NO316286B1

NO316286B1 - Non-conforming drill with core tube

Info

Publication number: NO316286B1
Application number: NO20011109A
Authority: NO
Inventors: Eirik Borg
Original assignee: Devico As
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2004-01-05
Also published as: NO20011109D0; NO20011109L

Description

Oppfinnelsen gjelder et awiksbor for grunnbonng, særlig bergbonng, nærmere bestemt et awiksbor som angitt i innledningen til patentkrav 1, særlig for avviksbonng med stor nøyaktighet i sedimentære bergarter, hvor en ønsker å hente opp kjerneprøver uten å ta opp borestrengen The invention relates to an awik drill bit for bedrock drilling, in particular rock drilling, more precisely an awik drill bit as stated in the introduction to patent claim 1, especially for deviation drilling with great accuracy in sedimentary rocks, where one wants to retrieve core samples without picking up the drill string

Bakgrunn Background

Fra norsk patentskrift 168962 er det kjent et slikt awiksbor som er forsynt med en låseanordmng eller "pakker" som tilføres borevæske under trykk for å skyve ut låseelementer eller trykkputer som kan støte mot hullveggen og låse avviksboret i forhold til denne, slik at en hindrer rotasjon av avviksborets ytterrør Slike trykkputer kan brukes til å låse et fast eksenter i en gitt posisjon eller brukes til å introdusere en skråstilling på borekrona, for dermed å gjennomføre avviksbonng From Norwegian patent document 168962, such an awiks drill is known which is equipped with a locking device or "packer" which is supplied with drilling fluid under pressure to push out locking elements or pressure pads which can collide with the hole wall and lock the deviation drill in relation to it, so that rotation is prevented of the deviation drill's outer tube Such pressure pads can be used to lock a fixed eccentric in a given position or be used to introduce an inclined position on the drill bit, in order to carry out deviation drilling

Det er kjent å lage awiksbor med roterende kjernerør Kjernerøret løper gjennom et eksenterlager som står i et ikke-roterbart ytterrør Dette holdes fast ved at en pakker som beskrevet i norsk patentsøknad 19985756 presser trykkputer mot hullveggen 1 denne borestrengen er det også innesluttet navigasjonsutstyr i form av magnetometer og akselerometer It is known to make awiks drills with rotating core tubes. The core tube runs through an eccentric bearing that stands in a non-rotating outer tube. This is held in place by a packer as described in Norwegian patent application 19985756 pressing pressure pads against the hole wall 1 this drill string also contains navigation equipment in the form of magnetometer and accelerometer

I US-patentskrift 4632193 er det vist en nedihulls motor med borekroneclutch I clutchen inngår en fjærforspent, hydraulisk operert kobhngshylse mellom et dnvskaftsøvre og nedre hel In US patent 4632193, a downhole motor with a drill bit clutch is shown. The clutch includes a spring-loaded, hydraulically operated coupling sleeve between an upper and lower shaft shaft.

I WO-pubhkasjon 9838410 er det vist et borestrengverktøy for bruk i et borehull i en grunnformasjon en øvre og nedre borestrengdel er forbundet via en kobhngsanordning for rotasjonsoverfønng mellom de to delene I anordningen inngår det en hylseformet, fjærforspent koblingsdel med indre åpning for fluidpassasje WO publication 9838410 shows a drill string tool for use in a drill hole in a basic formation an upper and lower drill string part is connected via a coupling device for rotational transfer between the two parts The device includes a sleeve-shaped, spring-loaded coupling part with an internal opening for fluid passage

Ingen av disse løsningene tillater lmidertid uthenting av kjerneprøver uten å måtte ta borestrengen ut av hullet None of these solutions currently allow the retrieval of core samples without having to take the drill string out of the hole

Formål Purpose

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape et awiksbor som gjør det mulig å ta ut kjerneprøver uten å ta ut borestrengen The main purpose of the invention is to create an awiks drill that makes it possible to take out core samples without taking out the drill string

Videre er det et formål å skape et awiksbor som er forsynt med en rørformet kobling mellom det ytre borerøret og den overliggende rørformete borestrengen, som gjør det mulig å innstille eksenterhylsa til ønsket stilling Furthermore, it is an object to create an awiks drill which is provided with a tubular connection between the outer drill pipe and the overlying tubular drill string, which makes it possible to set the eccentric sleeve to the desired position

Et annet formål er å skape et awiksbor, hvor pakkertrykket og vannmengde kan tilpasses på en enkel måte til ulike bergarter Another purpose is to create an awiksbor, where the packer pressure and water quantity can be adapted in a simple way to different rock types

Ytterligere formål med oppfinnelsen vil gå fram av detaljbesknvelsen nedenfor Further objects of the invention will be apparent from the detailed description below

Oppfinnelsen The invention

Oppfinnelsen er angitt i patentkrav I Fordelaktige detaljer ved grunnideen er angitt i patentkrav 2-6 The invention is stated in patent claim I Advantageous details of the basic idea are stated in patent claims 2-6

Dette awiksboret gir mulighet for å gi nøyaktig avviksbonng og samtidig anledning til å hente ut kjerneprøver uten å ta ut borestrengen Ytterligere detaljer ved oppfinnelsen vil gå fram av eksempelbesknvelsen This awiks drill makes it possible to provide accurate deviation drilling and at the same time the opportunity to retrieve core samples without removing the drill string. Further details of the invention will be apparent from the example description

Eksempel Example

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor The invention is described below in more detail with reference to the drawings, where

Fig 1 viser et perspektivnss av et ytre borerør med borekrone, pakker og festehylse ved den øvre enden, for tilkobling til borestrengen Fig 2 viser et tilsvarende perspektivnss av ei innerrørssats som under bonngen settes inn i borerøret og hentes ut ved hjelp av kjent wirehne-teknikk Fig 1 shows a perspective view of an outer drill pipe with drill bit, packer and fastening sleeve at the upper end, for connection to the drill string Fig 2 shows a corresponding perspective view of an inner pipe set which is inserted into the drill pipe during drilling and retrieved using the known wirehne technique

Fig 3 viser et aksialsmtt gjennom forenden av borekrona i fig 1, Fig 3 shows an axial view through the front end of the drill bit in Fig 1,

Fig 4 viser et aksialsmtt gjennom den øvre enden av borerøret i fig 1 Fig 4 shows an axial view through the upper end of the drill pipe in Fig 1

I fig 1 er det vist et ytre borerør 11 som er satt sammen av flere deler i lengderetningen Borerøret II omfatter i rekkefølge nedenfra og oppover ei borekrone 12 med en reamer 13, en reamerkobling 14, et distanserar 15, ei eksenterhylse 16, et forlengelsesrør 17, en pakkerrør 18 med tre trykkputer eller pakkerelement 19,20, 21, et pakkerhus 22, et rør 23 for et trust-og radiallager, et låsehakk 24 ved den øvre enden for en medbnngertapp som vil bh beskrevet nedenfor, en hylseformet stempelbærer 25 som danner en nngformet stempelrom Disse elementene vil bh beskrevet nærmere nedenfor Fig. 1 shows an outer drill pipe 11 which is assembled from several parts in the longitudinal direction. The drill pipe II comprises, in order from bottom to top, a drill bit 12 with a reamer 13, a reamer coupling 14, a spacer 15, an eccentric sleeve 16, an extension pipe 17 , a packer tube 18 with three pressure pads or packer elements 19,20, 21, a packer housing 22, a tube 23 for a trust and radial bearing, a locking notch 24 at the upper end for a co-benner step which will bh described below, a sleeve-shaped piston carrier 25 which forms a nng-shaped piston chamber These elements will bh described in more detail below

I fig 2 er det vist en innerrørssats 31 med ei nedre kjernefangerhylse 32 som er festet til et lnnerrør 33 som har plass for opptak av borekjernen og som ved den øvre enden er forbundet med et lagerhylse 34 for et ikke vist lager som hindrer lnnerrøret i å rotere Over dette lageret er innerrøret 33 forbundet med ei kobhngshylse 35 ("mule shoe") som ved sin øvre ende bærer et mstrumetenngsrør 36 Instrumentenngsrøret 36 inneholder måleinstrumenter for måling av retning og fall samt rotasjonsvmkel, for eksempel magnetometer og akselerometer Videre er det anordnet et wirehne låsesystem for låsing av mnerrørssatsen 31 med et hode 37 ("spearhead") beregnet for tilkobling til en løftewire med hurtigkobhng (ikke vist) Fig. 2 shows an inner tube set 31 with a lower core catcher sleeve 32 which is attached to an inner tube 33 which has space for receiving the drill core and which is connected at the upper end to a bearing sleeve 34 for a bearing not shown which prevents the inner tube from rotate Above this bearing, the inner tube 33 is connected to a coupling sleeve 35 ("mule shoe") which at its upper end carries an instrument connection tube 36. The instrument connection tube 36 contains measuring instruments for measuring direction and fall as well as rotation instruments, for example magnetometer and accelerometer. wirehne locking system for locking the miner tube set 31 with a head 37 ("spearhead") intended for connection to a lifting wire with quick coupling (not shown)

I fig 3 er den nedre delen av borerøret 11 vist i aksialsmtt Borekrona 12, med vannspor 40 utvendig, er rørformet og har en indre stamme 41 med gjenger for innskruing i reameren 13, som på tilsvarende måte er skrudd på den nedre enden av reamerkoblingen 14, som igjen er skrudd sammen med et roterende kjernerør 46 In Fig. 3, the lower part of the drill pipe 11 is shown in axial view. The drill bit 12, with a water groove 40 on the outside, is tubular and has an inner stem 41 with threads for screwing into the reamer 13, which is similarly screwed onto the lower end of the reamer coupling 14 , which is again screwed together with a rotating core tube 46

I forenden av reamerkoblingen 14 er det innsatt ein hylse 42 som kan oppta kjernefangerhylsa 32 I kjernefangerhylsa 32 er det en eller flere utvendige kanaler 43 som danner en strupning for borevæske som tilføres gjennom kjernerøret 46, slik at det dannes et trykk inne i borerøret, som er tilstrekkelig for å aktivere pakkeren 18 (fig 1) Trykket oppstrøms til hylsa 42 kan være 20 bar Tverrsnittet til kanalene 43 og dermed trykket på pakkeren kan justeres ved å bytte ut hylsa 32 På denne måten blir det mulig på en lettvint måte å tilpasse aviksboret i samsvar med oppfinnelsen for forskjellige bergarter som krever ulik vannmengde og ulikt pakkertrykk For å oppnå mest mulig slitestyrke, kan hylsa 42 være tilvirket av herdet stål eller keramisk materiale At the front end of the reamer coupling 14, a sleeve 42 is inserted which can accommodate the core catcher sleeve 32. In the core catcher sleeve 32 there are one or more external channels 43 which form a choke point for drilling fluid which is supplied through the core pipe 46, so that a pressure is formed inside the drill pipe, which is sufficient to activate the packer 18 (fig 1) The pressure upstream of the sleeve 42 can be 20 bar The cross-section of the channels 43 and thus the pressure on the packer can be adjusted by replacing the sleeve 32 In this way it becomes possible to adapt the deviation drill in an easy way in accordance with the invention for different rock types that require different amounts of water and different packer pressures In order to achieve the greatest possible wear resistance, the sleeve 42 can be made of hardened steel or ceramic material

Alternativt kan det være plassert ei tilsvarende hylse lenger oppe på kjernerøret 46, ved pakkboksen 22 Alternatively, a corresponding sleeve can be placed further up on the core tube 46, at the packing box 22

I fig 4 er det vist aksialsmtt gjennom den hylseformete stempelbæreren 25 Den har en indre utvidelse 44 som strekker seg ned fra den øvre enden ned mot en bunn 45 hvor det innvending er forankret et indre sleiderør 57, med innvendig glatt, sylindrisk vegg Utvendig, mot utvidelsen 44, har sleiderøret 57 en ringformet krage 47 som innsnevrer tykkelsen på en del av et nngkammeret 48 mellom den hylseformete stempelbæreren 25 og sleiderøret 57 Fig. 4 shows an axial view through the sleeve-shaped piston carrier 25. It has an internal extension 44 which extends down from the upper end down towards a bottom 45 where an internal sliding tube 57 is anchored on the inside, with an internal smooth, cylindrical wall. the extension 44, the slide tube 57 has an annular collar 47 which narrows the thickness of a part of a chamber 48 between the sleeve-shaped piston carrier 25 and the slide tube 57

I nngkammeret 48 er det opptatt et hylseformet stempel 49 som innvendig har en utvidelse tilpasset kragen 47 på sleiderøret Videre har stempelet en radial åpning 55 ved bunnen av utvidelsen for kragen 47 og et langsgående drenenngspor 60 som forbinder den øvre delen av utvidelsen 44 med en sliss 611 den hylseformete stempelbærerens 25 vegg ovenfor røret 23 og mn bak hakket 24 In the drain chamber 48, a sleeve-shaped piston 49 is occupied, which internally has an extension adapted to the collar 47 of the slide tube. Furthermore, the piston has a radial opening 55 at the bottom of the extension for the collar 47 and a longitudinal drainage groove 60 which connects the upper part of the extension 44 with a slot 611 the wall of the sleeve-shaped piston carrier 25 above the tube 23 and mn behind the notch 24

Stempelet 49 blir ved sin øvre ende blir presset nedover av ei skruefjær 50 plassert i den øvre enden av nngkammeret 48, med anlegg mot en innskrudd ende 51 av en hylseformet fønng 56 som er skrudd inn i stempelbæreren 25 Det hylseformete stempelet 49 bærer i sitt midtparti en utvendig gnpetapp 52 som er festet til stempelets vegg med gjenger Gnpetappen 52 er ført ut gjennom slissen 61 og er innrettet for å bh ført i inngrep med hakket 24 i rørets 23 øvre ende At its upper end, the piston 49 is pressed downwards by a coil spring 50 placed in the upper end of the pressure chamber 48, against a screwed-in end 51 of a sleeve-shaped fan 56 which is screwed into the piston carrier 25. The sleeve-shaped piston 49 carries in its middle part an external connecting pin 52 which is attached to the wall of the piston with threads.

Ringkammeret 48 står ved sin nedre ende i forbindelse med borerørets 11 indre gjennom to eller flere hull 53 i sleiderøret 57 At its lower end, the annular chamber 48 is connected to the inside of the drill pipe 11 through two or more holes 53 in the slide pipe 57

Ved tilførsel av borevæske under trykk aktiveres det hylseformete stempelet 49 og føres oppover idet et øvre stempelrom 54 som tømmes mot yttersida gjennom drenenngssporet 601 stempelet 49 Borerørets 11 øvre del 26 kan dermed rotere uavhengig av den stillestående nedre delen av borerøret 11 When drilling fluid is supplied under pressure, the sleeve-shaped piston 49 is activated and moved upwards, as an upper piston chamber 54 is emptied towards the outside through the drainage groove 601, the piston 49. The upper part 26 of the drill pipe 11 can thus rotate independently of the stationary lower part of the drill pipe 11

Ved delvis trykkavlastning av borevæska, vil pakkeren forbli aktiv Skruefjæra 50 vil da presse det hylseformete stempelet 49 nedover Ved å rotere borestrengen vil gnpetappen 52 går i inngrep med hakket 24 Dermed kan borerøret 26 dreies i ønsket posisjon når pakkeren ikke er aktiv og dermed føre eksenterhylsa 16 til ønsket stilling, for å fastlegge en bestemt boreretmng When the drilling fluid is partially depressurized, the packer will remain active. The screw spring 50 will then push the sleeve-shaped piston 49 downwards. By rotating the drill string, the pin 52 will engage with the notch 24. Thus, the drill pipe 26 can be turned into the desired position when the packer is not active and thus guide the eccentric sleeve 16 to the desired position, in order to determine a specific drilling method

Ved å få gnpetappen 52 i inngrep, vil eksenterets posisjon etter utført bonng kunne angis for å kunne kontrollere medurs dreining og eksenterets posisjon eventuelt justeres By engaging the pin 52, the position of the eccentric after the boning has been carried out can be set in order to be able to control clockwise rotation and the position of the eccentric can be adjusted if necessary

Oppfinnelsen gjør det mulig å hente ut kjerneprøver fra awiksbor Samtidig har avviksboret en koblingsmekanisme som gjør det enkelt å foreta omstilling og regulenng av boreretningen Videre er det enkelt å tilpasse pakkertrykket etter behovet når det skal bores i ulike bergarter, som krever ulik trykk under glidingen The invention makes it possible to retrieve core samples from awiks drill bits. At the same time, the deviation drill has a coupling mechanism that makes it easy to adjust and regulate the drilling direction. Furthermore, it is easy to adapt the packer pressure according to the need when drilling in different rock types, which require different pressure during sliding

Kanaler for framføring og strupmng av borevæske kan alternativt eller i tillegg være anordnet i ei hylse som omgir innerrørets forende Channels for the delivery and throttling of drilling fluid can alternatively or additionally be arranged in a sleeve that surrounds the front end of the inner tube

Claims

1 Awiks drill bit for foundation drilling, especially for rock drilling of curved holes with a predetermined course, with an outer drill pipe (11), with a front rotatable drill bit (12) and with a rear-facing part (18) which is arranged to be locked against rotation, as it has one or more pressure pads (19, 20, 21) which can be pushed out against the borehole wall by means of the pressure from the supplied drilling fluid, when this exceeds a certain level, where the pressure pad or pressure pads (19, 20, 21) are arranged for to be displaced axially along the hole wall, and where an eccentric bearing (16) is arranged in the lower part of the outer drill pipe (11) for bending the front part of the rotating core pipe (46), so that it has a drill axis that deviates from the non-rotatable part, with an inner tube (33) which at the upper end (36) has space for a measuring instrument for measuring inclination, direction and angle of rotation, and that the outer drill pipe (11) with the eccentric bearing (16) has a continuous opening for inserting an inner tube set (31) which has opening for receiving drill core during drilling, characterized in that the inner pipe set (31) is designed to be able to be pulled out of the rotating core pipe (46) and the outer drill pipe (11) while this is in position in the drill hole, and that the connection between the rotatable and the fixed part of the outer drill pipe (11) comprises a sleeve-shaped coupling member (25) which has an internal opening for the inner pipe set (31)

2 Awiksbor in accordance with patent claim 1, characterized in that the sleeve-shaped coupling part comprises a sleeve-shaped piston (49) which is placed in a cavity in the sleeve-shaped coupling member (25), the sleeve-shaped piston (49) having a radially projecting pin (52) which protrudes through an axial shaft in the outer wall of the synder chamber, to be able to lead in and out of engagement with a notch (24) in the stationary part of the outer drill pipe, so that this part can be rotated in a controlled manner

3 Awiks drill in accordance with patent claim 2, characterized in that the sleeve-shaped piston (49) which carries the radially projecting locking pin (52) which can be displaced between engagement and non-engagement in relation to the hanging, non-rotating part of the outer drill pipe ( 11), is spring biased against engagement, while the piston is activated by drilling fluid under pressure for extraction from engagement

4 Awiks drill in accordance with one of patent claims 1 to 3, characterized in that a sleeve (42) is mounted on the drill pipe (33) for throttling (at 43) drilling fluid, to create fluid pressure for activating the packer (18) and a coupling activator, in particular a sleeve-shaped piston (49)