KR101194389B1 - Fluid drive type drill beat assembly and drilling machine - Google Patents
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Abstract
유체 구동식 드릴 비트 어셈블리 및 이를 포함하는 굴착장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 드릴 비트 어셈블리는, 베어링을 매개로 드릴 스트링 단부에 회전가능하게 장착되고 다수의 구멍을 형성한 회전 노즐부와, 이 회전 노즐부로부터 직선상으로 하향 연장되며 외면에는 나선방향으로 적어도 둘 이상의 블레이드를 일정간격으로 부착한 바디부로 구성된 회전체; 및 바디부 최하단에 장착되며 굴착을 위한 다수의 굴착날을 형성하고 있는 드릴 비트;를 포함하며, 굴착장치는 케이싱 파이프; 케이싱 파이프 내부를 따라 설치되며 냉각 및 윤활제로 사용되는 유체 이동을 위한 경로를 내부에 형성한 중공의 드릴 스트링; 및 드릴 스트링 단부에 설치되며 이 드릴 스트링으로부터 제공되는 유체에 의해 회전하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리를 포함한다.A fluid driven drill bit assembly and an excavation device including the same are disclosed. Drill bit assembly according to an aspect of the present invention, the rotary nozzle portion rotatably mounted to the drill string end through the bearing and formed a plurality of holes, and extends downward straight from the rotary nozzle portion in a spiral on the outer surface A rotating body including a body part attached to at least two blades at regular intervals in a direction; And a drill bit mounted at a lower end of the body portion and forming a plurality of drilling edges for drilling. The drilling apparatus includes a casing pipe; A hollow drill string installed along the inside of the casing pipe and having a path formed therein for fluid movement used as cooling and lubricant; And a fluid driven drill bit assembly installed at the drill string end and rotating by the fluid provided from the drill string.
Description
본 발명은 심해에 존재하는 해저자원을 채취 함에 있어 이용되는 드릴 비트어셈블리 및 이를 포함하는 굴착장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a drill bit assembly and a drilling apparatus including the same, which is used to collect the seabed resources present in the deep sea.
지층의 구조나 성상을 알기 위하여 지각(地殼) 속에 직경이 작은 구멍을 뚫는 것을 시추(試錐)라 한다. 시추(試錐)는 지각 내부의 여러 지식을 얻기 위하여, 또는 석유, 천연가스, 온천, 지하수 등과 같은 지하자원을 채취할 목적으로 수행된다. In order to know the structure and characteristics of the strata, drilling a small diameter hole in the crust is called drilling. Drilling is carried out to gain knowledge of the interior of the earth's crust or to collect underground resources such as oil, natural gas, hot springs, and groundwater.
시추의 경우 그 목적에 따라 다양한 형태로 진행되고 있으며, 시공길이는 수m ~ 수 천m, 지름은 수 mm ~ 수십 cm에 이르는 등 다양하다. 오늘날은 수직 갱도로 사용할 목적으로 지름 수 m에 이르는 대규모의 시추도 실시된다. Drilling is progressing in various forms according to its purpose, and the construction length varies from several m to several thousand m, and from several mm to several tens of cm in diameter. Today, large-scale drilling of several meters in diameter is also carried out for use as vertical tunnels.
굴착 방법에 따라 분류하면, 드릴 비트에 충격을 주어 암석을 파쇄하여 천공하는 충격식과, 철관(파이프) 끝에 다이아몬드 초경합금을 끼워 넣은 비트를 암석면에 대하여 누르면서 회전시켜 구멍을 뚫는 회전식이 있다. According to the excavation method, there is a shock type that impacts the drill bit and breaks the rock and drills it, and a rotary type that drills by rotating the bit inserted with the diamond cemented carbide at the end of the steel pipe (pipe) against the rock surface.
유전 개발 및 탐사를 위해 근해에 시추작업을 수행함에 있어 종래에는 단일 유정탑(single derrick)이 장착된 드릴 쉽(Drill ship)과 같은 선박을 이용하여 근해 탐사시추를 수행하여 왔다. In the offshore drilling operation for oilfield development and exploration, offshore exploration drilling has conventionally been carried out using a ship such as a drill ship equipped with a single derrick.
이후 최근에는 단일 유정탑을 이용한 시추 방식에서 더 나아가 주 탐사 및 보조 탐사 시추 작업을 동시에 수행할 수 있는 다중 유정탑(double derrick)을 장착한 드릴 쉽(Drill ship)을 이용한 근해 탐사 시추가 수행되고 있다. Recently, offshore drilling was carried out using a drill ship equipped with a double derrick, which was able to perform both main and secondary exploration drilling operations in addition to the drilling method using a single derrick. have.
위와 같은 단일 유정탑이나 다중 유정탑 장치의 경우 일반적으로, 드릴 비트의 직경을 차례로 줄여가면서 여러 개의 홀(hole) 들을 시추하는 형태로 진행되는 데, 이때 매장물이 있는 암반층과 깊이에 따라 이들 시추 깊이와 직경이 결정된다. In the case of a single derrick or multiple derrick device as described above, drilling proceeds in the form of drilling a plurality of holes while decreasing the diameter of the drill bit in sequence, where these drilling depths depend on the rock formation and depth of the deposit. And diameter are determined.
도 1에는 종래 심해 자원 채취를 위해 이용되는 굴착장치에 대한 구성이 개략적으로 도시되어 있다. Figure 1 schematically shows a configuration for a drilling apparatus used for conventional deep sea resource collection.
도 1을 참조하면, 드릴 쉽 즉, 해상에 부유되어 있는 원유 시추선(1)과 해저 사이는 라이저(Riser, 10)로 연결되고, 라이저(Riser, 10) 내부를 켈리(Kelly, 부호 생략)와 드릴 파이프(Drill pipe, 부호 생략) 그리고 드릴 칼라(Drill collar, 부호 생략)로 구성된 드릴 스트링(30)이 경유하여 유정(油井)까지 연장된다.Referring to FIG. 1, a drill ship, that is, a crude
또한 해저면에 인접한 라이저(Riser, 10) 단부에는 땅속의 가스전을 잘못 건드릴 경우 가스가 분출하여 폭발하는 것을 방지하는 BOP(12)가 설치되며, 유정(油井)의 입구는 유정갱구 하우징(Wellhead housing. 14)이 봉쇄한다. 해저 속의 유정 입구에서부터는 직경이 큰 케이싱(20)부터 차례로 위치하고, 케이싱(20)의 안쪽에는 시추선(1)부터 연장된 상기 드릴 스트링(30)이 위치한다.Also, at the end of riser (10) adjacent to the sea bottom, a BOP (12) is installed to prevent the gas from exploding by exploding if the gas field in the ground is touched incorrectly, and the inlet of the well is the wellhead housing. 14) This blockade. From the well inlet in the seabed is located in order from the
또한, 드릴 스트링(30)의 단부에는 시추 깊이에 따라 각기 다른 직경으로 장착되는 드릴 비트(40)가 설치되며, 시추선(1)에는 채굴된 암석 또는 유체(머드:Mud)를 케이싱(20)과 드릴 스트링(30)의 외부를 통해 이송시키고 다시 시추 깊이에 적합한 압력으로 드릴 스트링(30)에 전달하는 순환펌프(2)가 설치된다. In addition, the
상기한 구성의 굴착장치를 이용하여 시추를 수행함에 있어서는, 순환펌프(2)를 거치면서 에너지(압력)를 가진 유체(머드)가 드릴 스트링(30)을 따라 직진성을 가지고 이동함에 의해 발생하는 하향 수직력과, 드릴 스트링(30)의 회전력에 의한 드릴 비트(40)의 회전으로 해당 굴착면에 대한 굴착이 이루어진다. In performing the drilling by using the above-described drilling apparatus, the downward direction generated by moving the fluid (mud) having energy (pressure) with the straightness along the
굴착과정에서 발생된 채굴 암석과 드릴 비트(40)의 냉각 및 윤활제로 제공되는 유체(머드)는 케이싱(20) 및 라이저(10)와 드릴 스트링(30) 사이를 통해 다시 상기 순환펌프(2) 측으로 이송되며, 이때 상기 유체의 압력은 유정 홀의 압력을 일정하게 유지시키면서 포메이션(formation)이 붕괴되지 않도록 적절히 조절하는 형태로 시추가 진행된다.The fluid (mud) provided as cooling and lubricant of the mining rock and the
이처럼 구성된 종래 시추를 위한 굴착장치에 있어 상기 드릴 스트링(30)의 회전력은, 시추 선(1)에 위치한 회전 테이블(Rotary table, 16)를 통해 얻어지며, 회전 테이블(16)은 시추 선(1) 적소에 마련되는 모터(미도시)와 같은 구동수단으로부터 동력을 전달받는다. In the drilling apparatus for the conventional drilling configured as described above, the rotational force of the
즉, 상기한 구성의 종래 굴착장치의 경우, 드릴링 즉, 굴착을 위한 회전력을 얻기 위한 회전 테이블(Rotary table, 16)과 더불어 이 회전 테이블을 구동시키기 위한 모터와 같은 추가적인 동력장비가 반드시 요구되어야만 하는 구성이며, 또한 추가 장비 설치를 위한 공간이 확보되어야만 한다는 문제가 있다.
That is, in the case of the conventional excavation device of the above configuration, additional power equipment such as a motor for driving the rotary table in addition to the rotary table (16) to obtain the rotational force for drilling, that is excavation must be required It is a configuration, and there is a problem that space for installing additional equipment must be secured.
본 발명의 실시예들은 냉각 및 윤활제로 제공되는 유체(머드) 압력을 이용하여 드릴 비트에 회전력을 제공함으로써, 회전 테이블 및 모터와 같은 추가장비가 요구되지 않는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리 및 이를 포함하는 굴착장치를 제공하고자 한다.
Embodiments of the present invention provide a fluid-driven drill bit assembly that does not require additional equipment, such as a rotary table and a motor, by providing rotational force to the drill bit using fluid (mud) pressure provided as cooling and lubricant. To provide an excavation device.
상기한 과제 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면, 중공의 드릴 스트링 단부에 설치되는 드릴 비트에 있어서, 베어링을 매개로 상기 드릴 스트링 단부에 회전가능하게 장착되며 유체가 통과가능한 다수의 구멍을 갖는 회전 노즐부와, 회전 노즐부 중앙으로부터 직선상으로 하향 연장되며 외면에는 그 원주방향으로 적어도 둘 이상의 블레이드가 일정간격으로 부착된 바디부로 구성된 회전체; 및 상기 바디부 최하단에 장착되며 굴착을 위한 다수의 굴착날을 형성하고 있는 드릴 비트;를 포함하며, 상기 복수의 블레이드는 바디부 외면에 바디부 길이방향으로 소정의 나선을 구획하는 형태로 부착됨을 특징으로 하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention as a means for solving the above problems, in a drill bit installed at the hollow drill string end, the drill bit is rotatably mounted to the drill string end via a bearing and has a plurality of holes through which fluid can pass; A rotating body comprising a rotating nozzle portion and a body portion extending downward from the center of the rotating nozzle portion in a straight line and having at least two blades attached at regular intervals in the circumferential direction thereof; And a drill bit mounted at a lower end of the body part and forming a plurality of excavation blades for excavation, wherein the plurality of blades are attached to the outer surface of the body part in a manner of dividing a predetermined spiral in the length direction of the body part. A fluid driven drill bit assembly may be provided.
여기서, 상기 회전 노즐부에 형성된 다수의 구멍은 원호형 배열을 가지도록 형성될 수 있다.Here, the plurality of holes formed in the rotating nozzle portion may be formed to have an arc-like arrangement.
또한, 상기 회전 노즐부에 형성된 다수의 구멍은 입구 직경에 비해 출구 직경이 작은 노즐형 구멍일 수 있다.In addition, the plurality of holes formed in the rotating nozzle part may be nozzle type holes having a smaller outlet diameter than the inlet diameter.
또한, 상기 회전 노즐부에 형성된 다수의 구멍은, 입구로부터 출구가 사선 방향으로 이격된 위치에 존재하여 위상차를 갖는 나선형태로 형성된 나선형 구멍일 수 있다.In addition, the plurality of holes formed in the rotating nozzle part may be spiral holes formed in a spiral shape having a phase difference by being present at a position spaced apart from the inlet in an oblique direction.
다르게, 상기 회전 노즐부에 형성된 다수의 구멍은, 입구 직경에 비해 출구 직경이 작은 노즐형 구멍이면서, 입구로부터 출구가 사선 방향으로 이격된 위치에 존재하여 위상차를 갖는 나선형 구멍일 수 있다.Alternatively, the plurality of holes formed in the rotating nozzle portion may be a nozzle-type hole having a smaller outlet diameter than the inlet diameter, and may be a spiral hole having a phase difference from the inlet at a position spaced diagonally apart from the inlet.
상기 구멍이 나선형으로 형성된 구멍인 경우에는, 상기 구멍의 나선 방향이 바디부에 형성된 블레이드의 나선 형성방향에 반대가 되도록 구성할 수 있다.In the case where the hole is a spirally formed hole, the spiral direction of the hole may be opposite to the spiral forming direction of the blade formed in the body portion.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 회전 노즐부의 구멍을 거쳐 바디부로 토출되는 유체의 손실을 방지하기 위해 바디부를 에워싸는 형태로 드릴 스트링 단부 외연에 설치되는 안내깃;을 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, to prevent the loss of the fluid discharged to the body portion through the hole of the rotating nozzle portion, the guide feather which is installed on the outer periphery of the drill string end in a form surrounding the body portion; may further include.
이때, 상기 안내깃은 전반에 걸쳐 중앙부가 볼록한 곡선형 내면을 갖는 구형 안내깃일 수 있다.In this case, the guide feather may be a spherical guide feather having a curved inner surface convex central portion throughout.
상기한 과제 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 의하면, 심해에 존재하는 해저자원을 채취하기 위한 굴착장치로서, 유정 시추를 위해 바닷속으로 전진 설치되는 라이저; 상기 라이저 내부를 따라 설치되며 냉각 및 윤활제로 사용되는 유체 이동을 위한 경로를 내부에 형성한 중공의 드릴 스트링; 상기 드릴 스트링에 유체를 제공하고 순환시키는 유체순환펌프; 및 상기 드릴 스트링 단부에 설치되며 상기 드릴 스트링으로부터 제공되는 유체에 의해 회전하는 전술한 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리;를 포함하는 굴착장치가 제공될 수 있다.
According to another aspect of the present invention as a means for solving the above problems, as an excavation device for harvesting the seabed resources present in the deep sea, riser installed forward into the sea for drilling the oil well; A hollow drill string installed along the inside of the riser and having a path formed therein for fluid movement used as cooling and lubricant; A fluid circulation pump providing and circulating fluid to the drill string; And the above-described fluid-driven drill bit assembly installed at the end of the drill string and rotating by the fluid provided from the drill string.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 및 윤활제로서 제공되는 유체(머드) 압력으로 드릴 비트가 회전되는 장치의 구현이 가능함으로써, 종래와 같이 동력전달 수단인 회전 테이블과 동력수단인 모터와 같은 추가장비가 필요 없으며, 이에 따라 추가장비 설치를 위한 별도의 공간 또한 요구되지 않는 장점이 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to implement a device in which the drill bit is rotated by the fluid (mud) pressure provided as cooling and lubricant, so that additional equipment such as a rotary table, which is a power transmission means, and a motor, which is a power means, as in the prior art. There is no need, and accordingly there is no need for a separate space for installing additional equipment.
또한, 장비 삭제로 인하여 보다 경제적이면서 효율적으로 관리 및 운용이 가능한 굴착장치의 구현이 가능해지고, 무엇보다도 냉각 및 윤활제로서 제공되는 유체(머드)의 압력을 통해 드릴 비트의 회전력을 얻는 구성임에 따라, 활용 가능한 에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있는 것과 같이 에너지 효율성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
In addition, due to the elimination of equipment, it is possible to implement a drilling device that can be managed and operated more economically and efficiently, and above all, the rotational force of the drill bit is obtained through the pressure of the fluid (mud) provided as cooling and lubricant. For example, there is an effect to improve energy efficiency, such as more efficient use of available energy.
도 1은 종래 시추를 위한 굴착장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리의 측면 구성도.
도 3은 도 2에 나타난 회전체 일 실시예에 따른 평면 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전체의 측면 구성도.
도 5는 도 4에 따른 회전체의 평면 구성도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 회전체의 측면 구성도.
도 7은 도 6에 따른 회전체의 평면 구성도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리를 포함하는 굴착장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of a conventional drilling device for drilling.
2 is a side elevational view of a fluid driven drill bit assembly in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating a rotating body shown in FIG. 2 according to one embodiment.
4 is a side configuration diagram of a rotating body according to another embodiment of the present invention.
5 is a plan configuration diagram of the rotating body according to FIG. 4.
6 is a side configuration diagram of a rotating body according to another embodiment of the present invention.
7 is a plan configuration diagram of the rotating body according to FIG. 6.
8 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of an excavation device including a fluid-driven drill bit assembly according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리의 측면 구성도이며, 도 3은 도 2에 나타난 회전체 일 실시예에 따른 평면 구성도이다.Figure 2 is a side configuration of the fluid drive drill bit assembly according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a plan view according to an embodiment of the rotating body shown in FIG.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드릴 비트 어셈블리(50)는 굴착과정에서 냉각 및 윤활제로 제공되는 유체(머드)로부터 드릴 비트의 회전력을 얻도록 한 것이며 크게, 드릴 스트링(30) 단부에 회전가능하게 설치되는 회전체(52) 및 상기 회전체(52) 최하단에 장착되는 드릴 비트(54)로 구성된다.2 to 3, the
상기 드릴 스트링(30)은 유체가 흐를 수 있는 경로를 내부에 형성한 중공의 파이프이며, 회전체(52)는 베어링(53)과 같은 회전도구를 매개로 상기 드릴 스트링(30) 단부에 회전가능하게 설치된다. 상기 회전체(52)는 다시 드릴 스트링(30) 단부와 회전가능하게 결합하는 회전 노즐부(520)와, 이 회전 노즐부(520) 중앙으로부터 직선상으로 하향 연장되는 바디부(522)로 구분된다.The
회전 노즐부(520)는 도면에서와 같이 베어링(53)을 통해 드릴 스트링(30) 단부에 회전가능하게 장착되는 부분에 해당하며, 드릴 스트링(30)으로부터 제공되는 고압의 유체가 통과가능한 다수의 구멍(521a)을 가진다. The rotating
본 발명의 일 실시예에서 상기 구멍(521a)은 도 3에서와 같이 회전 노즐부(520)의 중앙으로부터 소정거리 이격된 위치에 원호형으로 배열된 구성을 가지며, 각각의 구멍(521a)은 도 2에서와 같이 상기 바디부(522)를 향해 수직으로 연통 형성된다. In one embodiment of the present invention, the
바디부(522)는 상기 회전 노즐부(520) 중앙으로부터 직선상으로 하향 연장된 기둥체로서, 그 외면에는 원주방향으로 적어도 둘 이상의 블레이드(524)가 일정간격으로 부착되어 있다. The
본 실시예에서 상기 복수의 블레이드(524)는 바디부(522) 외면에 이 바디부(522)의 길이방향으로 소정의 나선을 구획하는 형태로 부착되며, 따라서 상기 구멍(521a)으로부터 유체가 제공되면 유체의 압력 및 직선형 유동에 따른 힘이 블레이드(524)에 전달되고 이에 따라 바디부(522)에는 회전력이 발생한다. In the present embodiment, the plurality of
드릴 비트(54)는 굴착을 위한 다수의 굴착날을 형성하고 있으며, 상기 바디부 최하단에 일체 또는 교체가능한 분리형으로 장착된다. 따라서 전술한 것과 같이 회전 노즐부(520)를 통해 제공된 유체에 의해 바디부(522)가 회전하면, 드릴 비트(54)가 회전하면서 해당 굴착면에 대한 굴착을 수행한다. The
도면부호 56은 안내깃을 나타낸다. 상기 안내깃(56)은 회전 노즐부(520)의 구멍(521a)을 거쳐 바디부(522)로 토출되는 유체가 외부로 흩어지는 것을 방지하고 블레이드(524)로 전달되는 에너지 손실을 최소화할 목적으로 설치된다.
바람직한 예로서 상기 안내깃(56)으로는 도면에서와 같이, 전반에 걸쳐 중앙부가 볼록한 곡선형 내면을 갖는 구형 안내깃이 적합하며, 이 경우 바디부(522)를 에워싸는 형태로 드릴 스트링(30) 단부 외연에 설치될 수 있다.As a preferred example, as the
도 4 내지 도 7은 전술한 드릴 비트 어셈블리(50)의 구성에 있어 회전체(52)의 다양한 실시예들을 보여주기 위한 도면들이다. 첨부도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전체 구성을 간단히 살펴보기로 한다. 실시예들을 설명하기에 앞서 전술한 일 실시예의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.4 to 7 are views for showing various embodiments of the
도 4, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전체의 측면 구성도 및 평면 구성도를 나타낸다. 4 and 5 show a side view and a plan view of the rotating body according to another embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 도면에 도시된 다른 실시예에 따른 회전체(52)는 회전 노즐부(520)에 형성된 다수의 구멍(521b)이 입구 직경에 비해 출구 직경이 작은 노즐형 구멍인 점을 제외하고는 전술한 일 실시예에 따른 회전체의 구성과 동일하다. 따라서 전술한 일 실시예와 동일한 구성요소에 대한 중복된 설명은 생략한다.4 to 5, the rotating
이와 같이 유체를 전달하는 구멍(521b)이 입구 직경에 비해 출구 직경이 작은 노즐형으로 형성되면, 드릴 스트링(30)으로부터 제공된 유체는 상기 구멍을 통과하면서 고속으로 블레이드가 형성된 공간에 분출된다. 즉, 유체가 가지고 있던 압력에너지가 속도에너지로 전환시킬 수 있어서, 보다 빠른 회전력 갖는 드릴 비트 어셈블리의 구현이 가능하다.When the
도 6, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 회전체의 측면 구성도 및 평면 구성도를 나타낸다.6 and 7 show side and plan views of a rotating body according to still another embodiment of the present invention.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 도면에 도시된 또 다른 실시예에 따른 회전체(52)의 경우에는, 회전 노즐부(520)에 형성된 다수의 구멍(521c)이 입구로부터 출구가 사선 방향으로 이격된 위치에 존재하여 위상차를 갖는 나선형태로 형성된 점을 제외하고는 전술한 일 실시예에 따른 회전체의 구성과 동일하다. 따라서 전술한 일 실시예와 동일한 구성요소에 대한 중복된 설명은 생략한다.6 to 7, in the case of the
본 실시예에서 상기 구멍(521c)의 나선 형성방향은 바디부에 형성된 블레이드의 나선 형성방향에 반대가 되도록 형성된다. 회전 노즐부(520)에 형성된 구멍(521c)이 상기 블레이드(524) 방향에 반대이면, 유체의 흐름은 블레이드(524) 면과 수직에 가까워지므로, 구멍(521c)을 통해 블레이드(524)로 제공되는 유체가 가진 에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있다.In this embodiment, the spiral forming direction of the
즉, 도 6 내지 도 7에 도시한 회전체의 또 다른 실시예에 의하면, 회전 노즐부(520)의 구멍(521c)이 나선형으로 형성됨으로써, 유체가 가지고 있던 압력에너지를 블레이드 측에 제공함에 있어 보다 확실하게 기계에너지로 전환 시킬 수 있어서, 효율적인 구동성을 갖는 드릴 비트 어셈블리를 구현할 수 있다.That is, according to still another embodiment of the rotating body shown in Figs. 6 to 7, the
도 8 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 회전체의 측면 구성도 및 평면 구성도이다.8 to 9 are side and plan views of a rotating body according to another embodiment of the present invention.
도 8 내지 도 9을 참조하면, 도면에 도시된 또 다른 실시예에 따른 회전체(52)의 경우에는, 회전 노즐부(520)에 형성된 다수의 구멍(521d)이 도 6 내지 도 7에 도시된 실시예와 같이 나선형태로 형성되면서 입구 직경에 비해 출구 직경이 작은 노즐형 구멍인 점이 특징이다. 8 to 9, in the case of the
본 실시예에서와 같이, 회전 노즐부(502)에 형성되는 구멍(521d)이 나선형태로 구획됨과 동시에 입구에 비해 출구 직경이 작은 노즐타입으로 형성되면, 전술한 도 4 내지 5의 노즐형 구멍의 장점과 도 6 내지 도 7의 나선형 구멍의 장점을 취합할 수 있게 됨으로써, 보다 효율적인 구동성능을 갖는 드릴 비트 어셈블리의 구현이 가능하다.As in the present embodiment, when the
한편, 도 10은 전술한 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리를 포함하는 본 발명의 다른 측면에 따른 굴착장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 여기서 앞선 도시된 도 1의 종래 기술구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.On the other hand, Figure 10 is a schematic view showing the configuration of an excavation device according to another aspect of the present invention including the fluid-driven drill bit assembly described above. The same reference numerals are given to the same configurations as the prior art configuration shown in FIG.
도 10을 참조하면, 드릴 쉽 즉, 해상에 부유되어 있는 원유 시추선(1)과 해저 사이는 라이저(Riser, 10)로 연결되고, 라이저(Riser, 10) 내부를 켈리(Kelly, 부호 생략)와 드릴 파이프(Drill pipe, 부호 생략) 그리고 드릴 칼라(Drill collar, 부호 생략)로 구성된 드릴 스트링(30)이 경유하여 유정(油井)까지 연장된다.Referring to FIG. 10, a drill ship, that is, an
또한 해저면에 인접한 라이저(Riser, 10) 단부에는 땅속의 가스전을 잘못 건드릴 경우 가스가 분출하여 폭발하는 것을 방지하는 BOP(12)가 설치되며, 유정(油井)의 입구는 유정갱구 하우징(Wellhead housing)을 통해 봉쇄된다. 해저 속의 유정 입구에서부터는 직경이 큰 케이싱(20)부터 차례로 위치하고, 케이싱(20)의 안쪽에는 시추선(1)부터 연장된 상기 드릴 스트링(30)의 위치한다.Also, at the end of riser (10) adjacent to the sea bottom, a BOP (12) is installed to prevent the gas from exploding by exploding if the gas field in the ground is touched incorrectly, and the inlet of the well is the wellhead housing. Is blocked. From the well inlet in the seabed is located in order from the
또한, 드릴 스트링(30)의 단부에는 본 발명의 일측면에 따른 드릴 비트 어셈블리(50)가 설치되며, 시추선(1)에는 채굴된 암석 또는 유체(머드:Mud)를 케이싱(20) 및 라이저(10)와 드릴 스트링(30) 사이를 통해 이송시키고 상기 유체를 다시 시추 깊이에 적합한 압력으로 드릴 스트링(30)에 전달하는 유체순환펌프(2)가 설치된다. In addition, the
상기한 구성으로 이루어진 굴착장치를 통한 시추작업은, 순환펌프(2)를 거치면서 에너지(압력)를 가진 유체(머드)가 드릴 스트링(30)에서 드릴 비트 어셈블리(50) 측으로 제공되는 과정에서 발생하는 하향 수직력과, 상기 드릴 스트링(30)에서 제공된 유체를 통해 얻어지는 회전체(52)의 회전력(화살표 방향 참조)으로 해당 굴착면에 대한 굴착이 이루어진다. Drilling operation through the excavation device having the above configuration occurs in the process of providing a fluid (mud) with energy (pressure) through the
굴착과정에서 발생된 채굴 암석과 드릴 비트(54)의 냉각 및 윤활제로 제공되는 유체(머드)는 케이싱(20)과 드릴 스트링(30)의 외부를 통해 다시 상기 유체순환펌프(2) 측으로 이송되며, 이때 상기 유체의 압력은 유정 홀의 압력은 일정하게 유지시키고 포메이션(formation)은 붕괴되지 않도록 적절히 조절하면서 시추를 진행한다.The fluid (mud) provided as cooling and lubricant of the mining rock and the
이상에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 및 윤활제로서 제공되는 고압의 유체(머드)를 드릴 비트 어셈블리 측으로 유입시켜 드릴 비트가 회전될 수 있도록 장치를 구현하고 있다. 즉, 본 발명의 실시예에는 종래와 같이 동력전달 수단인 회전 테이블과 동력수단인 모터와 같은 추가장비가 필요 없는 구성이며, 추가장비 설치를 위한 별도의 공간 또한 요구되지 않는다.According to the embodiment of the present invention described above, the high-pressure fluid (mud) provided as a cooling and lubricant is introduced to the drill bit assembly side to implement the device so that the drill bit can be rotated. That is, the embodiment of the present invention is a configuration that does not require additional equipment, such as a rotary table and a power transmission means of the power transmission means as in the prior art, and does not require a separate space for installing additional equipment.
또한, 장비 삭제로 인하여 보다 경제적이면서 효율적으로 관리 및 운용이 가능한 굴착장치의 구현이 가능해짐은 물론, 무엇보다도 냉각 및 윤활제로서 제공되는 유체(머드)의 압력을 통해 드릴 비트의 회전력을 얻는 구성임에 따라, 활용 가능한 에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있다. In addition, it is possible to implement an excavation device that can be managed and operated more economically and efficiently by eliminating equipment, and above all, to obtain the rotational force of the drill bit through the pressure of the fluid (mud) provided as cooling and lubricant. Therefore, the available energy can be utilized more efficiently.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
In the foregoing detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the specific forms referred to in the description, but rather includes all modifications, equivalents, and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be.
30 : 드릴 스트링 50 : 드릴 비트 어셈블리
52 : 회전체 53 : 베어링
54 : 드릴 비트 56 : 안내깃
520 : 회전 노즐부 521a, 521b, 521c : 구멍
522 : 바디부 524 : 블레이드30: drill string 50: drill bit assembly
52: rotating body 53: bearing
54: drill bit 56: guide feather
520: rotating
522: body portion 524: blade
Claims (9)
베어링을 매개로 상기 드릴 스트링 단부에 회전가능하게 장착되며 유체가 통과할 수 있는 다수의 구멍을 갖는 회전 노즐부와, 이 회전 노즐부 중앙으로부터 직선상으로 하향 연장되며 외면에는 그 원주방향으로 적어도 둘 이상의 블레이드가 일정간격으로 부착된 바디부로 구성된 회전체; 및
상기 바디부 최하단에 장착되며 굴착을 위한 다수의 굴착날을 형성하고 있는 드릴 비트;를 포함하며,
상기 복수의 블레이드는 바디부 외면에 바디부 길이방향으로 소정의 나선을 구획하는 형태로 부착됨을 특징으로 하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리.
In a fluid driven drill bit installed at the end of a hollow drill string,
A rotating nozzle portion rotatably mounted to the end of the drill string via a bearing, the rotating nozzle portion having a plurality of holes through which fluid can pass, and extending downwardly in a straight line from the center of the rotating nozzle portion and at least two in its circumferential direction; Rotating body consisting of a body portion is attached to the blade at a predetermined interval; And
And a drill bit mounted at the lowermost end of the body part to form a plurality of excavation blades for excavation.
The plurality of blades are fluid-driven drill bit assembly, characterized in that attached to the outer surface of the body portion to form a predetermined spiral in the longitudinal direction of the body portion.
상기 회전 노즐부에 형성된 다수의 구멍은 원호형 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리.
The method of claim 1,
And a plurality of holes formed in the rotating nozzle portion are formed in an arcuate arrangement.
상기 회전 노즐부에 형성된 다수의 구멍은, 입구 직경에 비해 출구 직경이 작은 노즐형 구멍인 것을 특징으로 하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리.
The method of claim 1,
And a plurality of holes formed in the rotating nozzle portion are nozzle type holes having a smaller outlet diameter than an inlet diameter.
상기 회전 노즐부에 형성된 다수의 구멍은, 입구로부터 출구가 사선 방향으로 이격된 위치에 존재하여 위상차를 갖는 나선형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리.
The method of claim 1,
The plurality of holes formed in the rotating nozzle portion, the fluid-driven drill bit assembly, characterized in that formed in a helical shape having a phase difference by being in a position spaced apart from the inlet in an oblique direction.
상기 회전 노즐부에 형성된 다수의 구멍은, 입구 직경에 비해 출구 직경이 작은 노즐형 구멍이면서, 입구로부터 출구가 사선 방향으로 이격된 위치에 존재하여 위상차를 갖는 나선형 구멍인 것을 특징으로 하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리.
The method of claim 1,
The plurality of holes formed in the rotating nozzle part are nozzle-type holes having a smaller outlet diameter than the inlet diameter, and are fluid-driven, characterized in that they are located at a position spaced apart from the inlet in an oblique direction and have a phase difference. Drill bit assembly.
상기 구멍의 나선 방향은 바디부에 형성된 블레이드의 나선 형성방향과 반대가 되는 것을 특징으로 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리.
The method according to claim 4 or 5,
And the helical direction of the hole is opposite to the helical direction of the blade formed in the body portion.
회전 노즐부의 구멍을 거쳐 바디부로 토출되는 유체의 손실을 방지하기 위해 바디부를 에워싸는 형태로 드릴 스트링 단부 외연에 설치되는 안내깃;을 더 포함하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리.
The method of claim 1,
And a guide feather installed on the outer periphery of the drill string in a form surrounding the body to prevent the loss of the fluid discharged through the hole of the rotating nozzle part to the body part.
상기 안내깃은 전반에 걸쳐 중앙부가 볼록한 곡선형 내면을 갖는 구형 안내깃인 것을 특징으로 하는 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리.
The method of claim 7, wherein
And the guide vane is a spherical guide vane having a curved inner surface with a central convex throughout.
유정 시추를 위해 바닷속으로 전진 설치되는 라이저;
상기 라이저 내부를 따라 설치되며 냉각 및 윤활제로 사용되는 유체 이동을 위한 경로를 내부에 형성한 중공의 드릴 스트링;
상기 드릴 스트링에 유체를 제공하고 순환시키는 유체순환펌프; 및
상기 드릴 스트링 단부에 설치되며 상기 드릴 스트링으로부터 제공되는 유체에 의해 회전하는 제 1 항에 기재된 유체 구동식 드릴 비트 어셈블리;를 포함하는 굴착장치.As an excavation device for collecting the seabed resources in the deep sea,
Risers installed underwater submerged for oil well drilling;
A hollow drill string installed along the inside of the riser and having a path formed therein for fluid movement used as cooling and lubricant;
A fluid circulation pump providing and circulating fluid to the drill string; And
And a fluid-driven drill bit assembly according to claim 1 installed at the end of the drill string and rotating by fluid provided from the drill string.
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