JPH01503316A - Drill bit with improved circulation power - Google Patents

Drill bit with improved circulation power

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JPH01503316A
JPH01503316A JP50447586A JP50447586A JPH01503316A JP H01503316 A JPH01503316 A JP H01503316A JP 50447586 A JP50447586 A JP 50447586A JP 50447586 A JP50447586 A JP 50447586A JP H01503316 A JPH01503316 A JP H01503316A
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drill bit
fluid
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 循環力を高めたドリルビット 発明の技術分野 本発明は、油井等の掘削において、掘削液を循環させながら掘削を行なうドリル ビットに関する。[Detailed description of the invention] name of invention Drill bit with improved circulation power Technical field of invention The present invention is a drill that performs drilling while circulating drilling fluid when drilling oil wells, etc. Regarding bits.

発明の背景 油井又はガス井の掘削は、掘り管の底部に、ドリルストリング(drill s tring)として知られているドリルビット(drill bit)を配置し 、ドリルビット及びドリルストリングを地中に回転させることにより、掘削穴を 形成するものである。一般的なドリルビットは、ドリル本体によって円錐型カッ ターを支持し、ドリルストリングの回転によって該カッターを回転させるように したもので、ビットにより土等(earth formation)を削り取る のである。ドリルビットによる掘削を停止させることなく続けて行なうには、ド リルビットの掘削作用によって生じた掘削物を掘削穴の底部がら除去しなければ ならない。このような掘削物を除去したり、ドリルビットの清掃及び冷却を行な ったり、又はその他の目的のために、一般的には「泥水(mud) Jとして知 られている掘削液、即ち掘削流体(drilling fluid)をドリルス トリングの中を下方に向けて流し、ドリルビットから外に排出した後、ドリルス トリング及び掘削穴壁との間の環状の空間を上方に向けて環流させ、地表面に戻 すようにしている。地表面に戻された掘削液は清浄され、再び循環させることが できる。Background of the invention When drilling an oil or gas well, a drill string is placed at the bottom of the drill pipe. Place a drill bit known as a , by rotating the drill bit and drill string into the ground. It is something that forms. A typical drill bit has a conical cutter formed by the drill body. the cutter so that rotation of the drill string causes the cutter to rotate. Scrape off the earth formation with a bit. It is. To continue drilling with the drill bit without stopping, use the drill bit. The excavated material produced by the drilling action of the lil bit must be removed from the bottom of the drilled hole. No. Remove such excavations, clean and cool the drill bit. or for other purposes, commonly known as ``mud water''. Drilling fluid Flow the inside of the drill bit downwards and drain it from the drill bit, then remove the drill bit. Circulate the annular space between the ring and the borehole wall upward and return it to the ground surface. I try to do that. Drilling fluid returned to the surface is cleaned and can be circulated again. can.

掘削物を効率よく除去することは極めて重要なことである。掘削物を効率よく除 去できなければ、ドリルビットは掘削物を再度削り取らねばならず、掘削効率が 低下する。ドリルビットの作業効率は、掘削物の除去効果と正比例する。Efficient removal of excavated materials is extremely important. Efficiently removes excavated materials If the material cannot be removed, the drill bit will have to scrape off the excavated material again, reducing drilling efficiency. descend. The working efficiency of the drill bit is directly proportional to the removal effect of the excavated material.

これまでにも、掘削物の除去効果を向上させるための提案がいくつかなされてい る。米国特許第3216514号(ネルソン)はドリルビットのハウジング内に 弁手段を設けた回転ドリル装置を開示している。この装置はコーン状のドリルビ ットと弁手段との間を機械的に連結し、円錐状のドリルビットの回転に対応して 回転するものである。弁手段によってドリルビット本体の中の通路を開閉し、ビ ット内の流体の流れを遮断し、ビットに対して急激な下向きの力を作用させ、即 ち水撃作用によってカッターが土等に対して作用する圧力を増大させると共に、 掘削液が土等に作用する静水圧(hydrostatic pressure) を小さくしている。この結果、土等はより容易に砕かれて掘削され、掘削物は掘 削液の中に含まれて環状空間を通じて上方に運ばれる。米国特許第411470 5号(ミラン)は、2つの噴出口(pulsed jets)を180度位相を ずらせて対向して設けたもので、回動可能なボールを2位置間で揺動させ、ノズ ルに通じる2つの出口ダクトの内、1つのダクトを夫々閉じ、パルス化した流れ を交互に発生させるものである。米国特許第3897836号(ホールとクリッ プ)は、ドリルビット上方のハウジングの中にハンマーとピストンを設けており 、圧縮空気を連続的に供給してハンマーとピストンを周期的に作動させ、噴射水 を脈動的に発生させるのである。Several proposals have been made to improve the effectiveness of removing excavated materials. Ru. U.S. Patent No. 3,216,514 (Nelson) is in the housing of a drill bit. A rotary drilling device is disclosed that includes valve means. This device is a cone-shaped drill bit. A mechanical connection is provided between the drill bit and the valve means to accommodate rotation of the conical drill bit. It rotates. Valve means open and close passages within the drill bit body to The fluid flow inside the bit is cut off, and a sudden downward force is applied to the bit. In addition to increasing the pressure that the cutter exerts on the soil etc. due to the water hammer effect, Hydrostatic pressure exerted by drilling fluid on soil, etc. is made smaller. As a result, soil, etc. is more easily crushed and excavated, and excavated materials are It is contained in the excavated fluid and is carried upward through the annular space. U.S. Patent No. 411470 No. 5 (Milan) has two pulsed jets 180 degrees out of phase. The nozzle is installed with a rotatable ball that swings between two positions. Of the two outlet ducts leading to the are generated alternately. U.S. Patent No. 3,897,836 (Hole and Click The hammer and piston are installed in the housing above the drill bit. , the hammer and piston are operated periodically by continuously supplying compressed air, and the water jet is is generated in a pulsating manner.

掘削物の除去を効果的に行なうためのその他の提案として、流量を絞るためのノ ズルと、ビットハウジングから下向きに突設した長尺管を用いて、流れをクロス させるものがある。更に又、長尺ノズルと戻りコンジットを組み合わせることに より、流れをクロスさせるものがある。Other suggestions for effective removal of excavated material include nozzles to restrict flow. Cross the flow using a screw and a long tube protruding downward from the bit housing. There is something that makes me Furthermore, combining a long nozzle and a return conduit There are things that cross the flow.

更に、流体工学理論に基づけば、弁を閉じて管の中の流体の流れを急に停止させ ると、圧力が上昇して圧力波が発生する。この圧力波は上流に向かって進行し、 任意の反射面から反射する。これは、流体過渡現象(hydraulic tr ansients)として一般的に知られている。Furthermore, based on fluid engineering theory, it is possible to close a valve to abruptly stop the flow of fluid in a pipe. As a result, the pressure increases and a pressure wave is generated. This pressure wave travels upstream, Reflect from any reflective surface. This is a fluid transient phenomenon (hydraulic tr are commonly known as scientists.

掘削によって生じる土等の掘削物を除去するために、掘削液をドリルビットの中 に通し、掘削液をドリルビットの外側から排出して循環させる技術について、こ れまでにも種々提案されているが、現在の技術レベルでは更に一層の改良を必要 としている。Drilling fluid is poured into the drill bit to remove soil and other excavated material resulting from excavation. This article describes a technology that circulates the drilling fluid by passing it through the drill bit and discharging it from the outside of the drill bit. Although various proposals have been made so far, further improvements are required at the current technological level. It is said that

発明の要約 本発明は掘削液の循環を向上させることができる新規で改良されたドリルビット を提供することを目的としており、ドリルビットはドリルストリングの端部に設 けられ、削り取られた掘削物を掘削穴の底部から効率良く除去できるようにして いる。本発明のもう1つの目的は、ドリルビットを通る掘削液の流れを断続的に 集中させることのできる新規で改良された手段を提供することにあり、掘削液の 噴射衝撃力を高めることができるようにしている。本発明の更に他の目的は、流 体過渡現象の作用を実質的に利用し、高速の流体を断続的にダウンホール(do wnhole)に供給することにある。Summary of the invention The present invention is a new and improved drill bit that can improve drilling fluid circulation. The drill bit is installed at the end of the drill string. This enables efficient removal of excavated material that has been scraped and scraped from the bottom of the excavation hole. There is. Another object of the invention is to provide an intermittent flow of drilling fluid through the drill bit. The objective is to provide a new and improved means of concentrating drilling fluids. This makes it possible to increase the jet impact force. Still another object of the present invention is to Substantially utilizing the effects of body transient phenomena, high-speed fluid is intermittently downhole (do wnhole).

掘削液の循環力を高めたドリルビットのドリル本体は、ドリルストリングに取り 付けることができるようにした上本体部と、ドリルビットを配備した下本体部と から構成される。上本体部は中空構造であって、ドリルストリングに連通し、掘 削用の循環液を通すことができるようにしている。下本体部は、上本体部の中空 部から伸びる複数の通路を開設しており、これら通路は下本体部の外方に向かい 、ドリルビットの円錐形状部近傍にて終端している。流れ応答手段を上本体部の 中空部内に回転可能に設けており、循環する掘削液の速度に対応して、通路を通 る掘削液の流れを間欠的に開閉することにより、断続的に高速の流体を下方に向 けて供給し、ドリルビットの外方に排出し、液の流れをクロスさせて掘削物の除 去効果を向上させている。The drill body of the drill bit with improved circulation of drilling fluid is attached to the drill string. The upper body part that can be attached, and the lower body part that has a drill bit installed. It consists of The upper body has a hollow structure and communicates with the drill string to allow drilling. It is designed to allow circulation fluid for cutting to pass through. The lower body part is hollow in the upper body part. There are multiple passages extending from the lower body part, and these passages extend outward from the lower body part. , terminates near the conical portion of the drill bit. Flow response means in the upper body It is rotatably installed in the hollow part and moves through the passage according to the speed of the circulating drilling fluid. By intermittently opening and closing the flow of drilling fluid, high-speed fluid is directed downward intermittently. The liquid is supplied through the drill bit and discharged to the outside of the drill bit, crossing the flow of liquid to remove the excavated material. This improves the effect of removing hair.

追加の実施例では、流体過渡現象を実質的に利用するための手段を設けており、 この流体過渡現象は、下本体部の通路を通る流体の流れを間欠的に遮断すること により発生する。Additional embodiments provide means for substantially exploiting fluid transients; This fluid transient phenomenon is caused by an intermittent blockage of fluid flow through the lower body passageway. Occurs due to

本項における記載は発明の要約として説明したものである。本発明に関する具体 的な特徴は、請求の範囲、構造及び作用の説明の中に記載しており、本発明の望 ましい実施例を参照しながら説明する。The description in this section is provided as a summary of the invention. Specifics regarding the present invention The specific features are described in the claims, description of structure and operation, and are included in the description of the invention. This will be explained with reference to a preferred embodiment.

図面の簡単な説明 第1図は本発明に係るドリルビットの望ましい一実施例を一部破断して示す側面 図であって、掘削液の流れがクロスする状態を説明する図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a partially cutaway side view of a preferred embodiment of the drill bit according to the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the flows of drilling fluid cross.

第2図は本発明の実施例に使用される流れ方向規制手段と回転手段に使用される 羽根であって、固定羽根と回転羽根を示す側面図である。FIG. 2 shows flow direction regulating means and rotating means used in an embodiment of the present invention. It is a side view which shows a fixed blade and a rotating blade.

第3図は第1図の3−3線に沿う断面図であって、ドリルビット本体の下本体部 を貫通する通路が周方向の8か所に一定の間隔をあけて設けられている。FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 1, showing the lower body of the drill bit body. Passages passing through are provided at eight locations in the circumferential direction at regular intervals.

第4図は第1図の4−4線を含む平面で切断した、回転手段のロータの断面図で あって、流れ遮断要素の円弧サイズと位置を説明する図である。Figure 4 is a cross-sectional view of the rotor of the rotating means, taken along a plane including line 4-4 in Figure 1. FIG. 3 is a diagram illustrating the arc size and position of the flow blocking element.

第5図は第4図と同様な断面図であって、流れ遮断要素の他の実施例の位置とサ イズを説明する図である。FIG. 5 is a sectional view similar to FIG. 4, showing the location and size of another embodiment of the flow blocking element; FIG.

第6図は第5図及び第4図と同様な断面図であって、流れ遮断要素の他の実施例 の位置とサイズを説明する図である。FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIGS. 5 and 4, showing another embodiment of the flow blocking element; It is a figure explaining the position and size of.

第7図は本発明に係るドリルビットの他の実施例を一部破断して示す側面図であ って、該ドリルビットは流体過渡現象の効果を実質的に利用するための手段を備 えている。FIG. 7 is a partially cutaway side view of another embodiment of the drill bit according to the present invention. Thus, the drill bit is equipped with means for substantially exploiting the effects of fluid transients. It is growing.

望ましい実施例の説明 第1図は、掘削液の循環力を向上させた本発明にかかるドリルビットDを示して いる。第1図のドリルビットDは、符号Hで表わした掘削穴の底部Bにおいて運 転中の状態を示している。ドリルビットの他の実施例D−1を第7図に示してお り、これについてはドリルビットDの説明の後に行なう。ドリルビットDは、そ の全体を符号Sで表わしたドリルストリングの端部に装着される。代表的なドリ ルストリングSの構成例として、一連の掘り管(drill pipes)を螺 合し、表面の掘削索具(drilling rug)から下方のドリルストリン グ底部及び該ドリルストリングの端部に取り付けられたドリルビットDに至るま でを、機械的に接続して内部に通路を形成したものが挙げられる。ドリルストリ ングSの最終ジヨイントは、ドリルビット連結ジヨイントでもよいし、ドリルカ ラーとして知られる重量型の掘り管としてもよい。ドリルストリングSの端部が 、掘り管、ドリルビット連結ジヨイント又はドリルカラーの何れの場合であって も、これらジヨイントは、符号(10)で示される内ネジの「ボックス」端部に て終端している。本発明の望ましい実施例のドリルビットDは、ドリルストリン グSの内ネジ端部(10)に螺合している。このタイプのドリルストリングSの 内部は中空であって、表面索具からドリルビットまで伸びており、公知の如く掘 削泥水、即ち掘削液がドリルビットDの中に流れ込むようにしている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows a drill bit D according to the present invention that improves the circulation power of drilling fluid. There is. The drill bit D in FIG. Indicates the state in progress. Another embodiment D-1 of the drill bit is shown in FIG. This will be explained after the drill bit D is explained. Drill bit D is is attached to the end of the drill string, the entirety of which is designated by the symbol S. Typical Dori As an example of the configuration of a drill string S, a series of drill pipes are screwed together. from the surface drilling rug to the downward drill string. down to the drill bit D attached to the bottom of the drill string and the end of the drill string. An example is one in which the two are mechanically connected to form a passage inside. drill strip The final joint of the ring S may be a drill bit connection joint, or a drill bit connection joint. It may also be a heavy type digging pipe known as a lar. The end of drill string S , drill pipe, drill bit connecting joint or drill collar. Also, these joints are located at the “box” end of the internal thread, indicated by (10). It is terminated. The drill bit D of the preferred embodiment of the present invention has a drill string. It is screwed into the internal threaded end (10) of the plug S. This type of drill string S The interior is hollow and extends from the surface rigging to the drill bit and is used for drilling as is known in the art. Drilling water, ie, drilling fluid, is allowed to flow into the drill bit D.

本発明の望ましい実施例におけるドリルビットDは、地面から削り取られたC− 1、C−2の如き掘削物を効果的に除去できる構造としている。ドリルビットD は、上部即ち第1の略円筒形の本体部(lla)と下部即ち第2の略円筒形の本 体部(llb)とから構成され、上本体部(lla)と下本体部(llb)とは 一体に繋がっている。上本体部(lla)は、円錐台の形状であって、外側の内 向きテーバ面(12a)にはネジ部が形成され、ドリルストリングSの底部の内 ネジ端部(10)に螺合している。上本体部(lla)は内部に穴(14)を開 設し、該穴の円筒形の内壁(12b)は、底部の平らな円形面(12c)に繋が っている。穴(14)は円筒形の内壁(12b)と平らな円形の底部(12c) とから構成される装 下本体部(llb)は上本体部(lla)と一体に形成されており、略円筒形の 下本体主要部(15a)を備えており、該主要部には周方向の3箇所に一定の間 隔をあけて3本の支持脚(15b)を下向きに突設している。第1図では、支持 脚(15b)は1本しか図示していないが、実際には3本の支持脚(15b)が 、下本体主要部(15a)の底部の周囲に120度の角度間隔を存して配備され ている。The drill bit D in a preferred embodiment of the present invention is a C- It has a structure that can effectively remove excavated objects such as No. 1 and C-2. Drill bit D has an upper or first substantially cylindrical main body (lla) and a lower or second substantially cylindrical main body (lla). It consists of a body part (llb), an upper body part (lla) and a lower body part (llb). They are connected as one. The upper body part (lla) has a truncated conical shape, and has an outer inner part. A threaded portion is formed on the tapered surface (12a), and the threaded portion is formed on the inside of the bottom of the drill string S. It is screwed into the threaded end (10). The upper body part (lla) has a hole (14) inside. The cylindrical inner wall (12b) of the hole is connected to the flat circular surface (12c) at the bottom. ing. The hole (14) has a cylindrical inner wall (12b) and a flat circular bottom (12c). The outfit consists of The lower body part (llb) is formed integrally with the upper body part (lla), and has a substantially cylindrical shape. It is equipped with a lower body main part (15a), and the main part has a certain distance at three places in the circumferential direction. Three support legs (15b) are provided to protrude downward at intervals. In Figure 1, the support Although only one leg (15b) is shown in the diagram, there are actually three supporting legs (15b). , are arranged at angular intervals of 120 degrees around the bottom of the lower body main part (15a). ing.

従来の支持脚(15b)は、円錐型のカッター(16)を内部支持面(15c) の上に設けており、ドリルストリングSの回転に合わせて回転できるようにして いる。円錐型カッター(16)は、通常、密閉ベアリングによって取り付けられ 、ドリルストリングの回転に対応して、ドリルビットを回転させ地中の土等を掘 削できるようにしている。円錐型カッターの取付構造に関する特許は数多く存在 するが、本発明者は、円錐型カッターの取付用ベアリング及びシールの構造を開 示した米国特許第3216514号、第4114705号及び第3897836 号を参考文献として引用する。A conventional support leg (15b) supports a conical cutter (16) on an internal support surface (15c). It is installed on top of the drill string so that it can rotate with the rotation of the drill string S. There is. The conical cutter (16) is usually mounted by sealed bearings. , the drill bit is rotated in response to the rotation of the drill string to dig underground. I am making it possible to delete it. There are many patents related to the mounting structure of conical cutters. However, the present inventor has disclosed the structure of the bearing and seal for mounting the conical cutter. Nos. 3,216,514, 4,114,705 and 3,897,836. cite the issue as a reference.

下本体部(llb)には、周方向の3か所に一定の間隔をあけて夫々下向きに形 成したノズルのランド部(17)が含まれている。ランド部は、底部にノズル面 (17a)を形成し、円錐型カッター(16)の各支持脚(15b)の間に配置 される。下本体部(llb)の内部には通路(18a) (18b) (18c )を形成し、上本体部の穴(14)と、ドリルビットD下方の底部Bとの間を流 体が通じるようにしている。第1図に示された通路(18a)と、第3図に示さ れた通路(18a)〜(18c)は、上部開口(19b)が上本体部の穴(14 )の円形底部(12c)に連通している。通路(18a)〜(18c)は、各々 が、第1図に示すようにS字状に下向きに伸びており、開口(19a)が各ラン ド部(17)のランド面(17a)にて終端している。通路は断面が円形で、下 端の開口部(19a)には流体圧縮のためのノズルインサート(20)が取り付 けられている。ノズルインサート(20)は、直径が狭められ、各通路から放出 される泥水の速度が速くなるようにしている。第1図において、通路(18a) を出た泥水の流れ方向を、矢印(21)にて示している。掘削液は通路(18a )〜(18c)を通って流れ、円錐型カッター(16)の周囲領域に達し、次に 方向を上方に向け、3本の支持脚(15b)の間の凹部を流れる。The lower body part (llb) has three holes shaped downward at regular intervals in the circumferential direction. The nozzle land portion (17) is included. The land has a nozzle surface on the bottom. (17a) and placed between each support leg (15b) of the conical cutter (16). be done. There are passages (18a), (18b), (18c) inside the lower body part (llb). ) and flow between the hole (14) in the upper body part and the bottom part B below the drill bit D. I try to communicate with my body. The passage (18a) shown in FIG. 1 and the passage (18a) shown in FIG. The upper openings (19b) of the passages (18a) to (18c) are connected to the holes (14) in the upper body. ) is connected to the circular bottom (12c) of the The passages (18a) to (18c) are each As shown in Figure 1, it extends downward in an S-shape, and an opening (19a) is located at each run. It terminates at the land surface (17a) of the do portion (17). The passage is circular in cross section, and The end opening (19a) is fitted with a nozzle insert (20) for fluid compression. I'm being kicked. The nozzle insert (20) is narrowed in diameter and discharges from each passage. The speed of the muddy water is increased. In FIG. 1, the passageway (18a) The flow direction of the muddy water exiting the tank is indicated by an arrow (21). Drilling fluid flows through the passage (18a ) to (18c) and reaches the peripheral area of the conical cutter (16) and then The direction is directed upward and flows through the recess between the three support legs (15b).

もし掘削物C−1が充分に除去されないと、その掘削物は再びドリルビットによ って削り取られことになるため、効率が悪く、掘削効率が低下する。そこで、本 発明のドリルビットDは、流体の流れに応答する手段Fを上本体部の穴(14) の中に設けている。この応答手段は、上本体部の穴(14)に入ってくる掘削流 体の速度に応答して通路(18a)〜(18c)を間欠的に開閉することにより 、掘削液を、ノズル(18a)〜(18c)の少なくとも1カ所から外方に向け て断続的に供給し、液の流れ方向をクロスさせて循環し、回転ドリルビットDか ら削り取られた掘削物を液の中に含めて効果的に除去できるようにしたものであ る。If the excavated material C-1 is not removed sufficiently, the excavated material will be reused by the drill bit. This results in poor excavation efficiency and reduced excavation efficiency. So, the book The inventive drill bit D has a means F responsive to fluid flow in the hole (14) in the upper body. It is located inside. This response means is adapted to the drilling flow entering the hole (14) in the upper body. By intermittently opening and closing the passages (18a) to (18c) in response to the speed of the body. , directing the drilling fluid outward from at least one of the nozzles (18a) to (18c). The liquid is supplied intermittently, the flow direction of the liquid is crossed and circulated, and the rotating drill bit D The excavated material is contained in the liquid and can be removed effectively. Ru.

掘削液は、ドリルストリングSの通路からドリルビットDを通り、ノズルから外 向きに流れ出ていくものである。図示の実施例では、掘削液は下方に向けて循環 し、ドリルストリングSの通路を通り、ドリルビットDの上本体部の穴(14) を経て、通路(18a) 〜(18c)から外に放出され、掘削穴の底部Bに送 られる。掘削穴は、円錐型カッター(16)が土等を削り取ることによって新た に作られていく。流れ応答手段Fによって、通路(18a)〜(18c)の内の 少なくとも1つを交互に開閉し、通路(18a)〜(18c)を流れる流体の圧 力を高め、速度が速くなるようにしている。流れ応答手段Fは、符号(25)で 表わされる回転手段を備えており、該回転手段(25)は上本体部の穴(14) の中に配備され、該大の中に入ってくる掘削液の流れに応答して回転するように している。第4図乃至第6図において、回転手段は、符号(26)で表わした流 れ遮断手段を備えており、回転手段(25)と共に回転可能に配備される。流れ 遮断手段(26)は、流れを間欠的に遮断するもので、回転手段(25)が回転 したとき、通路(18a)〜(18c)の2つ又は1つの流れを遮断する。符号 (27)で表わされた流れ方向規制手段が回転手段の上流に設けられ、掘削流体 が回転手段(25)に衝突するように方向状めし、回転手段を回転できるように している。Drilling fluid flows from the passage of the drill string S through the drill bit D and out from the nozzle. It flows in the opposite direction. In the illustrated embodiment, the drilling fluid is circulated downwards. and pass through the passage of the drill string S to the hole (14) in the upper body of the drill bit D. is released from the passages (18a) to (18c) and sent to the bottom B of the excavated hole. It will be done. A new excavation hole is created by scraping off soil etc. with a conical cutter (16). It is made to. The flow response means F causes the passages (18a) to (18c) to At least one is alternately opened and closed, and the pressure of the fluid flowing through the passages (18a) to (18c) It increases power and increases speed. The flow response means F is represented by the symbol (25). The rotation means (25) are arranged in the hole (14) in the upper body part. and rotate in response to the flow of drilling fluid entering the container. are doing. In FIGS. 4 to 6, the rotating means is a flow It is equipped with a blocking means and is rotatably arranged together with the rotating means (25). flow The blocking means (26) is for intermittently blocking the flow, and the rotating means (25) rotates. When this happens, two or one of the flows in the passages (18a) to (18c) is shut off. sign A flow direction regulating means represented by (27) is provided upstream of the rotating means, and the drilling fluid is oriented so that it collides with the rotating means (25), so that the rotating means can be rotated. are doing.

回転手段(25)は円筒形のロータ(25a)であって、該ロータの上端部は丸 い形状にしている。回転ロータ(25a)は円筒形であり、ロータ(25a)の 外表面と上本体部の穴(14)の内壁(12b)との間に環状の空間を形成して いる。回転ロータ(25a)は、スラスト及びラジアルベアリング取付部材(2 8)により、穴(14)の中にて回転可能に設けられる。取付部材(28)は、 下本体部の中に埋設され、穴(14)の円形の底面(12e)の中心部から上向 きに突出している。取付部材(28)は、ロータ(25a)底部の凹部に配備さ れた支持ベアリング(29)を受(プ、これによってベアリング支持部材(25 )が、スラスト及びラジアルベアリング取付部材(28)と協同作用してロータ を回転可能に取り付ける手段を構成している。The rotating means (25) is a cylindrical rotor (25a), and the upper end of the rotor is rounded. It has a nice shape. The rotating rotor (25a) has a cylindrical shape, and the rotor (25a) has a cylindrical shape. An annular space is formed between the outer surface and the inner wall (12b) of the hole (14) in the upper body part. There is. The rotating rotor (25a) has a thrust and radial bearing mounting member (25a). 8) is rotatably mounted in the hole (14). The mounting member (28) is It is buried in the lower body part and extends upward from the center of the circular bottom surface (12e) of the hole (14). It stands out. The mounting member (28) is arranged in a recess at the bottom of the rotor (25a). The bearing support member (25) is received by the bearing support member (25). ) cooperates with the thrust and radial bearing mounting member (28) to rotate the rotor. It constitutes a means for rotatably attaching the.

第1図及び第2図を参照すると、ロータ(25a)は周面に一定の間隔をあけて 複数の羽根(30)を配備しており、該羽根(vanes)は、ロータ(25a )の外表面から半径方向外向きに突出し、ロータ(25a)と内壁(12b)と の間に形成された環状の空間部を伸びている。羽根(30)はロータ(25a) の外周部に所定の間隔をあけて設けており、流体衝突面(30a)が掘削液の流 れを受けることによって、羽根を駆動し、ロータ(25a)に回転運動を与える ようにしている。Referring to FIGS. 1 and 2, the rotor (25a) is spaced at regular intervals on the circumference. A plurality of vanes (30) are provided, and the vanes (vanes) are connected to the rotor (25a). ) protrudes radially outward from the outer surface of the rotor (25a) and the inner wall (12b). It extends through the annular space formed between the two. The blade (30) is the rotor (25a) The fluid collision surface (30a) is provided at a predetermined interval on the outer periphery of the drilling fluid. By receiving this, the blades are driven and the rotor (25a) is given rotational motion. That's what I do.

流れ方向規制手段(27)は、第1の固定取付リング(31a)と第2の固定取 付リング(31b)か軸心を同じくして設けられ、両リング間には複数の固定羽 根(32)が溶接等によって取り付けられる。固定羽根(32)は半径方向に伸 び、第1及び第2の固定取付リング(31a)(31b)に跨がっている。各羽 根(32)の流体衝突面(32a)は、回転羽根(30)の流体衝突面(30a )とは逆向きに傾斜させており、固定羽根表面(32a)によって方向が規制さ れた掘削液が回転羽根表面(30a)に衝突し、ロータ(25a)に回転運動を 与えることができる。The flow direction regulating means (27) includes a first fixed mounting ring (31a) and a second fixed mounting ring. The attached ring (31b) is provided with the same axis, and there are a plurality of fixed wings between both rings. A root (32) is attached by welding or the like. The fixed vanes (32) extend in the radial direction. and straddles the first and second fixed attachment rings (31a) (31b). each feather The fluid collision surface (32a) of the root (32) is the fluid collision surface (30a) of the rotating blade (30). ), and the direction is regulated by the fixed blade surface (32a). The excavating fluid collides with the rotating blade surface (30a), causing rotational movement to the rotor (25a). can give.

同心の取付リング(31a)と取付リング(31b)は、固定羽根(32)と協 同作用することによって固定羽根取付手段を構成し、掘削液が回転羽根(30) と衝突する方向に流れるように羽根(32)を固定する。セットねじを用いて外 側取付リング(31a)と上本体部(lla)の上部とをねじ止めし、取付リン グ(31a)と取付リング(31b)を適当な位置に保持している。固定羽根( 32)はロータと穴(14)の円筒形の内壁(12b)との間の環状空間に位置 しており、環状空間に入ってくる流体を斜め下向きの方向に規制し、回転羽根( 30)に直接衝突させ、ロータに回転を与えることができる。固定羽根は一定方 向の渦流を生じさせ、この渦流はロータの羽根に向かつて流ね、次にロータ(2 5a)と内壁(12b)との環状空間を下方に向けて流し続け、通路(L8a) 〜(18c)の第1の開口(19b)に向けて流体を送る。The concentric mounting ring (31a) and mounting ring (31b) cooperate with the fixed vane (32). The same action constitutes a fixed blade attachment means, and the drilling fluid is attached to the rotating blade (30). The blade (32) is fixed so that it flows in the direction in which it collides with the blade. Use the set screw to remove Screw the side mounting ring (31a) and the top of the upper body part (lla), and then tighten the mounting ring. The ring (31a) and the mounting ring (31b) are held in place. Fixed blade ( 32) is located in the annular space between the rotor and the cylindrical inner wall (12b) of the hole (14). The fluid entering the annular space is regulated in a diagonally downward direction, and the rotating blade ( 30) to give rotation to the rotor. Fixed blades are fixed The vortex flows towards the rotor blades, and then towards the rotor (2). 5a) and the inner wall (12b) to continue flowing downward, and the passage (L8a) The fluid is sent toward the first opening (19b) of (18c).

第1図に示す流れ遮断手段(26)はロータ(25a)の底部に設けられ、ロー タと穴(14)の内壁(12b)との環状空間に向けて、ロータから半径方向外 向きに突出しており、ロータと共に回転して通路(18a)〜(18c)の内の 少なくとも1つの通路を間欠的に遮断する。種々の形状の流れ遮断手段(26) を第4図乃至第6図に示している。流れ遮断手段は、半径方向に伸びる少なくと も1つのフランジ又は突出部を有している。第4図において、突出部は符号(2 6a) (26b)で示しており、ロータ(25a)と内壁(12b)との間の 環状空間内を半径方向外向きに伸びている。第4図を参照すると、突出部(26 a)(26b)は各々が約45度の円弧を有している。2つの突出部の間は12 0度の円弧分の間隔が設けられている。The flow blocking means (26) shown in FIG. 1 is provided at the bottom of the rotor (25a) and radially outward from the rotor toward the annular space between the rotor and the inner wall (12b) of the hole (14). It protrudes in the direction, rotates together with the rotor, and rotates through the passages (18a) to (18c). At least one passageway is intermittently blocked. Flow blocking means (26) of various shapes are shown in FIGS. 4 to 6. The flow interruption means includes at least one radially extending It also has a flange or protrusion. In FIG. 4, the protrusion is indicated by the symbol (2). 6a) (26b), between the rotor (25a) and the inner wall (12b) Extending radially outward within the annular space. Referring to FIG. 4, the protrusion (26 a) (26b) each have an arc of approximately 45 degrees. 12 between the two protrusions An interval corresponding to an arc of 0 degrees is provided.

ロータ(25a)の回転によって、突出部(26a) (26b)はポート(1 8a)〜(18c)の内の2つのポートを一度にカバーようにしているから、流 体は、開状態で残された通路に集中し、その通路を流れる流体圧力を大きくし、 この通路内の流れを強くすることができる。このように通路中の流れを増圧した ことによって、一時的に開いた通路(18a) (第1図参照)を出た掘削液の 流れ方向をクロスさせることができる。この結果、流体は矢印(21)で示す方 向に送られ、掘削物C−1、C−2の除去効果を高めることができる。Due to the rotation of the rotor (25a), the protrusions (26a) (26b) Since two ports from 8a) to (18c) are covered at once, there is no flow. The body concentrates on the passageway left open, increasing the fluid pressure flowing through that passageway, The flow within this passage can be strengthened. In this way, the pressure of the flow in the passage was increased. As a result, the drilling fluid exiting the temporarily opened passage (18a) (see Figure 1) Flow directions can be crossed. As a result, the fluid flows in the direction indicated by the arrow (21). The removal effect of the excavated materials C-1 and C-2 can be enhanced.

第5図を参照すると、流れ遮断手段(26)の他の実施例を示しており、円弧角 45度の突出部(26a)と円弧角が45度よりも大きい突出部(26c)を有 している。Referring to FIG. 5, another embodiment of the flow blocking means (26) is shown, in which the arc angle It has a 45 degree protrusion (26a) and a protrusion (26c) with an arc angle larger than 45 degrees. are doing.

第6図を参照すると、単一の突出部(26d)を示しており、この突出部の円弧 は120度よりも大きいが、180度よりも小さい。何れの実施例の場合も、ロ ータ(25a)の回転によって通路(18a)〜(18c)が交互に開閉し、3 つの通路の内、1つ又は2つの通路の中を断続的に集中して流すことにより、例 えば(18a)の如き開通路の中を流れる流体の圧力を高め、速度を速めること ができる。この結果、流体の流れはクロスし、掘削穴の底部に対して大きな力で 流体を衝突させることができる。従って、掘削効果を向上させることができる。Referring to Figure 6, a single protrusion (26d) is shown, the arc of this protrusion is greater than 120 degrees but less than 180 degrees. In either embodiment, the The passages (18a) to (18c) are alternately opened and closed by the rotation of the motor (25a). By intermittently concentrating the flow in one or two of the two passages, e.g. For example, increasing the pressure and speed of the fluid flowing in an open channel such as (18a) Can be done. As a result, the fluid flow crosses and exerts a large force against the bottom of the wellbore. Fluids can collide. Therefore, the excavation effect can be improved.

掘削条件に応じた圧力及び速度を発生させるためには、突出部の個数及び円弧の 大きさを変えることにより対応できるが、これらの変更は本発明の範囲内に含ま れるものである。In order to generate pressure and speed according to excavation conditions, the number of protrusions and the arc This can be accommodated by changing the size, but these changes are not included within the scope of the present invention. It is something that can be done.

本発明の利点は下記に示す数式によって表現することができ、この数式はダウン ホール掘削の掘削泥水の循環に適用できる。泥水は、容積式ポンプによって一定 流量ずつ、ドリルストリングからドリルビットに向かって流れる。従って、流路 としての中空部を流体が流れているときは、流量は常に一定であり、下記の数式 からめることができる。通路の中を流れる流体の噴射速度(jet veloc ity)はAnが小さくなれば増大する。The advantages of the present invention can be expressed by the formula shown below, which is Applicable to circulation of drilling mud during hole drilling. Mud water is kept constant by a positive displacement pump flow from the drill string towards the drill bit. Therefore, the flow path When a fluid is flowing through a hollow part, the flow rate is always constant, and the following formula Can be intertwined. The jet velocity of the fluid flowing in the passage (jet veloc) ity) increases as An becomes smaller.

従って、噴射速度が速くなれば、噴射衝撃力は次の通り大きくなる。Therefore, as the injection speed increases, the injection impact force increases as follows.

I f=0.000516.c+ Q〜71但し、記号の意味は次の通りである 。If=0.000516. c+ Q~71 However, the meanings of the symbols are as follows .

Q:循環量(gpm) p:(ロー)泥水重量(lb/gal)へ〇:ノズル面積(in”) vn:噴射速度(ft/5ec) If:噴射衝撃力(1b) このように、一定の流量から得られる最大の水圧エネルギーを利用し、1本のノ ズルから泥水を断続的に流出させることにより、より一層大きな衝撃力と速度を 与え、より大きな力によって掘削物を循環させることができる。泥水は、掘削穴 の底部に対して大きな衝撃力と速い速度で衝突するから、穴の底部に当たって方 向を変え、いわゆるクロスフロー(cross−flow)の流れを達成できる 。Q: Circulation amount (gpm) p: (low) Mud water weight (lb/gal) 〇: Nozzle area (in”) vn: injection speed (ft/5ec) If: Injection impact force (1b) In this way, the maximum hydraulic energy obtained from a constant flow rate is utilized to By letting muddy water flow out intermittently from the Zuru, even greater impact force and speed can be generated. This allows the excavated material to be circulated with greater force. muddy water drilling hole Because it collides with the bottom of the hole with a large impact force and high speed, it is difficult to hit the bottom of the hole. It is possible to change the direction and achieve a so-called cross-flow flow. .

次に、循環力を高めたドリルビットの第2の実施例D−1を第7図に示している 。この第2の実施例は、符号D−1を付しているが、第1の実施例りと同じ要素 については、同じ番号を付して説明する。Next, a second embodiment D-1 of the drill bit with increased circulation force is shown in Fig. 7. . This second embodiment is designated by the reference numeral D-1, but has the same elements as the first embodiment. will be explained using the same numbers.

弁を速やかに閉じて流体の流れを急に停止させ、弁の閉止効果としてだけではな く、流体過渡現象を生じさせることによって圧力を高めることは、これまでにも 知られている。この流体過渡現象というのは、弁を突然閉じることによって圧力 波が発生し、この圧力波が上流に向かって進行し、任意の反射面からの反射が遮 断する現象をいう。この流体過渡現象は、通路(18a)〜(18c)の任意の 通路を突然遮断することによってドリルビットDの中で発生させることができる 。この流体過渡現象による圧力波は内式(14)の中を伝わっていく。循環ドリ ルビットの第2の実施例D−1は第1の実施例りの主要な特徴を備えると共に、 ツール本体内の任意の通路を流れる流体を遮断することによって生じる反射圧力 波の作用効果を実質的に利用する手段を更に備えている。Close the valve quickly to abruptly stop fluid flow, and do more than just act as a valve closing effect. Increasing pressure by creating fluid transients has never been done before. Are known. This fluid transient is a phenomenon in which pressure is reduced by suddenly closing a valve. A wave is generated and this pressure wave travels upstream, blocking reflections from any reflective surface. This refers to the phenomenon of disconnection. This fluid transient phenomenon occurs in any of the passages (18a) to (18c). can be generated in the drill bit D by suddenly blocking the passage . The pressure wave due to this fluid transient phenomenon propagates through the inner equation (14). circulation dori Rubit's second embodiment D-1 has the main features of the first embodiment, and Reflected pressure created by blocking fluid flowing through any passageway within the tool body It further includes means for substantially utilizing the effects of waves.

第7図を参照すると、ドリルビットD−1は第1の実施例のドリルビットDと同 じようにしてドリルストリングSに取り付けることができるようにしている。ド リルストリングSは、ドリルビットD−1の本体(50)を受けるためのボック ス型ネジ、即ち雌ネジ(10)を有している。本体(50)は、円錐台形状をし た上本体部(50a)を有しており、上方に向けて先細のテーパ面(50b)に ネジ部を形成し、ドリルストリングSの雌ネジ(10)に螺合している。本体( 50)は、更に中間本体部(50c)と下本体部(50d)を有している。本体 部(50a) (50c) (50d)は一体に形成され、通常は鍛造したスチ ール部材から機械加工によって作られる。Referring to FIG. 7, the drill bit D-1 is the same as the drill bit D of the first embodiment. It can be attached to the drill string S in the same manner. de The drill string S is a box for receiving the main body (50) of the drill bit D-1. It has a female thread (10). The main body (50) has a truncated conical shape. The upper body part (50a) has a tapered surface (50b) that tapers upward. It forms a threaded portion and is screwed into the female thread (10) of the drill string S. Main body ( 50) further includes an intermediate body portion (50c) and a lower body portion (50d). Main body The parts (50a), (50c), and (50d) are integrally formed, and are usually made of forged steel. It is made by machining from a roll part.

第1の実施例のドリルビットDの下本体部(llb)と同じように、下本体部( 50d)には円周方向に一定の間隔をあけて3本の支持脚(15b)を下向きに 突設している。第7図では、1本の支持脚(15b)Lか図示していないが、実 際には、下本体部(50d)の底部の周囲に120度の間隔を存して円周方向に 3本の支持脚(15b)を設けていることは理解されるべきである。当該分野で 知られているように、支持脚(15b)の各々には、円錐型カッター(16)が 密閉ベアリングによって取り付けられており、ドリルストリングSの回転に応答 してドリルビットD−1が回転し、土等を掘削できるようにしている。The lower body part (llb) is the same as the lower body part (llb) of the drill bit D in the first embodiment. 50d), three support legs (15b) are placed downward at regular intervals in the circumferential direction. It is installed protrudingly. Although one support leg (15b) L is not shown in Fig. 7, it is actually In this case, there are 120 degree intervals around the bottom of the lower body part (50d) in the circumferential direction. It should be understood that three support legs (15b) are provided. in the field As is known, each support leg (15b) has a conical cutter (16). Mounted by sealed bearings and responds to rotation of drill string S Then, the drill bit D-1 rotates so that soil or the like can be excavated.

下本体部(50d)には、円周方向の3カ所に所定の間隔を存してノズルランド 部(17)を下向きに突設しており、底部ノズル面(17a)が支持脚(15b )の間に位置している。The lower body portion (50d) has nozzle lands at three locations at predetermined intervals in the circumferential direction. (17) protrudes downward, and the bottom nozzle surface (17a) is connected to the support leg (15b). ) is located between.

符号(51)で示す穴は、上本体部(50a)と中間本体部(50c)の内部を 機械加工することによって形成され、後記するように、ドリルストリングの中空 部と掘削穴の底部を連通している。穴(51)は、ドリルビットの上本体部(5 0a)の上穴部(51a)、中間本体部(50c)の下穴部又は中間穴部(51 b)とから構成される。第7図の断面図を参照すると、上穴部(51a)は略円 筒形の部分(52a)が反転円錐形の頭を切った表面部(52b)に集まって収 束している。中間穴部(51b)は略円筒形の壁(53a)から形成され、その 底部は円形面(53b)となっている。The hole indicated by the symbol (51) opens the inside of the upper body part (50a) and the middle body part (50c). Hollow holes in the drill string formed by machining and described below and the bottom of the drilled hole. The hole (51) is located in the upper body part (5) of the drill bit. 0a) upper hole portion (51a), lower hole portion or intermediate hole portion (51a) of the intermediate body portion (50c) b). Referring to the cross-sectional view of FIG. 7, the upper hole portion (51a) is approximately circular. The cylindrical portion (52a) gathers and stores on the truncated surface portion (52b) of the inverted cone. It's bundled. The intermediate hole portion (51b) is formed from a substantially cylindrical wall (53a), and its The bottom part is a circular surface (53b).

中間穴部(51b)の上部には、更に、符号(53c)で示されるレッジ(le dge)部を設けており、該レッジ部は環状であって、反転した円錐台形状の穴 部(52b)に連通している。中間本体部又は下本体部における穴部(51b) の円筒壁部(53a)の内径は、上穴部(51a)の円筒部(52a)の直径に 略等しい。なお、本体(50)の中心線は符号(54)であり、これは穴部(5 1a) (51b)と同じである。In the upper part of the intermediate hole part (51b), there is further a ledge (le) indicated by the symbol (53c). dge) portion, and the ledge portion is annular and has an inverted truncated conical hole. (52b). Hole portion (51b) in the intermediate body portion or lower body portion The inner diameter of the cylindrical wall portion (53a) is equal to the diameter of the cylindrical portion (52a) of the upper hole portion (51a). Almost equal. Note that the center line of the main body (50) is indicated by the symbol (54), and this 1a) Same as (51b).

通路(55a)は複数箇所に設けられ、各通路は中間穴部(51b)の底部の円 形面(53b)から下本体部(50d)を通り、ランド部(17)の表面に開口 している。第7図の断面図を参照すると、通路(55a)はS字状に形成され、 内側の穴部(51a)及び(51b)からツール本体の残部を通り、掘削穴Bに 流体が通じるようにしている。実施例りの最良の形態では、通路は3カ所に設け ているが、第7図には1つの通路(55a)だけを示している。しかしながら、 第3図の第1実施例りに示した通路(18a)〜(18c)の場合と同じように 、通路は周方向の3カ所に120度の間隔を存して形成されていることは理解さ れるべきである。各通路(55a)の端部には、第1の実施例りについて説明し たように、ノズル(20)を配備している。各通路(55a)は、第3図のもの と同じように円筒形であり、各通路の中心点(55b)は底面(53b)と同一 平面内にある。The passages (55a) are provided at multiple locations, and each passage is provided in a circle at the bottom of the intermediate hole (51b). An opening passes through the lower body part (50d) from the shaped surface (53b) to the surface of the land part (17). are doing. Referring to the cross-sectional view of FIG. 7, the passage (55a) is formed in an S-shape, Pass through the rest of the tool body from the inner holes (51a) and (51b) and into the drilled hole B. Allows fluid to flow. In the best mode of the embodiment, passages are provided in three locations. However, only one passageway (55a) is shown in FIG. however, In the same way as in the case of the passages (18a) to (18c) shown in the first embodiment of FIG. It is understood that the passages are formed at three locations in the circumferential direction at intervals of 120 degrees. Should be. At the end of each passage (55a), there is a description of the first embodiment. The nozzle (20) is arranged as shown in FIG. Each passage (55a) is as shown in Fig. 3. The center point (55b) of each passage is the same as the bottom (53b). lies within the plane.

次に、中間穴部(51b)の環状レッジ部(53c)について具体的に説明する 。第7図の環状表面(53c)の断面図を参照すると、表面(53c)は2か所 が示されている。Next, the annular ledge portion (53c) of the intermediate hole portion (51b) will be specifically explained. . Referring to the cross-sectional view of the annular surface (53c) in FIG. 7, the surface (53c) has two locations. It is shown.

各表面の形状は、放物反射面又は放物面である。放物面(53c)は下記の放物 線公式に基づいて得られた放物線の一部である。The shape of each surface is a parabolic reflective surface or a paraboloid. The paraboloid (53c) is the following paraboloid This is a part of a parabola obtained based on the line formula.

y”=4ax なお、aは放物線の焦点、X及びyは座標である。X座標は実際には中心線(5 4)と平行であり、X座標は中心線(54)と直交している。放物面(53c) を形成するために、焦点aは、開口(55a)が底面(53b)と交差する中心 点(55b)と、放物線の曲面部(53c)の頂点を結ぶ線(56)の線上に設 ける。この線(56)は、通路(5Sa)の軸線でもある。第7図の断面図では 、放物面は2か所に示されているだけであるが、実際は中心線(54)の周りに 環状面として形成されている。放物面を環状に設ける理由は、反射面を形成する ことにより、過渡的なサージ圧(transient pressure su rges)を受け、そのサージ圧力の一部を通路(55a)の焦点(55b)に 向けて反射させるためである。このように構成したことにより、過渡的なサージ 圧力は、反射して通路(55a)に戻され、何かによって遮断されない限り、通 路から外方に向けて送られる。y”=4ax Note that a is the focal point of the parabola, and X and y are the coordinates. The X coordinate is actually the center line (5 4), and the X coordinate is perpendicular to the center line (54). Paraboloid (53c) The focal point a is the center where the aperture (55a) intersects the bottom surface (53b) Set on the line (56) connecting the point (55b) and the vertex of the curved surface part (53c) of the parabola. Let's go. This line (56) is also the axis of the passage (5Sa). In the cross-sectional view in Figure 7 , the paraboloid is only shown in two places, but in reality there is a paraboloid around the center line (54). It is formed as an annular surface. The reason for creating a paraboloid in an annular shape is to form a reflective surface. By this, transient pressure rges) and directs a portion of the surge pressure to the focus (55b) of the passage (55a). This is to reflect the light toward the target. This configuration prevents transient surges. The pressure is reflected back into the passageway (55a) and remains open unless blocked by something. Sent outward from the road.

実施例D−1についても、流れ方向規制手段(27)を設けることができる。流 れ方向規制手段(27)は、同心円状に設けた外側の第1固定リング(31a) と内側の第2固定リング(31b)が軸心を同じくして設けられ、両リング間に は複数の固定羽根(32)が溶接等によって取り付けられる。固定羽根(32) は半径方向に伸び、第1及び第2の取付リング(31a) (31b)に跨がっ ている。Also in Example D-1, a flow direction regulating means (27) can be provided. style The direction regulating means (27) includes an outer first fixing ring (31a) provided concentrically. and the inner second fixing ring (31b) are provided with the same axis, and there is a space between both rings. A plurality of fixed blades (32) are attached by welding or the like. Fixed blade (32) extends in the radial direction and straddles the first and second mounting rings (31a) and (31b). ing.

流れ回転手段(60)はロータ(61)であって、該ロータは上穴部(51a) 及び(51b)の中に設けられ、流れ方向規制手段(27)を通過する流体に応 答して回転するようにしている。ロータ(61)は、漏斗状に形成され、上ロー タ部(61a)と下ロータ部(61b)から構成される。上ロータ部(61a) の上端にはドーム状又は丸い上端部(61c)を突設している。上端部(61C )は、流れ方向規制手段(27)の内側リング(31b)の中に嵌まっている。The flow rotation means (60) is a rotor (61), which rotor has an upper hole (51a). and (51b) in response to the fluid passing through the flow direction regulating means (27). I'm trying to make it rotate in response to the answer. The rotor (61) is formed in a funnel shape, and has an upper rotor. It consists of a rotor part (61a) and a lower rotor part (61b). Upper rotor part (61a) A dome-shaped or rounded upper end portion (61c) is protruded from the upper end. Upper end (61C ) is fitted into the inner ring (31b) of the flow direction regulating means (27).

上ロータ部(61a)は略円筒形の形状であって、最小直径の中間点に繋がって いる。この中間点の位置は上穴部(51a)と下穴部(51b)とが交差する平 面内にあり、この平面は環状の放物面(53c)を通過している。下ロータ部( 61b)は漏斗状の形状をしており、小径の上部と略円筒形の下部とから構成さ れる。下ロータ部(61b)の下端部は、符号(26)で示す突出部(26)が 設けられ、流れを遮断できるようにしている。この突出部(26)は、実施例り について既に説明したように、流れ遮断手段としての突出部と同じである。更に 、ロータ(61)の取付についても、実施例りのロータ(25)の場合と同様で あり、ロータ(61)は、スラスト及びラジアルベアリング取付部材(28)を 介して下穴部(51b)の中に回転可能に設けられている。取付部材(28)は 、下本体部に埋設され、底穴部(51b)の円形面(53b)の中心から上向き に突出している。取付部材(28)には、下ロータ部(61b)底部の凹部に設 けられた支持ベアリングが嵌まっており、ロータ(61)は、底部のラジアル部 材(28)及び頂部における同心リング(31b)の円筒状内壁によって回転可 能に配備される。ロータ(61)は複数の羽根(63)が上ロータ部(61a) の周囲に配置され、第1図及び第2図のロータ(25)の回転運動と同じように 、流体の流れに応答してロータが回転駆動できるように傾斜をつけている。The upper rotor part (61a) has a substantially cylindrical shape, and is connected to the midpoint of the minimum diameter. There is. The position of this intermediate point is located at the intersection of the upper hole part (51a) and the lower hole part (51b). This plane passes through an annular paraboloid (53c). Lower rotor section ( 61b) has a funnel-like shape and consists of a small diameter upper part and a substantially cylindrical lower part. It will be done. The lower end of the lower rotor part (61b) has a protruding part (26) indicated by the symbol (26). It is installed so that the flow can be blocked. This protrusion (26) is similar to the embodiment. As already explained, this is the same as the protrusion as a flow blocking means. Furthermore The installation of the rotor (61) is the same as that of the rotor (25) in the example. Yes, the rotor (61) has a thrust and radial bearing mounting member (28). It is rotatably provided in the prepared hole portion (51b) through the hole. The mounting member (28) , buried in the lower body part, facing upward from the center of the circular surface (53b) of the bottom hole part (51b). It stands out. The mounting member (28) has a recess installed in the bottom of the lower rotor part (61b). The rotor (61) is fitted with a hollow support bearing, and the rotor (61) is mounted on the bottom radial section. rotatable by the cylindrical inner wall of the material (28) and the concentric ring (31b) at the top. Deployed to capacity. The rotor (61) has a plurality of blades (63) in the upper rotor part (61a). is arranged around the rotor (25) in the same way as the rotational movement of the rotor (25) in Figs. , the rotor is sloped so that it can be rotated in response to fluid flow.

第1図乃至第6図の実施例において既に説明したが、流体の流れを集中して圧力 と速度を大きくするために、ドリルビットDは、通路(18a)〜(18e)の 内、1つの通路の中に流体を通過させる構造どしており、流体は掘削穴Bの底部 に対してより大きな力で衝突し、横方向に流れを変え、掘削力を高めることがで きる。流れ遮断手段(26)の突出部の形状については、既に第3図乃至第6図 を参照して説明した通りである。どの形状の場合も、流体は少なくとも1つの通 路の中を間欠的に流れ、他の通路は第5図の符号(26c)で示す突出部によっ て遮断される。本発明の実施例の場合、突出部(26c)が通路(55a)の位 置にきたとき、その通路を通る流体の流れは遮断し、圧力サージ波が発生し、こ の圧力波は上流に進行し、環状の放物面(53c)からの反射は停止する。この 圧力サージは、反射面どうしの間で何回も反射した後、消滅する。これら圧力波 の一部は通路の開口(19b)の中に入り、その時点では遮断されないから、通 路(55a)〜(55e)の流れを強くすることができる。As already explained in the embodiments shown in FIGS. 1 to 6, the fluid flow is concentrated and the pressure is In order to increase speed, the drill bit D is inserted into the passages (18a) to (18e). The structure allows fluid to pass through one of the passages, and the fluid flows through the bottom of the drilled hole B. It is possible to collide with a larger force against the ground, change the flow in the lateral direction, and increase the digging force. Wear. The shape of the protrusion of the flow blocking means (26) has already been shown in FIGS. 3 to 6. As explained with reference to. In all shapes, the fluid flows through at least one channel. The flow is intermittently in the passage, and the other passages are provided by the protrusion indicated by the reference numeral (26c) in Figure 5. is blocked. In the case of the embodiment of the present invention, the protrusion (26c) is located in the passageway (55a). When the fluid reaches the bottom, fluid flow through that passage is blocked, creating a pressure surge wave that The pressure wave advances upstream, and the reflection from the annular paraboloid (53c) stops. this After the pressure surge reflects many times between reflective surfaces, it disappears. These pressure waves A part of the passage enters the passage opening (19b) and is not blocked at that point, so the passage is not blocked. The flow of paths (55a) to (55e) can be strengthened.

過渡圧力サージ、即ち圧力波が発生すると、1つ又は2つ以上の通路(55a) を流れる液の流れを遮断することによって生じる圧力を大きくすることができる 。When a transient pressure surge or pressure wave occurs, one or more passages (55a) The pressure created by blocking the flow of liquid can be increased. .

これについては次の数式によって示すことができる。This can be shown by the following formula.

なお、各記号の意味は次の通りである。The meaning of each symbol is as follows.

a:圧力波の速度(ft/5ec) K:流体の体積弾性係数(lb/ft”)ρ:西−1流体の密度(lb/ft” )Δ:微少変化量 H:圧力(ヘッド、feet) g:重力加速度(ft/5ec”) ■二流体の速度(ft/5ee) これらの数式によれば、通路(55a)〜(55c)内の圧力と流速は、通路を 流れる流体の遮断によるだけではなく、発生した圧力ザージによっても上昇する 。a: Speed of pressure wave (ft/5ec) K: bulk modulus of fluid (lb/ft") ρ: density of west-1 fluid (lb/ft" ) Δ: Minute change amount H: Pressure (head, feet) g: Gravitational acceleration (ft/5ec”) ■Velocity of two fluids (ft/5ee) According to these formulas, the pressure and flow velocity within the passages (55a) to (55c) are It increases not only due to the blockage of flowing fluid, but also due to the generated pressure surge. .

環状の放物面(53c)は、中間穴部(51b)の円筒壁部(53a)から半径 方向内向きに形成されており、圧力サージ又は圧力波を受けると下方に向けて反 射させ(図面でみた場合)、各通路(55a)の中心にある焦点(55b)にこ れらの圧力波を集中させる。環状面(53a)と周囲に配置した通路とは、軸線 がほぼ揃うようにしている。The annular paraboloid (53c) has a radius from the cylindrical wall (53a) of the intermediate hole (51b). It is formed so that it faces inward, and when it receives a pressure surge or pressure wave, it recoils downward. (as seen in the drawing), and the focal point (55b) at the center of each passageway (55a). concentrate these pressure waves. The annular surface (53a) and the passage arranged around the axis I'm trying to make sure that it's almost the same.

焦点(55b)にて圧力波を集中させるには、放物面によって反射される平行波 は放物面の焦点を通過するという確立された科学的原理に基づくものである。3 つの通路(55a)の各々の中心における焦点の周りを、環状の放物面(53a )のセグメントで形成することにより、圧力サージの一部はその焦点に向けて反 射され、反射波は、通路が開いておればその通路から外に出ていく。To concentrate the pressure wave at the focal point (55b), a parallel wave reflected by the paraboloid is used. is based on the established scientific principle of passing through the focus of a paraboloid. 3 An annular paraboloid (53a ), part of the pressure surge is reflected towards its focus. If the passage is open, the reflected wave will go out through the passage.

この結果、中間穴部(51b)内での流体過渡現象が、通路(55a)〜(55 c)を通過すると、本体から外に出ていく流体の流れのチャンネル化(chan nelization)率は更に向上する。流れのチャンネル化が大きくなると 、クロスフロー率はさらに大きくなり、掘削作業を行なう間、掘削物はより効率 良く、環状部を通じて外に送り出すことができる。As a result, fluid transient phenomena within the intermediate hole (51b) are prevented from occurring in the passages (55a) to (55). c) Channelization of the fluid flow exiting the body after passing through nelization) rate is further improved. As the channelization of the flow increases , the cross-flow rate will be even greater, and the excavated material will be more efficient during drilling operations. If so, it can be sent out through the annular section.

本発明の前記開示及び説明は例示的なものであって、サイズ、形状及び材料につ いて種々の変形をなすことができる。更に、例示した構造についても本発明の精 神から逸脱することなくなすことができる。例えば、図示したドリルビットの本 体は、3本の脚を有する円錐型のものである。しかし、本発明のドリルビットは 、ダイアモンドビットの如き略円筒形のドリルビット本体、或いは多結晶ダイア モンドの成形体表面(compactsurfaces)を有する一連のスタッ ドを用いた多結晶ダイアモンドビット等にも適用できる。The foregoing disclosure and description of the invention is illustrative, with respect to size, shape and materials. Various modifications can be made. Furthermore, the illustrated structure also applies to the finer points of the present invention. It can be done without departing from God. For example, the illustrated drill bit book The body is cone-shaped with three legs. However, the drill bit of the present invention , a roughly cylindrical drill bit body such as a diamond bit, or a polycrystalline diamond A series of stacks with compact surfaces of It can also be applied to polycrystalline diamond bits etc.

掘削流体は液体について説明したが、液体に代えて空気の如き気体を用いること もでき、このような掘削流体の変更は本発明の範囲内である。本発明の望ましい 実施例では、ドリルビットD及びドリルビットD−1は、油井やガス井における 竪穴(vertical borehole)について説明したが、油井又はガ ス井の掘削における種々の方向穴の掘削に適用できることは勿論である。Although we have explained that the drilling fluid is a liquid, it is also possible to use a gas such as air instead of a liquid. Also, such drilling fluid modifications are within the scope of the present invention. Desirable aspects of the present invention In the embodiment, the drill bit D and the drill bit D-1 are used in oil wells and gas wells. We have talked about vertical boreholes, but oil wells or gas wells Of course, the present invention can be applied to drilling holes in various directions in drilling wells.

更に、本発明のドリルビットD及びD−1は、採掘、油井の掘削、ガス井の掘削 等における水平方向の作業、即ち横穴を形成するのに用いることもできる。Furthermore, the drill bits D and D-1 of the present invention are suitable for mining, drilling oil wells, drilling gas wells. It can also be used for horizontal operations such as forming horizontal holes.

FIG、3 FIG、4 FIG、7 匡際調査報告FIG, 3 FIG, 4 FIG.7 Compliance investigation report

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.ドリルストリングの端部に取付可能であり、掘削物を掘削穴の底部からより 強力に除去できるようにするため、循環を向上させることのできるドリルビット であって、 ドリル本体は、ドリルストリングに取付可能な上本体部と、複数の円錐型カッタ ーを配備した下本体部とから構成され、 上本体部は、ドリルストリングの中空部に連通する穴を開設し、ドリルストリン グから下向きに流れる掘削流体を受けることができるようにしており、下本体部 は、該本体部を貫通する通路を少なくとも2つ形成し、各通路は第1の端部開口 と第2の端部開口を有しており、通路は、第1の端部開口にて上本体部の穴に連 通し、第2の端部開口に至るまで下本体部の中を伸びており、 上本体部の穴に入ってくる流体の流れに応答して通路を間欠的に開閉させるため に、上本体部の内部に流れ応答手段を設けており、流れを集中させた高速の流体 を、通路の第2の端部から排出して掘削穴の端部に送ることにより、流体の噴射 衝撃力を高め、クロスフローの循環及び掘削物の除去を行なえるようにしている 。1. Can be attached to the end of a drill string to pull the material from the bottom of the hole Drill bit that can improve circulation for powerful removal And, The drill body consists of an upper body part that can be attached to a drill string, and multiple conical cutters. It consists of a lower body part equipped with a The upper body part has a hole that communicates with the hollow part of the drill string, and the drill string The lower body part can receive drilling fluid flowing downward from the lower body. defines at least two passageways through the body, each passageway having a first end opening; and a second end opening, and the passageway communicates with the hole in the upper body portion at the first end opening. extending through the lower body portion to the second end opening; To intermittently open and close the passageway in response to the flow of fluid entering the hole in the upper body. In addition, a flow response means is provided inside the upper body, and the flow is concentrated at high speed. ejecting the fluid by discharging it from the second end of the passageway and delivering it to the end of the wellbore. Increases impact force to enable cross flow circulation and removal of excavated materials. . 2.ドリルストリングの端部に取付可能であり、掘削物を掘削穴の底部からより 強力に除去できるようにするため、循環を向上させることのできるドリルビット であって、 ドリル本体は、ドリルストリングに取付可能な第1の本体部と、複数の円錐型カ ッターを配備した第2の本体部とから構成され、 第1の本体部は、ドリルストリングの中空部に連通する穴を開設し、ドリルスト リングから下向きに流れる掘削流体を受けることができるようにしており、第2 の本体部は、該本体部を貫通する通路を少なくとも2つ形成し、各通路は第1の 端部開口と第2の端部開口を有しており、通路は、第1の端部開口にて第1本体 部の穴に連通し、第2の端部開口に至るまで第2本体部の中を伸びており、 第1本体部の穴に入ってくる流体の流れに応答して通路を間欠的に開閉させるた めに、第1本体部の内部に流れ応答手段を設けており、流れを集中させた高速の 流体を、通路の第2の端部から排出して掘削穴の端部に送ることにより、流体の 噴射衝撃力を高め、クロスフローの循環及び掘削物の除去を行なえるようにして おり、 流れ応答手段は、第1本体部に設けられ、穴に入ってくる流体に応答して回転す る回転手段と、該回転手段に取り付けられ、回転手段が回転したとき、該回転手 段と共に回転して通路を流れる流体を断続的に遮断するための流れ遮断手段を備 えており、第1本体部の穴に圧力サージ反射手段を配備し、流れ遮断手段が通路 内を流れる流体を断続的に遮断することによって穴の中に発生した圧力サージの 少なくとも一部を実質的に利用できるようにしている。2. Can be attached to the end of a drill string to pull the material from the bottom of the hole Drill bit that can improve circulation for powerful removal And, The drill body includes a first body portion attachable to the drill string and a plurality of conical caps. a second main body section equipped with a shutter; The first body part has a hole communicating with the hollow part of the drill string, and the first body part has a hole communicating with the hollow part of the drill string. It is designed to receive the drilling fluid flowing downward from the ring, and the second the body portion of the body portion defines at least two passageways therethrough, each passageway defining a first passageway; an end opening and a second end opening, and the passageway is connected to the first body at the first end opening. a hole in the second body portion and extending through the second body portion to the second end opening; for intermittently opening and closing the passageway in response to the flow of fluid entering the hole in the first body portion; In order to achieve this, a flow response means is provided inside the first main body, and the flow is concentrated at high speed. The fluid is discharged from the second end of the passageway and directed to the end of the wellbore. Increasing the jet impact force to enable cross flow circulation and removal of excavated materials. Ori, The flow responsive means is provided in the first body portion and rotates in response to fluid entering the hole. a rotating means attached to the rotating means, and when the rotating means rotates, the rotating hand Equipped with a flow blocking means that rotates with the stage to intermittently block the fluid flowing through the passage. A pressure surge reflecting means is provided in the hole of the first body part, and a flow blocking means is provided in the passageway. of the pressure surges generated in the hole by intermittent blocking of the fluid flowing through it. At least some of them are made substantially available.
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