KR20100008587A - Drill bit for drillship - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시추용 드릴 비트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 유정탑(single derrick) 또는 다중 유정탑(double derrick)이 장착되어 근해 탐사시추를 수행하기 위한 드릴 비트 장치에 있어서 다양한 시추 깊이에 따라 드릴 비트의 직경이 자동으로 가변될 수 있도록 한 시추용 드릴 비트에 관한 것이다.The present invention relates to a drill bit for drilling, and more particularly, according to various drilling depths in a drill bit device for performing offshore exploration drilling, equipped with a single derrick or double derrick. It relates to a drill bit for drilling so that the diameter of the drill bit can be automatically varied.
일반적으로, 시추(試錐)는 지층의 구조나 성상을 알기 위하여 지각(地殼) 속에 지름이 작은 구멍을 뚫는 일로서, 지각 내부의 여러 지식을 얻기 위하여, 또는 석유 ·천연가스, 온천 ·지하수 등을 채취하기 위하여 이루어진다.In general, drilling is the drilling of small diameter holes in the earth's crust to understand the structure and characteristics of the strata, and to obtain knowledge of the interior of the earth's crust, or to obtain oil, natural gas, hot springs, and groundwater. To be taken.
사용 목적에 따라 규모도 여러 가지가 있는데 길이는 수m ~ 수천m, 지름은 수mm ~ 수십cm에 이르는 것이 있다. 오늘날은 수직 갱도로 사용할 목적으로 지름 수m에 이르는 대규모의 시추도 실시된다.Depending on the purpose of use, there are various sizes, ranging from several meters to thousands of meters in length and several millimeters to tens of centimeters in diameter. Today, large-scale drilling of up to several meters in diameter is carried out for use as a vertical tunnel.
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. 세계적으로 가장 깊은 시추구멍은 미국의 유전지대에서 천공된 8,000m에 달하는 것이다.According to the excavation method, there are 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 in which the diamond and cemented carbide is inserted into the end of the steel pipe (pipe) against the rock surface. The deepest drilling hole in the world is 8,000 meters perforated in the American oil field.
종래에 유전 개발 및 탐사를 위해 근해에 시추작업을 수행하는 경우에는 단일 유정탑(single derrick)이 장착된 드릴쉽 선박을 이용하여 근해 탐사시추를 수행하는 것이 대부분이었다. 그리고 1998년 이후에는 단일 유정탑을 이용한 시추 방식에서 더 나아가 주 및 보조 탐사 시추 작업을 동시에 수행할 수 있는 다중 유정탑(double derrick)이 장착된 드릴쉽 선박을 이용한 근해 탐사 시추가 시행되었다.Conventionally, when drilling is performed offshore for oil field development and exploration, offshore exploration drilling is mostly performed using a drillship vessel equipped with a single derrick. Since 1998, drilling has been carried out offshore using single derricks and offshore exploration drilling using a drillship vessel equipped with a double derrick capable of simultaneously performing primary and secondary exploration drilling operations.
위와 같은 단일 유정탑이나 다중 유정탑 장치는 일반적으로 드릴 비트의 직경을 차례로 줄여가면서 여러 개의 홀들을 시추하는데, 이때, 매장물이 있는 암반층과 깊이에 따라 이들 시추 홀의 깊이와 직경이 결정된다. A single derrick or multiple derrick device generally drills several holes while decreasing the diameter of the drill bit in turn, where the depth and diameter of these drilling holes are determined by the rock layer and depth in which the deposits are located.
도 1에서는 종래의 일반적인 시추 드릴링 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional general drilling drilling process.
드릴쉽 즉, 해상에 부유되어 있는 원유 시추선(1)으로 부터 라이저(riser:10)와, 케이싱(20)과, 다양한 직경의 시추 스트링이 시추에 이용된다.Drillers, that is, risers (10), casings (20), and drilling strings of various diameters are used for drilling from a crude oil drilling vessel (1) suspended at sea.
시추선(1)과 해저 사이는 라이저(10)로 연결되고, 드릴파이프(30)의 단부에 드릴 비트(40)가 땅속의 가스전을 잘못 건드릴 경우 가스가 배까지 올라와 폭발하는 것을 방지하는 BOP(12)가 설치된다. BOP(12)는 해저로부터의 가스 분출 시 시추공의 입구를 봉쇄함으로써, 시추선에서의 인명피해를 방지하는 것이다.The bore line 1 and the seabed are connected by a
그리고 해저 속으로는 직경이 큰 케이싱(20)부터 차례로 위치되고, 케이싱(20)의 내측으로 시추선(1)부터 연결되는 드릴 파이프(30)가 설치된다. And the
드릴 파이프(30)의 단부에는 시추 깊이에 따라 각기 다른 직경으로 장착되는 드릴 비트(40)가 설치되며, 드릴 비트(40)에 회전 동력을 전달하기 위한 드릴 모 터(32)가 드릴 파이프(30)상에 설치된다.At the end of the
그리고 시추선(1)에는 시추 후의 암석 또는 머드들을 케이싱(20)과 드릴 파이프(30)의 외부를 통해 이송시키며, 머드를 시추 깊이에 적합한 압력으로 드릴 파이프(30)로 전달하는 공급펌프(2)가 설치된다.And the drilling line (1) is to supply the rock or mud after drilling through the
따라서 시추 과정은, 공급펌프(2)를 통한 머드 압력이 드릴 파이프(30)의 내부를 따라 이동되어 직진성을 가지고서 전달되는 유압 동력과, 드릴 모터(32)에 의한 회전력을 통해 드릴 비트(40)가 시추를 진행하게 된다. 그리고 시추 과정에서의 암석과 머드 들은 케이싱(20)과 드릴 파이프(30)의 외부를 통해 이송시키며, 시추 홀의 압력을 적절히 유지시키면서 포메이션(formation)이 붕괴되지 않도록 조절되면서 시추가 진행된다.Therefore, the drilling process, the
그런데, 위와 같은 종래의 시추 과정에서 시추 깊이에 적합한 드릴 비트의 직경을 시추 중 교체하기 위해서는 진행 중인 시추를 중지하고 아래로 내려가 있는 드릴 파이프 및 드릴 비트를 모두 시추선으로 수거하여 드릴 파이프 단부의 드릴 비트를 교체한 후, 다시 시추가 중지되었던 위치까지 드릴 파이프들을 재결합하여 시추를 진행하게 된다. 이러한 과정은 시추 깊이가 깊어지면 깊어질수록 수거 및 체결에 필요한 시간적 소모가 크게 발생하는 문제점이 있었다. 더욱이 계속하여 시추 깊이는 깊어지며, 석유 매장량의 위치가 점점 심해역으로 확대되는 시점에서 이러한 과정은 매우 소모적이라 할 수 있겠다.However, in order to replace the diameter of the drill bit suitable for the drilling depth during drilling in the conventional drilling process as described above, the drill bit at the end of the drill pipe end by collecting all of the drill pipe and the drill bit down to the drilling line and down the drilling in progress After replacing, drill again by re-joining the drill pipe to the position where drilling was stopped again. This process had a problem that the deeper the drilling depth, the greater the time required for collection and fastening. Moreover, the depth of drilling continues to deepen, and this process is very wasteful as the location of oil reserves expands into the deep sea.
따라서 본 발명에서는, 드릴 파이프를 통해 전달되는 머드 압력에 따라 드릴 비트의 직경이 적합하게 가변됨으로써, 직경이 가변되는 드릴 비트로 하여 시추 깊이에 따라 교체 없이 연속하여 드릴링이 가능한 시추용 드릴 비트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, in the present invention, the diameter of the drill bit is appropriately changed according to the mud pressure transmitted through the drill pipe, thereby providing a drill bit for drilling which can be continuously drilled without replacement according to the drilling depth as the drill bit is variable in diameter For that purpose.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 드릴 파이프의 단부에 설치되는 시추용 드릴 비트에 있어서, 드릴 비트의 원통형 몸체의 단부측에 원주 방향을 따라 하나 이상 설치되며, 몸체로부터 펼쳐지거나 오므려질 수 있도록 각각 회동 가능한 분할날과, 분할날을 지지함과 같이 드릴 파이프를 통해 전달되는 머드 압력에 따라 분할날이 펼쳐지거나 오므려지는 작동으로 직경이 가변되도록 하는 지지부재를 포 함하는 시추용 드릴 비트를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the drilling drill bit installed at the end of the drill pipe, at least one is installed along the circumferential direction on the end side of the cylindrical body of the drill bit, so that it can be unfolded or retracted from the body Drill bits for drilling, each of which includes a rotatable dividing blade, and a support member for varying the diameter of the dividing blade to expand or retract according to the mud pressure transmitted through the drill pipe, such as supporting the dividing blade. to provide.
그리고 바람직하게 분할날은 머드 압력이 클수록 오므려지는 작동으로 드릴 비트의 전체적인 직경이 감소된다.And preferably the dividing blades are retracted with greater mud pressure to reduce the overall diameter of the drill bit.
또한, 지지부재는 일단이 분할날에 연결되고, 타단은 드릴 파이프의 내측면에 연결되는 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the support member is characterized in that the one end is connected to the splitting blade, the other end is made of a spring connected to the inner surface of the drill pipe.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에서 시추용 드릴 비트에 따르면, 머드 압력에 따라 직경이 가변되는 드릴 비트로 하여 시추 깊이에 따라 교체 없이 연속하여 드릴링 작업이 가능하게 됨으로써, 드릴 파이프의 수거 및 결합과 드릴 비트의 교체에 따른 시간이 감소되어 생산성이 향상되는 효과가 있다.As described above, according to the drill bit for drilling in the present invention, as the drill bit having a variable diameter according to the mud pressure, the drilling operation can be performed continuously without replacement according to the drilling depth, thereby collecting and coupling the drill pipe and The replacement time is reduced, thereby improving productivity.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, the operating principle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시추용 드릴 비트의 평면도이고, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 시추용 드릴 비트의 사용 상태의 단면도 이다.Figure 2 is a plan view of a drill bit for drilling according to an embodiment of the present invention, Figures 3a to 3b is a cross-sectional view of the state of use of the drill bit for drilling according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 시추용 드릴 비트(100)는, 드릴 파이프(30:도 3에 도시)의 단부에 설치되며, 원통형의 몸체(102)와, 몸체(102)에서 회동 가능하게 설치되는 분할날(104)로 구성된다.The
몸체(102)는 드릴파이프(30:도 3에 도시)의 끝단부로부터 연결되며, 중공의 내부를 가지고서 설치된다.The
그리고 몸체(102)의 단부측에 원주 방향을 따라 분할되어 각각 회동이 가능한 분할날(104)이 적어도 하나 이상 설치된다. 분할날(104)은 실질적으로 시추 홀을 뚫는 부분으로 스크류 형태의 날을 가진다.And at the end side of the
분할날(104)이 몸체(102)로부터 펼쳐지거나 오므려지는 작동으로 회동되도록 지지부재(110)가 설치된다.The
지지부재(110)는 복원력을 가지는 탄성재이면 가능하며, 바람직하게는 스프링이 설치된다. 지지부재(110)의 일단은 분할날(104)에 연결되고, 타단은 드릴 파이프(30)의 내측면에 연결되어 지지부재(110)가 드릴 파이프(30)에 고정된 상태에서 분할날(104)이 지지부재(110)의 팽창 정도에 따라 각 분할날(104)이 오므려져서 전체적인 드릴 비트(100)의 직경이 점점 작아지고, 반대로 팽창력이 복원될수록 각 분할날(104)의 펼쳐지는 작동으로 드릴 비트(100)의 직경이 커지게 된다.
따라서 지지부재(110)는 분할날(104)을 지지함과 같이 드릴 파이프(30)를 통해 전달되는 머드 압력에 따라 분할날(104)이 펼쳐지거나 오므려질 수 있도록 하여 복수의 분할날(104)을 통해 직경이 가변되도록 하는 구성을 가진다.Accordingly, the supporting
이와 같은 구조로 이루어진 시추용 드릴 비트의 작용은 다음과 같이 이루어진다.The drilling drill bit is constructed as follows.
도 3a 내지 도 3b를 참고하여 설명하면, 해상에 부유되어 있는 원유 시추선(1)에는 라이저(10)로 하여 해저에 연결하고, 라이저(10)의 단부에 드릴 비트(100)가 땅속의 가스전을 잘못 건드릴 경우 가스가 배까지 올라와 폭발하는 것을 방지하는 BOP(12)가 설치된다. Referring to FIGS. 3A to 3B, the oil drilling rig 1 floating on the sea is connected to the sea bottom as a
그리고 해저 속으로는 직경이 큰 케이싱(20)부터 차례로 위치되고, 케이싱(20)의 내측으로 시추선(1)부터 연결되는 드릴 파이프(30)가 설치된다.And the
드릴 파이프(30)의 단부에는 직경이 가변될 수 있도록 몸체(102)에 분할날(104)이 설치된 드릴 비트(100)가 장착된다.An end of the
그리고 드릴 비트(100)에 회전 동력을 전달하기 위한 드릴 모터(32)가 드릴 파이프(30)상에 설치된다.In addition, a
한편, 시추선(1)에는 시추 후의 암석 또는 머드들을 케이싱(20)과 드릴 파이프(30)의 외부를 통해 이송시키며, 머드를 시추 깊이에 적합한 압력으로 드릴 파이프(30)로 전달하는 공급펌프(2)가 설치된다.On the other hand, the drilling line (1) is a supply pump (2) for transferring the rock or mud after the drilling through the outside of the
따라서 시추 과정은, 시추되는 깊이에 맞는 압력으로 공급펌프(2)를 통해 머드를 공급하면, 이 머드 압력은 드릴 파이프(30)의 내측에 위치되어 있는 분할날(104)들의 상면에 압력을 가하고, 압력이 가해진 분할날(104)들은 지지부재(110)를 팽창시키면서 회동되어 전체적으로 보았을 때 몸체(102)로부터 오므러들어 직경이 축소된다.Thus, in the drilling process, when the mud is supplied through the supply pump 2 at a pressure corresponding to the depth to be drilled, the mud pressure exerts pressure on the upper surfaces of the splitting
이에 따라 드릴 모터(32)에 의해 회전하는 드릴 비트(100)는 시추 깊이가 깊어질수록 증가되는 머드 압력에 따라 분할날(104)들의 오므려지는 회동 작동으로 직경이 축소되면서 시추 작업을 진행하게 된다.Accordingly, the
그리고 시추 과정에서 암석과 머드 들은 케이싱(20)과 드릴 파이프(30)의 외부를 통해 이송시키며, 시추 홀의 압력을 유비시켜 포메이션(formation)이 붕괴되지 않도록 조절되고, 시추가 완료되면 분할날(104)에 가해지는 압력이 해제되어 지지부재(110)의 복원력으로 원위치된다.In the drilling process, rocks and muds are transferred through the outside of the
그러므로 본 발명에서는 시추 깊이에 맞는 일정한 압력의 머드를 공급해야 시추 작업이 이루어지기 때문에 이를 이용하여 드릴 비트(100)의 직경이 분할날(104)을 통하여 가변될 수 있도록 구성함으로써, 연속적으로 드릴링 작업이 가능하고, 드릴링 하면서도 케이싱(20) 작업을 동시에 진행할 수 있는 유용한 발명이다.Therefore, in the present invention, since the drilling operation is performed only when the mud of a constant pressure suitable for the drilling depth is supplied, the diameter of the
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 시추용 드릴 비트에 대하여 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one preferred embodiment of the drill bit for drilling according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as claimed in the following claims, the gist of the present invention Without departing from the scope of the present invention, any person having ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
도 1에서는 종래의 일반적인 시추 드릴링 과정을 개략적으로 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional general drilling drilling process,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시추용 드릴 비트의 평면도이고,2 is a plan view of a drill bit for drilling according to an embodiment of the present invention,
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 시추용 드릴 비트의 사용 상태의 단면도이다.3A to 3B are cross-sectional views of the state of use of the drill bit for drilling in accordance with one embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 드릴 비트 102 : 몸체100: drill bit 102: body
104 : 분할날 110 : 지지부재104: dividing blade 110: support member
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