EA030120B1 - Модуль резонансно-усиленного роторного бурения - Google Patents
Модуль резонансно-усиленного роторного бурения Download PDFInfo
- Publication number
- EA030120B1 EA030120B1 EA201390747A EA201390747A EA030120B1 EA 030120 B1 EA030120 B1 EA 030120B1 EA 201390747 A EA201390747 A EA 201390747A EA 201390747 A EA201390747 A EA 201390747A EA 030120 B1 EA030120 B1 EA 030120B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- oscillator
- bit
- rotary drilling
- frequency
- drilling
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 162
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 62
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 9
- 244000052769 pathogen Species 0.000 claims description 7
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 235000003819 Madia Nutrition 0.000 claims description 2
- 240000004516 Madia sativa Species 0.000 claims description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 20
- 238000013461 design Methods 0.000 description 16
- 238000011161 development Methods 0.000 description 15
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 10
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 231100000817 safety factor Toxicity 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 1
- 108010014173 Factor X Proteins 0.000 description 1
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK 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
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B1/00—Percussion drilling
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/36—Percussion drill bits
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B3/00—Rotary drilling
- E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
- E21B3/04—Rotary tables
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
- E21B47/017—Protecting measuring instruments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Drilling And Boring (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Abstract
В изобретении представлено устройство для применения в резонансно-улучшенном роторном бурении, данное устройство содержит: (i) верхний датчик напряжения для измерения статической и динамической осевых нагрузок; (ii) блок виброизоляции; (iii) необязательно опорную массу генератора колебаний; (iv) генератор колебаний, содержащий динамический возбудитель для приложения осевой пульсирующей нагрузки к долоту для роторного бурения; (v) блок передачи колебаний; (vi) нижний датчик напряжения для измерения статической и динамической осевых нагрузок; (vii) соединительный элемент долота для роторного бурения; и (viii) долото для роторного бурения, где верхний датчик напряжения расположен над блоком виброизоляции, а нижний датчик напряжения расположен между блоком передачи колебаний и долотом для роторного бурения, и где верхний и нижний датчики напряжения подключены к контроллеру для обеспечения скважинной замкнутой системы управления генератором колебаний в реальном времени. Также предлагается устройство для применения в резонансно-улучшенном роторном бурении, данное устройство содержит: (i) верхний датчик напряжения для измерения статической нагрузки; (ii) блок виброизоляции; (iii) генератор колебаний для приложения осевой пульсирующей нагрузки к долоту для роторного бурения; (iv) нижний датчик напряжения для измерения динамической осевой нагрузки; (v) соединительный элемент долота для роторного бурения; и (vi) долото для роторного бурения, в котором верхний датчик напряжения расположен над блоком виброизоляции, а нижний датчик напряжения расположен между генератором колебаний и долотом для роторного бурения, в котором верхний и нижний датчики напряжения подключены к контроллеру для обеспечения скважинной замкнутой системы управления генератором колебаний в реальном времени.
Description
изобретение относится к высокочастотному ударно-усиленному роторному бурению, и в частности к резонансно-усиленному бурению. Варианты осуществления изобретения направлены на устройство и способы резонансно-усиленного роторного бурения для улучшения буровых характеристик. Иные варианты изобретения направлены на оборудование для резонансно-усиленного бурения, которое может управляться в соответствии с этими способами и устройством. Определенные варианты исполнения изобретения применимы к буровому устройству любого размера или к материалу, подвергающемуся бурению. Определенные более специализированные варианты осуществления направлены на бурение через горные породы, особенно с переменным составом, с которыми можно столкнуться при применении глубинного бурения в нефтяной, газодобывающей и строительной промышленности.
Ударно-усиленное роторное бурение само по себе общеизвестно. Ударно-усиленный роторный буровой станок содержит долото для роторного бурения и генератор колебаний для приложения пульсирующей нагрузки к долоту для роторного бурения. Генератор колебаний обеспечивает ударные нагрузки на материал, подвергающийся бурению, так, чтобы раздробить материал, что содействует пробиванию материала долотом для роторного бурения.
Резонансно-усиленное роторное бурение является особым видом ударно-усиленного роторного бурения, при котором генератор колебаний колеблется с высокой частотой таким образом, чтобы достичь резонанса с материалом, подвергающимся бурению. Это приводит к увеличению давления, прилагаемого к долоту для роторного бурения, увеличивая, таким образом, эффективность бурения по сравнению со стандартным ударно-усиленным роторным бурением.
Документ υδ 3990522 описывает ударно-усиленный роторный буровой станок, использующий установленный в роторный буровой станок гидроударник для бурения скважин под штанговую крепь. Описано то, что ударный цикл переменного хода и частоты может быть применен и приспособлен к собственной частоте материала, подвергающегося бурению, для увеличения давления, прилагаемого к вершине долота для роторного бурения. Сервоклапан поддерживает регулирование ударного действия, и в свою очередь, управляется оператором посредством электронного блока управления, соединенного с сервоклапаном посредством электрического провода. Оператор имеет возможность избирательно менять частоту ударов от 0 до 2500 циклов в минуту (т.е. от 0 до 42 Гц) и избирательно менять ход долота для роторного бурения от 0 до 1/8 дюйма (т.е. от 0 до 3,175 мм) посредством регуляции потока сжатой жидкости к приводу и из привода. Описано, что посредством выбора ударного хода с частотой, равной собственной или резонансной частоте породной толщи, подвергаемой бурению, энергия, аккумулируемая в породной толще благодаря силам пробоя, усиливает прилагаемое к вершине долота для роторного бурения давление, в результате чего монолитный материал разрушается и выбивается, и это дает возможность бурить со скоростью в пределах от 3 до 4 футов в минуту.
Присутствуют несколько проблем, связанных с вышеупомянутыми конструкциями, которые рассматриваются ниже.
Высокие частоты не достижимы при применении устройства по документу υδ 3990522, использующего гидравлический генератор колебаний с относительно низкой частотой. Соответственно хотя υ δ 3990522 и рассматривает возможности резонанса, является очевидным то, что низкие частоты, которых можно достичь посредством его генератора колебаний, недостаточны для осуществления резонансноусиленного бурения сквозь многие твердые материалы.
Независимо от проблемы с частотой, обсуждаемой выше, в любом случае нельзя легко достичь и поддерживать резонанс, применяя конструкцию из υδ 3990522, особенно если бур проходит сквозь различные материалы, имеющие различные резонансные характеристики. Это является результатом того, что регулирование ударной частоты и хода в конструкции по документу υδ 3990522 производится оператором вручную. Поэтому сложно управлять устройством, постоянно регулируя частоту и ход силы пробоя для поддержания резонанса, когда бур проходит сквозь материалы различных видов. Это может не представлять большой проблемы при бурении неглубоких скважин под штанговую крепь, как описано в υδ 3990522. Оператор может просто выбрать подходящую частоту и ход для материала, в котором должна буриться скважина под штанговую крепь, и затем работать с буром. Однако проблема усугубляется при глубоком бурении сквозь различные слои пород. Оператор, находящийся над глубокой буровой скважиной, не может видеть, какой вид породы должен быть пробурен, и не может без проблем обеспечить резонанс и поддерживать его, когда бур переходит от одного вида породы к другому, особенно в районах, где виды пород часто меняются.
Некоторые вышеупомянутые проблемы были решены изобретателем, как описано в документе \7О 2007/141550. Документ \7О 2007/141550 описывает резонансно-усиленный роторный буровой станок, содержащий механизм автоматической обратной связи и управления, который может непрерывно регулировать частоту и ход силы пробоя для поддержания резонанса при прохождении бура через породы различных видов. Бур снабжен средствами регулировки, реагирующими на характеристики материала, через который проходит бур, и средствами управления в скважинном расположении, содержащими датчики для осуществления скважинных измерений характеристик материала, благодаря чему устройство пригодно к эксплуатации в скважине в замкнутой системе управления в реальном времени.
Документ υδ 2006/0157280 предлагает скважинную замкнутую систему управления генератором
- 1 030120
колебаний в реальном времени. Описано, что датчики и блок управления могут изначально измерить диапазон частот при отслеживании ключевого параметра эффективности бурения, такого как скорость прохода (СП). Устройство генерирования колебаний может затем управляться для осуществления колебаний с оптимальной частотой до проведения следующего замера колебаний. Структура измерения частоты может базироваться на одном или более элементах операции бурения, таком как изменения в пласте, изменения измеренной СП, период заданного времени или команда с поверхности. Подробные варианты исполнения применяют устройство генерирования колебаний, которое прилагает крутильное колебание к долоту для роторного бурения, и ссылаются на резонанс крутильных колебаний. Однако также описано, что примерные направления колебаний, прилагаемых к долоту, включают колебания по всем степеням свободы и не применяются для того, чтобы вызвать трещины в материале, подвергающемся бурению. Точнее, описано то, что вращение долота для роторного бурения вызывает первоначальное раздробление материала, подвергающегося бурению, и затем прилагается кратковременное колебание, чтобы обеспечить то, что долото для роторного бурения останется в соприкосновении с раздробляемым материалом. Не имеется какого-либо раскрытия или предложения обеспечения генератора колебаний, который может передать достаточно высокую осевую пульсирующую нагрузку на долото для роторного бурения с целью вызвать трещины в материале, через которые проходит долото для роторного бурения, как это требуется в соответствии с резонансно-усиленным бурением, как описано в \УО 2007/141550.
Существующий уровень техники не содержит каких-либо подробностей относительно отслеживания осевых колебаний. Датчики в общем затрагиваются в И8 2006/0157280 и в \УО 2007/141550, но размещение данных датчиков относительно компонентов, таких как блок виброизоляции и блок передачи колебаний, не рассматриваются.
Несмотря на решения, описанные в существующем уровне техники, изобретатель желает произвести дальнейшие улучшения описанных способов и устройства. Целью варианта осуществления настоящего изобретения является осуществление таких улучшений для повышения эффективности бурения, повышения скорости бурения, стабильности и качества бурения, наряду с ограничением износа устройства для увеличения срока службы устройства. Также целью является более точное управление резонансно-усиленным бурением, особенно при бурении через быстро меняющиеся виды пород.
Соответственно настоящее изобретение предоставляет собой устройство для применения при резонансно-усиленном роторном бурении, которое содержит:
ί) верхний динамометрический датчик для измерения статической и динамической осевой нагрузки; ίί) блок виброизоляции;
ίίί) необязательно обратную массу генератора колебаний;
ίν) генератор колебаний, содержащий динамический возбудитель для приложения осевой пульсирующей нагрузки на долото для роторного бурения;
ν) блок передачи колебаний;
νί) нижний динамометрический датчик для измерения статической и динамической осевой нагрузки;
νίί) соединительный элемент долота для роторного бурения и νίίί) долото для роторного бурения,
где верхний динамометрический датчик расположен над блоком виброизоляции, а нижний динамометрический датчик расположен между блоком передачи колебаний и долотом для роторного бурения, и где верхний и нижний динамометрические датчики соединены с контроллером с целью обеспечения скважинной замкнутой системы управления генератором колебаний в реальном времени.
Предполагается, что это устройство может быть применено как модуль резонансно-усиленного бурения в бурильной колонне. Конструкция бурильной колонны не ограничена особым образом, и может быть предусмотрена любая конструкция, включая известные конструкции. Модуль может быть включен и отключен по мере необходимости, когда необходимо резонансное усиление.
В конструкции данного устройства динамический возбудитель обычно содержит магнитострикционный возбудитель. Магнитострикционный возбудитель не ограничен особым образом, и в частности, отсутствуют проектные ограничения к преобразователю или способам генерирования осевого возбуждения. Предпочтительно возбудитель содержит генератор колебаний РЕХ-30 от Мадиейс Сотроиейъ АВ.
Динамический возбудитель, применяемый в настоящей конструкции, является магнитострикционный приводом, применяющим принцип изменения магнитострикционными материалами своих межатомных расстояний при намагничивании внешним магнитным полем для минимизации общей магнитоупругой энергии. Это приводит к относительно большому напряжению. Поэтому применение колеблющегося магнитного поля обеспечивает колебательное движение магнитострикционного материала.
Магнитострикционные материалы могут быть предварительно линейно напряжены так, что атомные моменты будут предварительно выровнены перпендикулярно оси. Последовательно прилагаемое сильное магнитное поле, параллельное оси, вновь выравнивает моменты параллельно полю, и это когерентное вращение магнитных моментов приводит к напряжению и удлинению материала параллельно полю. Такие магнитострикционные приводы могут быть произведены МадСотр и Мадиейс Сотроиейъ АВ. Как упомянуто выше, одним особенно предпочитаемым приводом является РЕХ-30 от Мадиейс
- 2 030120
Сотропей8 АВ.
Также предусмотрено, что могут быть применены магнитные материалы с памятью формы, такие как сплавы с памятью формы, поскольку они могут предложить более высокую силу и напряжения, чем большая часть общедоступных магнитострикционных материалов. Магнитные материалы с памятью формы не являются магнитострикционными в строгом смысле слова. Однако, поскольку они управляются магнитным полем, они должны рассматриваться как магнитострикционные приводы для достижения целей настоящего изобретения.
В данной конструкции блок передачи колебаний не ограничен особым образом, но предпочтительно содержит конструкционную пружину. Это может быть, например, тороидальный блок со стенкой в виде гармошки, предпочтительно пустотелый металлический корпус со стенкой в виде гармошки. Блок виброизоляции также не ограничен особым образом, и может содержать конструкционную пружину. Это может быть, например, тороидальный блок со стенкой в виде гармошки, предпочтительно пустотелый металлический корпус со стенкой в виде гармошки.
В данной конструкции расположение верхнего динамометрического датчика обычно такое, чтобы статическая осевая нагрузка от бурильной колонны могла быть измерена. Расположение нижнего динамометрического датчика обычно такое, чтобы динамическая нагрузка, идущая от генератора колебаний через блок передачи колебаний к долоту для роторного бурения, могла быть измерена. Особенно предпочтительно размещение компонентов устройства данного варианта осуществления в порядке от ί) до νίίί) сверху вниз.
В других вариантах осуществления изобретения предлагается устройство для применения в резонансно-усиленном роторном бурении, которое содержит:
ί) верхний динамометрический датчик для измерения статической нагрузки; ίί) блок виброизоляции;
ίίί) генератор колебаний для приложения осевой пульсирующей нагрузки на долото для роторного бурения;
ίν) нижний динамометрический датчик для измерения динамической осевой нагрузки; ν) соединительный элемент долота для роторного бурения и νί) долото для роторного бурения,
где верхний динамометрический датчик расположен над блоком виброизоляции, а нижний динамометрический датчик расположен между генератором колебаний и долотом для роторного бурения, где верхний и нижний динамометрические датчики соединены с контроллером с целью обеспечения скважинной замкнутой системы управления генератором колебаний в реальном времени.
Предусмотрено, что это устройство может быть применено как модуль резонансно-усиленного бурения в бурильной колонне. Конструкция бурильной колонны не ограничена особым образом, и может быть предусмотрена любая конструкция, включая известные конструкции. Модуль может быть включен и отключен по мере необходимости, когда необходимо резонансное усиление.
В конструкции данного устройства генератор колебаний обычно содержит механический привод с электрическим управлением. Механический привод не ограничен особым образом и предпочтительно содержит привод УК2510 производства УкгаЮсНпщиех Ыб.
Механический привод с электрическим управлением может использовать принцип двух эксцентриковых вращающихся дебалансов для обеспечения необходимых осевых колебаний. Такой колебательный модуль состоит из двух эксцентриковых дебалансов с противоположным вращением как источников колебаний высокой частоты. Перемещение, обеспечиваемое данной конструкцией, может быть существенным (приблизительно 2 мм). Подходящие механические вибраторы, основывающиеся на принципе эксцентриковых дебалансов с противоположным вращением, имеются в наличии у У1Ьга1есНп1цие5 Ыб. Одним из возможных вибраторов для определенных вариантов осуществления настоящего изобретения является модель УК2510. Этот вибратор крутит эксцентриковые дебалансы со скоростью 6000 об/мин, что соответствует частоте колебаний, эквивалентной 100 Гц. Общий вес блока составляет 41 кг, и блок в состоянии подавать силу до 24,5 кН. Потребление энергии блока равняется 2,2 кВт.
Данная конструкция отличается от конструкции первого варианта осуществления тем, что не требуется блок передачи колебаний для механического усиления колебаний. Это является результатом того, что механический привод обеспечивает достаточную амплитуду колебаний сам по себе. При этом, поскольку данный метод использует эффект дебалансов с противоположным вращением, тяжелая обратная масса, используемая в магнитострикционном варианте исполнения, не требуется. Блок виброизоляции не ограничен особым образом, но предпочтительно содержит конструкционную пружину. Это может быть, например, тороидальный блок со стенкой в виде гармошки, предпочтительно пустотелый металлический корпус со стенкой в виде гармошки.
В данной конструкции размещение верхнего динамометрического датчика обычно такое, чтобы статическая осевая нагрузка от бурильной колонны могла быть измерена. Размещение нижнего динамометрического датчика обычно такое, чтобы динамическая нагрузка, идущая от генератора колебаний к долоту для роторного бурения, могла быть отслежена. Размещение компонентов устройства данного варианта исполнения особенно предпочтительно в порядке от ί) до νί) сверху вниз.
- 3 030120
Устройство каждой из конструкций обуславливает ряд преимуществ. Они включают увеличенную скорость бурения; улучшенную стабильность и качество бурения; меньшие нагрузки на устройство, что ведет к увеличению срока службы; и более эффективное сокращение затрат энергии.
Оба варианта осуществления могут предпочтительно применяться для буровых устройств большого размера, оборудования управления и способов бурения для нефтяной и газовой промышленности. Однако их применение может быть выгодно и в других буровых устройствах, включая оборудование для бурения с поверхности, оборудование управления и способы бурения для дорожных буровых подрядчиков; буровое оборудование, оборудование управления и способы бурения для горной промышленности; ручное буровое оборудование для домашнего применения и т.п.; специальное буровое оборудование, например бормашины.
Далее изобретение описывается более детально только с помощью примера со ссылкой на соответствующие фигуры, где
на фиг. 1 и 2 изображены фотография и схема модуля резонансно-усиленного бурения (ΚΕΏ) в соответствии с первым вариантом осуществления (конструкцией) изобретения;
на фиг. 3 изображен схематический чертеж устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления (конструкцией) изобретения;
на фиг. 4 изображена схема блока виброизоляции, который может применяться в настоящем изобретении;
на фиг. 5 изображена схема блока передачи колебаний, который может применяться в настоящем изобретении;
на фиг. 6(а) и 6(Ъ) изображены графики, отображающие необходимую минимальную частоту как функцию амплитуды колебаний для долота для роторного бурения с диаметром в 150 мм;
на фиг. 7 изображен график, отображающий максимальную применимую частоту как функцию амплитуды колебаний для различных колебательных масс при условии постоянного энергоснабжения; и
на фиг. 8 изображен схематический график скважинный замкнутый механизм обратной связи в реальном времени.
Очевидно при условии подачи электроэнергии в скважину, что устройство из вариантов осуществления (конструкций) изобретения может функционировать автономно и регулировать вращение и/или пульсирующую нагрузку долота для роторного бурения в ответ на текущие условия бурения так, чтобы оптимизировать механизм бурения.
При операции бурения долото для роторного бурения вращается, и направленная в осевом направлении динамическая нагрузка прилагается к долоту для роторного бурения генератором колебаний для генерирования зоны развития трещин, чтобы способствовать пробиванию материала долотом для роторного бурения.
Генератор колебаний и/или динамический возбудитель управляется в соответствии с предпочтительными способами настоящего изобретения. Соответственно изобретение далее предоставляет способ управления резонансно-усиленным роторным буровым станком, содержащим устройство, как определено выше, который включает
управление частотой (ί) генератора колебаний в резонансно-усиленном роторном буровом станке, где частота (ί) удерживается в диапазоне
(02υ5/(8000πΑηι))1/2 < £< 8,(ϋ2 υ5/(8000πΑηι))1/2
где I) - диаметр долота для роторного бурения, ϋ8 - прочность на сжатие материала, подвергающегося бурению, А - амплитуда колебаний, т - колеблющаяся масса и 8£ - коэффициент масштабирования больше чем 1; и
управление динамической силой (Ра) генератора колебаний в резонансно-усиленном роторном буровом станке, где динамическая сила (Ра) удерживается в диапазоне
где Ώείί· - средний диаметр долота для роторного бурения, ϋ8 - прочность на сжатие материала, подвергающегося бурению и 8Ра - коэффициент масштабирования, больший чем 1,
в котором частотой (ί) и динамической силой (Ра) генератора колебаний управляют посредством отслеживания сигналов, отражающих прочность на сжатие (ϋ8) материала, подвергающегося бурению, и регулированием частоты (ί) и динамической силы (Ра) генератора колебаний, применяя замкнутый механизм обратной связи в реальном времени в соответствии с изменениями в прочности на сжатие (ϋ8) материала, подвергающегося бурению.
Диапазоны для частоты и динамической силы основываются на следующем анализе.
Прочность на сжатие породы дает нижнюю границу необходимых ударных нагрузок. Минимальная требуемая амплитуда динамической силы рассчитана как
Ώείί· - средний диаметр долота для роторного бурения, где диаметр 1) долота для роторного бурения
- 4 030120
изменяется пропорционально части долота для роторного бурения, контактирующего с материалом, подвергающимся бурению. Соответственно средний диаметр Ώείϊ· может быть определен как
О сП — ^8Соп1ас1
где 8С0П1ас1 - коэффициент масштабирования, соответствующий части долота для роторного бурения, контактирующего с материалом, подвергающемуся бурению. Например, оценивая, что только 5% поверхности долота для роторного бурения соприкасаются с материалом, подвергающимся бурению, средний диаметр 1)ен может быть определен как
Оец = 0),050.
Вышеупомянутые вычисления дают нижнюю границу диапазона для динамической силы генератора колебаний. При применении динамической силы большей, чем данная нижняя граница, генерируется зона развития трещин перед долотом для роторного бурения во время работы. Однако, если динамическая сила слишком велика, тогда зона развития трещин распространяется далеко от долота для роторного бурения, подвергая риску стабильность бурения и ухудшая качество бурения. К тому же, если динамическая сила, передаваемая роторному буровому станку генератором колебаний, слишком велика, это может привести к ускоренному и очень быстрому износу и/или поломке инструмента. Соответственно верхняя граница динамической силы может быть определена как
8 га [+/4)00%]
где 8Ра - коэффициент масштабирования, больший чем 1. На практике 8Ра подбирается в соответствии с материалом, подвергающимся бурению так, чтобы обеспечить то, что зона развития трещин не распространяется слишком далеко от долота для роторного бурения, угрожая стабильности бурения и ухудшая качество бурения. Более того, 8Ра подбирается в соответствии с выносливостью компонентов роторного бурового станка для выдерживания ударных нагрузок генератора колебаний. Для некоторых вариантов применения 8Ра подбирается так, чтобы быть меньше чем 5, предпочтительно меньше чем 2, еще более предпочтительно меньше чем 1,5 и наиболее предпочтительно меньше чем 1,2. Низкие значения 8Ра (напр. близкие 1) обеспечивают очень компактную и контролируемую зону развития трещин, а также увеличивают срок службы бурящих компонентов за счет степени развития трещин. По этой причине низкие значения для 8Ра желательны, когда требуется очень стабильное, высококачественное бурение. С другой стороны, если степень развития трещин является более важным фактором, тогда может быть выбрано большее значение для 8Ра.
При ударах генератора колебаний с периодом τ скорость долота для роторного бурения с массой т изменяется на величину Δν, благодаря контактной силе Ρ=Ρ(ί)
где предполагается, что контактная сила Ρ(ί) является гармоничной. Амплитуда силы Ρ(ί) является преимущественно более высокой, чем сила Ра, необходимая для разрушения материала, подвергающегося бурению. Соответственно нижняя граница изменения импульса может быть определена следующим образом:
Предполагая, что долото для роторного бурения производит гармоничное движение между ударами, максимальная скорость долота для роторного бурения составляет ν^Άω, где А - амплитуда колебания и ω=2πί - ее круговая частота. Предполагая, что удар возникает, когда долото для роторного бурения имеет максимальную скорость ν^ и что долото для роторного бурения остановлено при ударе, тогда Δν=ν^2Απί. Соответственно колеблющаяся масса выражается как
0.05£)3Гг г
4^1
Это выражение содержит τ, период удара. Длительность удара определена многими факторами, включая свойства материалов породы и инструмента, частоту ударов и другие параметры. Для простоты τ оценивается в 1% временного периода колебания, то есть τ=0.01/ί. Это приводит к более низкой оценке частоты, которая может обеспечить достаточный импульс для ударов
Необходимая минимальная частота пропорциональна обратному квадратному корню амплитуды колебаний и массы долота.
- 5 030120
Вышеупомянутые вычисления дают нижнюю границу частоты генератора колебаний. Как и в случае с параметром динамической силы, применение частоты большей, чем эта нижняя граница, генерирует зону развития трещин перед долотом для роторного бурения во время работы. Однако, если частота слишком велика, тогда зона развития трещин распространится далеко от долота для роторного бурения, угрожая стабильности бурения и ухудшая качество бурения. Также, если частота слишком велика, это может привести к ускоренному и очень быстрому износу и/или поломке инструмента. Соответственно верхняя граница частоты может быть определена как
δ,φ2 Ц/(8000дАт))1/2
где 8р - коэффициент масштабирования, больший чем 1. Факторы, подобные приведенным выше в отношении 8ра, применимы к подбору 8р. Таким образом, для определенных вариантов применения 8р подбирается, чтобы быть меньше чем 5, предпочтительно меньше чем 2, еще более предпочтительно меньше чем 1,5 и наиболее предпочтительно меньше чем 1,2.
В дополнение к вышеупомянутым факторам для рабочей частоты генератора колебаний, предпочтительно чтобы частота удерживалась в диапазоне, который приближается к, но не превышает частот резонансного пика для материала, подвергающегося бурению. То есть частота предпочтительно является достаточно высокой, чтобы достигать резонансного пика для долота для роторного бурения при соприкосновении с материалом, подвергающимся бурению, в тоже время, будучи достаточно низкой, чтобы гарантировать, что частота не превысит частоты резонансного пика, что может привести к резкому спаду амплитуды. Соответственно 8р предпочтительно выбирается при условии, что
где ί - частота, соответствующая частотам резонансного пика для материала, подвергающегося бурению, и 8Г - коэффициент масштабирования, больший чем 1.
Факторы, подобные приведенным выше в отношении 8Ра и 8р, применимы к подбору 8Г. Для определенных вариантов применения 8Г подбирается так, чтобы быть меньше чем 2, предпочтительно меньше чем 1,5 и более предпочтительно меньше чем 1,2. Высокое значение 8Г позволяет применять более низкие частоты, что приводит к меньшей зоне развития трещин и уменьшает степень развития трещин. Более низкие значения 8Г (т.е. близкие 1) ограничивают частоту диапазоном, близким к частотам резонансного пика, что приводит к большей зоне развития трещин и более высокой степени развития трещин. Однако если зона развития трещин становится слишком большой, это может угрожать стабильности бурения и понизить качество бурения.
Одной из проблем при бурении сквозь материалы с различными резонансными характеристиками, является то, что изменения резонансных характеристик могут привести к внезапному превышению рабочей частотой частот резонансного пика, и это может привести к резкому спаду амплитуды. Для решения этой проблемы может быть целесообразно подбирать 8р при условии, что
где X - коэффициент запаса прочности, гарантирующий то, что частота (ί) не превышает частоты резонансного пика при переходе между двумя разными материалами, подвергающимися бурению. При такой конструкции частотой можно управлять так, чтобы удерживать ее в пределах диапазона, который определяется как
где коэффициент запаса прочности X гарантирует то, что частота достаточно далека от частот резонансного пика, чтобы избежать внезапного превышения рабочей частотой частот резонансного пика при переходе от одного типа материала к другому, что может привести к резкому спаду амплитуды.
Подобным образом коэффициент запаса прочности может быть применен для динамической силы. Например, если большая динамическая сила прилагается к материалу с большой прочностью на сжатие, а затем происходит переход к материалу с намного меньшей прочностью на сжатие, это может привести к тому, что динамическая сила окажется слишком большой, а это приведет к распространению зоны развития трещин далеко от долота для роторного бурения, угрожая стабильности бурения и ухудшая качество бурения при переходу к иному виду материала. Для решения этой проблемы может быть целесообразно работать в пределах следующего диапазона динамической силы
Ра<8м[(я/4)О2е„Ц-¥]
где Υ - коэффициент запаса прочности, гарантирующий то, что динамическая сила (Ра) не превышает предел, вызывающий очень быстрое распространение трещин при переходе между двумя разными материалами, подвергающимися бурению. Коэффициент запаса прочности Υ гарантирует то, что динамическая сила не слишком высока, так что если происходит внезапный переход к материалу с меньшей прочностью на сжатие, это не приведет к очень быстрому распространению зоны развития трещин, что угрожало бы стабильности бурения.
- 6 030120
Коэффициенты запаса прочности X и/или Υ могут быть установлены в соответствии с предполагаемыми изменениями в типе материала и скорости, с которой частота и динамическая сила могут быть изменены при обнаружении изменения типа материала. То есть один из X и Υ или и X, и Υ предпочтительно регулируются в соответствии с предполагаемыми изменениями в прочности на сжатие (Щ материала, подвергающегося бурению, и скорости, с которой частота (ί) и динамическая сила (Ра) могут быть изменены при обнаружении изменении в прочности на сжатие (Щ материала, подвергающегося бурению. Обычный диапазон для X включает Χ>ίΓ/100; Χ>ίΓ/50; или Χ>ίΓ/10. Обычный диапазон для Υ включает Υ>δρ<ι |(п/4)П;еО;,|/100; Υ>§Ρά [(п/4)1>Дт/|/50 или Υ>δΡά [(π/4)ϋί8]/10.
Варианты осуществления, применяющие эти коэффициенты запаса прочности, могут рассматриваться как компромисс между работой при оптимальных эксплуатационных условиях для каждого материала структуры с комбинированным составом слоев и обеспечением плавного перехода на границах между каждым слоем материала для поддержания стабильности бурения на границах.
Ранее описанные варианты осуществления настоящего изобретения применимы к любому размеру бура или материалу, подвергающемуся бурению. Определенные более специфичные варианты исполнения направлены на бурение сквозь горные породы, особенно с переменным составом, с которыми можно столкнуться при применении глубинного бурения в нефтяной, газодобывающей и строительной промышленности. Остается вопрос относительно того, какие числовые значения подходят для бурения сквозь такие горные породы.
Прочность на сжатие горных пород имеет большой диапазон от приблизительно П,=70 МПа для песчаника до >=230 МПа для гранита. При бурении большого диаметра, такого как в нефтяной промышленности, диаметр долота для роторного бурения находится в пределах от 90 до 800 мм (31/2 до 32"). Если только приблизительно 5% поверхности долота для роторного бурения соприкасается с горной породой, тогда самое низкое рассчитанное значение требуемой динамической силы составляет приблизительно 20 кН (применяя 90 мм долото для роторного бурения сквозь песчаник). Подобным образом, самое большое рассчитанное значение требуемой динамической силы составляет приблизительно 6000 кН (применяя 800 мм долото для роторного бурения сквозь гранит). Соответственно для бурения через горные породы динамическая сила предпочтительно удерживается в пределах диапазона от 20 до 6000 кН в зависимости от диаметра долота для роторного бурения. Поскольку будет потребляться большое количество энергии для приведения в действие генератора колебаний с динамической силой в 6000 кН, может быть целесообразным применение изобретения с долотом для роторного бурения среднего и небольшого диаметра для различных сфер применения. Например, диаметры долота для роторного бурения от 90 до 400 мм дают рабочий диапазон от 20 до 1500 кН. Дальнейшее сужение диапазона диаметров долота для роторного бурения дает предпочтительный диапазон динамической силы от 20 до 1000 кН, еще более предпочтительно от 20 до 500 кН и еще более предпочтительно от 20 до 300 кН.
Более низкое возможное значение необходимой амплитуды перемещения колебаний приводит к значительно большим колебаниям, чем перемещения от случайного маломасштабного отскока из-за неоднородностей в скальных породах. В связи с этим амплитуда колебания предпочтительно составляет по меньшей мере 1 мм. Соответственно амплитуда колебаний генератора колебаний может поддерживаться в пределах диапазона от 1 до 10 мм, более предпочтительно от 1 до 5 мм.
Для бурильного оборудования с большим диаметром колеблющаяся масса может быть порядка от 10 до 1000 кг. Реальный диапазон частот для такого бурильного оборудования с большим масштабом не повышается более чем на несколько сотен герц. Соответственно при выборе соответствующих значений для диаметра долота для роторного бурения, колеблющейся массы и амплитуды колебания в описанных выше пределах, частота (ί) генератора колебаний может быть поддержана в диапазоне от 100 до 500 Гц, обеспечивая при этом достаточную динамическую силу для создания зоны развития трещин для ряда различных горных пород, будучи достаточно высокой для достижения резонанса.
На фиг. 6(а) и 6(Ь) изображены графики, отображающие минимальную необходимую частоту как функцию амплитуды колебаний для долота для роторного бурения с диаметром 150 мм. График (а) построен для колеблющейся массы т=10 кг, в то время как (Ь) построен для колеблющейся массы т=30 кг.
Более низкие кривые применимы к более слабым горным породам, в то время как высокие кривые предназначены для пород с высокой прочностью на сжатие. Как можно увидеть на графиках, рабочая частота от 100 до 500 Гц в зоне над кривыми обеспечивает достаточно высокую частоту для генерирования зоны развития трещин во всех видах пород, применяя амплитуду колебания в диапазоне от 1 до 10 мм (от 0.1 до 1 см).
На фиг. 7 изображен график, отображающий максимальную применимую частоту как функцию амплитуды колебания для различных колеблющихся масс, при условии постоянного энергоснабжения. График рассчитан для энергоснабжения в 30 кВт, которое может быть сгенерировано в скважине забойным двигателем или турбиной, применяемой для возбуждения вращательного движения долота для роторного бурения. Верхняя кривая предназначена для колеблющейся массы в 10 кг, в то время как нижняя кривая предназначена для колеблющейся массы в 50 кг. Как можно увидеть из графика, диапазон частоты от 100 до 500 Гц доступен для амплитуды колебаний в диапазоне от 1 до 10 мм (от 0.1 до 1 см).
Может быть сконструирован контроллер для выполнения вышеописанного способа и включен в
- 7 030120
модуль резонансно-усиленного роторного бурения, подобный применяемым в первом и втором вариантах исполнения изобретения, как показано на фиг. 1-3. Модуль резонансно-усиленного роторного бурения снабжен датчиками (динамометрическими датчиками), которые отслеживают прочность на сжатие материала, подвергающегося бурению, прямо или косвенно, и подают контроллеру сигналы, отображающие прочность на сжатие материала, подвергающегося бурению. Контроллер сконструирован для получения сигналов от датчиков и регулирования частоты (Г) и динамической силы (Ра) генератора колебаний, применяя замкнутый механизм обратной связи в реальном времени, в соответствии с изменениями в прочности на сжатие (И8) материала, подвергающемуся бурению.
Изобретатели определили, что наилучшей конструкцией для обеспечения регулирования с обратной связью будет размещение всех сенсорных, процессорных и регулирующих элементов механизма обратной связи внутри скважинного оборудования, как в первом и втором варианте исполнения. Такая конструкция является наиболее компактной, обеспечивает более быструю обратную связь и более быструю реакцию на изменения в условиях резонанса, и также позволяет производить головки бура соединенные с необходимыми способами регулирования с обратной связью так, что головка бура может быть установлена на существующие бурильные колонны, не требуя полного замещения буровой системы.
На фиг. 8 изображена схема, отображающая скважинный замкнутый механизм обратной связи в реальном времени. Один или более датчиков 40 предусмотрены для отслеживания частоты и амплитуды генератора 42 колебаний. Процессор 44 получает сигнал от одного или более датчиков 40 и посылает один или более исходящих сигналов на контроллер 46 для регулирования частоты и амплитуды генератора колебаний 42. Источник энергии 48 соединен с контуром обратной связи. Источник энергии 48 может быть скважинным мотором или турбиной, предназначенной для генерирования электричества для контура обратной связи. На фигуре источник энергии показан подключенным к контроллеру генератора колебаний для обеспечения переменной мощности для генератора колебаний в зависимости от сигналов, полученных от процессора. Однако источник энергии может быть подключен к любому одному или более компонентам в контуре обратной связи. Компоненты с малым энергопотреблением, такие как датчики и процессор, могут иметь свое собственное энергоснабжение посредством батареи.
Несмотря на то, что данное изобретение было частично изображено и описано со ссылкой на предпочтительные варианты исполнения, специалистам в области техники понятно, что различные изменения в форме и деталях могут быть произведены в пределах объема изобретения, как определено прилагаемыми пунктами патентной формулы.
Claims (24)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Устройство для применения в резонансно-усиленном роторном бурении, при этом данное устройство содержит:ί) долото для роторного бурения;ίί) верхний динамометрический датчик для измерения статической осевой нагрузки от бурильной колонны и динамической осевой нагрузки, проходящей от генератора колебаний;ίίί) блок виброизоляции;ίν) генератор колебаний, содержащий динамический возбудитель для приложения осевой пульсирующей нагрузки к долоту для роторного бурения;ν) блок передачи колебаний для механического усиления колебаний от генератора колебаний к долоту для роторного бурения;νί) нижний динамометрический датчик для измерения статической осевой нагрузки от бурильной колонны и динамической осевой нагрузки, проходящей от генератора колебаний к долоту для роторного бурения; иνίί) соединительный элемент долота для роторного бурения для соединения долота для роторного бурения с бурильной колонной;где верхний динамометрический датчик расположен над блоком виброизоляции, а нижний динамометрический датчик расположен между блоком передачи колебаний и долотом для роторного бурения, и где верхний и нижний динамометрические датчики соединены с контроллером с целью обеспечения скважинной замкнутой системы управления генератором колебаний в реальном времени.
- 2. Устройство по п.1, также содержащее обратную массу генератора колебаний.
- 3. Устройство для применения в резонансно-усиленном роторном бурении, при этом данное устройство содержит:ί) долото для роторного бурения;ίί) верхний динамометрический датчик для измерения статической нагрузки от бурильной колонны; ίίί) блок виброизоляции;ίν) генератор колебаний для приложения осевой пульсирующей нагрузки к долоту для роторного бурения;ν) нижний динамометрический датчик для измерения динамической осевой нагрузки, проходящей от генератора колебаний к долоту для роторного бурения; и- 8 030120νί) соединительный элемент долота для роторного бурения для соединения долота для роторного бурения с бурильной колонной;где верхний динамометрический датчик расположен над блоком виброизоляции, а нижний динамометрический датчик расположен между генератором колебаний и долотом для роторного бурения, и где нижний и верхний динамометрические датчики соединены с котроллером с целью обеспечения скважинной замкнутой системы управления генератором колебаний в реальном времени.
- 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что динамический возбудитель содержит магнитострикционный возбудитель и предпочтительно содержит генератор колебаний РЕХ-30 от Мадиейс СотропспЦ АВ.
- 5. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что блок передачи колебаний содержит конструкционную пружину.
- 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что генератор колебаний содержит механический привод с электрическим управлением и предпочтительно содержит привод УК2510 от У1Ьга1ссНп1цис5 Ыб.
- 7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что блок виброизоляции содержит конструкционную пружину.
- 8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что частота (ί) и динамическая сила (Рб) генератора колебаний могут регулироваться контроллером.
- 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что частота (ί) и динамическая сила (Рб) генератора колебаний могут регулироваться в соответствии с измерениями динамометрического датчика, отображающими изменения в прочности на сжатие (и,) материала, подвергающегося бурению.
- 10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что частоту (ί) генератора колебаний регулируют для поддержания ее в диапазоне от 100 Гц и выше, предпочтительно от 100 до 500 Гц.
- 11. Устройство по любому из пп.8-10, отличающееся тем, что динамическую силу (Рб) регулируют для поддержания ее в диапазоне до 1000 кН, более предпочтительно от 40 до 500 кН, еще более предпочтительно от 50 до 300 кН.
- 12. Способ бурения, включающий использование устройства по любому из пп.1-11 для вращения долота для роторного бурения и приложения направленной в осевом направлении динамической нагрузки генератором колебаний.
- 13. Способ регулирования резонансно-усиленного роторного бурового станка, содержащего устройство по любому из пп.1-11, включающийрегулирование частоты (ί) генератора колебаний в резонансно-усиленном роторном буровом станке, при этом частоту (ί) поддерживают в диапазоне(Ι>Η/(8000πΆιιι)) ' ί δί(Ι>υ../(8000πΆιιι)) \где Ό - диаметр долота для роторного бурения, и, - прочность на сжатие материала, подвергающегося бурению, А - амплитуда колебания, т - колеблющаяся масса, а - коэффициент масштабирования, больший чем 1; ирегулирование динамической силы (Рб) генератора колебаний в резонансно-усиленном роторном буровом станке, при этом динамическую силу (Рб) поддерживают в диапазоне[(π/4)Ό26ΓΓυ8]<<Ρ6<δΡά[(π/4)Ό26ίΓυ8],где Ό6ίτ - средний диаметр долота для роторного бурения, и, - прочность на сжатие материала, подвергающегося бурению, и δ|6 - коэффициент масштабирования, больший чем 1,при этом частоту (ί) и динамическую силу (Рб) генератора колебаний регулируют при помощи отслеживающих сигналов, отображающих прочность на сжатие (и,) материала, подвергающегося бурению, и регулирующих частоту (ί) и динамическую силу (Рб) генератора колебаний, используя замкнутый механизм обратной связи в реальном времени, в соответствии с изменениями в прочности на сжатие (и,) материала, подвергающегося бурению.
- 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что δρ меньше чем 5, предпочтительно меньше чем 2, более предпочтительно меньше чем 1,5 и наиболее предпочтительно меньше чем 1,2.
- 15. Способ по пп.13 или 14, отличающийся тем, что δ|6 меньше чем 5, предпочтительно меньше чем 2, более предпочтительно меньше чем 1,5, более предпочтительно меньше чем 1,2.
- 16. Способ по любому из пп.13-15, отличающийся тем, что δρ подбирают при условии, чтоί<ίΓ,где ίΓ - частота, соответствующая частотам резонансного пика для материала, подвергающегося бурению.
- 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что δΓ подбирают при условииί<(ίΓ-Χ),где X - коэффициент запаса прочности, гарантирующий то, что частота (ί) не превышает частоты резонансного пика при переходе между двумя разными материалами, подвергающимися бурению.
- 18. Способ по п.15, отличающийся тем, что Χ>ίΓ/100, более предпочтительно Χ>ίΓ/50, еще более предпочтительно Χ>ίΓ/10.
- 19. Способ по любому из пп.13-18, отличающийся тем, что- 9 030120Ρ4<δΡ4[(π/4)ϋ2ε(Γυ5-Υ],где Υ - это коэффициент запаса прочности, гарантирующий то, что динамическая сила (Ра) не превышает предел, вызывающий очень быстрое распространение трещин при переходе между двумя разными материалами, подвергающимися бурению.
- 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что Υ>3Ρά[(π/4)Ό2είρυ8]/100, более предпочтительно Υ>8ρ6[(π/4)Ό2εί£υ8]/50, еще более предпочтительно Υ>3ρά[(π/4)Ό2είρυ8]/10.
- 21. Способ по любому из пп.17-20, отличающийся тем, что один из X и Υ или оба регулируют в соответствии с ожидаемыми изменениями в прочности на сжатие (υ8) материала, подвергающегося бурению, и скорости, с которой частота (ί) и динамическая сила (Рб) могут быть изменены при выявлении изменения в прочности на сжатие (υ8) материала, подвергающегося бурению.
- 22. Способ по любому из пп.12-21, отличающийся тем, что способ дополнительно включает регулирование амплитуды колебаний генератора колебаний для поддержания ее в пределах диапазона от 0,5 до 10 мм, более предпочтительно от 1 до 5 мм.
- 23. Способ по любому из пп.12-22, отличающийся тем, что частоту (ί) генератора колебаний регулируют для поддержания ее в диапазоне от 100 Гц и выше, предпочтительно от 100 до 500 Гц.
- 24. Способ по любому из пп.12-23, отличающийся тем, что динамическую силу (Ра) регулируют для поддержания ее в диапазоне до 1000 кН, более предпочтительно от 40 до 500 кН, еще более предпочтительно от 50 до 300 кН.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB1020660.5A GB201020660D0 (en) | 2010-12-07 | 2010-12-07 | Resonance enhanced drilling |
| GB1102558.2A GB2486287B (en) | 2010-12-07 | 2011-02-14 | Resonance enhanced rotary drilling module |
| PCT/EP2011/071550 WO2012076401A2 (en) | 2010-12-07 | 2011-12-01 | Resonance enhanced rotary drilling module |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201390747A1 EA201390747A1 (ru) | 2014-11-28 |
| EA030120B1 true EA030120B1 (ru) | 2018-06-29 |
Family
ID=43531546
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201390747A EA030120B1 (ru) | 2010-12-07 | 2011-12-01 | Модуль резонансно-усиленного роторного бурения |
| EA201390748A EA032405B1 (ru) | 2010-12-07 | 2011-12-07 | Устройство изоляции и передачи колебаний, установка роторного бурения (варианты), способ бурения, блок изоляции колебаний, блок передачи колебаний и применение системы пружин |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201390748A EA032405B1 (ru) | 2010-12-07 | 2011-12-07 | Устройство изоляции и передачи колебаний, установка роторного бурения (варианты), способ бурения, блок изоляции колебаний, блок передачи колебаний и применение системы пружин |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9587443B2 (ru) |
| EP (2) | EP2649265B1 (ru) |
| CN (2) | CN103502555B (ru) |
| BR (2) | BR112013014284B1 (ru) |
| CA (2) | CA2819932C (ru) |
| DK (1) | DK2649265T3 (ru) |
| EA (2) | EA030120B1 (ru) |
| GB (4) | GB201020660D0 (ru) |
| MX (2) | MX338135B (ru) |
| MY (2) | MY171539A (ru) |
| WO (2) | WO2012076401A2 (ru) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2473619B (en) * | 2009-09-16 | 2012-03-07 | Iti Scotland Ltd | Resonance enhanced rotary drilling |
| CA2878859C (en) * | 2012-07-12 | 2017-05-30 | Halliburton Energy Services, Inc. | Systems and methods of drilling control |
| GB201317883D0 (en) | 2013-10-09 | 2013-11-20 | Iti Scotland Ltd | Control method |
| GB201318020D0 (en) * | 2013-10-11 | 2013-11-27 | Iti Scotland Ltd | Drilling apparatus |
| CA2945290C (en) | 2014-04-07 | 2022-06-28 | Thru Tubing Solutions, Inc. | Downhole vibration enhancing apparatus and method of using and tuning the same |
| US10214972B2 (en) | 2014-05-30 | 2019-02-26 | Memorial University Of Newfoundland | Vibration assisted rotary drilling (VARD) tool |
| CN111451998A (zh) * | 2014-07-07 | 2020-07-28 | 塞母布雷有限公司 | 流体动力压缩或切割工具和致动流体动力压缩工具的方法 |
| WO2016081528A1 (en) | 2014-11-17 | 2016-05-26 | Bridging Medical, Llc | Bone compression systems |
| CN104763337B (zh) * | 2015-03-03 | 2016-11-02 | 东北石油大学 | 一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合 |
| GB201504106D0 (en) * | 2015-03-11 | 2015-04-22 | Iti Scotland Ltd | Resonance enhanced rotary drilling actuator |
| CN106033002A (zh) * | 2015-03-20 | 2016-10-19 | 唐山开诚电控设备集团有限公司 | 防爆高压变频器水冷系统液位检测装置 |
| CN105386725B (zh) * | 2015-12-08 | 2017-10-17 | 中国石油天然气集团公司 | 扭转振动辅助破岩工具 |
| CN106089118A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-11-09 | 贵州高峰石油机械股份有限公司 | 一种防止钻柱出现扭转共振的方法及柔性扭矩减震器 |
| CN107630970B (zh) * | 2017-10-17 | 2024-02-20 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 用于齿轮箱液压支撑装置的液体复合弹簧 |
| US11208853B2 (en) * | 2018-03-15 | 2021-12-28 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Dampers for mitigation of downhole tool vibrations and vibration isolation device for downhole bottom hole assembly |
| CN109555479B (zh) * | 2019-01-22 | 2023-08-18 | 重庆科技学院 | 一种多分支钻井用可变式莲式水力增压台 |
| CN109723744A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-07 | 南通瑞斯电子有限公司 | 一种蝶形弹簧 |
| CN112628327B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-09-23 | 江苏力博士机械股份有限公司 | 一种液压破碎锤的减震块 |
| CN115045938A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-09-13 | 北京科技大学 | 一种一体化低频宽带隔振器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3768576A (en) * | 1971-10-07 | 1973-10-30 | L Martini | Percussion drilling system |
| US4276947A (en) * | 1979-05-14 | 1981-07-07 | Smith International, Inc. | Roller Belleville spring damper |
| GB2328342A (en) * | 1997-08-13 | 1999-02-17 | Boart Longyear Technical Centr | Magnetostrictive actuator |
| WO2007141550A1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | University Court Of The University Of Aberdeen | Resonance enhanced drilling: method and apparatus |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3139146A (en) * | 1956-09-21 | 1964-06-30 | Jr Albert G Bodine | Suspension system for sonic well drill or the like |
| US3990522A (en) * | 1975-06-24 | 1976-11-09 | Mining Equipment Division | Rotary percussion drill |
| US4023628A (en) * | 1976-04-30 | 1977-05-17 | Bodine Albert G | Drilling device utilizing sonic resonant torsional rectifier |
| US4067596A (en) | 1976-08-25 | 1978-01-10 | Smith International, Inc. | Dual flow passage drill stem |
| US4139994A (en) | 1977-03-23 | 1979-02-20 | Smith International, Inc. | Vibration isolator |
| CA1101832A (en) | 1979-09-24 | 1981-05-26 | Delta Oil Tools Ltd. | Shock absorbing apparatus for drill string |
| US4502552A (en) * | 1982-03-22 | 1985-03-05 | Martini Leo A | Vibratory rotary drilling tool |
| CN2233457Y (zh) * | 1995-09-28 | 1996-08-21 | 鞍山钢铁学院 | 采矿用牙轮钻机减震稳杆器 |
| GB2332690A (en) | 1997-12-12 | 1999-06-30 | Thomas Doig | Mechanical oscillator and methods for use |
| CN2615320Y (zh) * | 2002-06-10 | 2004-05-12 | 石油大学(北京) | 具有金刚石止推轴承的井下动力钻具传动轴 |
| US7341116B2 (en) * | 2005-01-20 | 2008-03-11 | Baker Hughes Incorporated | Drilling efficiency through beneficial management of rock stress levels via controlled oscillations of subterranean cutting elements |
| US7591327B2 (en) * | 2005-11-21 | 2009-09-22 | Hall David R | Drilling at a resonant frequency |
| GB2473619B (en) * | 2009-09-16 | 2012-03-07 | Iti Scotland Ltd | Resonance enhanced rotary drilling |
| WO2011109075A2 (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-09 | Mcclung Guy L Iii | Dual top drive systems and methods |
| GB2489227A (en) * | 2011-03-21 | 2012-09-26 | Iti Scotland Ltd | Resonance enhanced drill test rig |
-
2010
- 2010-12-07 GB GBGB1020660.5A patent/GB201020660D0/en not_active Ceased
-
2011
- 2011-02-14 GB GB1102558.2A patent/GB2486287B/en active Active
- 2011-03-23 GB GBGB1104874.1A patent/GB201104874D0/en not_active Ceased
- 2011-12-01 CN CN201180066856.3A patent/CN103502555B/zh active Active
- 2011-12-01 US US13/992,199 patent/US9587443B2/en active Active
- 2011-12-01 WO PCT/EP2011/071550 patent/WO2012076401A2/en active Application Filing
- 2011-12-01 DK DK11801643.5T patent/DK2649265T3/da active
- 2011-12-01 BR BR112013014284-7A patent/BR112013014284B1/pt active IP Right Grant
- 2011-12-01 MY MYPI2013002041A patent/MY171539A/en unknown
- 2011-12-01 MX MX2013006314A patent/MX338135B/es active IP Right Grant
- 2011-12-01 CA CA2819932A patent/CA2819932C/en active Active
- 2011-12-01 EA EA201390747A patent/EA030120B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2011-12-01 EP EP11801643.5A patent/EP2649265B1/en active Active
- 2011-12-07 CA CA2820390A patent/CA2820390C/en active Active
- 2011-12-07 EP EP11794135.1A patent/EP2646639B1/en active Active
- 2011-12-07 GB GB1121013.5A patent/GB2486340B/en active Active
- 2011-12-07 WO PCT/EP2011/072121 patent/WO2012076617A2/en active Application Filing
- 2011-12-07 CN CN201180066847.4A patent/CN103348085B/zh active Active
- 2011-12-07 US US13/992,227 patent/US9725965B2/en active Active
- 2011-12-07 BR BR112013014283-9A patent/BR112013014283B1/pt active IP Right Grant
- 2011-12-07 MX MX2013006315A patent/MX349826B/es active IP Right Grant
- 2011-12-07 EA EA201390748A patent/EA032405B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2011-12-07 MY MYPI2013002039A patent/MY168231A/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3768576A (en) * | 1971-10-07 | 1973-10-30 | L Martini | Percussion drilling system |
| US4276947A (en) * | 1979-05-14 | 1981-07-07 | Smith International, Inc. | Roller Belleville spring damper |
| GB2328342A (en) * | 1997-08-13 | 1999-02-17 | Boart Longyear Technical Centr | Magnetostrictive actuator |
| WO2007141550A1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | University Court Of The University Of Aberdeen | Resonance enhanced drilling: method and apparatus |
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA030120B1 (ru) | Модуль резонансно-усиленного роторного бурения | |
| US9068400B2 (en) | Resonance enhanced rotary drilling | |
| RU2740881C2 (ru) | Исполнительный механизм для резонансно-усиленного вращательного бурения | |
| WO2012126898A2 (en) | Test apparatus | |
| US10370901B2 (en) | Steering system | |
| BR112012005823A2 (pt) | Método para controlar um trépano rotativo reforçado por ressonância que compreende uma broca de perfuração rotativa e um oscilador para aplicar uma carga de oscilação axial a broca de perfuração, aparelho, programa de computador, produto de programa de computador e trépano rotativo reforçado por ressonância |
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 AZ BY KG MD TJ TM |