RU2116429C1 - Device for creating axial load on drilling bit - Google Patents

Device for creating axial load on drilling bit Download PDF

Info

Publication number
RU2116429C1
RU2116429C1 RU94035062A RU94035062A RU2116429C1 RU 2116429 C1 RU2116429 C1 RU 2116429C1 RU 94035062 A RU94035062 A RU 94035062A RU 94035062 A RU94035062 A RU 94035062A RU 2116429 C1 RU2116429 C1 RU 2116429C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spindle
hydraulic chamber
pistons
power cylinders
holes
Prior art date
Application number
RU94035062A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94035062A (en
Inventor
В.Л. Абакумов
А.П. Мигуля
А.В. Типугин
Г.С. Грошихин
А.Д. Лаврухин
А.М. Ликушин
Original Assignee
Товарищество с ограниченной ответственностью "Клим"
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 Товарищество с ограниченной ответственностью "Клим" filed Critical Товарищество с ограниченной ответственностью "Клим"
Priority to RU94035062A priority Critical patent/RU2116429C1/en
Publication of RU94035062A publication Critical patent/RU94035062A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2116429C1 publication Critical patent/RU2116429C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Multiple-Way Valves (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: bore-hole drilling technology. SUBSTANCE: this relates to bottom-hole devices intended for creating axial load on drilling bit. Device has hollow spindle which is provided with means for its connection to drilling string and drilling bit. Spindle is made up of upper part and lower part connected to each other by splined joint which holds them from relative turning. Formed inside upper part of spindle are power cylinders and located inside power cylinders are pistons made on external surface of spindle lower part. Installed on upper part of spindle above power cylinders with possibility of rotation relative to spindle upper part is hydraulic anchor which in combination with spindle creates hydraulic chamber. Hydraulic chamber through its holes and head-pieces is connected with annular space. Hydraulic anchor is provided with extending supporting members installed in radial holes of body. Bore is made inside upper part of spindle above power cylinders. Seated in aforesaid bore is control valve made in the form of stepped bush with radial holes. Bush is spring-biased relative to upper part of spindle. Stepped bush underneath has spring catches which can interact with fixing step made inside upper part of spindle above power cylinders. Lower part of spindle above pistons has tail-piece. Section of external surface of tail-piece is turned on lathe. Length of this section is equal to working stroke of pistons. Locking ring is seated on aforesaid section and it is movable in axial direction. Locking ring can interact with lower parts of spring-biased catches of control valve. Hydraulic chamber of anchor and working spaces of power cylinders are connected with internal space of device and annular space through radial holes made in spindle wall. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике и технологии бурения скважин, в частности к устройствам для создания на забое скважины заданной регулируемой сосредоточенной сжимающей нагрузки. The invention relates to techniques and technologies for drilling wells, in particular to devices for creating a predetermined adjustable concentrated compressive load at the bottom of a well.

Известно устройство для создания осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, содержащее корпус с расположенными в его верхней части выдвижными опорными элементами и выполненным в его нижней части цилиндром и расположенный в цилиндре поршень со штоком, снабженным средствами для связи его с породоразрушающим инструментом (1). A device is known for creating an axial load on a rock cutting tool, comprising a housing with retractable support elements located in its upper part and a cylinder made in its lower part and a piston located in the cylinder with a rod equipped with means for connecting it to the rock cutting tool (1).

Данное устройство имеет ограниченную область применения, так как может работать только с забойным двигателем, поскольку после опоры якоря (выдвижных опорных элементов) на стенки скважины невозможно передать крутящий момент от бурильных труб нижерасположенному оборудованию. По этой же причине невозможна проработка отдельных участков ствола при спуске оборудования в скважину. Необходимость прекращения циркуляции промывочной жидкости при перезарядке устройства отрицательно сказывается на показателях бурения и может привести к зашламованию бурового инструмента в скважине. Кроме того, наличие только одного поршня с протяженной уплотнительной поверхностью ограничивает величину создаваемой устройством осевой нагрузки и ведет к передаче вибрации, продольных и крутильных колебаний на якорь. Это снижает надежность сцепления опорных элементов со стенками скважины и может привести к разрушению ствола скважины в месте опоры. This device has a limited scope, since it can only work with a downhole motor, because after supporting the anchors (sliding support elements), it is impossible to transmit torque from the drill pipes to the downstream equipment on the walls of the well. For the same reason, it is not possible to work out individual sections of the trunk when the equipment is lowered into the well. The need to stop the circulation of flushing fluid when recharging the device adversely affects the drilling performance and may lead to sludge of the drilling tool in the well. In addition, the presence of only one piston with an extended sealing surface limits the magnitude of the axial load created by the device and leads to the transmission of vibration, longitudinal and torsional vibrations to the anchor. This reduces the reliability of adhesion of the support elements to the walls of the well and can lead to the destruction of the wellbore in the place of support.

Указанные недостатки устранены в забойном механизме подачи долота, включающем распорный узел с корпусом и раздвижными упорами, полый вал, установленный в корпусе с возможностью вращения и снабженный средствами соединения его с вышерасположенной колонной труб, и подающий узел, содержащий связанный с полым валом цилиндр, размещенные в цилиндре дифференциальные силовые поршни с полым штоком, удерживаемым от поворота относительно цилиндра шлицевым соединением и снабженным средствами для присоединения долота, и управляющий клапан с насадкой в центральном канале устройства (2). These drawbacks have been eliminated in the downhole bit feed mechanism, including a spacer assembly with a housing and sliding stops, a hollow shaft mounted rotatably in the housing and equipped with means for connecting it to an upstream pipe string, and a feed assembly comprising a cylinder connected to the hollow shaft, cylinder differential power pistons with a hollow rod, kept from turning relative to the cylinder by a spline connection and equipped with means for connecting the bit, and a control valve with nozzles in the central channel of the device (2).

Однако отсутствие в данном механизме полнопроходного внутреннего канала, который перекрыт здесь насадкой управляющего клапана, является причиной повышенных гидравлических сопротивлений, ухудшения условий очистки призабойной зоны скважины и делает невозможным спуск приборов через устройство. При бурении наклонных и горизонтальных скважин возврат раздвижных упоров распорного узла затруднен или оказывается невозможным вследствие зависания на стенках скважины цилиндра подающего узла. However, the absence of a full bore internal channel in this mechanism, which is blocked here by the control valve nozzle, is the reason for the increased hydraulic resistances, worsening of the conditions for cleaning the bottomhole zone of the well, and makes it impossible to lower the instruments through the device. When drilling inclined and horizontal wells, the return of the sliding stops of the spacer unit is difficult or impossible due to the hanging of the cylinder of the supply unit on the walls of the well.

Перечисленных недостатков не имеет устройство для создания осевой нагрузки на долото, включающее полый шпиндель с поршнями на его наружной поверхности и каналами в стенке, снабженный средствами соединения его с бурильными трубами и долотом, и установленный на шпинделе с возможностью вращения корпус, в котором выполнены силовые цилиндры, в которых размещены упомянутые поршни, гидравлический якорь с гидравлической камерой, образованной между этим корпусом и шпинделем, и с выдвижными опорными элементами, и полость, в которой размещены управляющий золотник с пружинными защелками снизу и сверху, которые могут взаимодействовать с ответными фиксирующими уступами на шпинделе, и переключающая втулка, подвижно установленная на шпинделе и связанная с управляющим золотником слоем упругого материала (3). The listed disadvantages does not have a device for creating an axial load on the bit, including a hollow spindle with pistons on its outer surface and channels in the wall, equipped with means for connecting it with drill pipes and a bit, and a housing mounted on the spindle with the possibility of rotation, in which the power cylinders are made in which said pistons are placed, a hydraulic armature with a hydraulic chamber formed between this housing and the spindle, and with retractable support elements, and a cavity in which the control A spool with spring latches on the bottom and top, which can interact with mating retaining ledges on the spindle, and a switching sleeve movably mounted on the spindle and connected with a layer of elastic material connected to the control spool (3).

Однако из-за размещения управляющего золотника в полости между корпусом и шпинделем и обусловленного этим выполнения гидравлических соединений в виде длинных и узких осевых каналов в стенке шпинделя значительно усложняется изготовление этого устройства, так как получение таких каналов в тонкостенном шпинделе представляет большую трудность, и снижается надежность его работы, поскольку такие каналы легко забиваются. However, due to the placement of the control valve in the cavity between the housing and the spindle and the resulting hydraulic connections in the form of long and narrow axial channels in the spindle wall, the manufacture of this device is much more complicated, since obtaining such channels in a thin-walled spindle is very difficult and reliability is reduced his work, because such channels are easily clogged.

Кроме того, при периодических перестановках устройства в гидравлическую камеру якоря последовательно поступают новые порции промывочной жидкости, что приводит к накоплению там грязи и снижению надежности работы устройства. In addition, during periodic rearrangements of the device, new portions of flushing fluid are successively introduced into the hydraulic chamber of the armature, which leads to the accumulation of dirt there and a decrease in the reliability of the device.

Наконец, использование для переключения управляющего золотника слоя эластичного материала с его трудновыполнимыми и малонадежными соединениями с золотником и переключающей втулкой также отрицательно сказывается на надежности работы устройства. Finally, the use of a layer of elastic material with difficult to perform and unreliable connections with the spool and the switching sleeve for switching the control valve of the spool also negatively affects the reliability of the device.

Изобретение решает задачу разработки устройства для создания осевой нагрузки на долото, которое при сохранении преимуществ известного устройства было бы проще в изготовлении и надежнее в работе. The invention solves the problem of developing a device for creating an axial load on a bit, which, while maintaining the advantages of the known device, would be easier to manufacture and more reliable in operation.

Для этого в устройстве для создания осевой нагрузки на долото, включающем полый шпиндель с поршнями на его наружной поверхности и каналами в стенке, снабженный в верхней части средствами для соединения его с бурильными трубами, а в нижней части - с долотом, силовые цилиндры, в которых размещены упомянутые поршни, гидравлический якорь с корпусом, установленным на шпинделе с возможностью вращения и образующим с ним гидравлическую камеру, с выдвижными опорными элементами, и управляющий золотник с пружинными защелками в нижней части, взаимодействующими с фиксирующим уступом на шпинделе, каналы в стенке шпинделя выполнены в виде радиальных отверстий, при этом шпиндель выполнен составным из двух частей, связанных между собой шлицевым соединением, причем внутри верхней его части образованы упомянутые силовые цилиндры, а на нижней расположены поршни, корпус гидравлического якоря установлен на верхней части шпинделя выше силовых цилиндров и снабжен отверстиями с насадками, соединяющими гидравлическую камеру с затрубным пространством, над силовыми цилиндрами внутри верхней части шпинделя выполнена расточка и расположен фиксирующий уступ, управляющий золотник выполнен в виде размещенной в упомянутой расточке и подпружиненной относительно верхней части шпинделя ступенчатой втулки с радиальными отверстиями, в крайнем верхнем положении втулки, совпадающими с радиальными отверстиями в шпинделе, ведущими в гидравлическую камеру якоря, а нижняя часть шпинделя имеет над поршнями хвостовик с проточкой на его наружной поверхности длиной, равной величине рабочего хода поршней, в которой с возможностью взаимодействия с нижними частями пружинных защелок управляющего золотника размещено подвижное в осевом направлении стопорное кольцо. To do this, in the device for creating an axial load on the bit, including a hollow spindle with pistons on its outer surface and channels in the wall, equipped in the upper part with means for connecting it to the drill pipes, and in the lower part - with a bit, power cylinders in which said pistons are placed, a hydraulic armature with a housing mounted on the spindle for rotation and forming a hydraulic chamber with extendable support elements, and a control spool with spring latches in the lower part, operating with a locking ledge on the spindle, the channels in the spindle wall are made in the form of radial holes, while the spindle is made up of two parts interconnected by a spline connection, and the said power cylinders are formed inside its upper part, and on the bottom there are pistons, a hydraulic housing anchors are mounted on the upper part of the spindle above the power cylinders and equipped with holes with nozzles connecting the hydraulic chamber to the annulus above the power cylinders inside the upper part of the spindle, a bore is made and a fixing ledge is located, the control spool is made in the form of a stepped sleeve located in the aforementioned and spring-loaded relative to the upper part of the spindle with radial holes, in the extreme upper position of the sleeve coinciding with the radial holes in the spindle leading to the hydraulic chamber of the armature, and the lower part of the spindle has a shank above the pistons with a groove on its outer surface with a length equal to the stroke of the pistons, in which With the lower parts of the spring latches of the control valve, an axially movable circlip is placed.

Кроме этого, отверстия в корпусе якоря, соединяющие гидравлическую камеру с затрубным пространством, расположены на уровне нижней стенки гидравлической камеры. В гидравлической камере над соединительными отверстиями размещен кольцевой разделительный поршень, выделяющий в ней в области расположения выдвижных опорных элементов замкнутый объем, заполненный жидкостью. In addition, the holes in the armature housing connecting the hydraulic chamber to the annulus are located at the level of the lower wall of the hydraulic chamber. An annular dividing piston is placed in the hydraulic chamber above the connecting holes, which releases a closed volume filled with liquid in the region of the retractable support elements.

Наконец, ступенчатая втулка, служащая управляющим золотником, выполнена таким образом, что образует дифференциальный поршень, при этом надпоршневая полость отверстиями в стенке втулки соединена с внутренней полостью шпинделя, а подпоршневая полость отверстиями в стенке шпинделя - с затрубным пространством. Finally, the stepped sleeve, which serves as the control valve, is made in such a way that it forms a differential piston, while the supra-piston cavity is connected to the inner cavity of the spindle by openings in the sleeve wall, and the sub-piston cavity is connected to the annulus by openings in the spindle wall.

Выполнение управляющего золотника в виде ступенчатой втулки с радиальными отверстиями и расположение его в расточке внутри шпинделя, соединение гидравлической камеры якоря посредством снабженных насадками отверстий в корпусе с затрубным пространством вместе с особенностями выполнения цилиндропоршневой группы и элементов переключения и фиксации положения управляющего золотника позволяет исключить из конструкции устройства длинные узкие осевые каналы и выполнить гидравлические соединения с помощью радиальных отверстий, а также устранить такое звено средств переключения золотника, как слой эластичного материала с его малонадежными и трудновыполнимыми соединениями и использовать для перестановки золотника обычную спиральную механическую пружину. В результате упрощается изготовление устройства и повышается надежность его работы, так как выполнить короткие радиальные отверстия не представляет труда, и они практически на забиваются, а спиральные пружины относятся к числу надежных конструктивных элементов, технология изготовления которых отработана. При этом выполнением ступенчатой втулки в виде дифференциального поршня достигается усиление и дублирование действия пружины, что обеспечивает дополнительное повышение надежности работы устройства. The execution of the control spool in the form of a stepped sleeve with radial holes and its location in the bore inside the spindle, the connection of the hydraulic chamber of the armature by means of nozzles in the housing with the annulus together with the design features of the cylinder-piston group and switching elements and fixing the position of the control spool allows to exclude the control spool from the design long narrow axial channels and make hydraulic connections using radial holes, as well as Tran is link switching valve means as a layer of elastic material with its unreliable and difficult to achieve, and compounds used for shifting the spool conventional mechanical helical spring. As a result, the manufacture of the device is simplified and the reliability of its operation is increased, since it is not difficult to make short radial holes, and they are almost clogged, and spiral springs are among the reliable structural elements whose manufacturing technology has been developed. In this case, by performing a stepped sleeve in the form of a differential piston, reinforcement and duplication of the action of the spring are achieved, which provides an additional increase in the reliability of the device.

Расположением отверстий, соединяющих гидравлическую камеру с затрубным пространством, обеспечивается ее промывка и предотвращается отложение грязи, что также способствует повышению надежности работы устройства. Создание в гидравлической камере якоря с помощью разделительного поршня замкнутого объема позволяет заполнить последний жидкостью, обладающей хорошими смазочными и антифрикционными свойствами, и таким образом улучшить условия работы уплотнений, уменьшить износ деталей, а также предотвратить попадание в якорное устройство грязи и в итоге дополнительно повысить надежность работы устройства. The location of the openings connecting the hydraulic chamber to the annulus ensures flushing and prevents the deposition of dirt, which also helps to increase the reliability of the device. The creation of an anchor in the hydraulic chamber using a closed volume separation piston allows filling the latter with a liquid having good lubricating and antifriction properties, and thus improve the working conditions of the seals, reduce wear on the parts, and also prevent dirt from entering the anchor device and ultimately increase reliability devices.

На фиг. 1 показано устройство для создания осевой нагрузки на долото, продольный разрез, в положении его рабочих органов при спуско-подъемных операциях, промывке, проработке ствола скважины и запуске турбобура; на фиг. 2 - то же, после опоры на забой скважины, опоры выдвижных элементов на стенки и начала бурения; на фиг. 3 - то же, в конце рабочего хода поршней. In FIG. 1 shows a device for creating an axial load on a bit, a longitudinal section, in the position of its working bodies during tripping, flushing, drilling a wellbore and starting a turbodrill; in FIG. 2 - the same, after resting on the bottom of the well, resting the retractable elements on the walls and starting drilling; in FIG. 3 - the same at the end of the stroke of the pistons.

Устройство для создания осевой нагрузки на долото включает полый телескопический шпиндель, выполненный составным из двух частей 1 и 2, связанных между собой шлицевым соединением (элементы которого обозначены соответственно поз. 3 и 4), удерживающим их от взаимного поворота. Сверху и снизу шпиндель имеет средства для соединения его соответственно с бурильными трубами и долотом (не показаны), выполненные, например, в виде резьбовых участков 5 и 6. Внутри верхней части шпинделя 1 образованы силовые цилиндры 7, в которых размещены выполненные на наружной поверхности нижней части шпинделя 2 поршни 8. Надпоршневые полости цилиндров радиальными отверстиями 9 в стенке шпинделя соединены с внутренней полостью шпинделя, а подпоршневая полость верхнего цилиндра радиальными отверстиями 10 - с затрубным пространством (выполнять такие соединительные отверстия для подпоршневой полости нижнего цилиндра не требуется, так как связь с затрубным пространством обеспечивается через зазоры в шлицевом соединении частей шпинделя). В рассматриваемом варианте исполнения устройство имеет два силовых цилиндра и два поршня, хотя очевидно, что в зависимости от величины осевой нагрузки, которую должно обеспечивать устройство, их число может быть иным. Выше силовых цилиндров 7 верхняя часть шпинделя 1 на наружной поверхности имеет проточку, в которой на подшипнике с возможностью вращения относительно шпинделя установлен корпус 11 гидравлического якоря (в целом не обозначен), образующий со шпинделем гидравлическую камеру 12 и имеющий радиальные отверстия, в которых размещены выдвижные опорные элементы 13 со сферической рабочей поверхностью. Для связи гидравлической камеры 12 с внутренней полостью шпинделя и с затрубным пространством в стенке шпинделя 1 и в корпусе 11 на уровне нижней стенки камеры выполнены соответственно радиальные отверстия 14 и направленные вверх под острым углом к оси устройства отверстия 15, снабженные насадками 16. Выше этих отверстий в гидравлической камере 12 размещен кольцевой разделительный поршень 17, выделяющий в ней в области выдвижных опорных элементов 13 замкнутый объем, заполненный жидкостью преимущественно с хорошими смазочными и антикоррозионными свойствами, например маслом МС-20. Внутри верхней части шпинделя 1 над силовыми цилиндрами 7 выполнена расточка, в которой размещен управляющий золотник 18, выполненный в виде ступенчатой втулки с радиальными отверстиями 19, которые в крайнем верхнем положении золотника совпадают с радиальными отверстиями 14 в шпинделе, ведущими в гидравлическую камеру 12 якоря. Ступенчатая втулка подпружинена относительно верхней части шпинделя 1, для чего между ними в расточке шпинделя 1 размещена спиральная пружина 20. В нижней части ступенчатая втулка снабжена пружинными защелками 21, которые могут взаимодействовать с фиксирующим уступом 22, выполненным внутри верхней части шпинделя 1 над силовыми цилиндрами 7. Ступенчатая втулка преимущественно выполнена таким образом, что образует дифференциальный поршень, при этом надпоршневая полость радиальными отверстиями 23 в стенке втулки соединена с внутренней полостью шпинделя, а подпоршневая полость радиальными отверстиями 24 в стенке шпинделя - с затрубным пространством. Нижняя часть шпинделя 2 над поршнями 8 имеет хвостовик 25 с проточкой на его наружной поверхности с длиной, равной величине рабочего хода поршней, в которой с возможностью взаимодействия с нижними частями пружинных защелок 21 управляющего золотника 18 размещено подвижное в осевом направлении стопорное кольцо 26. The device for creating an axial load on the bit includes a hollow telescopic spindle made of two parts 1 and 2, interconnected by a spline connection (the elements of which are designated, respectively, pos. 3 and 4), which keeps them from mutual rotation. Above and below, the spindle has means for connecting it, respectively, to drill pipes and a bit (not shown), made, for example, in the form of threaded sections 5 and 6. Inside the upper part of the spindle 1, power cylinders 7 are formed in which the lower cylinders are located the spindle parts 2 pistons 8. The nadporshne cavity of the cylinders with radial holes 9 in the spindle wall is connected to the inner cavity of the spindle, and the subpiston cavity of the upper cylinder with radial holes 10 is connected with the annulus ( it is not necessary to take such connecting holes for the under-piston cavity of the lower cylinder, since communication with the annulus is provided through the gaps in the spline connection of the spindle parts). In the considered embodiment, the device has two power cylinders and two pistons, although it is obvious that depending on the magnitude of the axial load that the device should provide, their number may be different. Above the power cylinders 7, the upper part of the spindle 1 on the outer surface has a groove in which a hydraulic armature body 11 (not indicated generally) is mounted on the bearing rotatably relative to the spindle, forming a hydraulic chamber 12 with a spindle and having radial holes in which the sliding supporting elements 13 with a spherical working surface. To connect the hydraulic chamber 12 with the inner cavity of the spindle and with the annular space in the wall of the spindle 1 and in the housing 11 at the level of the lower wall of the chamber, respectively, are made radial holes 14 and holes 15 directed upward at an acute angle to the axis of the device, provided with nozzles 16. Above these holes an annular dividing piston 17 is placed in the hydraulic chamber 12, releasing a closed volume in it in the region of the sliding support elements 13, filled with liquid mainly with good lubricating and anti-corrosion mi properties, for example, MS-20 oil. Inside the upper part of the spindle 1 above the power cylinders 7 there is a bore in which the control spool 18 is placed, made in the form of a stepped sleeve with radial holes 19, which in the extreme upper position of the spool coincide with the radial holes 14 in the spindle leading to the hydraulic chamber 12 of the armature. The step sleeve is spring-loaded relative to the upper part of the spindle 1, for which a spiral spring 20 is placed between them in the bore of the spindle 1. The step sleeve is provided with spring latches 21 in the lower part, which can interact with a locking ledge 22 made inside the upper part of the spindle 1 above the power cylinders 7 The stepped sleeve is advantageously designed in such a way that it forms a differential piston, while the supra-piston cavity is provided with radial holes 23 in the sleeve wall connected to the internal cavity spindle, and the piston cavity with radial holes 24 in the spindle wall - with the annulus. The lower part of the spindle 2 above the pistons 8 has a shank 25 with a groove on its outer surface with a length equal to the stroke of the pistons, in which, with the possibility of interaction with the lower parts of the spring latches 21 of the control spool 18, an axially movable circlip 26 is placed.

Работа устройства для создания осевой нагрузки на долото осуществляется следующим образом. The operation of the device to create axial load on the bit is as follows.

Спуск устройства в скважину осуществляется на бурильных трубах, соединенных с верхней частью шпинделя 1, при этом к нижней части шпинделя 2 присоединен забойный двигатель (турбобур) с долотом. При спуске нижняя часть шпинделя 2 с поршнями 8 под действием собственного веса и веса присоединенных элементов компоновки низа бурильной колонны находится в нижнем положении, управляющий золотник 18 пружиной 20 также смещен в нижнее положение, так что радиальные отверстия 14, ведущие в гидравлическую камеру 12 якоря, разобщены от внутренней полости шпинделя и выдвижные опорные элементы 13 не выступают за габариты якоря и находятся в транспортном положении (фиг. 1). При таком положении рабочих органов устройства от устья скважины к долоту можно передавать осевые нагрузки и крутящий момент, осуществлять промывку и проработку отдельных участков ствола скважины, производить запуск забойного двигателя (турбобура). The device is lowered into the well on drill pipes connected to the upper part of the spindle 1, and a downhole motor (turbodrill) with a bit is connected to the lower part of the spindle 2. When lowering the lower part of the spindle 2 with pistons 8 under the influence of its own weight and the weight of the attached elements of the layout of the bottom of the drill string is in the lower position, the control valve 18 by the spring 20 is also shifted to the lower position, so that the radial holes 14 leading to the hydraulic chamber 12 of the armature, disconnected from the inner cavity of the spindle and the sliding support elements 13 do not protrude beyond the dimensions of the armature and are in the transport position (Fig. 1). With this position of the working bodies of the device from the wellhead to the bit, it is possible to transmit axial loads and torque, to flush and work through individual sections of the wellbore, to start the downhole motor (turbodrill).

После окончания спуска и опоры долота на забой нижняя часть шпинделя 2 с поршнями 8 становится неподвижной по отношению к забою скважины и верхняя часть шпинделя 1 с якорем и бурильными трубами смещаются вниз относительно неподвижной нижней части шпинделя 2 на величину хода поршней 8 в силовых цилиндрах 7. Это действие регистрируется на поверхности по индикатору веса, показания которого вначале уменьшаются, а затем стабилизируются при перемещении компоновки бурильных труб на расстояние, соответствующее ходу поршней. В процессе этого движения стопорное кольцо 26 взаимодействует с нижними частями пружинных защелок 21, которые в конце хода зацепляются за фиксирующий уступ 22 на внутренней поверхности верхней части шпинделя 1 и стопорятся в этом положении стопорным кольцом 26. Управляющий золотник 18 при этом располагается так, что его радиальные отверстия 19 совмещаются с радиальными отверстиями 14, ведущими в гидравлическую камеру 12 якоря. Давление во внутренней полости устройства, превышающее затрубное на величину перепада давления в турбобуре и насадках долота, воздействует на нижнюю поверхность разделительного поршня 17, перемещает его вверх и передает избыточное давление на внутренние торцовые поверхности выдвижных опорных элементов 13. Под действием возникшего усилия эти элементы выдвигаются и фиксируют корпус 11 якоря от перемещений относительно стенок скважины (фиг. 2). After the descent and the support of the bit to the bottom end, the lower part of the spindle 2 with the pistons 8 becomes stationary relative to the bottom of the well and the upper part of the spindle 1 with the anchor and drill pipes are shifted down relative to the fixed lower part of the spindle 2 by the stroke of the pistons 8 in the power cylinders 7. This action is recorded on the surface by a weight indicator, the readings of which first decrease and then stabilize when the drill pipe assembly is moved a distance corresponding to the stroke of the pistons. In the process of this movement, the locking ring 26 interacts with the lower parts of the spring latches 21, which at the end of the stroke engage on the locking ledge 22 on the inner surface of the upper part of the spindle 1 and are locked in this position by the locking ring 26. The control valve 18 is thus positioned so that it the radial holes 19 are aligned with the radial holes 14 leading into the hydraulic chamber 12 of the armature. The pressure in the internal cavity of the device exceeding the annular by the pressure drop in the turbodrill and bit nozzles acts on the lower surface of the separation piston 17, moves it upward and transfers excess pressure to the inner end surfaces of the sliding support elements 13. Under the action of the arising force, these elements extend and fix the body 11 of the anchor from movements relative to the walls of the well (Fig. 2).

Поршни 8 также оказываются под действием разности давления во внутренней полости устройства и затрубном пространстве, так как надпоршневые и подпоршневые полости силовых цилиндров 7 связаны с ними соответственно радиальными отверстиями 9 и 10 и через зазоры в шлицевом соединении верхней и нижней частей шпинделя 1 и 2. В результате нижняя часть шпинделя 2 нагружена механическим усилием, которое передается долоту. В процессе бурения через выполненные в корпусе 11 якоря отверстия 15 происходит истечение жидкости, в результате чего обеспечивается промывка нижней части гидравлической камеры 12 и предотвращается накопление здесь грязи. Разделительный поршень 17 предотвращает попадание твердых и абразивных частиц, содержащихся в промывочной жидкости, в замкнутый объем, выделенный им в верхней части гидравлической камеры 12 в области расположения выдвижных опорных элементов 13. Этим обеспечивается надежная работа гидравлического якоря, а значит и устройства в целом. При заполнении замкнутого объема гидравлической камеры 12 специальной жидкостью с хорошими смазочными и антикоррозионными свойствами достигается усиление указанного эффекта, так как при этом улучшаются условия работы уплотнений и уменьшается износ деталей якоря. Благодаря тому, что отверстия 15 направлены под острым углом вверх и снабжены насадками 16, при истечении жидкости через них в результате эжекции уменьшается репрессия на пласты в призабойной зоне. Это создает более благоприятные условия для разрушения горных пород, улучшает очистку забоя скважины и повышает механическую скорость бурения. The pistons 8 are also exposed to the pressure difference in the internal cavity of the device and the annulus, since the supra-piston and sub-piston cavities of the power cylinders 7 are connected with them, respectively, by the radial holes 9 and 10 and through the gaps in the spline connection of the upper and lower parts of the spindle 1 and 2. B As a result, the lower part of the spindle 2 is loaded with mechanical force that is transmitted to the bit. During drilling, through the holes made in the housing 11 of the anchor 15, fluid flows out, as a result of which the lower part of the hydraulic chamber 12 is flushed and dirt is accumulated here. The separation piston 17 prevents the ingress of solid and abrasive particles contained in the flushing fluid into the closed volume allocated to it in the upper part of the hydraulic chamber 12 in the area of the sliding support elements 13. This ensures reliable operation of the hydraulic armature, and hence the device as a whole. When filling the closed volume of the hydraulic chamber 12 with a special fluid with good lubricating and anti-corrosion properties, this effect is enhanced, since this improves the working conditions of the seals and reduces the wear of the armature parts. Due to the fact that the holes 15 are directed at an acute angle upwards and are equipped with nozzles 16, when the fluid flows through them as a result of ejection, the repression to formations in the bottomhole zone is reduced. This creates more favorable conditions for the destruction of rocks, improves the cleaning of the bottom of the well and increases the mechanical drilling speed.

На поверхности показания индикатора веса остаются неизмененными в течение рабочего хода поршней 8 со связанной с ними нижней частью шпинделя 2, которая по мере углубления забоя выдвигается из силовых цилиндров 7. В конце хода поршней 8 верхний бурт проточки на хвостовике 25 входит в соприкосновение со стопорным кольцом 26 (фиг. 3) и сдвигает его подпружинные защелки 21. Постоянно действующая на управляющий золотник 18 нагрузка, определяемая действием пружины 20 и разности давлений в надпоршневой и подпоршневой полостях, связанных через радиальные отверстия 23 и 24 соответственно с внутренней полостью устройства и с затрубным пространством, выводит пружинные защелки 21 из зацепления с фиксирующим уступом 22. В результате управляющий золотник 18 смещается вниз, так как выступы пружинных защелок 21 легко передвигаются по гладкой внутренней поверхности верхней части шпинделя 1. Радиальные отверстия 14 якоря разобщаются от внутренней полости устройства, истечение жидкости через насадки 16 прекращается и через них происходит выравнивание давления под разделительным поршнем 17 с давлением в затрубном пространстве. Разделительный поршень 17 возвращается в первоначальное положение, снижая до нуля избыточное давление в полости над ним. Выдвижные опорные элементы 13 переходят в транспортное положение, после чего все рабочие органы устройства находятся в исходном положении, показанном на фиг. 1. Гарантированный возврат выдвижных опорных элементов 13 обеспечивается механическими пружинами (не показаны) и сферической формой их опорных торцовых поверхностей, благодаря чему исключается возможность зависания их на стенках скважины. On the surface, the indications of the weight indicator remain unchanged during the working stroke of the pistons 8 with the associated lower part of the spindle 2, which, as the bottom goes deeper, moves out of the power cylinders 7. At the end of the stroke of the pistons 8, the upper shoulder of the groove on the shank 25 comes into contact with the lock ring 26 (Fig. 3) and moves its spring-loaded latches 21. The load constantly acting on the control valve 18 is determined by the action of the spring 20 and the pressure difference in the over-piston and under-piston cavities connected through the radial e holes 23 and 24, respectively, with the internal cavity of the device and with the annulus, disengages the spring latches 21 from the engagement with the locking ledge 22. As a result, the control spool 18 is shifted down, since the protrusions of the spring latches 21 easily move along the smooth inner surface of the upper part of the spindle 1 The radial holes 14 of the armature are disconnected from the internal cavity of the device, the flow of fluid through the nozzle 16 stops and through them the pressure is equalized under the separation piston 17 with pressure annulus. The separation piston 17 returns to its original position, reducing to zero the excess pressure in the cavity above it. The retractable support elements 13 move to the transport position, after which all the working bodies of the device are in the initial position shown in FIG. 1. The guaranteed return of the sliding support elements 13 is provided by mechanical springs (not shown) and the spherical shape of their supporting end surfaces, which eliminates the possibility of them hanging on the walls of the well.

Момент освобождения корпуса якоря регистрируется на поверхности по увеличению нагрузки и росту давления в нагревательной линии на 0,5 - 0,7 МПа. После этого бурильный инструмент опускают на расстояние, соответствующее свободному ходу поршней. На индикаторе восстанавливается предыдущая нагрузка и весь процесс работы повторяется в приведенной последовательности. The moment of release of the anchor hull is recorded on the surface to increase the load and increase the pressure in the heating line by 0.5 - 0.7 MPa. After that, the drilling tool is lowered to a distance corresponding to the free travel of the pistons. The previous load is restored on the indicator and the entire process is repeated in the sequence shown.

Наличие в данном устройстве полнопроходного внутреннего канала и гарантированный возраст выдвижных опорных элементов обеспечивают сохранение в нем преимуществ известного устройства. А исключение длинных и узких осевых каналов, которые легко забиваются, и устранение такого звена средств переключения золотника, как слой эластичного материала с его трудновыполнимыми и малонадежными соединениями, упрощают его изготовление и повышают надежность работы. Последнему способствуют также дублирование средств возврата управляющего золотника в исходное положение (пружина и использование гидравлического давления путем выполнения управляющего золотника в виде дифференциального поршня), обеспечение промывки гидравлической камеры якоря и предотвращение накопления в ней грязи за счет расположения соединительных каналов в корпусе якоря на уровне нижней стенки камеры и улучшение условий работы элементов якоря путем образования в гидравлической камере с помощью разделительного поршня замкнутого объема и заполнения его жидкостью с хорошими смазочными и антикоррозионными средствами. Кроме того, благодаря направлению отверстий с насадками в корпусе якоря вверх под острым углом к оси устройства достигается улучшение очистки забоя скважины и повышение механической скорости бурения. The presence in this device of a full bore inner channel and the guaranteed age of the retractable support elements ensure that it retains the advantages of the known device. And the exclusion of long and narrow axial channels, which are easily clogged, and the elimination of such a link of the spool switching means, such as a layer of elastic material with its hardly feasible and unreliable connections, simplify its manufacture and increase the reliability of operation. The latter is also facilitated by the duplication of means for returning the control spool to its original position (spring and the use of hydraulic pressure by performing the control spool in the form of a differential piston), providing flushing of the hydraulic chamber of the armature and preventing accumulation of dirt in it due to the location of the connecting channels in the armature housing at the level of the lower wall the chamber and improving the working conditions of the anchor elements by forming a closed piston in the hydraulic chamber volume and filling it with liquid with good lubricating and anti-corrosion agents. In addition, due to the direction of the holes with nozzles in the armature housing upward at an acute angle to the axis of the device, an improvement in the cleaning of the bottom of the well and an increase in the mechanical drilling speed are achieved.

Claims (5)

1. Устройство для создания осевой нагрузки на долото, включающее полый шпиндель с поршнями на его наружной поверхности и каналами в стенке, снабженный в верхней части средствами для соединения его с бурильными трубами, а в нижней части - с долотом, силовые цилиндры, в которых размещены упомянутые поршни, гидравлический якорь с корпусом, установленным на шпинделе с возможностью вращения и образующим с ним гидравлическую камеру и с выдвижными опорными элементами и управляющий золотник с пружинными защелками в нижней части для взаимодействия с фиксирующим уступом на шпинделе, отличающееся тем, что каналы в стенке шпинделя выполнены в виде радиальных отверстий, при этом шпиндель выполнен составным из двух частей, связанных между собой шлицевым соединением, причем внутри верхней его части образованы упомянутые силовые цилиндры, а на нижней расположены поршни, при этом корпус гидравлического якоря установлен на верхней части шпинделя выше силовых цилиндров и снабжен отверстиями с насадками, соединяющими гидравлическую камеру с затрубным пространством, а над силовыми цилиндрами внутри верхней части шпинделя выполнена расточка и расположен фиксирующий уступ, причем управляющий золотник выполнен в виде размещенной в упомянутой расточке и подпружиненной относительно верхней части шпинделя ступенчатой втулки с радиальными отверстиями, в крайнем верхнем положении втулки совпадающими с радиальными отверстиями в шпинделе, ведущими в гидравлическую камеру якоря, а нижняя часть шпинделя имеет над поршнями хвостовик с проточкой на его наружной поверхности с длиной, равной величине рабочего хода поршней, в которой с возможностью взаимодействия с нижними частями пружинных защелок управляющего золотника размещено подвижное в осевом направлении стопорное кольцо. 1. A device for creating axial load on the bit, including a hollow spindle with pistons on its outer surface and channels in the wall, equipped in the upper part with means for connecting it to the drill pipes, and in the lower part - with a bit, power cylinders in which are placed said pistons, a hydraulic armature with a housing mounted on the spindle for rotation and forming a hydraulic chamber with sliding support elements and a control spool with spring latches in the lower part for interaction with a fixing ledge on the spindle, characterized in that the channels in the spindle wall are made in the form of radial holes, while the spindle is made up of two parts connected by a spline connection, the said power cylinders being formed inside its upper part and the pistons located on the bottom while the housing of the hydraulic armature is mounted on the upper part of the spindle above the power cylinders and is equipped with holes with nozzles connecting the hydraulic chamber to the annulus, and above the power cylinder In the upper part of the spindle, a bore is made and a fixing ledge is located, and the control spool is made in the form of a stepped sleeve with radial holes located in the said bore and spring-loaded relative to the upper part of the spindle, coinciding with the radial holes in the spindle leading to the hydraulic chamber anchors, and the lower part of the spindle has a shank above the pistons with a groove on its outer surface with a length equal to the size of the piston stroke in which With the possibility of interaction with the lower parts of the spring latches of the control valve, an axially movable circlip is placed. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ступенчатая втулка выполнена таким образом, что образует дифференциальный поршень, при этом надпоршневая полость радиальными отверстиями в стенке втулки соединена с внутренней полостью шпинделя, а подпоршневая полость радиальными отверстиями в стенке шпинделя - с затрубным пространством. 2. The device according to claim 1, characterized in that the stepped sleeve is made in such a way that it forms a differential piston, while the supra-piston cavity with radial holes in the sleeve wall is connected to the inner cavity of the spindle, and the sub-piston cavity with radial holes in the spindle wall is connected to the annulus . 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия в корпусе якоря, соединяющие гидравлическую камеру с затрубным пространством, расположены на уровне нижней стенки гидравлической камеры. 3. The device according to claim 1, characterized in that the holes in the armature housing connecting the hydraulic chamber to the annulus are located at the level of the lower wall of the hydraulic chamber. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в гидравлической камере над отверстиями размещен кольцевой разделительный поршень, выделяющий в ней в области выдвижных опорных элементов замкнутый объем, заполненный жидкостью. 4. The device according to claim 1, characterized in that in the hydraulic chamber above the holes there is an annular dividing piston that releases a closed volume filled with liquid in the area of the sliding support elements. 5. Устройство по пп.1 и 3., отличающееся тем, что отверстия с насадками в корпусе гидравлического якоря направлены вверх под острым углом к оси устройства. 5. The device according to claims 1 and 3., characterized in that the holes with nozzles in the housing of the hydraulic armature are directed upward at an acute angle to the axis of the device.
RU94035062A 1994-09-20 1994-09-20 Device for creating axial load on drilling bit RU2116429C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94035062A RU2116429C1 (en) 1994-09-20 1994-09-20 Device for creating axial load on drilling bit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94035062A RU2116429C1 (en) 1994-09-20 1994-09-20 Device for creating axial load on drilling bit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94035062A RU94035062A (en) 1996-07-27
RU2116429C1 true RU2116429C1 (en) 1998-07-27

Family

ID=20160676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94035062A RU2116429C1 (en) 1994-09-20 1994-09-20 Device for creating axial load on drilling bit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2116429C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481461C1 (en) * 2011-10-17 2013-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method for creating axial load at horizontal well bottom-hole
RU2661515C1 (en) * 2017-09-14 2018-07-17 Общество с ограниченной ответственностью "Гидробур-сервис" Mechanisms for feeding drill bits
WO2020214062A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-22 Общество с ограниченной ответственностью "Перфобур" Device for generating an axial load in a drill string assembly
RU2778910C2 (en) * 2020-02-07 2022-08-29 Илья Александрович Лягов Device for creation of axial load in drill string arrangement

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2447254C2 (en) * 2010-07-02 2012-04-10 Марат Нургалиевич Едиханов Method for automation of chisel feed and device for realisation of this method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SU, авторск ое свидетельство, 746079, кл. E 21 B 19/08, 1980. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481461C1 (en) * 2011-10-17 2013-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method for creating axial load at horizontal well bottom-hole
RU2661515C1 (en) * 2017-09-14 2018-07-17 Общество с ограниченной ответственностью "Гидробур-сервис" Mechanisms for feeding drill bits
WO2020214062A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-22 Общество с ограниченной ответственностью "Перфобур" Device for generating an axial load in a drill string assembly
RU2778910C2 (en) * 2020-02-07 2022-08-29 Илья Александрович Лягов Device for creation of axial load in drill string arrangement

Also Published As

Publication number Publication date
RU94035062A (en) 1996-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4632193A (en) In-hole motor with bit clutch and circulation sub
RU2025567C1 (en) Hydraulic drilling jar
US7673705B2 (en) Compartmentalized MWD tool with isolated pressure compensator
US5979572A (en) Flow control tool
US5396965A (en) Down-hole mud actuated hammer
US4194582A (en) Double acting shock absorbers for drill strings
US4693316A (en) Round mandrel slip joint
US4329127A (en) Sealed bearing means for in hole motors
US3879094A (en) Radial Bearings
WO1998038410A1 (en) Downhole clutch with flow ports
US11585175B2 (en) Actuator with port
US20100025111A1 (en) Direct Drive MWD Tool
US3566981A (en) Hydraulic drilling jar
US5058671A (en) Pipe insert assembly
RU2116429C1 (en) Device for creating axial load on drilling bit
US2814463A (en) Expansible drill bit with indicator
US4726429A (en) Percussion down hole drilling tool with central fluid flushing passage
US20030015352A1 (en) Flow retarder for bearing assembly of downhole drilling motor
RU2039199C1 (en) Hydraulic centralizer
US2996131A (en) Lubricant packed bumper sub
CN109424321B (en) Pushing device for vertical drilling tool and vertical drilling tool
SU909106A1 (en) Hole-bottom feed mechanism
SU526699A1 (en) Hydraulic expander
RU2751298C1 (en) Casing string drilling device
RU1802060C (en) Device for hole reaming