RU2204011C2

RU2204011C2 - Drilling tool with collapsible reamer bit

Info

Publication number: RU2204011C2
Application number: RU98120241/03A
Authority: RU
Inventors: А.М. Жуков; И.М. Поташинский
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт методики и техники разведки
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: drilling tools designed for drilling geological prospecting holes with retrievable core receivers without hoisting of drill pipes. SUBSTANCE: drilling tool with collapsible reamer bit has external and internal bodies with cuts passing into cuts of flexible plates provided with rock cutting sectors. External body has windows located in its middle part, and upper and lower recesses. Internal body has flexible plates different in length. Plates with smaller length have cuts and provided with reamer sections located in windows of external body. Long plates located between short plates have crown sectors and orienting plates for lower and upper recesses of external body. Invention provides for reduction of time taken for performance of auxiliary operations involved in process of hole drilling with improvement of well bore conditions and decrease of negative phenomena in round trip operations occurring in emergency situations and possible traumatism. EFFECT: higher efficiency of drilling operations. 10 cl

Description

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для бурения разведочных скважин со съемными керноприемниками без подъема бурильных труб. The invention relates to the field of mining and can be used for drilling exploratory wells with removable core receivers without raising drill pipes.

Известен буровой снаряд (см. Авт. свид. СССР 848584), содержащий наружную (колонковую) трубу и съемную коронку с раздвижными секторами на цанговых пластинах, причем секторы снабжены радиальными выступами, а на внутренней поверхности нижней части наружной трубы выполнены радиальные выемки под выступы этих секторов. A well-known drill (see Auth. Certificate. USSR 848584) containing an outer (core) pipe and a removable crown with sliding sectors on collet plates, the sectors are provided with radial protrusions, and on the inner surface of the lower part of the outer pipe there are radial recesses for protrusions of these sectors.

Из описания не ясно, за счет чего осуществляется передача крутящего момента от наружной трубы коронке и каким образом происходит вхождение секторов в пазы или выемки наружной трубы. It is not clear from the description why the torque is transmitted from the outer pipe to the crown and how the sectors enter the grooves or recesses of the outer pipe.

Ввод в конструкцию рассматриваемого снаряда ориентирующего устройства потребует увеличения наружного диаметра цилиндрической части цанги и уменьшения внутреннего диаметра наружной трубы в месте установки коронки в рабочее положение, что при межтрубных зазорах, рассчитанных на пропускание нужного количества промывочной жидкости, связано с уменьшением внутреннего диаметра керноприемной трубы и коронки, а следовательно, и керна при заданном наружном диаметре снаряда
Известна вставная буровая коронка (см. Авт. свид. СССР 1441853), содержащая разрезной цилиндрический корпус и разрезные упругие пластины с рабочими секторами, причем разрезы упругих пластин совмещены с разрезами цилиндрического корпуса и являются продолжением последних. Общим недостатком рассмотренных систем является необходимость извлечения колонны бурильных труб для замены износившегося расширителя, что существенно увеличивает затраты времени и ухудшает состояние скважины при бурении с поглощением промывочной жидкости и при неустойчивых стволах скважин.The introduction of an orienting device into the design of the projectile under consideration will require an increase in the outer diameter of the cylindrical part of the collet and a decrease in the inner diameter of the outer pipe at the place of installation of the crown in the working position, which, with annular gaps designed to allow the passage of the required amount of flushing fluid, is associated with a decrease in the inner diameter of the core receiver pipe and crown and, consequently, the core at a given outer diameter of the projectile
Known insertion drill bit (see Auth. Certificate. USSR 1441853), containing a split cylindrical body and split elastic plates with working sectors, and the sections of the elastic plates combined with the cuts of the cylindrical body and are a continuation of the latter. A common drawback of the systems considered is the need to remove the drill pipe string to replace a worn expander, which significantly increases the time spent and worsens the condition of the well when drilling with absorption of drilling fluid and unstable wellbores.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задач повышения эффективности буровых работ за счет сокращения затрат времени на проведение вспомогательных операций, сопутствующих буровому процессу, с одновременным улучшением состояния стволов скважин и сокращением негативных явлений при спускоподъемных операциях, связанных с аварийными ситуациями и возможным травматизмом. The present invention is aimed at solving the problems of increasing the efficiency of drilling operations by reducing the time spent on auxiliary operations related to the drilling process, while improving the condition of the wellbores and reducing negative phenomena during tripping operations associated with emergency situations and possible injuries.

Сущность изобретения состоит в том, что снаряд имеет наружный и внутренний корпуса, причем внутренний корпус выполнен с разрезами, переходящими в разрезы упругих пластин, снабженных породоразрушающими секторами. Наружный корпус в средней части имеет окна, а в верхней и нижней частях - пазы. Внутренний корпус имеет упругие пластины разной длины, при этом пластины, имеющие меньшую длину, снабжены разрезами и секторами расширителя и помещены в окна наружного корпуса, а на длинных пластинах, расположенных между короткими, помещены короночные секторы и ориентирующие пластины соответственно под нижние и верхние пазы наружного корпуса. The essence of the invention lies in the fact that the projectile has an outer and inner case, and the inner case is made with cuts, turning into sections of elastic plates equipped with rock cutting sectors. The outer case in the middle part has windows, and in the upper and lower parts - grooves. The inner case has elastic plates of different lengths, while the plates having a shorter length are provided with cuts and sectors of the expander and are placed in the windows of the outer case, and on the long plates located between the short ones, the crown sectors and orientation plates are respectively placed under the lower and upper grooves of the outer corps.

На фиг. 1 представлена схема корпуса короночного; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - секторонесущий узел; на фиг.4 - сечение по В-В на фиг. 3; на фиг.5 - устройство для постановки секторонесущего узла в рабочее положение; на фиг. 6 - труба съемного керноприемника, на фиг.7 - толкатель, а на фиг. 8 - извлекатель; на фиг.9 - схема транспортирования секторонесущего узла по колонне бурильных труб при использовании толкателя; на фиг. 10 - положение секторонесущего узла в рабочем состоянии. In FIG. 1 shows a diagram of the crown housing; figure 2 - cross section aa in fig. 1; figure 3 - sector bearing node; figure 4 is a section along bb in fig. 3; figure 5 - a device for setting the sector-bearing node in operating position; in FIG. 6 - pipe removable core receiver, Fig.7 - pusher, and Fig. 8 - extractor; Fig.9 is a diagram of the transportation of the sector-bearing assembly along the drill pipe string using a pusher; in FIG. 10 - position of the sector-bearing unit in working condition.

В состав бурового снаряда входят следующие узлы и детали. Колонковая труба 1 (фиг. 1) имеет резьбовое соединение с муфтой 2, которая, в свою очередь, посредством резьбы сочленена с корпусом короночным 3, снабженным ориентирующими пазами 4, окнами 5 и выточкой 6, образующей внутренний круговой бурт 7. Нижняя часть корпуса короночного 3 имеет шлицевые пазы 8, внутренние стенки которых наклонены от торца 9 вверх и вовнутрь. Между пазами 8 расположены промывочные каналы 10. Узел секторонесущий (фиг.3) состоит из цилиндрического корпуса в виде двухсторонней цанги 11, на трех упругих пластинах 12 которой имеются рабочие секторы 13, на трех других разрезных упругих пластинах 14, подогнутых вовнутрь, помещены секторы расширителя 15. Рабочие секторы 13 выполнены с выступами наружными 16 и внутренними 17. На трех верхних пластинах 18 цанги 11 имеются захватные пластины 19, а на боковых поверхностях цанги 11 помещены ребра-ориентаторы 20. The composition of the drill includes the following components and parts. The core pipe 1 (Fig. 1) has a threaded connection with a sleeve 2, which, in turn, is threaded jointed with a crown body 3, provided with orienting grooves 4, windows 5 and a recess 6, forming an inner circular collar 7. The lower part of the core body 3 has slotted grooves 8, the inner walls of which are inclined from the end face 9 up and inward. Wash channels 10 are located between the grooves 8. The sector-bearing assembly (Fig. 3) consists of a cylindrical body in the form of a double-sided collet 11, on three elastic plates 12 of which there are working sectors 13, on three other split elastic plates 14, bent inwards, the expander sectors are placed 15. The working sectors 13 are made with protrusions external 16 and internal 17. On the three upper plates 18 of the collet 11 there are gripping plates 19, and on the side surfaces of the collet 11 ribs-orientators 20 are placed.

Устройство постановки секторонесущего узла в рабочее положение (фиг.5) состоит из корпуса 21 кернорвательного устройства, снабженного внутренней расточкой 22 и имеющего резьбовое соединение с керноприемной трубой 23 керноприемника (на чертежах не показан). Во внутреннюю расточку 22 помещена головка 24 цанги 25, имеющая наружный выступ 26. Сквозь цангу 25 пропущен валик 27, жестко связанный с цангой 25 посредством разрушаемого штифта 28. Валик 27 имеет хвостик 29 и наружный бурт 30. В силу чего корпус 21 кернорвательного устройства и валик 27 находятся в зафиксированном состоянии. The device for setting the sector-bearing assembly to the working position (Fig. 5) consists of a housing 21 of a core-cutting device equipped with an internal bore 22 and having a threaded connection with a core receiver pipe 23 of a core receiver (not shown in the drawings). A head 24 of the collet 25 is placed in the inner bore 22, having an outer protrusion 26. A roller 27 is passed through the collet 25 and is rigidly connected to the collet 25 by means of a destructible pin 28. The roller 27 has a tail 29 and an outer collar 30. As a result, the body 21 of the coronator device and the roller 27 are in a locked state.

Устройством для извлечения сектронесущего узла (фиг.6) служит корпус 31 кернорвательного устройства, отличающийся от корпуса 21 наличием наружной кольцевой проточки 32. A device for extracting the sectron-bearing assembly (Fig. 6) is the core body 31 of the device, which differs from the body 21 by the presence of an external annular groove 32.

Для доставки секторонесущего узла в "сухих" скважинах, а также для извлечения секторонесущего узла в случае уже извлеченного керноприемника с корпусом 21 кернорвательного устройства ССК применяются устройства: толкатель и извлекатель, спускаемые на овершоте. Толкатель (фиг.7) состоит из головки 34 с захватным грибком 33, центратора 35 и стержня 36 с размещенными на нем двух круговых заплечиков 37 и 38 с разными наружными диаметрами. В конструкции извлекателя (фиг. 8) используются описанная головка 34 с захватным грибком 33 и центратор 35, а стержень 39 извлекателя имеет резьбовое соединение с захватным стаканом 40. For delivery of a sector-bearing assembly in "dry" wells, as well as for extraction of a sector-bearing assembly in the case of a core receiver already removed with a housing 21 of a core drilling device CCK, the following devices are used: a pusher and an extractor, lowered at the overshot. The pusher (Fig.7) consists of a head 34 with a gripping fungus 33, a centralizer 35 and a rod 36 with two circular shoulders 37 and 38 with different external diameters placed on it. In the design of the extractor (Fig. 8), the described head 34 with a gripping fungus 33 and a centralizer 35 are used, and the rod 39 of the extractor has a threaded connection with the gripping cup 40.

Транспортировка секторонесущего узла (фиг.9), радиально сжатого и заведенного в верхний конец колонных бурильных труб, вместе с керноприемником при помощи устройства по постановке секторонесущего узла в рабочее положение (фиг.5) осуществляется за счет контактирования головки 24 цанги 25 с верхними торцами пластин 18 при поднятом от забоя скважины корпусе короночном 3 (фиг.1). The transportation of the sector-bearing assembly (Fig. 9) radially compressed and brought into the upper end of the drill string, together with the core receiver using the device for setting the sector-bearing assembly to the working position (Figure 5), is carried out by contacting the head 24 of the collet 25 with the upper ends of the plates 18 when the coronal case 3 is raised from the bottom of the well (Fig. 1).

При достижении секторонесущим узлом внутренней выточки 6 корпуса 3 он, радиально расширяясь, затормаживается и ориентируется за счет захождения ребер-ориентаторов 20 по скошенным поверхностям корпуса короночного 3 в ориентирующие пазы 4, а рабочие секторы 13 и секторы расширителя 15 заходят соответственно в шлицевые пазы 8 и окна 5 корпуса короночного 3. When the sector-bearing unit reaches the inner recess 6 of the housing 3, it expands radially expanding, braking and orienting itself by guiding the rib-orientators 20 along the beveled surfaces of the coronal 3 into the orienting grooves 4, and the working sectors 13 and the expander sectors 15 go into the slotted grooves 8 and 8, respectively window 5 of the coronal case 3.

При дальнейшем перемещении вниз секторонесущего узла наружные выступы 16 рабочих секторов 13 раздвигаются радиально благодаря расточке 6 и зависают на внутреннем круговом бурте 7 корпуса короночного 3. При этом корпус 21 кернорвательного устройства (фиг.5) перемещается вовнутрь секторонесущего узла и зависает на внутренних выступах 17 рабочих секторов 13. При постановке колонны бурильных труб на забой скважины корпус короночный 3, перемещаясь по рабочим секторам 13, расклинивает ими корпус 21 кернорвательного устройства, а секторы расширителя 15 занимают верхнее положение в окнах 5 корпуса короночного 3, после чего становится возможным бурение скважины (фиг.10). With further downward movement of the sector-bearing assembly, the outer protrusions 16 of the working sectors 13 are moved apart radially due to the bore 6 and hang on the inner circular collar 7 of the crown body 3. In this case, the core-bearing device 21 (FIG. 5) moves inside the sector-bearing assembly and hangs on the inner protrusions of 17 workers sectors 13. When setting the drill pipe string to the bottom of the well, the coronal body 3, moving along the working sectors 13, wedges the core body 21 of them and the expander sectors 1 5 occupy the upper position in the windows 5 of the coronal 3 case, after which it becomes possible to drill a well (FIG. 10).

Для подъема секторонесущего узла вместе с керноприемной трубой (фиг.6) корпус 21 кернорвательного устройства заменяется на корпус 31, имеющий наружную кольцевую проточку 32. При подъеме керноприемной трубы 23 пластины 19 заходят в наружную кольцевую проточку 32 корпуса 31 кернорвательного устройства. При этом уступ кольцевой проточки 32 упирается в торцы пластин 19, что дает возможность извлечения секторонесущего узла на поверхность. To raise the sector bearing assembly along with the core receiving pipe (Fig. 6), the core-boring device body 21 is replaced by a body 31 having an outer ring groove 32. When lifting the core-receiving tube 23, the plates 19 go into the outer ring groove 32 of the core body device 31. In this case, the ledge of the annular groove 32 abuts against the ends of the plates 19, which makes it possible to extract the sector-bearing assembly to the surface.

При спуске секторонесущего узла и использовании толкателя (фиг.7) на его стержень 36 надевают секторонесущий узел с таким расчетом, чтобы заплечик 38 упирался во внутренние выступы 17 рабочих секторов 13 в их сведенном состоянии. When lowering the sector bearing assembly and using the pusher (Fig. 7), the sector bearing assembly is put on its rod 36 so that the shoulder 38 abuts against the inner protrusions 17 of the working sectors 13 in their reduced state.

В положении, указанном на фиг.9, секторонесущий узел транспортируется по колонне бурильных труб на овершоте (на чертежах не показан). При достижении секторонесущим узлом выточки 6 в корпусе 3 он, радиально расширяясь, затормаживается, и заплечик 38 проваливается ниже внутренних выступов 17 рабочих секторов 13, уступая свое место заплечику 37 с большим наружным диаметром. При этом ребра-ориентаторы 20, скользя по направляющим корпуса короночного 3 (на чертежах не обозначены), входят в ориентирующие пазы 4 корпуса короночного 3, а разжимающие упругие пластины 12 и 14 фиксируют рабочие секторы 13 и секторы расширителя 15 соответственно в шлицевых пазах 8 и окнах 5 корпуса короночного 3. При дальнейшем перемещении секторонесущего узла наружные выступы 16 рабочих секторов 13 зависают на внутреннем круговом бурте 7 корпуса короночного 3, а заплечик 37 выходит под торец сформировавшейся коронки-расширителя. При этом центратор 35 затормозится на внутренних выступах 17 рабочих секторов 13, что отмечается ослаблением натяжения тpoса лебедки и является сигналом постановки коронки-расширителя в рабочее положение. При подъеме толкателя заплечики 37 и 38 свободно проходят через коронку-расширитель. По извлечению толкателя в колонну бурильных труб на овершоте транспортируется керноприемник и бурение осуществляется известным способом (фиг.10). In the position indicated in Fig. 9, the sector-bearing assembly is transported along the drill pipe string at the overshot (not shown in the drawings). When the sector-bearing assembly reaches a recess 6 in the housing 3, it expands radially expanding and brakes 38 and the shoulder 38 falls below the inner protrusions 17 of the working sectors 13, giving way to the shoulder 37 with a large outer diameter. In this case, the orienting ribs 20, sliding along the guides of the crown 3 case (not shown in the drawings), enter the orienting grooves 4 of the crown 3 body, and the expanding elastic plates 12 and 14 fix the working sectors 13 and the sectors of the expander 15 in the slotted grooves 8 and the windows 5 of the housing crown 3. With the further movement of the sector-bearing assembly, the outer protrusions 16 of the working sectors 13 hang on the inner circular shoulder 7 of the housing of the crown 3, and the shoulder 37 extends under the end of the formed expander crown. In this case, the centralizer 35 is braked on the inner protrusions 17 of the working sectors 13, which is noted by the weakening of the tension of the winch cable and is a signal of setting the crown-expander in the working position. When lifting the pusher, the shoulders 37 and 38 freely pass through the expander crown. By extracting the pusher into the drill pipe string at the overshot, the core receiver is transported and drilling is carried out in a known manner (Fig. 10).

Подъем секторонесущего узла извлекателем осуществляется после установки центратора 35 извлекателя (фиг.8), спускаемого на овершоте на внутренние выступы 17 рабочих секторов 13. При последующем затем подъеме овершота захватный стакан 40 подхватывает торцы подогнутых пластин 14, чем обеспечивается извлечение секторонесущего узла на поверхность. The lifting of the sector bearing unit by the extractor is carried out after installing the centralizer 35 of the extractor (Fig. 8), which is lowered in overshot to the inner protrusions 17 of the working sectors 13. During the subsequent subsequent raising of the overshot, the gripping cup 40 picks up the ends of the bent plates 14, thereby extracting the sector bearing unit to the surface.

Представляется возможным захватный стакан заменить цангой. В этом случае цанга должна проходить ниже торца коронки и, расширяясь, подхватывать секторы 13 при подъеме овершота. It seems possible to replace the gripper cup with a collet. In this case, the collet should pass below the end of the crown and, expanding, pick up sectors 13 when raising the overshot.

Наибольший эффект от применения предлагаемого снаряда достигается при бурении пород высоких категорий по буримости, особенно на больших глубинах разведочных скважин. The greatest effect from the use of the proposed projectile is achieved when drilling rocks of high categories for drillability, especially at great depths of exploratory wells.

Claims

A drill with an insertable reamer crown, consisting of a core and core receiving pipe, an outer casing and an inner one with cuts turning into cuts of elastic plates equipped with rock cutting sectors, characterized in that the outer casing has windows in the middle part, upper and upper in the lower part there are lower grooves, the inner case has elastic plates of various lengths, and the plates having a shorter length have cuts, are equipped with expander sectors and are placed in the windows of the outer case, and on the plates, they having a longer length, located between the plates having a shorter length, the crown sectors and orienting plates, respectively, are placed under the lower and upper grooves of the outer casing.