RU2039194C1

RU2039194C1 - Bore holes drilling tool

Info

Publication number: RU2039194C1
Application number: RU93007875A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Петров
Original assignee: Научно-производственная фирма "Эридан-Экспо"
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: bore holes drilling tool has body 1 with axial canals 3 and radial canals 4, made in the form of two cylindrical drillings, in which corresponding spring-loaded rods 6 are mounted with butt stops 7. Butt stops 7 are made with slot bulges and one of two drillings of radial canals 4 has corresponding slot grooves 10. In the case radial canals are covered with lids 13 from side of stops 7 and from opposite sides rods 6 have openings 14, located in planes, that are in parallel to axis of body 1, and holes to match axes 17, located in planes, that are perpendicular to axis of body 1. Rollers 16 are rotating on axes 17 and in the case at two neighboring levels 5 they are directed to opposite sides. Spring-loaded piston 20 is located in lower part of axial canal 3 and covered with stopper 25 from above. Hydraulically communicated cavities of axial canals 3 and radial canals 4 are filled with lubricant 24. Additional through longitudinal holes, communicating space over lubricant filled cavity 27 and under lubricant filled cavity 28, are located on both sides of radial canals 4, located in one plane vertically. EFFECT: bore hole drilling tool is effectively used in construction of vertical and inclined bore holes. 6 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к строительству скважин, а именно к устройствам компоновки низа бурильной колонны при бурении забойным двигателем. The invention relates to the mining industry, in particular to the construction of wells, and in particular to devices for arranging the bottom of the drill string when drilling with a downhole motor.

Известен бурильный инструмент, включающий корпус с присоединительными резьбами, осевой и радиальные каналы корпуса, выдвижные цилиндрические штока с торцевыми упорами, возвратные пружины. Недостатком известного устройства является то, что при установке его над турбобуром и выдвижении цилиндрических штоков будет осуществлено центрирование бурильного инструмента в стволе скважины и гашение реактивного момента забойного двигателя, но одновременно произойдет и значительное зависание колонны, поэтому долото буде недогружено, в результате чего показатели бурения ухудшатся. Кроме того, недостатком устройства является ограниченная и порой недостаточная величина выдвижения цилиндрических штоков из корпуса, поэтому придется увеличить наружный диаметр корпуса и максимально приблизить к стенкам скважины номинального диаметра, что уже отрицательно скажется в связи с повышением вероятности прихвата и местных гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве скважины, а также потому, что бурильный инструмент все же не будет достаточно эффективно препятствовать передаче реактивного момента забойного двигателя на вышележащие участки колонны в сильно кавернозных участках расширенного ствола скважины, которые быстро образуются в мягких и средних породах. Known drill tool, comprising a housing with connecting threads, axial and radial channels of the housing, a retractable cylindrical rod with end stops, return springs. A disadvantage of the known device is that when installing it above the turbodrill and extending the cylindrical rods, the drilling tool will be centered in the borehole and the reactive moment of the downhole motor will be quenched, but at the same time a significant freezing of the string will occur, therefore the bit will be underloaded, as a result of which the drilling performance will deteriorate . In addition, the disadvantage of the device is the limited and sometimes insufficient amount of extension of the cylindrical rods from the body, so you will have to increase the outer diameter of the body and bring the nominal diameter as close to the well walls as possible, which will already adversely affect the likelihood of sticking and local hydraulic resistances in the annular space of the well , and also because the drilling tool will still not be effective enough to interfere with the transmission of the downhole torque Atelier in the overlying portions of the column in a highly cavernous areas extended borehole, which are quickly formed in soft and medium rocks.

Известен также бурильный инструмент, включающий корпус с присоединительными резьбами, осевой канал, гидравлически связанный с радиальными каналами, толкатели, ролики, вращающиеся на осях, расположенных в плоскостях, перпендикулярных осевой линии корпуса [1]
Это устройство предупреждает зависание бурильной колонны при углублении скважины, однако все его рабочие элементы размещены на наружной поверхности корпуса, что увеличивает вероятность его поломки как в процессе бурения от действия чрезмерно высоких реактивных моментов забойного двигателя, так и в процессе спускоподъемных операций при биении в стволе скважины. Вероятность последнего очень высока, поскольку в полости между корпусом и упругой манжетой может накопиться осадок бурового раствора и тяги не примут исходного транспортного положения в процессе подъема, в результате будут упираться и втыкаться в уступы ствола скважины. В связи с выше изложенным, повысится также и вероятность разгерметизации бурильного инструмента, поскольку колонное и заколонное пространства разъединены только одной упругой манжетой, связанной посредством толкателей с тягами, и при столь жестких условиях работы также разорвутся.A drilling tool is also known, including a housing with connecting threads, an axial channel hydraulically connected to the radial channels, pushers, rollers rotating on axes located in planes perpendicular to the axial line of the housing [1]
This device prevents the drill string from hanging when the well is deepened, however, all of its working elements are located on the outer surface of the body, which increases the likelihood of its breakdown both during drilling from the action of excessively high reactive moments of the downhole motor, and during tripping during beating in the wellbore . The probability of the latter is very high, since drilling fluid sediment may accumulate in the cavity between the body and the elastic collar and the traction will not assume the initial transport position during the ascent, as a result they will abut and stick into the ledges of the wellbore. In connection with the above, the likelihood of depressurization of the drilling tool will also increase, since the column and annular spaces are separated by only one elastic cuff, connected by means of pushers with rods, and under such severe working conditions they will also break.

Цель изобретения повышение надежности. The purpose of the invention is improving reliability.

Поставленная цель достигается тем, что новым в бурильном инструменте является то, что радиальные каналы выполнены сквозными по диагонали не менее чем на двух уровнях, и в одной плоскости, толкатели установлены в радиальных каналах и выполнены в виде цилиндрических штоков с торцевыми упорами, причем торцевые упоры взаимодействуют со стенками радиальных каналов шлицевым соединением и подпружинены, а в противоположных концах цилиндрических поршней выполнены сквозные проемы в плоскостях, параллельных оси корпуса, и размещены ролики, причем диаметры роликов меньше диаметров цилиндрических поршней, при этом в нижней части осевого канала установлен подпружиненный поршень и прикреплен ограничитель поршня, а верхняя часть осевого канала оснащена пробкой, при этом полости осевого канала и радиальных каналов заполнены маслом, причем в свободных боковых сегментах корпуса по обе стороны от радиальных каналов выполнены продольные отверстия, соединяющие пространства над и под маслонаполненной полостью. This goal is achieved by the fact that a new tool in the drilling tool is that the radial channels are diagonal through at least two levels, and in the same plane, the pushers are installed in the radial channels and are made in the form of cylindrical rods with end stops, and the end stops interact with the walls of the radial channels by a spline connection and are spring-loaded, and through openings in planes parallel to the axis of the housing are made in opposite ends of the cylindrical pistons and rollers are placed, m the diameters of the rollers are smaller than the diameters of the cylindrical pistons, while a spring-loaded piston is installed in the lower part of the axial channel and a piston stop is attached, and the upper part of the axial channel is equipped with a plug, while the cavities of the axial channel and radial channels are filled with oil, both in the free side segments of the housing the sides of the radial channels have longitudinal openings connecting the spaces above and below the oil-filled cavity.

Совокупность заявляемых признаков бурильного инструмента неизвестна из уровня техники. The totality of the claimed features of a drilling tool is unknown from the prior art.

В сравнении с аналогом в заявляемом техническом решении увеличена практически до максимума возможная степень выдвижения цилиндрических штоков из корпуса, а чтобы не допустить зависание на концах установлены ролики, ко всему прочему, чтобы не произошло кругового смещения роликов, штока зафиксированы шлицевым соединением с радиальными отверстиями таким образом, чтобы оси всегда находились в плоскостях, перпендикулярных оси корпуса. Кроме того, чтобы бурильный инструмент не занимал эксцентричного положения в корпусе, штока установлены в одной плоскости друг над другом не менее чем на двух уровнях и направлены в диаметрально противоположные стороны для уравновешивания сил. In comparison with the analogue, in the claimed technical solution, the possible degree of extension of the cylindrical rods from the housing is increased to a maximum, and in order to prevent hangs at the ends, the rollers are installed, in addition, so that there is no circular displacement of the rollers, the rod is fixed with a spline connection with radial holes in such a way so that the axes are always in planes perpendicular to the axis of the housing. In addition, so that the drilling tool does not occupy an eccentric position in the housing, the rod is installed in the same plane one above the other at least at two levels and directed in diametrically opposite sides to balance forces.

В сравнении с прототипом имеем полностью защищенную в транспортном положении конструкцию. Толкатели одновременно выполняют функции манжеты, тяг и вилок. Усилие противодействия реактивному моменту забойного двигателя в зависимости от типа и количества секций последнего можно регулировать количеством устанавливаемых на разных уровнях штоков с роликами, которые можно установить значительно больше, чем в прототипе, только на одном уровне которого их можно установить ограниченное количество при достаточно все же больших осевых размерах. Кроме того, полость, в которой работают штока, маслонаполнена, что в несколько раз повысит их долговечность и одновременно повысит герметичность разобщения колонного и заколонного пространств на двух уровнях это уплотнительные кольца нижнего поршня и штоков. In comparison with the prototype, we have a fully protected transport position design. Pushers simultaneously serve as cuffs, rods and forks. The force to counter the reactive moment of the downhole motor, depending on the type and number of sections of the latter, can be controlled by the number of rods with rollers installed at different levels, which can be installed much more than in the prototype, only one level of which they can be installed in a limited number with sufficiently large axial dimensions. In addition, the cavity in which the rod operates is oil-filled, which will increase their durability several times and at the same time increase the tightness of the separation of the column and annular spaces at two levels - these are the sealing rings of the lower piston and rods.

Как видим, изменения и дополнения приводят к тому, что детали выполняют новые функции, по новому взаимодействуют с другими элементами, что приводит к получению сверхсуммарного эффекта (одновременное повышение герметичности и долговечности при достаточно высокой степени выдвижения штоков, а также максимальной защищенности конструкции в процессе спуско-подъемных операций). Это позволяет сделать вывод о получении новой совокупности, которая для специалистов явным образом не следует из уровня техники, и поэтому техническое решение имеет изобретательский уровень. As you can see, the changes and additions lead to the fact that the parts perform new functions, interact with other elements in a new way, which leads to a super-total effect (simultaneous increase in tightness and durability with a sufficiently high degree of extension of the rods, as well as maximum protection of the structure during the descent -lifting operations). This allows us to conclude that a new population is obtained, which for specialists does not explicitly follow from the prior art, and therefore the technical solution has an inventive step.

Изобретение является промышленно применимым в настоящее время, поскольку не представляет сложности его изготовление, и потому, что бурильный инструмент решает многие проблемы при бурении скважин в нефтегазовой промышленности геологии и др. The invention is industrially applicable at present, since it is not difficult to manufacture it, and because a drilling tool solves many problems when drilling wells in the oil and gas industry, geology, etc.

На фиг.1 показан бурильный инструмент в транспортном положении; на фиг.2 то же, в рабочем положении; на фиг.3 сечение по А-А на фиг.1; на фиг.4 сечение по В-В на фиг.2; на фиг.5 сечение по Б-Б на фиг.1; на фиг.6 сечение по Г-Г на фиг.3. Figure 1 shows a drilling tool in a transport position; figure 2 is the same in the working position; figure 3 section along aa in figure 1; figure 4 section along bb in figure 2; figure 5 section along BB in figure 1; in Fig.6 section along G-G in Fig.3.

Бурильный инструмент состоит из корпуса 1 с присоединительными резьбами 2. В корпусе 1 выполнены гидравлически связанные осевой 3 и сквозные радиальные 4 каналы, причем последние выполнены на нескольких (не менее двух) уровнях 5 и в одной плоскости. В радиальные каналы 4 установлены толкатели из цилиндрических штоков 6 с торцевыми упорами 7. Цилиндрические штока 6 снабжены уплотнительными кольцами 8, а торцевые упоры 7 выполнены с шлицевыми выступами 9, контактирующими с шлицевыми пазами 10 радиальных каналов 4. Кроме того, в радиальных каналах 4 в кольцевых пространствах между последними и штоками 6, ограниченными торцевыми ограничителями 7 и упорами 11, размещены возвратные пружины 12. Со стороны торцевых ограничителей 7 радиальные каналы 4 перекрываются крышками 13. На противоположных концах цилиндрических штоков 6 выполнены сквозные проемы 14 в плоскостях, параллельных оси корпуса 1, и отверстия 15 в плоскостях, перпендикулярных оси корпуса 1, в которых соответственно размещены ролики 16 и установлены оси 17. При этом диаметры роликов 16 меньше диаметров цилиндрических штоков 6, а толщины соответствуют величине зазоров 14 и в исходном положении они заглублены в корпусе 1 (фиг. 1). Для равновесия пары сил в процессе работы направления штоков 6 с роликами 16 на разных уровнях 5 диаметрально противоположное (фиг.2). В нижней части осевого канала 3 выполнено расширение 18, в котором помещены пружина 19 и поршень 20 с уплотнительными кольцами 21, а на конце закреплен болтами 22 ограничитель 23 поршня 20. Полости осевого 3 и радиальных 4 каналов заполнены маслом 24 через верх осевого канала 3, который затем перекрывается пробкой 25. По обе стороны от радиальных каналов 4 в свободных боковых сегментах корпуса 1 выполнены продольные отверстия 26, соединяющие пространства над 27 и под 28 маслонаполненной полостью 3-4. The drill tool consists of a housing 1 with connecting threads 2. In the housing 1 are made hydraulically connected axial 3 and through radial 4 channels, the latter being made at several (at least two) levels 5 and in one plane. Pushers of cylindrical rods 6 with end stops 7 are installed in the radial channels 4. The cylindrical rods 6 are equipped with sealing rings 8, and the end stops 7 are made with spline protrusions 9 in contact with the spline grooves 10 of the radial channels 4. In addition, in the radial channels 4 the annular spaces between the latter and the rods 6, limited by end stops 7 and stops 11, are placed return springs 12. From the end stops 7, the radial channels 4 are blocked by covers 13. At opposite ends axial cylindrical rods 6 are made through openings 14 in planes parallel to the axis of the housing 1, and holes 15 in planes perpendicular to the axis of the housing 1, in which the rollers 16 are placed and the axles 17 are installed. In this case, the diameters of the rollers 16 are smaller than the diameters of the cylindrical rods 6, and thicknesses correspond to the size of the gaps 14 and in the initial position they are buried in the housing 1 (Fig. 1). To balance the pair of forces during operation, the direction of the rods 6 with rollers 16 at different levels 5 is diametrically opposite (figure 2). In the lower part of the axial channel 3, an extension 18 is made, in which a spring 19 and a piston 20 with sealing rings 21 are placed, and a piston limiter 23 is bolted 22. The cavities of the axial 3 and radial 4 channels are filled with oil 24 through the top of the axial channel 3, which is then blocked by a stopper 25. On both sides of the radial channels 4 in the free side segments of the housing 1 there are longitudinal openings 26 connecting the spaces above 27 and under the 28 oil-filled cavity 3-4.

Один или несколько бурильных инструментов устанавливают в нижней компоновке бурильной колонны над забойным двигателем между последним и утяжеленными бурильными трубами (УБТ) и/или между УБТ или между УБТ и бурильными трубами. One or more drill tools is installed in the bottom assembly of the drill string above the downhole motor between the last and heaviest drill pipe (UBT) and / or between the UBT or between the UBT and the drill pipe.

Бурильный инструмент работает следующим образом. В процессе спуска бурильной колонны положение элементов конструкции таково, как показано на фиг. 1. Через продольные отверстия 26 происходит самопроизвольное заполнение колонного пространства скважинной жидкостью. Перед бурением восстанавливают циркуляцию бурового раствора, который опять же через продольные отверстия 26 поступает к забойному двигателю. С повышением давления поршень 20, сжимая пружину 19, приподнимается и повышает давление в полости 3-4, заполненной маслом 24. В свою очередь штока 6, зафиксиpованные от кругового смещения шлицевым соединением 9-10, сжимая пружины 12, выдвигаются из радиальных каналов 4 до соприкосновения роликов 16 со стенками скважины 29 с сохранением положения осей 17 в плоскостях, перпендикулярных оси корпуса 1. В результате трения роликов 16 и зацепления их боковыми поверхностями о стенки скважины 29 бурильным инструментом гасится реактивный момент забойного двигателя. При углублении скважины ролики 16, перекатываясь по стенке скважины 29, предупреждают зависание компоновки низка бурильной колонны. Перед наращиванием или подъемом бурильной колонны циркуляцию бурового раствора останавливают и сбрасывают давление, в результате чего поршень 20 пружиной 19 смещается вниз до ограничителя 23, давление в полости 3-4 падает, возвратные пружины 12 отжимают за торцевые упоры 7 штока 6 с роликами 16 внутрь корпуса 1. Drilling tool works as follows. During the launching of the drill string, the position of the structural members is as shown in FIG. 1. Through the longitudinal holes 26, the column space is spontaneously filled with borehole fluid. Before drilling, the circulation of the drilling fluid is restored, which again through the longitudinal holes 26 enters the downhole motor. With increasing pressure, the piston 20, compressing the spring 19, rises and increases the pressure in the cavity 3-4 filled with oil 24. In turn, the rod 6, fixed from circular displacement by a spline connection 9-10, compressing the springs 12, are extended from the radial channels 4 to the contact of the rollers 16 with the walls of the borehole 29 while maintaining the position of the axes 17 in planes perpendicular to the axis of the housing 1. As a result of friction of the rollers 16 and their lateral surfaces engaging against the walls of the borehole 29 with a drilling tool, the downhole torque of the downhole motor is extinguished ator. When deepening the well, the rollers 16, rolling along the wall of the well 29, prevent the low drill string assembly from hanging. Before building up or raising the drill string, the circulation of the drilling fluid is stopped and the pressure is released, as a result of which the piston 20 by the spring 19 is shifted down to the restrictor 23, the pressure in the cavity 3-4 drops, the return springs 12 are pressed by the end stops 7 of the rod 6 with the rollers 16 inside the body 1.

Эффективность бурильного инструмента заключается в повышенной герметичности и надежности долговечной работы устройства ввиду защищенности конструкции в процессе спуско-подъемных операций и улучшения условий работы механизмов в маслонаполненной системе, а из-за обеспечения возможности большой степени выдвижения и размеров штоков с роликами, сохранения своей работоспособности по гашению реактивного момента забойного двигателя даже в сильно кавернозных участках ствола скважины как при бурении, так и при проработках ствола скважины, что предупреждает закручивание и крутильные колебания бурильной колонны. Последнее может существенно повысить надежность ориентирования отклонителя в скважине. The effectiveness of the drilling tool lies in the increased tightness and reliability of the device’s long life due to the structure being protected during tripping and improving the working conditions of the mechanisms in the oil-filled system, and due to the possibility of a large degree of extension and the size of the rods with rollers, preserving their damping performance downhole torque of the downhole motor, even in highly cavernous sections of the wellbore, both during drilling and during wellbore development, which prevents twisting and torsional vibrations of the drill string. The latter can significantly increase the reliability of the orientation of the diverter in the well.

Claims

A DRILLING TOOL, comprising a body with connecting threads and an axial channel, diametrically located through radial channels of the body placed coaxially and at several levels in one vertical plane, centering elements located in radial channels connected with pushers in the form of rods with end stops, return springs of rods in the transport position, the piston located in the axial channel with the possibility of axial movement, characterized in that the end stops of the rods are made with spline stupas, and in the radial channels there are slotted grooves corresponding to the protrusions, while the centering elements are made in the form of rollers and placed on the axes in the through openings of the rods made in planes parallel to the axial line of the housing, and the diameters of the rollers are smaller than the diameters of the rods, while the rollers are on adjacent the levels of the radial channels are located in mutually opposite directions, and the piston is installed in the lower part of the axial channel and is spring-loaded, and the axial channel at the bottom is equipped with a piston stroke limiter, and at the top timid, while the cavities of the axial and radial channels are filled with oil, and longitudinal holes are made on both sides of the radial channels connecting the space above and below the oil-filled cavity.