MXPA06008567A - Trepano anti-rastreo para perforacion terrestre con paso variado seleccionado para la optimizacion del exceso de excavacion y la reduccion de vibracion. - Google Patents

Trepano anti-rastreo para perforacion terrestre con paso variado seleccionado para la optimizacion del exceso de excavacion y la reduccion de vibracion.

Info

Publication number
MXPA06008567A
MXPA06008567A MXPA06008567A MXPA06008567A MXPA06008567A MX PA06008567 A MXPA06008567 A MX PA06008567A MX PA06008567 A MXPA06008567 A MX PA06008567A MX PA06008567 A MXPA06008567 A MX PA06008567A MX PA06008567 A MXPA06008567 A MX PA06008567A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
circumferential
cutting
cutting elements
pitch
drilling bit
Prior art date
Application number
MXPA06008567A
Other languages
English (en)
Inventor
Anna Victorovna Aaron
Victor Lytvynenko
Original Assignee
Anna Victorovna Aaron
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anna Victorovna Aaron filed Critical Anna Victorovna Aaron
Publication of MXPA06008567A publication Critical patent/MXPA06008567A/es

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/08Roller bits
    • E21B10/16Roller bits characterised by tooth form or arrangement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Se construye un trepano para perforacion terrestre que tiene cabezal cortador giratorio para formar una perforacion en la tierra. Se optimiza al menos una hilera circunferencial de elementos cortantes para crear el exceso de excavacion de la roca y eliminar el rastreo, en donde los pasos seleccionados tienen pares matematicamente determinados y la diferencia absoluta entre el paso seleccionado y sus pares es mayor a 10 % de la diferencia entre el paso maximo y el minimo para esa hilera circunferencial. Ademas, los elementos cortantes se colocan a lo largo de generatrices pre-seleccionadas que se desvian de dichas generatrices, lo cual es menos de la mitad del paso maximo de las hileras circunferenciales ocupadas por dicho elemento cortante. La presente invencion elimina el rastreo y reduce la vibracion de frecuencia de resonancia axial perjudicial, mientras reduce el numero de elementos cortantes, incluyendo insertos de tungsteno-carburo, en comparacion a los trepanos cortadores convencionales con rodillos utilizados para petroleo, gas y pozos de perforacion de hoyo de explosion e incrementa simultaneamente la profundidad perforada, velocidad de perforacion y durabilidad.

Description

TREPANO ANTI-RASTREO PARA PERFORACIÓN TERRESTRE CON PASO VARIADO SELECCIONADO PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL EXCESO DE EXCAVACIÓN Y LA REDUCCIÓN DE VIBRACIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo Técnico La presente invención se refiere a trépanos de perforación para perforar formaciones terrestres. La presente invención se adapta particularmente a trépanos de perforación terrestre de cabezal cortador giratorio que más típicamente se utilizan en perforaciones para petróleo o gas, pero también tienen aplicación en trépanos utilizados en perforación para voladura y aplicaciones de minería. 2. Sumario de la Técnica Anterior En 1909, Ho ard R. Hughes inventó el trépano para roca de cabezal cortador giratorio, que revolucionó la exploración y perforación de pozos de petróleo y gas. Desde aquel tiempo, se han hecho mejoras innumerables del diseño básico de Hughes. Un problema que permanece para resolverse es aquel del "rastreo". El rastreo ocurre cuando un elemento cortante (inserto de tungsteno-carburo o diente de acero) cae en la misma impresión que se hizo previamente por el mismo u otro elemento de corte. Esto da como resultado la pérdida de la eficiencia de perforación, ya que el modo de contacto principal entre los cabezales cortadores y la formación se encuentra entre la superficie del cabezal cortador y la - - formación en lugar de entre los elementos de corte y la formación. Esto da como resultado el desgaste incrementado del trépano así como la reducción en pies por hora o la tasa de penetración. Soluciones convencionales para el rastreo incluyen incrementar el peso-en el-trépano (WOB) , pero como puede esperarse, esto reduce la vida del trépano debido al esfuerzo interno adicional en los componentes del trépano. Probablemente la forma más común para reducir el rastreo y vibración es disminuir los pasos entre los elementos cortantes adyacentes o incrementar el número de elementos cortantes, especialmente para formaciones de roca dura como se muestra en las Patentes de E.U. Nos. 6,161,634 y 3,726,350. Esta desventaja de tales soluciones es que el efecto de exceso de excavación no se utiliza, incrementa la energía específica y se aumenta el costo de la perforación. El rastreo también puede reducirse parcialmente al incrementar el deslizamiento y arrastre de los elementos cortantes en el orificio inferior al ajustar la geometría del trépano. La desventaja de este procedimiento es que los elementos cortantes que se deslizan y arrastran se desgastarán más rápidos mientras que el rastreo no se eliminará completamente. Otra solución del problema del rastreo es el uso de pasos que varían (distancia angular entre las líneas centrales) entre los elementos cortantes por ejemplo como se propone en las Patentes de E.U. Nos. 4,248,314, 4,187,922 y 3,726,350. Cualquier desviación a partir de un paso igual puede incrementar dramáticamente la vibración del trépano, provocando de nuevo el desgaste prematuro del trépano. Además, solamente los trépanos de perforación de paso aleatoriamente variado sólo pueden rastrear tanto como los trépanos de perforación igualmente espaciados. El rastreo también puede reducirse a través de varias configuraciones de elementos o engranajes, incluyendo engranajes con cresta en forma de "T" para la resistencia adicional al desgaste en donde el engranaje/insertos comprimen la formación para reducir el rastreo (por ejemplo ver la Patente de UK número 3,326,307). Este procedimiento tiende a reducir la velocidad de perforación e incrementa la energía específica (energía aplicada por unidad de ruptura de la formación) debido a que los elementos cortantes comprimen la formación con menor tasa de penetración. Otra variación es agrupar y espaciar los elementos cortantes con varios pasos entre los grupos en combinación con el cambio de orientación de las crestas de los elementos cortantes para varios grupos. Estos procedimientos pueden reducir el rastreo; sin embargo pueden incrementar el costo de fabricación. Ver la Pat. de E.U. No. 2,333,746. Un cambio en la orientación del elemento cortante como se muestra en la - Pat. de E.U. No. 4,393,948 sin la colocación óptima en la superficie de los cabezales cortadores puede solo reducir pero no eliminar completamente el rastreo. Los métodos para optimizar el desempeño del trépano de perforación utilizando simulaciones y otros datos estadísticos para mejorar los parámetros del desempeño del trépano se ilustran en las Patentes de E.U. Nos. 6,213,225; 6,095,262; 6,516,293; y las solicitudes de patente publicadas 20,030,051, 917; 20,030,051,918; 20,010,037,902. Los procedimiento de simulación ad hoc son los mejores implementados en ausencia de la teoría adecuada; sin embargo, los resultados de optimización estadísticos se limitan por las hipótesis y bases tomadas en el inicio del proceso de optimización. Además, los métodos de simulación de la técnica anterior tienen sobre-inflado el número del elemento cortante requerido para perforar óptimamente formaciones terrestres . Por lo tanto, existe una necesidad para que un trépano de perforación terrestre tenga características de anti-rastreo, que evite la vibración excesiva y pueda producirse económicamente. Una desventaja común de todas las soluciones de la técnica anterior es que carecen de la optimización del exceso de excavación durante la perforación de la formación rocosa. El efecto de exceso de excavación es la investigación del hecho de que la roca tiene fuertes - propiedades de compresión y tiene propiedades débiles de flexión y expansión según se compara con el metal, por ejemplo el hierro. Otra desventaja común de las soluciones de la técnica anterior es el malentendido por aquellos conocedores de la materia del motivo actual para la vibración de frecuencia de resonancia axial dañina del trépano de perforación cortante al perforar la roca. Los inventores encontraron la causa de la vibración de frecuencia de resonancia axial dañina para los trépanos de perforación cortantes de rodillos. SUMARIO DE LA INVENCIÓN El objetivo principal de la invención es la creación del diseño de la herramienta de perforación cortante con rodillos de perforación terrestre que simultáneamente incrementa la profundidad en pies perforados, durabilidad y tasa de penetración mientras reduce la cuenta del número de elementos cortantes, en una modalidad de insertos de tungsteno-carburo comparados con las herramientas de perforación cortantes con rodillos de perforación terrestre convencionales que se fabrican actualmente alrededor del mundo . Otro objetivo de la presente invención es la modificación de los diseños convencionales de trépanos de perforación cortantes con rodillos para incrementar simultáneamente la profundidad en pies perforados, - - durabilidad y tasa de penetración mientras reduce la cuenta del número de elementos cortantes en comparación con las herramientas de perforación cortantes con rodillos de perforación terrestre convencionales que se fabrican actualmente alrededor del mundo. Los objetivos antes mencionados pueden lograrse de acuerdo con la invención propuesta a través de la colocación óptima matemáticamente determinada de los elementos cortantes en la superficie de cada cabezal cortador insertado de manera giratoria en una herramienta de perforación o trépano de perforación a través de la utilización simultánea de los siguientes conceptos: 1. Completar la eliminación del rastreo durante la perforación en el fondo del orificio por medio de cabezales cortadores giratorios independientes con el uso de pasos variados entre los elementos cortantes adyacentes . 2. Maximización del volumen de la fractura de la formación debido a la optimización del exceso de excavación a través del espaciamiento óptimo entre las penetraciones subsecuentes tomando en cuenta las propiedades mecánicas de la roca a perforarse y la geometría de los elementos cortantes y la orientación de la línea central de los elementos cortantes con respecto a la superficie del cabezal cortador. - 3. Reducción sustancial de la vibración de frecuencia de resonancia axial perjudicial del trépano o herramienta de perforación lo cual restringe el proceso de perforar la formación a través de la colocación óptima de los elementos cortantes a lo largo de las generatrices de corte. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva de un trépano de perforación con rodillos en cono giratorio de la técnica anterior que es del tipo general contemplado por la presente invención. La Figura 2 muestra una vista lateral de un cabezal cortador diseñado de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La Figura 3 es un dibujo esquemático que ilustra un arreglo preferido de insertos de tungsteno-carburo en la superficie del miembro cortante de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La Figura 4 es una disposición esquemática que muestra un arreglo preferido de los elementos cortantes que comprenden dientes fresados. La Figura 5 muestra el volumen de la fractura de la formación sin la optimización del exceso de excavación (técnica anterior) . La Figura 6 muestra el volumen de la fractura de la formación con el exceso de excavación debido al espaciamiento óptimo entre las penetraciones previas y subsecuentes de los elementos cortantes en la roca. La Figura 7 ilustra el volumen de la fractura de la formación como una función generalmente convexa de espaciamiento entre las penetraciones previa y subsecuente de los elementos cortantes para una formación dada. La Figura 8 es una disposición esquemática que muestra la colocación de pares de pasos matemáticamente determinados en una hilera circunferencial de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La Figura 9 es una disposición esquemática que muestra un arreglo preferido de los elementos cortantes que comprenden una combinación de dientes fresados e insertos de tungsteno-carburo en la superficie del miembro cortante. La Figura 10 es una disposición esquemática de un arreglo preferido de los elementos cortantes arreglados en grupos de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La Figura 11 es una vista en perspectiva de un miembro cortante construido de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención empleadas por ejemplo, por trépanos de tipo avellanado que en la práctica se utilizan para Excavación en Túnel, Minería y Perforación de Coladero. La Figura 12 es una disposición esquemática y una - vista en perspectiva que muestra el arreglo preferido de los elementos cortantes de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención para un cabezal cortador giratorio con una hilera circunferencial. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Refiriéndose ahora a las Figuras y específicamente a la Figura 1, se ilustra un trépano de perforación 50 de cabezal cortador giratorio convencional (también llamado cono giratorio o cono de tres) convencionalmente utilizado para perforar una perforación en una formación de tierra. El trépano 50 es típicamente de los contemplados por la presente invención. El trépano 50 comprende un cuerpo de trépano 51 que es roscado en su extensión superior 52 para conectarse en una serie de brocas. El trépano 50 opcionalmente puede proporcionarse con un compensador lubricante 53. Se proporciona una boquilla 55 en el cuerpo del trépano 51 para enfriar y lubricar el trépano de perforación durante la perforación. Los pasadores o brazos de soporte 54 se extienden a partir del cuerpo del trépano en una forma dependiente del voladizo descendente. Al menos un cabezal cortador 101 se instala sobre el brazo de trépano 54 que se lleva por rotación mediante cada sección del cuerpo del trépano con una pluralidad de elementos cortantes 107 instalados en el mismo en filas generalmente circunferenciales. Los insertos de tungsteno-carburo 107 se - - aseguran por el ajuste de interferencia en los orificios o aberturas formadas en los cabezales cortadores 101 para definir los elementos cortantes. Los elementos cortantes también pueden formarse del material del cabezal cortador 173 (un trépano de dientes de acero) como se muestra en la Figura 4. Cuando se conectan en una serie de brocas, el trépano 50 se gira aproximadamente sobre su eje 115 en la dirección 206 para desintegrar formaciones terrestres. Refiriéndose a la Figura 2, se ilustra una vista lateral del cabezal cortador con rodillos de múltiples conos 101 de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. El cabezal cortador 101 comprende una multiplicidad de elementos cortantes en una modalidad de insertos de tungsteno-carburo 107, empotrados en los orificios para insertos formados en el cuerpo del cono y instalados en filas generalmente circunferenciales 102-106 alrededor del eje 114 del cabezal cortador. Los parámetros geométricos de los elementos cortantes 107 pueden ser de diferente forma, tamaño y orientación de la cresta. Cada elemento cortante 107 tiene su línea central 500; la línea central 500 intersecta simultáneamente la superficie del cabezal cortador y la hilera circunferencial en la cual se coloca el elemento cortante. El paso se define como la longitud del arco en la hilera circunferencial entre los puntos de intersección de las líneas centrales 500 con la - curva de la hilera circunferencial en la superficie del cabezal cortador 101 para los elementos cortantes adyacentes a lo largo de la hilera circunferencial o alternativamente se define como el ángulo entre los ejes de los elementos cortantes 500 adyacentes para cada hilera circunferencial. Los radios rl-r5 de cada hilera circunferencial se definen como la distancia más corta a partir del eje 114 del cabezal cortador hacia cualquier punto en las hileras circunferenciales 102-106 en la superficie del cabezal cortador 101. Los radios R1-R5 son la distancia máxima a partir de un punto seleccionado de la hilera circunferencial hacia el eje 115 del trépano de perforación 50 medida perpendicular al eje 115 del trépano de perforación 50. Se conoce convencionalmente que la proporción Kv definida como Ri divida entre ri no debe ser igual a un entero para reducir el rastreo, en donde i=l,2,3.... El 100% de rastreo se logra en los casos en donde la proporción Kv es igual a un entero sin considerar la selección del paso entre los elementos cortantes 107. A fin de evitar el rastreo con el paso variado y la optimización del exceso de excavación de la formación, la parte decimal de Kv se encuentra preferentemente en el rango 0.3-0.7. La optimización del exceso de excavación del cabezal cortador 101 de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención determina matemáticamente el paso óptimo - - entre los elementos cortantes 107 instalados en las hileras circunferenciales para producir los fragmentos más grandes posibles para los cabezales cortadores 101 seleccionados y las formaciones a perforarse. Entre más grandes sean los fragmentos, se retira la mayor formación rocosa por unidad de energía y mayor es la reducción en costos y los ahorros de tiempo y energía. La colocación de los elementos cortantes 107 más cercana a esta distancia óptima da como resultado menor fractura por volumen por unidad de energía; la penetración adicional subsecuente de esta distancia óptima da como resultado consumo de energía incrementado a medida que la fragmentación se reemplaza mediante indentación. El cabezal cortador 101 se instala sobre el brazo 54 del trépano y se gira alrededor del eje central del trépano 115 en la dirección 206. La multiplicidad de generatrices 400 definida como el sitio geométrico en la superficie del cabezal cortador 101 se forma cuando el plano que contiene el eje central 114 del cabezal cortador 101 intersecta la línea central 500 de al menos un elemento cortante 107 seleccionado y la superficie geométrica del cabezal cortador 101. En otras palabras, una generatriz es una curva que forma la superficie del cabezal cortador a medida que se gira alrededor del eje del cabezal cortador. En cada momento durante la perforación, las interacciones de fuerza principales entre el cabezal cortador 101 y la formación que se esta desintegrando ocurren a lo largo de la generatriz 400. Por lo tanto, la colocación óptima de los elementos cortantes con respecto a su densidad a lo largo de las generatrices es crucial para la reducción de la vibración dañina . Refiriéndose ahora a la Figura 3, que representa la Vista A, orientada hacia arriba en la estructura cortante, los pasos entre los elementos cortantes 107, definidos como el ángulo entre el eje 500 de los elementos de corte adyacentes en cada hilera circunferencial se incrementan progresivamente a partir del paso mínimo 108 hacia el paso máximo 109, además todos los pasos son diferentes y cada paso mínimo 108 y cada paso máximo 109 se encuentran adyacentes entre sí. Adicionalmente, los pasos mínimos 108 en todas las hileras circunferenciales 102-106 inician a lo largo de una generatriz 113 aleatoriamente seleccionada del miembro 101 del cabezal cortador giratorio; además la desviación de la generatriz 113 no puede exceder los 45 grados y es preferentemente menos de la mitad del paso mínimo 110. La misma dirección 111 se mantiene para todas las hileras circunferenciales 102-106 de dicho miembro cortante 101 a partir de dichos pasos mínimos 108 iniciando a lo largo de dicha generatriz 113 e incrementando hacia los pasos máximos 109. Los pasos mínimos 108 en todas las hileras circunferenciales 102-106 de dicho miembro cortante 101 pueden ser iguales o diferentes. Los pasos máximos 109 y en todas las hileras circunferenciales 102-106 de dicho cono 101 pueden ser iguales o diferentes. El incremento a partir del paso mínimo 108 hacia el paso máximo 109 puede definirse como aritmético, geométrico, exponencial, logarítmico o cualquier otra función matemática o una combinación de las mismas. Para propósitos ilustrativos, se muestran varias generatrices 400 a lo largo de las cuales los elementos cortantes 107 en cada hilera circunferencial 102-106 se alinean con la desviación de las generatrices 400 menos de la mitad del paso máximo seleccionado 109 de la hilera circunferencial ocupada por el elemento cortante 107. Para ilustrar la selección del paso óptimo variado para la optimización del exceso de excavación de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, para el paso 203 de la hilera circunferencial 103 se selecciona y su par de paso variado 204 se computa como de detalla abajo. El arco 450 se muestra como una curva sombreada que es parte de la hilera circunferencial 103. El arco 450 se mide a partir del punto A definido como el punto medio del paso 203 seleccionado en la hilera circunferencial 103 en la dirección 208, que es opuesto a la dirección 205 de la rotación del cabezal cortador 101. El origen de la dirección 208 es la línea 207 que intersecta el paso 203 en al punto medio A. El extremo - - del arco 450 cae dentro de un cierto paso, el paso 204 computado etiquetado. El arco 450 denotado como L iguala la longitud de dicha hilera circunferencial 103 (2*p*r2) multiplicado por la parte decimal de Kv que se denotará como KvD para los propósitos de la presente invención. Por ejemplo, para r=5 unidades y R=7 unidades, Kv iguala 7 dividido entre 5 o 1.4. La parte decimal de Kv se denotada como KvD iguala 0.4. L = KvD* (2 * p * r2) KvD puede no ser igual a cero para evitar el rastreo y puede estar dentro de 0.15 hasta 0.85 KvD que se encuentra preferentemente en el rango de 0.3-0.7. El efecto de exceso de excavación de la formación rocosa durante la perforación existe cuando la diferencia absoluta entre el paso 203 seleccionado y su paso variado 204 del par computado es mayor del 10% de la diferencia absoluta entre el paso máximo 109 y el paso mínimo 108, ambos de los cuales se seleccionan para la hilera circunferencial 103. La definición anterior para la hilera circunferencial 103 puede restablecerse en forma matemática: 1203 - 20 | >0.1*|109 - 108 | En una clase de modalidades de acuerdo con los principios de la invención actual, los pasos se calculan como una progresión aritmética de la forma del "paso mínimo" + D*n, en donde D es una constante que se determina como el - valor óptimo para maximizar el efecto de exceso de excavación y n es un entero consecutivo positivo (n=l, 2, 3...) Aún en otra clase de modalidades de acuerdo con los principios de la invención actual, D puede variar tal como lo permita la colocación óptima de los elementos cortantes para reducir la vibración. Refiriéndose ahora a la Figura 4, se ilustra el cabezal cortador de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. Se utilizan anotaciones similares a las de la Figura 3 excepto que en esta modalidad de la presente invención los elementos cortantes se hacen del mismo material como el del cabezal cortador o dientes fresados 173. Para propósitos ilustrativos, el paso 203 seleccionado y su par del paso variado computado 204 se ilustran para la hilera circunferencial 105 contra la hilera circunferencial 103 en la Figura 3. El efecto de exceso de excavación de la formación de la roca durante la perforación existe cuando la diferencia absoluta entre los pasos 203 seleccionados y su paso variado del par calculado 204 es mayor del 10% de la diferencia absoluta entre el paso máximo 109 y el paso mínimo 108, ambos de los cuales se seleccionan para la hilera circunferencial 105. La definición anterior para la hilera circunferencial 105 puede restablecerse en la forma matemática: 1203 - 204 I >0.1*1109 - 1081 - Para ilustrar la selección del paso óptimo variado para la optimización del exceso de excavación de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, para la hilera circunferencial 105 se selecciona el paso 203 y se computa su par del paso variado 204. El arco 450 mostrado como una curva sombreada es una parte de la hilera circunferencial 105. El arco 450 se mide a partir del punto A definido como el punto medio del paso 203 seleccionado en la hilera circunferencial 105 en la dirección 208, que es opuesta a la dirección 205 de la rotación del cabezal cortador 101. El extremo del arco 450 cae dentro de un cierto paso, el paso 204 computado etiquetado. El arco 450 denotado como L iguala la longitud de dicha hilera circunferencial 105 (2*p*r2) multiplicado por la parte decimal de Kv que se denotará como KvD. L = KvD* (2 * p * r4) La Figura 5 ilustra el volumen de la fractura de la formación sin la optimización del exceso de excavación (técnica anterior) . Si el espaciamiento entre las penetraciones previas y subsecuentes de los elementos cortantes no se optimiza, el volumen de la fractura de la formación y la profundidad de penetración son insignificantes careciendo del efecto de exceso de excavación. En base a la definición del exceso de excavación de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, es imposible crear el - - exceso de excavación con pasos constantes convencionalmente utilizados en los trépanos de perforación del cabezal cortador giratorio de la técnica anterior. Refiriéndose ahora a la Figura 6, se muestra el volumen de la fractura de la formación con el debido exceso de excavación para el espaciamiento óptimo entre las penetraciones previas y subsecuentes de los elementos cortantes. El exceso de excavación se optimiza para una hilera circunferencial dada cuando al menos el 20% de pasos tienen pares matemáticamente determinados, que satisfacen la definición del exceso de excavación de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. En una modalidad preferida, todos los pasos de la hilera circunferencial dada tienen un par que satisface la definición del exceso de excavación de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La Figura 7 ilustra el volumen de la fractura de la formación como una función generalmente convexa de espaciamiento entre las penetraciones previas y subsecuentes de los elementos cortantes para una formación dada. Cada tipo de formación tiene su propia curva de espaciamiento-volumen (suave, medio, duro) que depende de las propiedades físicas y mecánicas de la formación para el tipo dado de elementos cortantes y condiciones de perforación. El exceso de excavación se optimiza cuando se maximiza el volumen de la - fractura de la formación. Refiriéndose ahora a la Figura 8, se ilustra una disposición esquemática de un cabezal cortador 101 giratorio de un solo cono y la colocación de los pasos 204 matemáticamente determinados con respecto a los pasos 203 seleccionados de la hilera circunferencial 106 de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención como se describe en las Figuras 1-3. El elemento cortante 107 de la hilera circunferencial 106 del cabezal cortador 101 interactúa con el orificio inferior a lo largo de la trayectoria 300 que hace las impresiones 310 en el orificio inferior que resultan de la penetración de los elementos cortantes durante el proceso de perforación. La distancia entre las impresiones 310 adyacentes en la trayectoria circular 300 con el radio R5 es igual a la distancia entre los elementos cortantes 107 adyacentes respectivos en la hilera circunferencial 106. Si el par de pasos 203 y 204 en la hilera circunferencial 106 se calcula de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención que para cualquier sección aleatoria 304 a lo largo de la trayectoria 300 las penetraciones del orificio inferior de los elementos cortantes que definen el paso 204 seguirán a las penetraciones de los elementos cortantes que definen el paso 203, la diferencia óptima del paso creará el efecto de exceso de excavación y eliminará el rastreo durante el - proceso de perforación. El paso variado mejora la eficiencia del troceado durante la perforación de la formación, por lo tanto aún aquellos elementos cortantes que se embragan en forma deslizante contra la penetración completa contribuyen a la mejor desintegración de la formación según se compara con los trépanos de paso constante. En una modalidad de la presente invención, los elementos cortantes 107 en todas las hileras circunferenciales del cabezal cortador 101 se alinean a lo largo de la generatriz 400 con la desviación de la generatriz 400 de menos del 51% del paso mínimo 108 seleccionado para cada una de las hileras circunferenciales ocupadas por los elementos cortantes 107 dando como resultado la eliminación sustancial de la vibración de la frecuencia de resonancia axial perjudicial 115 del trépano 50. Si los elementos cortantes no se alinean a lo largo de dicha generatriz 400 de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, la vibración de resonancia axial perjudicial del trépano 50 desviará los beneficios del efecto de exceso de excavación; por lo tanto los objetivos de la presente invención no pueden lograrse. La Figura 9 muestra otra modalidad del cabezal cortador 101 diseñado de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. Los elementos cortantes comprenden tanto insertos 107 de tungsteno-carburo como dientes fresados 173 y como se ilustra para la hilera circunferencial 104 se han - - seleccionado los pasos 203 y su paso variado del par calculado 204. El inicio de los pasos mínimos 108 para ambos tipos de elementos cortantes 107 y 173 inicia a lo largo de la generatriz 113 para todas las hileras circunferenciales del cabezal cortador 101. Los pasos en todas las hileras circunferenciales se incrementan progresivamente en una dirección y los pasos máximos y mínimos de todas las hileras circunferenciales se encuentran adyacentes entre sí. Para cada hilera circunferencial la desviación máxima de las generatrices es menor que 0.51 del paso mínimo respectivo seleccionado para esa hilera circunferencial. La Figura 10 ilustra otra clase de modalidades preferidas, en donde los elementos cortantes 107 se disponen en grupos 112 en donde el paso dentro del grupo es constante y los pasos entre los grupos varían. La dirección 111 del incremento en pasos variados se mantiene similar para todos los grupos; además, los pasos mínimos 108 se encuentran adyacentes a los pasos máximos 109 a lo largo de la generatriz 113 seleccionada del cabezal cortador 101 con la desviación menor a 45 grados y preferentemente con la desviación menor a 51% del paso mínimo 108 seleccionado. La Figura 11 es una vista esquemática en perspectiva que representa un cono truncado 101 construido de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención como se describe en la Figura 2, Figura 3, Figura 8 que se utiliza - típicamente para Excavación en Túnel, Minería y Perforación en Elevación por ejemplo mediante trépanos del tipo avellanado. Para propósitos ilustrativos, la hilera circunferencial 320 muestra el paso 203 seleccionado y su par calculado de paso 204 variado. La Figura 12 es una vista frontal y una vista lateral del cabezal cortador 101 con una hilera circunferencial de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención como se describe en la Figura 3. Esta es otra modalidad de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención.

Claims (17)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un trépano de perforación terrestre, que comprende : un cuerpo de trépano, teniendo el cuerpo de trépano un eje central de rotación; al menos un cabezal cortador giratorio instalado sobre dicho cuerpo de trépano, teniendo el cabezal cortador un eje central; una pluralidad de elementos cortantes, teniendo cada uno de los elementos cortantes una línea central, estando los elementos cortantes instalados sobre el cabezal cortador en hileras generalmente circunferenciales; una pluralidad de generatrices, definiéndose cada una de las generatrices como el sitio geométrico sobre la superficie del cabezal cortador formadas cuando un plano que contiene el eje central del cabezal cortador intersecta la línea central de al menos un elemento cortante seleccionado y la superficie geométrica del cabezal cortador; elementos cortantes en otras hileras circunferenciales que se alinean a lo largo de dicha generatriz con desviación desde dicha generatriz de menos de la mitad del paso máximo seleccionado de la hilera circunferencial ocupada por el elemento cortante; en donde al menos una hilera circunferencial contiene pasos en donde el paso máximo no es igual al paso - mínimo, para dicha hilera, teniendo al menos 20% de los pasos pares matemáticamente determinados, y la diferencia del valor absoluto entre dicho paso y su par es mayor de 10% de la diferencia de valor absoluto entre el paso máximo y mínimo para esa hilera circunferencial, dicho paso par se determina al medir un arco desde el punto medio de dicho paso inicial a lo largo de dicha hilera circunferencial en la dirección opuesta a la dirección de rotación de corte durante la perforación, igualando dicho arco a la longitud de dicha hilera circunferencial (2*p*r) multiplicado por la parte decimal de Kv L = 2*p*r*KvD.
  2. 2. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde al menos el 40% de las hileras circunferenciales tienen paso variado.
  3. 3. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde para las hileras circunferenciales con paso variado: la relación matemática utilizada para una hilera circunferencial se gradúa a la relación matemática en otras hileras circunferenciales como una función directamente proporcional de los radios, el inicio de todas las relaciones matemáticas deriva de una generatriz seleccionada por menos de 45° y la dirección similar de cambio se selecciona para todas las hileras circunferenciales. - -
  4. 4. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la relación matemática seleccionada es una aritmética, geométrica, exponencial ponderada, progresión logarítmica o cualquier otra función matemática o combinación de las mismas, que conduzca a incrementos sucesivos en los pasos para optimizar el exceso de excavación de la formación.
  5. 5. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las desviaciones de dichas generatrices son menos del 51% del paso mínimo seleccionado de la hilera circunferencial ocupada por el elemento cortante .
  6. 6. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los elementos cortantes se forman del material del cabezal cortador.
  7. 7. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los elementos cortantes se forman de la interferencia de metal duro adaptados en las aberturas formadas en el cabezal cortador.
  8. 8. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el trépano es un trépano de eje de perforación.
  9. 9. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el trépano de perforación terrestre tiene tres cabezales cortadores giratorios. -
  10. 10. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el trépano es un trépano sacatestigos .
  11. 11. El cabezal cortador de la reivindicación 2, en donde al menos una generatriz contiene puntos de intersección entre la línea central de los elementos cortantes y la superficie geométrica del cabezal cortador para todas las hileras circunferenciales de dicho cabezal cortador.
  12. 12. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las hileras circunferenciales con variada relación matemática de paso utilizada para una hilera circunferencial se gradúa a las relaciones matemáticas en otras hileras circunferenciales como una función directamente proporcional de radios, todas las relaciones matemáticas inician de una generatriz seleccionada y la dirección similar de cambio se selecciona para todas las hileras circunferenciales .
  13. 13. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el KvD se encuentra en el rango de 0.3 - 0.7.
  14. 14. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los pasos entre los elementos cortantes se agrupan en las hileras circunferenciales de manera que el paso dentro de un grupo dado es constante y el paso entre los grupos se incrementa - progresivamente desde el mínimo hasta el máximo en la circunferencia de dicha hilera.
  15. 15. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso máximo y mínimo se determina como una función de las propiedades físicas y mecánicas de la formación.
  16. 16. El trépano de perforación terrestre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el incremento incremental del paso mínimo hasta el paso máximo es la distancia para optimizar el exceso de excavación para las formaciones seleccionadas y la geometría del elemento cortante.
  17. 17. El cabezal cortante de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el incremento del paso mínimo al máximo a lo largo de las longitudes de todas las hileras circunferenciales es una progresión aritmética, el comienzo de todos los pasos mínimos inicia a partir de una generatriz seleccionada y los pasos mínimo y máximo son adyacentes entre si para cada una de las hileras circunferenciales.
MXPA06008567A 2004-01-30 2005-01-13 Trepano anti-rastreo para perforacion terrestre con paso variado seleccionado para la optimizacion del exceso de excavacion y la reduccion de vibracion. MXPA06008567A (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/768,532 US7195086B2 (en) 2004-01-30 2004-01-30 Anti-tracking earth boring bit with selected varied pitch for overbreak optimization and vibration reduction
PCT/US2005/001796 WO2005074493A2 (en) 2004-01-30 2005-01-13 Anti-tracking earth boring bit with selected varied pitch for overbreak optimization and vibration reduction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
MXPA06008567A true MXPA06008567A (es) 2007-03-16

Family

ID=34807894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
MXPA06008567A MXPA06008567A (es) 2004-01-30 2005-01-13 Trepano anti-rastreo para perforacion terrestre con paso variado seleccionado para la optimizacion del exceso de excavacion y la reduccion de vibracion.

Country Status (14)

Country Link
US (1) US7195086B2 (es)
EP (1) EP1709282A4 (es)
JP (1) JP2007519841A (es)
KR (1) KR20060135780A (es)
CN (1) CN100562642C (es)
AU (1) AU2005211329B2 (es)
BR (1) BRPI0506553A (es)
CA (1) CA2553052A1 (es)
EA (1) EA008562B1 (es)
MX (1) MXPA06008567A (es)
NO (1) NO20063435L (es)
UA (1) UA88898C2 (es)
WO (1) WO2005074493A2 (es)
ZA (1) ZA200606808B (es)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2438550B (en) * 2003-05-27 2008-01-02 Smith International Drill bit
NO324515B1 (no) * 2005-12-05 2007-11-05 Aker Kvaerner Well Service As Anordning ved renseverktoy for et ror
US7621345B2 (en) * 2006-04-03 2009-11-24 Baker Hughes Incorporated High density row on roller cone bit
EP2038506B1 (en) 2006-05-26 2011-07-13 Baker Hughes Incorporated Cutting structure for earth-boring bit to reduce tracking
US20080060852A1 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 Smith International, Inc. Gage configurations for drill bits
US8002053B2 (en) * 2007-08-17 2011-08-23 Baker Hughes Incorporated System, method, and apparatus for predicting tracking by roller cone bits and anti-tracking cutting element spacing
US8678111B2 (en) 2007-11-16 2014-03-25 Baker Hughes Incorporated Hybrid drill bit and design method
US9074431B2 (en) 2008-01-11 2015-07-07 Smith International, Inc. Rolling cone drill bit having high density cutting elements
US20090260890A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-22 Baker Hughes Incorporated Anti-tracking feature for rock bits
US20090271161A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-29 Baker Hughes Incorporated Arrangement of cutting elements on roller cones for earth boring bits
US8459378B2 (en) 2009-05-13 2013-06-11 Baker Hughes Incorporated Hybrid drill bit
US8020637B2 (en) * 2009-06-30 2011-09-20 Schlumberger Technology Corporation Downhole lubrication system
CA2773897A1 (en) 2009-09-16 2011-03-24 Baker Hughes Incorporated External, divorced pdc bearing assemblies for hybrid drill bits
WO2012006182A1 (en) * 2010-06-29 2012-01-12 Baker Hughes Incorporated Drill bits with anti-tracking features
EP2673451B1 (en) 2011-02-11 2015-05-27 Baker Hughes Incorporated System and method for leg retention on hybrid bits
US9782857B2 (en) 2011-02-11 2017-10-10 Baker Hughes Incorporated Hybrid drill bit having increased service life
SG11201402311VA (en) 2011-11-15 2014-06-27 Baker Hughes Inc Hybrid drill bits having increased drilling efficiency
CN103089152B (zh) * 2013-02-28 2014-11-26 西南石油大学 一种嵌入式宽齿牙轮钻头
CA2948648C (en) 2014-05-23 2019-03-12 Baker Hugues Incorporated Hybrid bit with mechanically attached roller cone elements
US11428050B2 (en) 2014-10-20 2022-08-30 Baker Hughes Holdings Llc Reverse circulation hybrid bit
CN109854175B (zh) * 2019-03-17 2020-08-04 东北石油大学 区域谐振式钻井装置及其钻井方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1708288A (en) * 1921-02-03 1929-04-09 Frank L O Wadsworth Rotary boring tool
US1896251A (en) * 1929-12-20 1933-02-07 Floyd L Scott Cutter for well drills
US3726350A (en) * 1971-05-24 1973-04-10 Hughes Tool Co Anti-tracking earth boring drill
US4187922A (en) * 1978-05-12 1980-02-12 Dresser Industries, Inc. Varied pitch rotary rock bit
US4202419A (en) * 1979-01-11 1980-05-13 Dresser Industries, Inc. Roller cutter with major and minor insert rows
US4393948A (en) * 1981-04-01 1983-07-19 Boniard I. Brown Rock boring bit with novel teeth and geometry
US4427081A (en) * 1982-01-19 1984-01-24 Dresser Industries, Inc. Rotary rock bit with independently true rolling cutters
JPS63594A (ja) * 1986-06-19 1988-01-05 東北大学長 コアボ−リング法による岩石の破壊じん性値算定法
US4815342A (en) * 1987-12-15 1989-03-28 Amoco Corporation Method for modeling and building drill bits
US5224560A (en) * 1990-10-30 1993-07-06 Modular Engineering Modular drill bit
US5197555A (en) * 1991-05-22 1993-03-30 Rock Bit International, Inc. Rock bit with vectored inserts
NO930044L (no) * 1992-01-09 1993-07-12 Baker Hughes Inc Fremgangsmaate til vurdering av formasjoner og borkronetilstander
GB9221453D0 (en) * 1992-10-13 1992-11-25 Reed Tool Co Improvements in rolling cutter drill bits
JP3010430U (ja) * 1994-10-20 1995-05-02 石油鑿井機製作株式会社 ドリルビット
FR2734315B1 (fr) * 1995-05-15 1997-07-04 Inst Francais Du Petrole Methode de determination des conditions de forage comportant un modele de foration
US5767399A (en) * 1996-03-25 1998-06-16 Dresser Industries, Inc. Method of assaying compressive strength of rock
US5794720A (en) * 1996-03-25 1998-08-18 Dresser Industries, Inc. Method of assaying downhole occurrences and conditions
US5704436A (en) * 1996-03-25 1998-01-06 Dresser Industries, Inc. Method of regulating drilling conditions applied to a well bit
US6412577B1 (en) * 1998-08-31 2002-07-02 Halliburton Energy Services Inc. Roller-cone bits, systems, drilling methods, and design methods with optimization of tooth orientation
US6401839B1 (en) * 1998-08-31 2002-06-11 Halliburton Energy Services, Inc. Roller cone bits, methods, and systems with anti-tracking variation in tooth orientation
US20040230413A1 (en) * 1998-08-31 2004-11-18 Shilin Chen Roller cone bit design using multi-objective optimization
ID28517A (id) * 1998-08-31 2001-05-31 Halliburton Energy Serv Inc Bit kerucut penggulung daya seimbang, sistem metode pengeboran, dan metode disain
US6095262A (en) * 1998-08-31 2000-08-01 Halliburton Energy Services, Inc. Roller-cone bits, systems, drilling methods, and design methods with optimization of tooth orientation
US6516293B1 (en) * 2000-03-13 2003-02-04 Smith International, Inc. Method for simulating drilling of roller cone bits and its application to roller cone bit design and performance
JP4462771B2 (ja) * 2001-02-15 2010-05-12 株式会社タンガロイ 穿孔用ビット

Also Published As

Publication number Publication date
US20050167161A1 (en) 2005-08-04
CN1914403A (zh) 2007-02-14
CN100562642C (zh) 2009-11-25
JP2007519841A (ja) 2007-07-19
EA200601406A1 (ru) 2007-02-27
US7195086B2 (en) 2007-03-27
UA88898C2 (ru) 2009-12-10
EP1709282A4 (en) 2013-06-12
WO2005074493A3 (en) 2006-05-18
AU2005211329B2 (en) 2010-10-28
KR20060135780A (ko) 2006-12-29
AU2005211329A1 (en) 2005-08-18
BRPI0506553A (pt) 2007-02-27
WO2005074493B1 (en) 2006-08-03
WO2005074493A2 (en) 2005-08-18
EP1709282A2 (en) 2006-10-11
CA2553052A1 (en) 2005-08-18
ZA200606808B (en) 2008-04-30
NO20063435L (no) 2006-07-25
EA008562B1 (ru) 2007-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
MXPA06008567A (es) Trepano anti-rastreo para perforacion terrestre con paso variado seleccionado para la optimizacion del exceso de excavacion y la reduccion de vibracion.
US4187922A (en) Varied pitch rotary rock bit
US6401839B1 (en) Roller cone bits, methods, and systems with anti-tracking variation in tooth orientation
CN108049818B (zh) 具有防钻头循旧槽结构的钻头
US7011170B2 (en) Increased projection for compacts of a rolling cone drill bit
EP0920568B1 (en) Cutting element tip configuration for an earth-boring bit
US5323865A (en) Earth-boring bit with an advantageous insert cutting structure
MXPA01002208A (es) Brocas de cono giratorio, sistemas, metodos de perforacion y metodos de diseno con optimizacion de orientacion de diente.
US5671817A (en) Drill bit with dual reaming rows
US6374930B1 (en) Cutting structure for roller cone drill bits
US6786288B2 (en) Cutting structure for roller cone drill bits
US6601660B1 (en) Cutting structure for roller cone drill bits
GB2381812A (en) Asymmetric compact for drill bit
GB2371321A (en) Equalising gage cutting element scraping distance
US20030051917A1 (en) Roller cone bits, methods, and systems with anti-tracking variation in tooth orientation
CN114837566A (zh) 一种螺旋齿轮牙轮钻头
GB2380501A (en) Flat profile cutting structure for roller cone drill bits

Legal Events

Date Code Title Description
FG Grant or registration