JPH06257367A - ボーリングビット - Google Patents

ボーリングビット

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JPH06257367A
JPH06257367A JP4113815A JP11381592A JPH06257367A JP H06257367 A JPH06257367 A JP H06257367A JP 4113815 A JP4113815 A JP 4113815A JP 11381592 A JP11381592 A JP 11381592A JP H06257367 A JPH06257367 A JP H06257367A
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ワセウオロド・セルゲイエヴイッチ・アヴドゥイェフスキー
Vasilovich Ganiev Rifuneru
リフネル・ワシロヴイッチ・ガニエフ
Robert Shakurovich Mufazalov
ロベルト・シャクロヴイッチ・ムファサロフ
Petrovich Saharov Jury
ユーリ・ペトロヴイッチ・サハロフ
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    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B10/18Roller bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 このボーリングビットは、本体(1) に固定さ
れた、岩石を破壊する部材のロール(2) を有する。本体
(1) には、流体動力学的な波動を発生させるための構造
群を配置してあり、この構造群は渦巻き室の形をしてい
て、この渦巻き室には接線方向に配置された流入路(4)
と円錐形に先細になる流出路(5) がある。流出路(5) の
端面は半径方向に円みを付けてある。 【効果】 ボーリング孔の掘り下げの高い効力が確保さ
れ、かつ機械的なボーリング速度やジゼルビットの耐久
性を増大させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、岩石を破壊するボーリ
ング工具に関し、特にボーリングビットに関する。
【0002】
【従来の技術】中空本体を有し、この中空本体に固定さ
れた、岩石を破壊する部材のロールを有するボーリング
ビットが知られている。本体には、交換可能なシリンダ
が配置され、このシリンダは前者に関してピンにより固
定されている。本体にねじ結合によりジゼルビット移行
片が接続され、その内部に本体に対し軸方向に、側方路
および中央路を有する流体動力学上の波動を発生させる
ための構造群のスライドブッシュが格納され、そこに耐
磨耗性のキャップが取りつけられている。ジゼルビット
移行片は内側の環状肩部を有し、この環状肩部は、ブッ
シュを囲んでいてブッシュのフランジ縁と協働するばね
のための支持体として役立つ。
【0003】ボーリング孔にボーリングビットを入れた
後、まずスライドブッシュの中央路を通って洗浄され
る。このとき、ブッシュのフランジ縁には、中央路に配
置されているキャップの圧力降下により条件づけられる
力が作用する。この力の作用下でばねが圧縮され、つい
には側方路がシリンダの端面の下に存在することにな
る。このとき、側方路が開き、そしてブッシュの流体圧
力はばねがブッシュを上方へ戻すほど多く降下し、つい
にはこれらの通路がおおわれ、そしてそのサイクルが繰
り返される。ブッシュの下降運動のときに、このブッシ
ュとジゼルビット移行片の間の空間に存在する洗浄液が
溢流開口を通って上方へ排出される。
【0004】ブッシュの振り子運動の周波数は、ポンプ
効率と大ノズルキャップの横断面により調整できる。周
知のボーリングビットは、次の理由からボーリング技術
の今日の要求を満足しないしかつ有効なボーリング孔の
掘り下げを保証しない。すなわち、 −発生した流体運動力学上のボーリング液の脈動は、そ
の低い周波数と小さい振幅のため岩石の破壊に寄与しな
いし、かつ機械的な速度とジゼルビットの耐久性のボー
リング特性の拡大を少しも確保しない。
【0005】−構造の複雑さは製造と組立の観点から見
て製造コストを増加させる。 −構造に可動な構造群と要素が存在しても、特にボーリ
ング液のすり減らし媒体において必要な耐用年数および
安全を保証しない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ボー
リング液の乱流の発生により、液体の流れにより発生し
た流体動力学上の波動の方向づけられた作用の高いエネ
ルギーを、準備した周波数スペクトルでもってボーリン
グ孔近くの領域で利用でき、およびこの領域で負圧の発
生を可能にする、流体動力学上の波動を発生させるため
の構造群のそのような構造的設計を有するボーリングビ
ットを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するに
は、本体を有し、この本体に固定された、岩石を破壊す
る部材と、流体動力学上の波動を発生させるために本体
に配置された構造群とを備えたボーリングビットにおい
て、流体動力学上の波動を発生させるための構造群を、
接線方向に配置された流入路と、円みの付いた端面を有
する円錐形に先細になっている流出路とを有する渦巻き
室の形に設計すればよい。
【0008】これは、岩石破壊の過程を活性化するため
に流体音波を発生させる必要により条件づけられる。渦
巻き室は、準備した周波数スペクトルを有する強い流体
動力学上の波動放射源である。さらに、渦巻き室はボー
リング孔近くの領域に負圧を発生させるが、これはスラ
ッジの破壊と底部洗浄の過程を促進する。渦巻き室の流
出路を狭めるのは、通路直径を減少させると、液体の回
転周波数が渦巻き室と流出接続片の直径の割合に比例し
て減少しかつそれに応じて波動放射の周波数を増加させ
るからである。
【0009】半径方向の円みをつけた流出路の端面の設
計は、ボーリング液体を環状空間に向けるときに液圧の
損失を小さく保つ必要により条件づけられ、そしてボー
リング孔近くの領域での真空度の質の良さも改良され
る。渦巻き室の中空空間を円錐形に設計するのが目的に
かなっている。
【0010】渦巻き室の形状を球形に選択するのは、自
己振動作動中流出路の周期的な液圧自己ロックでもって
働く球形放射源により発生した波動の振幅が高いからで
ある。
【0011】渦巻き室には、その上部にその長手方向軸
線の方向に配置された円錐形の波動反射部材を設け、そ
の際その反射部材の円錐面の母線の傾斜角が円錐面に入
射する波の近寄り角の臨界値の下方に存在するようにす
るのが好都合である。 渦巻き室に円錐形の波動反射部
材を備えることにより、室頭部の中央部分の流体音波の
およびキャビテーション磨耗を阻止して、ボーリングビ
ットの耐用年数を高めることができる。
【0012】音響学上の入射波の近寄り角の臨界値O′
の上方に波動反射部材の円錐面の母線の傾斜角XXを選択
しないのは、異なる密度と圧縮率を有する二つの媒体
(洗浄液と金属)の境界面が反射面、吸収面および折れ
そうな面であることにより条件づけられる。入射波の近
寄り角Oが臨界的な入射角O′より大きくなければ、従
ってO<O′であれば、全反射が行われる。そのような
波動は、最初の媒体(洗浄液)から第二の媒体(金属)
になんらエネルギーを伝達しない。そのために、入射波
の全エネルギーは最初の媒体へ戻るように放射される。
波動伝播方向と境界面の間の角度を近寄り角と呼ぶ。臨
界的な近寄り角O′の余弦は、前者に関して第二の媒体
の屈折率に同じである(スネルの法則)。すなわち、 cos O ′=n =c/c1, ここで c 洗浄液における音速、 c1 金属における音速、 n 屈折率 である。
【0013】流体動力学的な波動を発生させるための構
造群に共鳴室を設け、共鳴室の中空空間を渦巻き室の中
空空間と連結しかつその共鳴室にロッドを有するピスト
ンを長手方向に変位可能に格納するることは有利であ
る。
【0014】これは、発生した波動を、洗浄液の流通量
と密度が異なるときに共鳴周波数に同調させる必要性に
より条件づけられる。共鳴周波数の同調は、スクリュウ
ロッドを用いてピストンを変位させることによりおよび
ピストンの下の共鳴室の容積を変えることにより行われ
る。
【0015】本発明により設計されたボーリングビット
によれば、ボーリング孔の掘り下げの高い効力が確保さ
れる。そのほか、本発明のボーリングビットによれば、
地質学的に複雑な層位(水流出、原油流出、天然ガス流
出のときに陥没域、吸収域で)を通り抜けるときにボー
リング孔壁の波動の増大(Kolmatation)が可能になる。
出願されたボーリングビットを用いると、機械的なボー
リング速度およびジゼルビット耐久性を実質的に増大さ
せることもできる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により詳細
に説明する。本発明によるボーリングビットは本体1を
有し、この本体1には岩石を破壊するロール部材2が固
定されている。本体1には、流体動力学上の波動を発生
させるための構造群が配置されており、この構造群は接
線方向に走る流入路4を有する渦巻き室3である。渦巻
き室3は、非常に円錐形に先細になる流出路5を有す
る。この流出路5の端面6は、半径方向に円みを付けて
設計されている。渦巻き室3には、円錐形の波動反射部
材7(図1、2)が設けられている。この円錐形の波動
反射部材7は、流体音波のおよび流体衝撃波、高周波お
よび超音波の作用を受けて渦巻き室3の頭部の磨耗を阻
止するのに役立ち、かつ流体音波の波動集中部材として
の役割をもっている。
【0017】渦巻き室(図3、4)の本体として、ボー
リングビット1の本体1も役立つことができる。発生し
た波動の振幅および岩石破壊の有効性を高めるために、
接線方向の流入路4および中央の流出路5を有する球形
の渦巻き室3(図5)に設計することができる。
【0018】ボーリング効率を高めるために、渦巻き室
3(図6)に共鳴室8を形成することができ、その共鳴
室の内部にロッド10を有するピストン9が格納されて
いる。ロッドをねじこんだり引き戻したりすることによ
り、ピストン9の下の共鳴室8の容積が変えられる。
【0019】このボーリングビットは、次のように作動
する。ボーリング液がボーリングロッド11(図7)を
通って接線方向に向けられた流入路4に導かれる。さら
に、ボーリング液は接線方向の流入路4を通って渦巻き
室3に流入する。この渦巻き室3では、ボーリング液が
回転されて流出路5を通って環状の空間に向けられる。
【0020】流出路5が狭められている結果として、そ
の出口でボーリング液の回転の強さが急に増大する。乱
流の運動エネルギーにより、ボーリング液が環状空間へ
半径方向に広がる方向に導かれる。このとき、渦巻き室
3および底部の中央域には負圧が発生する。ボーリング
孔近くの領域から渦巻き室3へボーリング液が周期的に
押し通る結果として、ボーリング孔近くの領域に自己振
動の種類の高い出力の流体動力学上の圧力パルスが発生
する。発生した波動の振幅と周波数は、渦巻き室3の幾
何学的パラメータ、装置の圧力降下、圧送すべき流体の
量に依存する。
【0021】構造群により発生した流体音波の波動は、
主として二つの方向に、すなわち渦巻き室3の内側に向
かっておよびボーリング孔底部に伝播する。内側に向け
られた流体音波の波動は円錐形の波動反射部材7により
受けられ、その円錐面により全反射されて拡散され、渦
巻き室3の頭部に破壊作用を及ぼすことがない。それに
より、チゼルビットの作動の確実性と作動の耐久性が高
められ、一方ボーリング孔底部に向けられた流体音波の
波動によりボーリング孔底部の中央部分が激しく破壊さ
れそしてかなりの岩石が鋸歯状の機械的岩石破壊を受け
る。
【0022】本願のボーリングビットを用いると、機械
的なボーリングビット速度および典型的なビットに対す
るチゼルビットの寿命および最良に使用できるチゼルビ
ットを実質的に増大させることができる。
【0023】その有効性は、ボーリングビット孔近くで
方向づけられた作用の高い波動エネルギーの発生により
達成される。さらに、このヂゼルビットは地質の複雑化
した層位(水、原油、天然ガス流出のときに陥没域、吸
込域において)を通り抜ける際のボーリング孔壁の波動
増大を配慮している。
【0024】
【発明の効果】本発明により設計されたボーリングビッ
トによれば、ボーリング孔の掘り下げの高い効力が確保
される。本願のボーリングビットを用いると、機械的な
ボーリング速度およびジゼルビットの耐久性を実質的に
増大させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるボーリングビットの全体図であ
る。
【図2】本発明による円錐形の波動反射部材を示す拡大
図である。
【図3】本体に設計された渦巻き室を有する本発明によ
るボーリングビットの全体図である。
【図4】図3の線IV-IV に沿って切断した横断面図であ
る。
【図5】渦巻き室を有する本発明によるボーリングビッ
トの全体図である。
【図6】共鳴室を有する本発明によるボーリングビット
の全体図である。
【図7】ボーリング孔における本発明によるボーリング
ビットの働きを図解するためのスケッチである。
【符号の説明】
1 本体 2 ロール部材 3 渦巻き室 4 流入路 5 流出路 7 波動反射部材 8 共鳴室 9 ピストン 10 ロッド O 近寄り角 O′ 臨界値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロベルト・シャクロヴイッチ・ムファサロ フ バシキール共和国、オキヤブルスキー、ス トラーセ、25、12、82 (72)発明者 ユーリ・ペトロヴイッチ・サハロフ ロシア共和国、モスクア、トリスツカヤ・ ストラーセ、19、4、966

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 本体(1) を有し、この本体に固定され
    た、岩石を破壊する部材と、流体動力学上の波動を発生
    させるために本体に配置された構造群とを備えたボーリ
    ングビットにおいて、流体動力学上の波動を発生させる
    ための構造群は、接線方向に配置された流入路(4) と、
    円みの付いた端面を有する円錐形に先細になっている流
    出路(5) とを有する渦巻き室(3) の形に設計されている
    ことを特徴とするボーリングビット。
  2. 【請求項2】 渦巻き室(3) の中空空間が円錐形に設計
    されていることを特徴とする請求項1のボーリングビッ
    ト。
  3. 【請求項3】 渦巻き室(3) には、その上部にその長手
    方向軸線の方向に配置された円錐形の波動反射部材(7)
    が設けられ、その際その反射部材(7) の円錐面の母線の
    傾斜角( Ψ )が円錐面に入射する波の近寄り角(O) の臨
    界値(O′) の下方に存在することを特徴とする請求項1
    または2のボーリングビット。
  4. 【請求項4】 流体動力学上の波動を発生させるための
    構造群に共鳴室(8)が設けられ、その中空空間が渦巻き
    室(3) の中空空間と連結されかつその共鳴室にはロッド
    (10)を有するピストン(9) が長手方向に変位可能に格納
    されていることを特徴とする請求項1または2のボーリ
    ングビット。
JP4113815A 1991-05-06 1992-05-06 ボーリングビット Expired - Lifetime JP2610749B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU492847135033 1991-05-06
SU4928471 1991-05-06

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JPH06257367A true JPH06257367A (ja) 1994-09-13
JP2610749B2 JP2610749B2 (ja) 1997-05-14

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ID=21570314

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JP4113815A Expired - Lifetime JP2610749B2 (ja) 1991-05-06 1992-05-06 ボーリングビット

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US (1) US5303784A (ja)
EP (1) EP0512330B1 (ja)
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CA (1) CA2068005C (ja)
DE (1) DE59207153D1 (ja)

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EP0512330B1 (de) 1996-09-18
DE59207153D1 (de) 1996-10-24
JP2610749B2 (ja) 1997-05-14
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CA2068005A1 (en) 1992-11-07
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