RU2100560C1

RU2100560C1 - Diamond turbodrill

Info

Publication number: RU2100560C1
Application number: RU95122539A
Authority: RU
Inventors: Ю.Р. Иоанесян
Original assignee: Индивидуальное частное предприятие "ГЕОИНСТРУМЕНТС"
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: equipment for drilling wellbores of oil and gas wells, more specifically, technical means of turbodrilling in which turbodrills are provided with diamond drill bits which are connected to their shafts with the help of thread. SUBSTANCE: diamond turbodrill has turbodrill and axisymmetric diamond drill bit whose overall transverse size is smaller by 2-5 mm than inside diameter of casing through which drill bit is lowered into wellbore. In this case, the smallest distance form turbodrill longitudinal axis and corresponding axis of drill bit connection thread, with the help of which it is secured to lower end of turbodrill shaft, up to drill bit outside side surface equals half of overall diameter of turbodrill body. Diamond cutters on drill bit rock cutting surface are arranged so that their location density is maximum on the side of minimum distance from axis of drill bit thread to its side surface and considerably reduces as its distance increases. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике, использующейся для проходки стволов нефтяных и газовых скважин, и, в частности к техническим средствам турбинного бурения, при котором турбобуры используются с алмазными долотами, которые присоединяются с помощью резьбы к их валу. The invention relates to techniques used for sinking oil and gas wells, and, in particular, to technical means for turbine drilling, in which turbodrills are used with diamond bits that are threaded to their shaft.

Ближайший аналог изобретения турбобур, на нижнем конце вала которого с помощью резьбы закрепляется осесимметричное алмазное долото (W.Tiraspolky "Cours de forage. Les moteurs de fond hudrauliques" Societe des editions technip. Publications de l'institut Francais du petrol. 1981. c.110-115; 299-303; 384-385). The closest analogue of the invention is a turbo-drill, on the lower end of the shaft of which an axisymmetric diamond bit is secured with thread (W. Tiraspolky "Cours de forage. Les moteurs de fond hudrauliques" Societe des editions technip. Publications de l'institut Francais du petrol. 1981. c. 110-115; 299-303; 384-385).

Назначение изобретения бурить турбобуром с закрепленной с помощью резьбы на его валу алмазным долотом из технической колонны с заданным внутренним диаметром ствол скважины, который на 20 100 мм больше ее наружного диаметра. The purpose of the invention is to drill with a drill bit fixed with a thread on its shaft with a diamond bit from a technical string with a given inner diameter of the wellbore, which is 20 100 mm larger than its outer diameter.

Следует отметить, что известны асимметричные бицентровые алмазные долота (патент США N 2953354), с помощью которых подобная работа выполняется при роторном способе бурения. Однако попытки использования таких долот при турбинном бурении приводят к возникновению больших поперечных вибраций турбо-алмазного бура и к его быстрому выходу их строя из-за износа алмазного вооружения долот и опорных и уплотнительных элементов турбобура. It should be noted that asymmetric bicenter diamond bits are known (US Pat. No. 2,953,354), by which similar work is performed with the rotary drilling method. However, attempts to use such bits in turbine drilling lead to the appearance of large transverse vibrations of the turbo-diamond drill and to their quick exit due to wear of the diamond armament of the bits and supporting and sealing elements of the turbo-drill.

Изобретение решает поставленную задачу, не создавая поперечных вибраций турбо-алмазного бура, что обеспечивает не только высокую механическую скорость проходки, но и его большую долговечность. Указанный технический результат достигается тем, что в турбо-алмазном буре, состоящем из турбобура и асимметричного алмазного долота, габаритный поперечный размер асимметричного алмазного долота выполняется на 2 5 мм меньше внутреннего диаметра технической колонны, через которую оно пропускается в открытый ствол скважины. При этом наименьшее расстояние от продольной оси турбобура и соответствующей ей оси присоединительной резьбы долота, с помощью которой оно крепится к нижнему концу вала турбобура, до его (долота) наружной боковой поверхности равно половине габаритного диаметра корпуса турбобура. Алмазные резцы на породоразрушающей поверхности долота располагаются таким образом, что плотность их размещения максимальна со стороны наименьшего расстояния от оси резьбы долота до его боковой поверхности и существенно уменьшается по мере увеличения этого расстояния. The invention solves the problem without creating transverse vibrations of the turbo-diamond drill, which provides not only high mechanical speed of penetration, but also its great durability. The indicated technical result is achieved in that in a turbo-diamond drill bit consisting of a turbo-drill and an asymmetric diamond bit, the overall transverse dimension of the asymmetric diamond bit is 2.5 mm less than the inner diameter of the technical column through which it is passed into the open hole of the well. In this case, the smallest distance from the longitudinal axis of the turbodrill and the corresponding axis of the connecting thread of the bit, with which it is attached to the lower end of the turbodrill shaft, to its (bit) outer side surface is equal to half the overall diameter of the turbodrill body. Diamond cutters on the rock-cutting surface of the bit are arranged in such a way that the density of their placement is maximum from the side of the smallest distance from the axis of the thread of the bit to its side surface and significantly decreases as this distance increases.

На фиг. 1 изображен общий вид турбо-алмазного бура; на фиг.2 вид на алмазное долото снизу, где показано расположение алмазных резцов. In FIG. 1 shows a general view of a turbo-diamond drill; figure 2 view of the diamond bit from the bottom, which shows the location of the diamond tools.

Турбо-алмазный бур имеет верхний переводник 1 корпуса 2 турбобура, с помощью которого присоединяется к бурильной колонне (на фиг.1 не показана). Асимметричное алмазное долото 3 с помощью резьбы, ось которой совпадает с главной продольной осью турбобура, присоединено к нижнему концу вала 4 турбобура. Минимальное расстояние от главной продольной оси турбобура и резьбы долота до наружной боковой поверхности 5 долота (на фиг.1 размер а) равно половине габаритного диаметра корпуса 2 турбобура. Размер b габаритный поперечный размер асимметричного алмазного долота. Этот размер выполняется на 2 5 мм меньше внутреннего диаметра технической колонны, через которую турбо-алмазный бур пропускается в открытый (углубляемый) ствол скважины. The turbo-diamond drill has an upper sub 1 of the turbo-drill body 2, with which it is connected to the drill string (not shown in Fig. 1). Asymmetric diamond bit 3 using thread, the axis of which coincides with the main longitudinal axis of the turbodrill, attached to the lower end of the shaft 4 of the turbodrill. The minimum distance from the main longitudinal axis of the turbodrill and the thread of the bit to the outer side surface 5 of the bit (in figure 1, size a) is equal to half the overall diameter of the housing 2 of the turbodrill. Dimension b Overall transverse dimension of the asymmetric diamond bit. This size is 2.5 mm smaller than the inner diameter of the technical string, through which the turbo-diamond drill is passed into the open (deepened) wellbore.

Для специалистов очевидно, что чем больше разница между размерами b-2a, тем больше диаметр ствола, который может бурить такой турбо-алмазный бур при выходе из технической колонны. For specialists, it is obvious that the greater the difference between the sizes of b-2a, the larger the diameter of the barrel that such a turbo-diamond drill can drill when leaving the technical column.

В отличие от известных конструкций асимметричных бицентровых алмазных долот, отличающихся высокой степенью несбалансированности вращающего момента, затрачиваемого на его породоразрушающей (вооруженной алмазными резцами) поверхности, в нашей конструкции турбо-алмазного бура алмазное долото выполняется таким образом, что на нем присутствует сила, действующая в плоскости, перпендикулярной оси бурящегося ствола скважины. Unlike the well-known designs of asymmetric bicenter diamond bits, characterized by a high degree of imbalance of the torque spent on its rock-cutting (armed with diamond cutters) surface, in our design of a turbo-diamond drill, a diamond bit is made in such a way that there is a force acting in the plane perpendicular to the axis of the borehole being drilled.

Окружностью с обозначен на фиг.2 контур ствола скважины, который образуется при работе асимметричного алмазного долота. Линия d-d является диаметром ствола скважины, которая образуется за долотом. Эта линия перпендикулярна к оси вала турбобура и присоединительной резьбы долота. Линия d-d делит породоразрушающую поверхность долота на две неравные части. Наименьшая часть рабочей поверхности соответствует наименьшему расстоянию от главной продольной оси турбо-алмазного бура до боковой поверхности алмазного долота. Наибольшая часть соответствует максимальному расстоянию от оси турбо-алмазного бура до боковой поверхности алмазного долота. Одно или несколько промывочных отверстий 6 долота располагаются на наибольшей части породоразрушающей поверхности. Наименьшая часть рабочей поверхности имеет существенно большую плотность расположения алмазных резцов по сравнению с наибольшей частью рабочей поверхности долота. Для практического отсутствия поперечной силы необходимо, чтобы сумма расстояний всех алмазных резцов от оси резьбы долота на его наименьшей части рабочей поверхности была равна или на 10 30% больше таковой на наибольшей части рабочей поверхности. The circle c is indicated in figure 2, the contour of the wellbore, which is formed during the operation of an asymmetric diamond bit. The d-d line is the diameter of the borehole that forms behind the bit. This line is perpendicular to the axis of the turbo-drill shaft and the connecting thread of the bit. The d-d line divides the rock-cutting surface of the bit into two unequal parts. The smallest part of the working surface corresponds to the smallest distance from the main longitudinal axis of the turbo-diamond drill to the side surface of the diamond bit. The largest part corresponds to the maximum distance from the axis of the turbo-diamond drill to the side surface of the diamond bit. One or more flushing holes 6 bits are located on the largest part of the rock-cutting surface. The smallest part of the working surface has a significantly higher density of the arrangement of diamond cutters in comparison with the largest part of the working surface of the bit. For the practical absence of shear force, it is necessary that the sum of the distances of all diamond cutters from the axis of the thread of the bit on its smallest part of the working surface be equal to or 10-30% more than that on the largest part of the working surface.

Турбо-алмазный бур работает следующим образом. Перед его спуском в техническую колонну под ее разбуриваемым башмаком делается местное уширение - каверна в горном массиве. Если из-под технической колонны надо забуриться в сторону, то местное уширение делается в горном массиве за вырезанным в ней окном. Турбо-алмазный бур доводится до дна местного уширения. Затем включаются буровые насосы и с навеса при нагрузке на долото в 100 200 кГс пробуриваются первые 1 2 м нового ствола скважины. Затем нагрузка на долото плавно увеличивается до максимально возможной, которую в состоянии принять турбо-алмазный бур и дальнейшее бурение осуществляется обычным порядком. Turbo-diamond drill works as follows. Before its descent into the technical column, under its drilled shoe, a local broadening is made - a cavity in the mountain range. If it is necessary to drill to the side from under the technical column, then local broadening is done in the mountains behind the window cut out in it. The turbo-diamond drill is brought to the bottom of local broadening. Then the mud pumps are turned on and the first 1 2 m of the new well bore is drilled from the canopy under a load of 100,200 kG. Then the load on the bit gradually increases to the maximum possible, which is able to accept a turbo-diamond drill and further drilling is carried out in the usual manner.

Claims

1. Turbo-diamond drill, including a diamond bit with a thread for attachment to the shaft of the turbo-drill and the turbo-drill, characterized in that the diamond bit is made asymmetric, while the smallest distance from the axis of the turbo-drill shaft and the thread of the diamond bit to the peripheral surface of the latter is equal to half the overall diameter of the turbo-drill body.

2. The drill according to claim 1, characterized in that the sum of the distances of all the diamond cutters of the diamond bit from the axis of the turbodrill shaft and the connecting thread of the bit on its smallest part of the working surface is equal to or 10-30% greater than the sum of the distances of all the diamond cutters of the bit from the axis of the turbodrill shaft on its largest part of the work surface.