта.

В общем, циклическая нагрузка Г регулируется, чтобы получить требуемую скорость проходки пласта долотом 102 для бурения грунта. Частоту и/или амплитуду циклической нагрузки обычно повышают, чтобы увеличить скорость проходки пласта долотом 102 для бурения грунта. Кроме того, частоту и/или амплитуду циклической нагрузки обычно снижают, чтобы уменьшить скорость проходки пласта долотом 102 для бурения грунта. Циклическую нагрузку Г обычно регулируют, чтобы уменьшить вероятность возникновения каких-либо повреждений долота 102 для бурения грунта.

Существует множество различных способов регулировки частоты и амплитуды циклической нагрузки Г. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения частота и амплитуда циклической нагрузки Г регулируются за счет регулировки потока текучей среды через бурильную колонну 106. Частота и амплитуда циклической нагрузки Г обычно повышаются и снижаются при увеличении и уменьшении соответственно потока через бурильную колонну 106. Например, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения частота и амплитуда циклической нагрузки Г повышаются и снижаются при увеличении и уменьшении соответственно давления воздуха, проходящего через бурильную колонну 106.

Следует отметить, что в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения частота и амплитуда циклической нагрузки Г регулируются автоматически оборудованием бурильной установки за счет регулировки потока текучей среды. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения поток регулируют вручную, чтобы отрегулировать частоту и амплитуду циклической нагрузки Г.

Вещество, выкачанное из камеры 141 и камеры 140, может проходить во внешнюю область сборки 103 ударника многими различными способами, один из которых показан на фиг. 6. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения выпускаемое вещество через выпускные каналы 142а и 142Ь и выпускные каналы 142с и 1426 проходит в выпускное кольцевое пространство 117. Следует отметить, что выпускное кольцевое пространство 117 продолжается по внешней периферии корпуса 110 ударника. Выпускаемое вещество из выпускного кольцевого пространства 117 проходит к выпускному каналу 119 сборки ударника, который продолжается через заднюю часть 114. Когда давление текучей среды в пределах выпускного кольцевого пространства 117 и выпускного канала 119 сборки ударника достигает заданного порогового уровня давления, запорный клапан 115 открывается для снижения давления. Когда давление текучей среды в пределах выпускного кольцевого пространства 117 и выпускного канала 119 сборки ударника находится ниже заданного порогового уровня давления, запорный клапан 115 остается

- 8 019105 закрытым, благодаря чему не происходит снижения давления. Существует множество различных способов корректировки заданного порогового уровня давления, например при замене запорного клапана 115 другим запорным клапаном, который имеет другой пороговый уровень давления. Запорный клапан 115 может быть легко заменен, так как он размещается в заднем конце сборки 103 ударника.

Как описывалось выше, циклическая нагрузка Р прилагается поршнем 124 к долоту 102 для роторного бурения грунта через переходник 136. Существует множество различных способов корректировки величины циклической нагрузки Р. В соответствии с одним из способов величину циклической нагрузки корректируют, подбирая переходник 136 с требуемой массой. При увеличении массы переходника 136 от поршня 124 к долоту 102 для роторного бурения грунта передается меньшая циклическая нагрузка, когда нижняя поверхность 130 корпуса поршня контактирует с поверхностью 131 переходника, подвергающейся динамическому воздействию. При уменьшении массы переходника 136 от поршня 124 к долоту 102 для роторного бурения грунта передается большая циклическая нагрузка, когда нижняя поверхность 130 корпуса поршня контактирует с поверхностью 131 переходника, подвергающейся динамическому воздействию. Иными словами, величину циклической нагрузки можно корректировать, подбирая поршень 124, имеющий требуемую массу. При увеличении массы поршня 124 поршень передает долоту 102 для роторного бурения грунта большую циклическую нагрузку. При уменьшении массы поршня 124 поршень передает долоту 102 для роторного бурения грунта меньшую циклическую нагрузку.

Циклическую нагрузку, прилагаемую поршнем 124, можно корректировать, изменяя размер цилиндра 113. При увеличении размера цилиндра 113 увеличивается циклическая нагрузка, так как поршень 124 проходит большее расстояние до зацепления с переходником 136. При уменьшении размера цилиндра 113 уменьшается циклическая нагрузка, так как поршень 124 проходит меньшее расстояние до зацепления с переходником 136.

Циклическую нагрузку Р, прилагаемую поршнем 124, можно корректировать, изменяя размер камеры 141. При увеличении размера камеры 141 циклическая нагрузка Р возрастает, так как возрастание давления текучей среды в камере 141 происходит медленнее, в результате чего увеличивается длина хода поршня 124. При большей длине хода поршень 124 приобретает большее ускорение благодаря давлению текучей среды в камере 141, что приводит к повышению циклической нагрузки Р. При уменьшении размера камеры 141 циклическая нагрузка Р снижается, так как возрастание давления текучей среды в камере 141 происходит более быстро и восходящее перемещение поршня 124 задерживается, в результате чего снижается длина хода поршня и циклическая нагрузка Р.

Циклическую нагрузку Р, прилагаемую поршнем 124, также можно корректировать, изменяя размер камеры 140. При увеличении размера камеры 140 циклическая нагрузка Р повышается, так как при ходе поршня 124 вперед давление текучей среды в камере 140 возрастает медленнее, что обеспечивает большее ускорение поршня 124. При уменьшении размера камеры 140 циклическая нагрузка Р снижается, так как давление текучей среды в камере 140 увеличивается быстрее, что приводит к большему замедлению поршня 124 и снижению циклической нагрузки Р.

Циклическую нагрузку Р, прилагаемую поршнем 124, можно корректировать, изменяя размер направляющих каналов 122а и 122Ь. При увеличении размера направляющих каналов 122а и 122Ь возрастает объемный расход текучей среды, проходящей из центрального канала 112 в камеру 141, в результате чего поршень 124 прикладывает большую циклическую нагрузку к переходнику 136. При уменьшении размера направляющих каналов 122а и 122Ь снижается объемный расход, проходящий из центрального канала 112 в камеру 141, в результате чего поршень 124 прикладывает меньшую циклическую нагрузку к переходнику 136.

Существует множество способов регулировки частоты циклической нагрузки Р, прилагаемой поршнем 124 через переходник 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта. Частота циклической нагрузки Р возрастает, когда циклическая нагрузка Р прилагается поршнем 124 к долоту 102 для роторного бурения грунта чаще, и частота циклической нагрузки Р снижается, когда циклическая нагрузка Р прикладывается поршнем 124 к долоту 102 для роторного бурения грунта реже.

Частоту циклической нагрузки Р, которая прикладывается к переходнику 136, можно корректировать, изменяя размер направляющих каналов 122с и 1226. При увеличении размера направляющих каналов 122с и 1226 частота циклической нагрузки возрастает, так как увеличивается объемный расход текучей среды, проходящей из центрального канала 112 в камеру 140 для подъема. При уменьшении размера направляющих каналов 122с и 1226 частота циклической нагрузки снижается, так как уменьшается объемный расход из центрального канала 112 в камеру 140.

Частоту циклической нагрузки Р, которая прикладывается к переходнику 136, можно корректировать, изменяя размер выпускных каналов 142с и 1426. При увеличении размера выпускных каналов 142с и 1426 возрастает частота циклической нагрузки, так как увеличивается объемный расход, выходящий из камеры 140. При уменьшении размера выпускных каналов 142с и 1426 снижается частота циклической нагрузки, так как уменьшается объемный расход, выходящий из камеры 140.

Сборка 103 ударника обеспечивает множество преимуществ. Одно из преимуществ состоит в том, что поршень 124 оказывает на долото 102 для роторного бурения грунта низкоэнергетическое воздействие с высокой частотой. В результате эффективно снижается величина напряжений, возникающих в до

- 9 019105 лоте 102 для роторного бурения грунта. Другое преимущество, которое обеспечивает сборка 103 ударника, состоит в том, что имеются параллельные линии подвода и линии выпуска, которые обеспечивают улучшенную регулировку воздуха и мощности без необходимости увеличения давления текучей среды, подаваемого бурильной колонной 106. Кроме того, величину мощности, передаваемой сборкой 103 ударника к долоту 102 для роторного бурения грунта, можно регулировать, регулируя дроссельную шайбу 116 и/или запорный клапан 115. Таким образом, величину мощности, обеспечиваемой сборкой 103 ударника можно регулировать без необходимости регулировки давления текучей среды, подаваемой бурильной колонной 106. Другое преимущество состоит в том, что выпускаемый сборкой 103 ударника поток проходит из сборки 103 ударника по направлению к заднему концу и поднимается вверх по буровой скважине 105. Таким образом, выпускаемый из сборки 103 ударника поток способствует освобождению буровой скважины 105 от обломков породы.

На фиг. 7а представлен вид в перспективе переходника 136 и долота 102 для роторного бурения грунта в разделенном положении. На фиг. 2а и 2Ь представлены переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта, находящиеся в собранном положении. Переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта находятся в разделенном положении, когда они отсоединены друг от друга. Переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта находятся в соединенном положении, когда они соединены друг с другом.

Переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта совершают повторяющиеся перемещения между положениями удара и подъема. Существует множество различных способов соединения долота 102 для роторного бурения грунта с переходником 136. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения бурильный замок 139 содержит трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и долото 102 для роторного бурения грунта содержит трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта. Переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта перемещаются в положение сцепления посредством зацепления трапецеидальной резьбы 143 бурильного замка и трапецеидальной резьбы 144 долота для роторного бурения грунта. Переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта перемещаются в положение расцепления посредством расцепления трапецеидальной резьбы 143 бурильного замка и трапецеидальной резьбы 144 долота для роторного бурения грунта. Таким образом, переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта совершают повторяющиеся перемещения между положениями удара и подъема.

Следует отметить, что центральный канал 151 долота 102 сообщается с центральным каналом 112, когда долото 102 и переходник 136 контактируют друг с другом. Таким образом, текучая среда проходит из бурильной колонны 106 через форсунку 108 и центральный канал 112 к центральному каналу 151 долота 102 (фиг. 2а и 2Ь). Также следует отметить, что кольцевая поверхность 159 продолжается вокруг отверстия центрального канала 151, который обращен к переходнику 136. Кроме того, кольцевая поверхность 158 продолжается вокруг отверстия центрального канала 112, который обращен к долоту 102 для роторного бурения грунта. Кольцевые поверхности 158 и 159 обращены друг к другу, когда долото 102 для роторного бурения грунта и переходник 136 находятся в положении контакта. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения кольцевые поверхности 158 и 159 отделены друг от друга и в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения кольцевые поверхности 158 и 159 сцеплены друг с другом, как будет описываться более подробно ниже.

Резьбы переходника 136 и долота 102 для роторного бурения грунта являются сопряженными, что позволяет долоту 102 для роторного бурения грунта и переходнику 136 совершать повторяющиеся перемещения между положениями удара и подъема. Для переходника 136 и долота 102 для роторного бурения грунта, помимо трапецеидальной резьбы, может использоваться резьба самых различных типов. Например, как обозначено на чертеже стрелкой-указателем 149а, переходник 136 может иметь треугольную резьбу 143а и долото 102 для роторного бурения грунта может иметь сопряженную треугольную резьбу. Как обозначено на чертеже стрелкой-указателем 149Ь, переходник 136 может иметь упорную резьбу 143Ь и долото 102 для роторного бурения грунта может иметь сопряженную упорную резьбу. Как обозначено на чертеже стрелкой-указателем 149с, переходник 136 может иметь круглую резьбу 143с и долото 102 для роторного бурения грунта может иметь сопряженную круглую резьбу. Более обширная информации, касающаяся видов резьбы, которая может применяться для долота 102 для роторного бурения грунта и переходника 136, приведена в патентах И8 3259403, 3336992, 4600064, 4760887 и 5092635, так же, как в заявках на патент И8 20040251051, 20070199739 и 20070102198.

На фиг. 7Ь представлены в разрезе переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта в положении сцепления. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, когда бурильный замок 139 и долото 102 находятся в положении сцепления, опорная линия 192 продолжается через резьбу 143 бурильного замка и резьбу 144 долота для роторного бурения грунта, причем опорная линия 192 располагается под углом φ к осевой линии 147. Таким образом, бурильный замок 139 имеет резьбовую поверхность, которая направлена под углом φ к осевой линии 147. Бурильный замок 139 включен в состав переходника 136 таким образом, чтобы переходник 136 имел резьбовую поверхность, которая направлена под углом φ к осевой линии 147. Долото 102 для роторного бурения грунта имеет резьбовую поверх

- 10 019105 ность, которая направлена под углом φ к осевой линии 147.

Величина угла φ может быть различной. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина угла φ находится в диапазоне от около 1 до около 9°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина угла φ находится в диапазоне от около 1,5 до около 8°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина угла φ находится в диапазоне от около 3 до около 5°. В соответствии с одним специфическим вариантов осуществления изобретения величина угла φ составляет около 4,75°.

Как правило, выбирают такой угол φ, чтобы долото 102 для роторного бурения грунта было соосно с переходником 136 при перемещении долота 102 для роторного бурения грунта и переходника 136 от расцепленного положения к сцепленному положению. Таким образом, долото 102 для роторного бурения грунта испытывает меньше биений при вращении сборки 103 ударника и бурильной колонны 106. Следует отметить, что величина угла φ оказывает влияние на величину вращательной энергии, переданной от бурильной колонны 106 через переходник 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта. Величина вращательной энергии, переданной от бурильной колонны 106 к долоту 102 для роторного бурения грунта, увеличивается и уменьшается соответственно при увеличении и уменьшении величины угла φ.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения кольцевые поверхности 158 и 159 отделены друг от друга, когда долото 102 для роторного бурения грунта и переходник 136 находятся в положении контакта. Кольцевые поверхности 158 и 159 отделяются друг от друга, чтобы не передавалось циклическая нагрузка Р от переходника 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта через кольцевые поверхности 158 и 159. Вместо этого, первая часть циклической нагрузки Р передается от переходника 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта.

Переходник 136 и долото 102 для роторного бурения грунта соединены друг с другом таким образом, чтобы радиальные поверхности 153 и 154 (фиг. 7а и 7Ь) зацепляли друг друга и формировали между собой поверхность раздела. Поверхности 153 и 154 являются радиальными поверхностями, так как они продолжаются радиально относительно осевой линии 147. Радиальные поверхности 153 и 154 сцепляются друг с другом, чтобы вторая часть циклической нагрузки Р передавалась от переходника 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта через поверхности 153 и 154.

Следует отметить, что циклическая нагрузка Р передается от переходника 136 к долоту 102 более эффективно через поверхности 153 и 154, чем через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта. Циклическая нагрузка Р ослабляется больше при передаче через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта, чем при передаче через поверхности 153 и 154. Циклическая нагрузка Р ослабляется меньше при передаче через поверхности 153 и 154, чем через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта. Таким образом, циклическая нагрузка Р передается более эффективно через поверхности 153 и 154, чем через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта.

Однако следует отметить, что эффективность, с которой циклическая нагрузка Р передается через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта повышается и снижается соответственно при увеличении и уменьшении угла φ. Также следует отметить, что поверхность раздела между переходником 136 и долотом 102 для роторного бурения грунта может иметь разнообразную форму, одна из которых будет описываться более подробно.

На фиг. 7с представлен вид в разрезе переходника 136 и долота 102 для роторного бурения грунта. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения кольцевые поверхности 158 и 159 контактируют друг с другом, когда долото 102 для роторного бурения грунта и переходника 136 приходят в состояние удара. Кольцевые поверхности 158 и 159 сцепляются друг с другом, чтобы третья часть циклической нагрузки Р передавалась от переходника 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта фактически через кольцевые поверхности 158 и 159. Как упоминалось выше, первая часть циклической нагрузки Р передается от переходника 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения переходник 136 и долото 102 соединены друг с другом таким образом, чтобы внешняя радиальная поверхность 153а была обращена к внешней радиальной поверхности 154а и внешняя радиальная поверхность 153Ь была обращена к внешней радиальной поверхности 154Ь. Поверхности 153а, 153Ь, 154а и 154Ь являются радиальными поверхностями, так как они продолжаются радиально относительно осевой линии 147. Кроме того, поверхности 153а и 154а считаются внешними поверхностями, так как они отдалены от осевой линии 147. Поверхности 153а и 154а, отдаленные от осевой линии 147, размещены дальше от осевой линии 147, чем поверхности 153Ь и 154Ь. Поверхности 153Ь и 154Ь считаются внутренними поверхностями, так как они приближены к осевой линии 147. Поверхности 153Ь и 154Ь, приближенные к осевой линии 147, размещены ближе к осевой линии 147, чем поверхности 153а и 154а.

- 11 019105

Поверхности 153а и 153Ь отделены друг от друга с формированием кольцевого заплечика 156, и поверхности 154а и 154Ь отделены друг от друга с формированием кольцевого заплечика 157. Кольцевые заплечики 156 и 157 позиционированы к внутренним поверхностям 153Ь и 154Ь соответственно. Кольцевые заплечики 156 и 157 позиционированы от внешних поверхностей 153а и 154а соответственно. Внутренние поверхности 153Ь и 154Ь отделены друг от друга и кольцевые заплечики 156 и 157 отделены друг от друга с формированием кольцевой канавки 155.

Поверхности 153а и 154а отделяются друг от друга, когда переходник 136 и долото 102 находятся в положении контакта, чтобы циклическая нагрузка Р не передавалась от переходника 136 к долоту 102 через поверхности 153а и 154а. Таким образом, отсутствует передача циклической нагрузки Р от переходника 136 к долоту 102 через поверхности 153а и 154а. Поверхности 153Ь и 154Ь отделяются друг от друга, когда переходник 136 и долото 102 находятся в положении контакта, чтобы циклическая нагрузка Р не передавалась от переходника 136 к долоту 102 через поверхности 153Ь и 154Ь. Таким образом, отсутствует передача циклической нагрузки Р от переходника 136 к долоту 102 через поверхности 153Ь и 154Ь.

Циклическая нагрузка Р передается от переходника 136 к долоту 102 более эффективно через поверхности 158 и 159, чем через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта. Циклическая нагрузка Р ослабляется больше при передаче через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта, чем при передаче через поверхности 158 и 159. Циклическая нагрузка Р ослабляется меньше при передаче через поверхности 158 и 159, чем при передаче через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта. Таким образом, циклическая нагрузка Р передается более эффективно через поверхности 158 и 159, чем через трапецеидальную резьбу 143 бурильного замка и трапецеидальную резьбу 144 долота для роторного бурения грунта.

На фиг. 76 представлен вид сбоку трапецеидальной резьбы 144 долота для роторного бурения грунта, причем показана область 145, обозначенная на фиг. 7Ь, и на фиг. 7е представлен вид сбоку трапецеидальной резьбы 143 бурильного замка, причем показана область 145, обозначенная на фиг. 7Ь. В области 145, обозначенной на фиг. 7Ь, трапецеидальная резьба 143 бурильного замка и трапецеидальная резьба 144 долота для роторного бурения грунта соединены вместе посредством резьбового соединения.

Как показано на фиг. 76, резьба 144 долота для роторного бурения грунта содержит впадину 180 и вершину 181. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения впадина 180 образована продольной стенкой 185 и наклонными боковыми стенками 184 и 186. Наклонные боковые стенки 184 и 186 продолжаются от противоположных концов продольной стенки 185 по направлению к осевой линии 147 (фиг. 7Ь). Продольная стенка 185 параллельна продольной опорной линии 192 и перпендикулярна радиальной опорной линии 191. Продольная стенка 185 продолжается по направлению к осевой линии 147 под углом φ.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения вершина 181 образована продольной стенкой 183 и наклонными боковыми стенками 182 и 184. Наклонная боковая стенка 182, противоположная наклонной боковой стенке 184, продолжается от конца продольной стенки 183 по направлению к осевой линии 147 (фиг. 76). Продольная стенка 183 параллельна продольной опорной линии 192 и продольной стенке 185 и перпендикулярна радиальной опорной линии 191. Продольная стенка 183 продолжается по направлению к осевой линии 147 под углом φ. Наклонные боковые стенки трапецеидальной резьбы 144 не параллельны продольной опорной линии 192, как будет описываться более подробно ниже.

Резьба 144 имеет шаг Ь₂, причем шаг Ь₂ является расстоянием вдоль продольной опорной линии 192, по направлении которой расположены впадина 180 и вершина 181. Более подробную информацию, касающуюся шага резьбы, можно найти в вышеупомянутой заявке на патент И8 20040251051. Когда шаг Ь₂ резьбы увеличивается и уменьшается, количество нитей резьбы на единицу длины трапецеидальной резьбы 144 соответственно уменьшается и увеличивается. Когда шаг Ь₂ резьбы увеличивается и уменьшается, количество впадин 180 на единицу длины соответственно уменьшается и увеличивается. Кроме того, когда шаг Ь₂ резьбы увеличивается и уменьшается, количество вершин 181 на единицу длины соответственно уменьшается и увеличивается.

Величина шага Ь₂ резьбы может быть различной. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина шага Ь₂ резьбы находится в диапазоне от около одной четверти дюйма до около одного дюйма. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина шага Ь₂ резьбы находится в диапазоне от около половины дюйма до около одного дюйма. В соответствии с одним частным вариантом осуществления изобретения величина шага Ь₂ резьбы составляет одну восьмую дюйма.

Как упоминалось выше, наклонные боковые стенки трапецеидальной резьбы 144 продолжаются не параллельно продольной опорной линии 192. Например, в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения наклонная боковая стенка 182 продолжается по направлению к радиальной опорной линии

- 12 019105

191 под углом θ₃. Наклонная боковая стенка 184 продолжается по направлению к радиальной опорной линии 191 под углом 64. Следует отметить, что наклонные боковые стенки трапецеидальной резьбы 144 продолжаются по направлению к продольной опорной линии 192 под одинаковым углом.

Величины углов θ₃ и θ₄ могут быть различными. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величины углов θ₃ и θ₄ находятся в диапазоне от около 1 до около 9°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величины углов θ₃ и θ₄ находятся в диапазоне от около 1,5 до около 8°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величины углов θ₃ и θ₄ находятся в диапазоне от около 3 до около 5°. В соответствии с одним специфическим вариантом осуществления изобретения величина каждого из углов θ₃ и θ₄ составляет около 4,75°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения углы θ₃ и θ₄ равны и в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения углы θ₃ и θ₄ не равны. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения каждый из углов θ₃ и θ₄ равен углу φ и в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения углы θ₃ и θ₄ не равны углу φ. Следует отметить, что величины углов θ₃ и θ₄ на фиг. 76 показаны не в масштабе.

Как правило, углы θ₃ и θ₄ подбирают так, чтобы была уменьшена вероятность перетяжки долота 102 для роторного бурения грунта и переходника 136. Кроме того, углы θ₃ и θ₄ подбирают таким образом, чтобы повысить эффективность передачи циклической нагрузки Р от сборки 103 ударника через переходник 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта. В общем, эффективность передачи циклической нагрузки Р от сборки 103 ударника через переходник 136 к долоту 102 повышается и снижается соответственно при увеличении и уменьшении углов θ₃ и θ₄.

Следует отметить, что величина угла подъема трапецеидальной резьбы 144 долота для роторного бурения грунта может быть различной. Более подробная информация, касающаяся угла подъема резьбы, может быть найдена в вышеупомянутой заявке на патент И8 20040251051. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина угла подъема трапецеидальной резьбы 144 находится в диапазоне от около 1 до 10°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина угла подъема трапецеидальной резьбы 144 находится в диапазоне от около 1,5 до около 5°. В соответствии с одним специфическим вариантом осуществления изобретения величина угла подъема трапецеидальной резьбы 144 составляет около 2,5°.

Как показано на фиг. 7е, трапецеидальная резьба 143 бурильного замка содержит впадину 170 и вершину 171. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения вершина 171 образована продольной стенкой 175 и наклонными боковыми стенками 174 и 176. Наклонные боковые стенки 174 и 176 продолжаются от противоположных концов продольной стенки 175 по направлению к осевой линии 147 (фиг. 7Ь). Продольная стенка 175 параллельна продольной опорной линии 192 и перпендикулярна радиальной опорной линии 191. Продольная стенка 175 продолжается по направлению к осевой линии 147 под углом φ.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения впадина 170 образована продольной стенкой 173 и наклонными боковыми стенками 172 и 174. Наклонная боковая стенка 172, противоположная наклонной боковой стенке 174, продолжается от конца продольной стенки 173 по направлению к осевой линии 147 (фиг. 7Ь). Продольная стенка 173 параллельна продольной опорной линии 192 и продольной стенке 175 и перпендикулярна радиальной опорной линии 191. Продольная стенка 173 продолжается по направлению к осевой линии 147 под углом φ. Наклонные боковые стенки трапецеидальной резьбы 143 продолжаются не параллельно продольной опорной линии 192, как будет описываться более подробно ниже.

Трапецеидальная резьба 143 бурильного замка имеет шаг Ь₁, причем шаг Ь₁ является расстоянием вдоль продольной опорной линии 192, по направлению которой расположены впадина 170 резьбы бурильного замка и вершина 171 резьбы бурильного замка. Когда шаг Ь₁ резьбы увеличивается и уменьшается, количество нитей резьбы на единицу длины трапецеидальной резьбы 143 соответственно уменьшается и увеличивается. Когда шаг Ь₁ резьбы увеличивается и уменьшается, соответственно уменьшается и увеличивается количество впадин 170 на единицу длины. Кроме того, когда шаг Ь₁ резьбы увеличивается и уменьшается, соответственно уменьшается и увеличивается количество вершин 171 на единицу длины.

Величина шага Ь₁ резьбы может быть различной. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина шага Ь₁ резьбы находится в диапазоне от около одной четверти дюйма до около одного дюйма. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина шага Ь₁ резьбы находится в диапазоне от около половины дюйма до около одного дюйма. В соответствии с одним частным вариантом осуществления изобретения величина шага Ь₁ резьбы составляет около одной восьмой дюйма. Следует отметить, что шаги Ь₁ и Ь₂ резьбы, как правило, являются одинаковыми, чтобы обеспечить переходнику 136 и долоту 102 для роторного бурения грунта возможность совершать повторяющиеся перемещения между положением контакта и расцепленным положением.

Как упоминалось выше, наклонные боковые стенки трапецеидальной резьбы 143 продолжаются не параллельно продольной опорной линии 192. Например, в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения наклонная боковая стенка 174 продолжается по направлению к радиальной опорной линии

- 13 019105

190 под углом θ₁. Наклонная боковая стенка 176 продолжается по направлению к радиальной опорной линии 190 под углом θ₂. Следует отметить, что наклонные боковые стенки трапецеидальной резьбы 143 продолжаются по направлению к продольной опорной линии 192 под одинаковым углом. Кроме того, наклонные боковые стенки трапецеидальной резьбы 143 продолжаются, как правило, под тем же углом по направлению к продольной опорной линии 192, что и наклонные боковые стенки трапецеидальной резьбы 144, чтобы обеспечить переходнику 136 и долоту 102 возможность совершать повторяющиеся перемещения между соединенным и разъединенным положениями.

Величины углов θ₁ и θ₂ могут быть различными. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величины углов θ₁ и θ₂ находятся в диапазоне от около 1 до около 9°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величины углов θ1 и θ2 находятся в диапазоне от около 1,5 до около 8°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величины углов θ₁ и θ₂ находятся в диапазоне от около 3 до около 5°. В соответствии с одним специфическим вариантом осуществления изобретения величина каждого из углов θ₁ и θ₂ равна примерно 4,75°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения углы θ1 и θ2 равны и в соответствии с другими вариантах осуществления изобретения углы θ₁ и θ₂ не равны. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения каждый из углов θ! и θ₂ равен углу φ и в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения углы θ! и θ₂ не равны углу φ. Следует отметить, что на фиг. 7е углы θ₁ и θ₂ показаны не в масштабе.

Как правило, углы θ₁ и θ₂ подбирают так, чтобы была уменьшена вероятность перетяжки долота 102 для роторного бурения грунта и переходника 136. Кроме того, углы θ! и θ₂ подбирают таким образом, чтобы повысить эффективность передачи циклической нагрузки Р от сборки 103 ударника через переходник 136 к долоту 102 для роторного бурения грунта. В общем, эффективность передачи циклической нагрузки Р от сборки 103 ударника через переходник 136 к долоту 102 повышается и снижается соответственно при увеличении и уменьшении углов θ! и θ₂. Следует отметить, что углы θ₁, θ₂, θ₃ и θ₄обычно имеют одинаковую величину, чтобы обеспечить переходнику 136 и долоту 102 возможность совершать повторяющиеся перемещения между положением контакта и разъединенным положением.

Следует также отметить, что величина угла подъема трапецеидальной 143 резьбы может быть различной. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина угла подъема трапецеидальной резьбы 143 находится в диапазоне от около 1 до около 10°. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения величина угла подъема трапецеидальной резьбы 143 бурильного замка находится в диапазоне от около 1,5 до около 5°. В соответствии с одним специфическим вариантом осуществления изобретения величина угла подъема трапецеидальной резьбы 143 составляет около 2,5°. Следует отметить, что угол подъема трапецеидальной резьбы 143 и угол подъема трапецеидальной резьбы 144 обычно одинаковы, чтобы обеспечить переходнику 136 и долоту 102 для роторного бурения грунта возможность совершать повторяющиеся перемещения между положением контакта и разъединенным положением.

На фиг. 8а представлена блок-схема способа 200 проходки скважины в соответствии с изобретением. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения способ 200 включает этап 201 использования устройства роторного бурения, причем устройство роторного бурения включает зажимной патрон и переходник, которые подвижно связаны друг с другом, долото для роторного бурения грунта, связанное с переходником, и поршень, совершающий циклические перемещения между положениями контакта и расцепления с переходником. Переходник перемещается относительно зажимного патрона при перемещении поршня между положениями контакта и расцепления.

Способ 200 включает этап 202 прохождение текучей среды через устройство роторного бурения, чтобы поршень перемещался между положениями контакта и расцепления. Таким образом, поршень перемещается между положениями контакта и расцепления при приведении его в действие посредством текучей среды. Долото для роторного бурения грунта перемещается между поднятым и опущенным положениями при перемещении поршня между положениями контакта и расцепления.

На фиг. 8Ь представлена блок-схема способа 210 проходки скважины в соответствии с изобретением. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения способ 210 включает этап 211 использования устройства роторного бурения, причем устройство роторного бурения включает зажимной патрон и переходник, подвижно связанные друг с другом, долото для роторного бурения грунта, соединенное с переходником, и поршень, совершающий циклические перемещения между положениями контакта и расцепления с переходником. Переходник перемещается относительно зажимного патрона при перемещении поршня между положениями контакта и сцепления.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения поршень включает поршневой канал для подъема, размещенный в отдалении от переходника, и поршневой канал для удара, размещенный рядом с переходником. Кроме того, устройство роторного бурения может включать трубу для регулировки потока с направляющим каналом для подъема и направляющим каналом для удара. Направляющий канал для подъема совершает циклические перемещения между первым положением взаимодействия с поршневым каналом для подъема и вторым положением невзаимодействия с поршневым каналом

- 14 019105 для подъема. Направляющий канал для удара совершает циклические перемещения между первым положением взаимодействия с поршневым каналом для удара и вторым положением невзаимодействия с поршневым каналом для удара.

Способ 210 включает этап 212 прохождения текучей среды через каналы поршня, чтобы поршень перемещался между положениями контакта и расцепления. Таким образом, поршень перемещается положениями контакта и расцепления при приведении его в действие текучей средой. Долото для роторного бурения грунта перемещается между поднятым и опущенным положениями при перемещения поршня между положениями контакта и расцепления.

На фиг. 8с представлена блок-схема способа 220 изготовления устройства роторного бурения в соответствии с изобретением. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения способ 220 включает этап 221 использования долота для роторного бурения грунта и этап 222 соединения сборки ударника с долотом для роторного бурения грунта. В соответствии с изобретением сборка ударника включает зажимной патрон и переходник, подвижно связанные друг с другом, и поршень, совершающий циклические перемещения между положениями контакта и расцепления с переходником. Переходник перемещается относительно зажимного патрона при перемещении поршня между положениями контакта и сцепления. Долото для роторного бурения грунта перемещается с переходником так, чтобы оно перемещалось при движении переходника.

Бурильная колонна соединена со сборкой ударника и через нее проходит текучая среда. Поршень перемещается между положениями контакта и расцепления под действием потока текучей среды. Таким образом, поршень перемещается между положениями контакта и расцепления при приведении его в действие текучей средой. Долото для роторного бурения грунта перемещается между поднятым и опущенным положениями при перемещении поршня между положениями контакта и расцепления.

На фиг. 8й представлена блок-схема способа 230 изготовления устройства роторного бурения в соответствии с изобретением. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения способ 230 включает этап 231 использования долота для роторного бурения грунта и этап 232 соединения сборки ударника с долотом для роторного бурения грунта. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения сборка ударника включает зажимный патрон и переходник, подвижно связанные друг с другом, и поршень, совершающий циклические перемещения между положениями контакта и расцепления с переходником. Переходник перемещается относительно зажимного патрона при перемещении поршня между положениями расцепления и контакта.

В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения поршень включает поршневой канал для подъема, размещенный в отдалении от переходника, и поршневой канал для удара, размещенный рядом с переходником. Кроме того, устройство роторного бурения может включать трубу для регулировки потока с направляющим каналом для подъема и направляющим каналом для удара. Направляющий канал для удара совершает циклические перемещения между первым положением взаимодействия с поршневым каналом для подъема и вторым положением невзаимодействия с поршневым каналом для подъема. Направляющий канал для удара совершает циклические перемещения между первым положением взаимодействия с поршневым каналом для удара и вторым положением невзаимодействия с поршневым каналом для удара.

При эксплуатации поршень перемещается между положениями контакта и расцепления под воздействием потока текучей среды, проходящей через устройство роторного бурения. Таким образом, поршень перемещается между положениями контакта и расцепления при приведении его в действие текучей средой. Долото для роторного бурения грунта перемещается между опущенным и поднятым положениями при перемещении поршня между положениями контакта и расцепления.

Следует отметить, что способ 200 может включать множество других этапов, некоторые из которых описывались более подробно в способе 210. Кроме того, способ 220 может включать множество других этапов, некоторые из которых описывались более подробно в способе 230. Кроме того, следует отметить, что в способах 200, 210, 220 и 230 этапы могут выполняться в самой различной очередности.

На фиг. 9а представлена блок-схема способа 240 проходки пласта в соответствии с изобретением. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения способ 240 включает этап 241 использования долота для бурения грунта, соединенного с бурильной колонной буровой установки, причем в буровой установке осевая нагрузка прикладывается к долоту для бурения грунта посредством бурильной колонны. Способ 240 включает этап 242 приложения циклической нагрузки к долоту для бурения грунта, при этом величина циклической нагрузки находится в диапазоне от около 0,21 до около 0,84 Дж/см².

Диапазоны величины осевой нагрузки могут быть различными. Например, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 7 до около 70 МПа. Существует множество способов приложения циклической нагрузки к долоту для бурения грунта. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения циклическая нагрузка прикладывается к долоту для бурения грунта сборкой ударника. В соответствии с этими вариантами осуществления изобретения сборка ударника приводится в действие потоком текучей среды, проходящей через бурильную колонну.

Следует отметить, что способ 240 может включать множество других этапов. Например, в соответ

- 15 019105 ствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ 240 включает этап приложения циклической нагрузки к долоту для бурения грунта с частотой в диапазоне от около 1100 до около 1400 раз в 1 мин. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ может включать этап регулировки циклической нагрузки за счет регулировки потока текучей среды, проходящей через бурильную колонну. Способ 240 может включать этап регулировки амплитуды и/или частоты циклической нагрузки на основании данных о скорости проходки пласта долотом для бурения грунта. Способ 240 может включать этап обеспечения подачи потока воздуха через бурильную колонну со скоростью потока в диапазоне от около 30 до около 120 м³ в 1 мин. Способ 240 может включать этап обеспечения подачи потока воздуха через бурильную колонну с давлением воздуха в диапазоне от около 0,3 до около 0,6 МПа.

На фиг. 9Ь представлена блок-схема способа 250 проходки пласта в соответствии с изобретением. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения способ 250 включает этап 251 использования буровой установки и бурильной колонны и этап 252 соединения долота для бурения грунта с буровой установкой посредством бурильной колонны. Способ 250 включает этап 253 подачи потока воздуха через бурильную колонну с давлением воздуха в диапазоне от около 0,3 до около 0,6 МПа и этап 254 приложения циклической нагрузки к долоту для бурения грунта, при этом величина циклической нагрузки составляет менее примерно 1 Дж/см²

Величина циклической нагрузки может находиться в разных диапазонах. Например, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения величина циклической нагрузки находится в диапазоне от около 0,21 Дж/см².

Следует отметить, что способ 250 может включать множество других этапов. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ 250 включает этап регулировки циклической нагрузки на основании данных о скорости проходки пласта долотом для бурения грунта. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ 250 включает этап регулировки циклической нагрузки, чтобы обеспечить требуемую скорость проходки пласта долотом для бурения грунта. Способ 250 может включать этап регулировки скорости проходки пласта долотом для бурения грунта за счет регулировки по меньшей мере одной из величин, а именно амплитуды и частоты циклической нагрузки. Способ 250 может включать этап приложения осевой нагрузки к долоту для бурения грунта посредством бурильной колонны, при этом величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 30000 до около 130000 фунтов.

На фиг. 9с представлена блок-схема способа 260 проходки пласта в соответствии с изобретением. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения способ 260 включает этап 261 использования долота для бурения грунта, соединенного с бурильной колонной буровой установки, причем к буровой установке прикладывается осевая нагрузка к долоту для бурения грунта, и включает этап 262 подачи потока воздуха через бурильную колонну с давлением воздуха менее примерно 0,6. Способ 260 включает этап 263 приложения изменяющегося во времени циклической нагрузки к долоту для бурения грунта, при этом величина изменяющегося во времени циклической нагрузки составляет менее примерно 1 Дж/см². Величина изменяющегося во времени циклической нагрузки может быть различной. Например, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения величина изменяющегося во времени циклической нагрузки находится в диапазоне от около 0,25 до около 0,75 Дж/см². Существует множество различных способов приложения изменяющегося во времени циклической нагрузки к долоту для бурения грунта. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения изменяющаяся во времени циклическая нагрузка прикладывается к грунту сборкой ударника.

Следует отметить, что способ 260 может включать множество других этапов. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ 260 включает этап регулировки амплитуды изменяющейся во времени циклической нагрузки на основании данных о скорости проходки пласта долотом для бурения грунта. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ 260 включает регулировку частоты изменяющейся во времени циклической нагрузки на основании данных о скорости проходки пласта долотом для бурения грунта.

Наряду с тем, что представлены и описаны специфические варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области техники очевидны многочисленные изменения и дополнительные варианты осуществления изобретения. Соответственно подразумевается, что изобретение ограничивается только пунктами прилагаемой формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ проходки пласта, включающий соединение долота для бурения грунта с приводом-вращателем посредством буровой колонны, создающим осевую нагрузку на долото посредством бурильной колонны;

приложение циклического воздействия к долоту для бурения грунта, при этом величина циклического воздействия находится в диапазоне от одного 0,21 до около 1 Дж/см²;

подачу потока воздуха через бурильную колонну с давлением воздуха менее чем примерно 0,7

- 16 019105

МПа;

регулировку величины мощности без регулировки давления текучей среды.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий приложение циклической нагрузки к долоту для бурения грунта с частотой в диапазоне от около 1100 до около 1400 раз в 1 мин.
3. Способ по п.1, дополнительно включающий регулировку циклической нагрузки за счет регулировки потока текучей среды, проходящей через бурильную колонну.
4. Способ по п.3, дополнительно включающий регулировку амплитуды и/или частоты циклической нагрузки на основании данных о скорости проходки пласта долотом для бурения грунта.
5. Способ по п.1, дополнительно включающий подачу потока воздуха через бурильную колонну с расходом в диапазоне от около 30 до около 120 м³/мин.
6. Способ по п.1, в котором величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 7 до около 70 МПа.
7. Способ по п.1, в котором циклическая нагрузка прикладывается к долоту для бурения грунта посредством сборки ударника.
8. Способ по п.1, в котором сборка ударника приводится в действие потоком текучей среды, проходящей через бурильную колонну.
9. Способ проходки пласта, включающий использование бурильной установки и бурильной колонны;

соединение долота для бурения грунта с бурильной установкой посредством бурильной колонны; подачу потока воздуха через бурильную колонну с давлением менее чем примерно 0,7 МПа и расходом в диапазоне от около 30 до около 120 м³/мин;

регулировку величины мощности без регулировки давления текучей среды.
10. Способ по п.9, в котором величина циклической нагрузки находится в диапазоне от около 7 до около 30 кПа.
11. Способ по п.9, дополнительно включающий регулировку циклической нагрузки на основании данных о скорости проходки пласта долотом для бурения грунта.
12. Способ по п.9, дополнительно включающий регулировку циклической нагрузки для достижения требуемой скорости проходки.
13. Способ по п.9, дополнительно включающий регулировку скорости проходки пласта долотом для бурения грунта за счет регулировки по меньшей мере одной из величин, а именно амплитуды и частоты циклической нагрузки.
14. Способ по п.9, дополнительно включающий приложение осевой нагрузки к долоту для бурения грунта посредством бурильной колонны, причем величина осевой нагрузки находится в диапазоне от около 13 до около 60 т.
15. Способ проходки пласта, включающий соединение долота для бурения грунта с приводом-вращателем посредством бурильной колонны, причем привод-вращатель прикладывает осевую нагрузку к долоту для бурения грунта;

подачу потока воздуха через бурильную колонну под давлением от около 0,32 до около 0,7 МПа и со скоростью потока в диапазоне от около 30 до около 120 м²/мин;

приложение изменяющейся во времени циклической нагрузки к долоту для бурения грунта посредством сборки ударника, при этом величина изменяющейся во времени циклической нагрузки составляет менее примерно 35 кПа и частота приложения нагрузки составляет менее примерно 1500 раз в 1 мин;

регулировку частоты изменяющейся во времени циклической нагрузки на основании данных о скорости проходки пласта долотом для бурения грунта.
16. Способ по п.15, дополнительно включающий регулировку амплитуды изменяющейся во времени циклической нагрузки на основании данных о скорости проходки пласта долотом для бурения грунта.
17. Способ по п.15, в котором величина изменяющейся во времени циклической нагрузки находится в диапазоне от около 8 до около 24 кПа.