RU2204686C2

RU2204686C2 - Drilling device

Info

Publication number: RU2204686C2
Application number: RU2001104329A
Authority: RU
Inventors: Владимир Рудольфович Малов; Сергей Анатолиевич Евстифеев; Ильшат Усеинович Каримов; Сергей Николаевич Серебряков; Сергей Александрович Смирнов
Original assignee: Владимир Рудольфович Малов
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: drilling device includes drill pipe connected with bit sub carrying rock-cutting tool. Bit sub body has inflow channels connected with lower part of ejector chambers. Located at an angle of 10-15 deg to bit sub axis are side channels adjacent to channel supplying mud. Ejector units are installed at outlets of side channels. Installed in ejector units, in definite numbers, are removable bushings and plugs for control of rarefaction degree in bottom-hole zone. Technical result of invention is attained by reduction of hydrostatic pressure in bottom-hole zone and by increase of penetration rate of device into rock. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к горно-добывающей промышленности, в частности к нефтегазодобыче, и предназначено для строительства скважины. The invention relates to the mining industry, in particular to oil and gas production, and is intended for well construction.

Известно устройство для бурения, включающее буровую трубу, соединенную с наддолотным переходником, на котором закреплен породоразрушающий инструмент (Иночкин П.Т. Справочник бурового мастера. М.: Недра, 1968). A device for drilling, including a drill pipe connected to a bit adapter, on which a rock cutting tool is fixed (Inochkin P.T. Handbook of a drilling master. M: Nedra, 1968).

Известное устройство имеет недостаточно высокую скорость продвижения вглубь породы. The known device does not have a high enough speed to move deeper into the rock.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является наддолотный эжекторный гидронасос, содержащий корпус с центральным вертикальным каналом для подачи к долоту промывочной жидкости, не менее трех активных сопел, равномерно расположенных по окружности вокруг центрального канала и сообщающихся с ним с помощью подводящих каналов, и соосные с соплами камеры смешения, которые сообщены с нижней торцевой частью корпуса при помощи сквозных соединительных каналов. Подводящие каналы выполнены прямолинейными, оси камер смешения расположены под углом 13-20^o к оси вертикального канала [SU 1736345, F 04 А 5/10, 1992].Closest to the invention in terms of technical nature and the effect achieved is a supra-bit ejector hydraulic pump containing a housing with a central vertical channel for supplying at least three active nozzles uniformly spaced around the central channel and communicating with it through the supply channels to the chisel, and mixing chamber coaxial with the nozzles, which are in communication with the lower end part of the housing by means of through connecting channels. The supply channels are made linear, the axis of the mixing chambers are located at an angle of 13-20 ^o to the axis of the vertical channel [SU 1736345, F 04 A 5/10, 1992].

Недостатком данного устройства, как и предыдущего, является его недостаточно высокая скорость продвижения вглубь породы. The disadvantage of this device, as well as the previous one, is its insufficiently high speed of advancement deep into the rock.

В основу изобретения поставлена задача повышения скорости продвижения устройства для бурения вглубь породы за счет снижения гидростатического давления в призабойной зоне скважины, а также создание высокоэффективного способа бурения скважины за счет увеличения скорости продвижения устройства для бурения вглубь породы путем снижения гидростатического давления в призабойной зоне скважины. The basis of the invention is the task of increasing the speed of advancement of the device for drilling deep into the rock by reducing hydrostatic pressure in the bottomhole zone of the well, as well as creating a highly effective method of drilling the well by increasing the speed of advancement of the device for drilling deep into the rock by reducing hydrostatic pressure in the bottomhole zone of the well.

Поставленная задача решается тем, что устройство для бурения, включающее буровую трубу, соединенную с наддолотным переводником с закрепленным в нем породоразрушающим инструментом, выполненные в корпусе наддолотного переводника каналы для подсоса, соединенные с нижней частью эжекторных камер, эжекторные узлы, установленные на выходе из боковых каналов, выполненных под углом 10-15^o к оси наддолотного переводника и примыкающих к каналу для подачи промывочной жидкости, согласно изобретению, выполнено с возможностью регулирования степени разрежения в призабойной зоне скважины за счет выполнения эжекторных узлов с возможностью установки в определенном их количестве съемных втулок и съемных заглушек. Съемная втулка выполнена в форме усеченного конуса. Съемная втулка содержит канал, продольное сечение которого выполнено в форме равнобокой трапеции. Втулка выполнена из победита.The problem is solved in that the device for drilling, including a drill pipe connected to a sub-bit sub with a rock cutting tool mounted in it, channels for suction made in the body of a sub-bit sub, connected to the bottom of the ejector chambers, ejector units installed at the outlet of the side channels performed at an angle to the axis of 10-15 ^o Near Bit sub and adjacent to a channel for supplying washing fluid according to the invention is adapted to control the degree of p zrezheniya in the near wellbore area by making the ejector units to be mounted in a certain amount of removable sleeves and removable plugs. The removable sleeve is made in the form of a truncated cone. The removable sleeve contains a channel, the longitudinal section of which is made in the form of an isosceles trapezoid. The sleeve is made of conquered.

Бурение производится на значительных глубинах. Для того чтобы извлечь разрушенную породу, через канал в буровой трубе подается промывочная жидкость, которая вымывает разрушенную породу и выводит ее в радиальном направлении от центра бурения и затем на поверхность. Большие глубины, на которых производится бурение, и промывочная жидкость оказывают высокое гидростатическое давление на частицы разрушенной породы. Чтобы преодолеть силы, вызванные присутствием гидростатического столба, и произвести отрыв и вывод породы из призабойной зоны скважины, необходимо прикладывать значительные силы, которые обеспечиваются подающейся в призабойную зону скважины промывочной жидкостью. Разрушенная породоразрушающим инструментом порода покидает призабойную зону скважины медленно и тем самым существенно замедляет процесс бурения в целом. Drilling is carried out at considerable depths. In order to remove the destroyed rock, flushing fluid is supplied through the channel in the drill pipe, which flushes the destroyed rock and leads it radially from the drilling center and then to the surface. The large depths at which drilling is carried out and the flushing fluid exert high hydrostatic pressure on the particles of the destroyed rock. In order to overcome the forces caused by the presence of a hydrostatic column and to separate and withdraw the rock from the bottomhole zone of the well, it is necessary to apply significant forces, which are provided by the flushing fluid supplied to the bottomhole zone of the well. The rock destroyed by the rock cutting tool leaves the bottomhole zone of the well slowly and thereby significantly slows down the drilling process as a whole.

Таким образом, снижение гидростатического давления производят, используя поток промывочной жидкости, направляемый в призабойную зону. Часть потока отбирают и ускоряют за счет изменения площадей поперечных сечений в эжекторном узле, а также за счет давления промывочной жидкости, создаваемого буровыми насосами. Промывочная жидкость с высокой скоростью попадает в полость, в которой генерируется зона разрежения. Конструктивно зону разрежения связывают с призабойной зоной, что обеспечивает откачку промывочной жидкости из призабойной зоны. Таким образом, гидростатическое давление в призабойной зоне снижается, что позволяет затрачивать меньшие усилия для отрыва и вывода частиц разрушенной породы из призабойной зоны, тем самым увеличивая механическую скорость бурения. Thus, a decrease in hydrostatic pressure is produced using a flow of flushing fluid directed to the bottomhole zone. Part of the flow is selected and accelerated by changing the cross-sectional areas in the ejector unit, as well as due to the pressure of the flushing fluid created by the mud pumps. Flushing fluid with high speed enters the cavity in which the rarefaction zone is generated. Structurally, the rarefaction zone is associated with the bottom-hole zone, which ensures pumping of the flushing fluid from the bottom-hole zone. Thus, the hydrostatic pressure in the bottom-hole zone is reduced, which allows less effort to detach and remove particles of the destroyed rock from the bottom-hole zone, thereby increasing the mechanical drilling speed.

Снижать гидростатическое давление необходимо лишь непосредственно в призабойной зоне скважины. Снижение давления вдоль ствола скважины приводит к разрушению породы, расположенной вокруг буровой колонны, что, в свою очередь, приводит к негативным последствиям. Поэтому устройство, реализующее данный способ бурения, следует располагать неподалеку от призабойной зоны. Наиболее подходящее место - это наддолотный переводник, соединяющий буровую трубу и породоразрушающий инструмент. В наддолотном переводнике выполнены боковые каналы и эжекторные камеры. Между ними установлены эжекторные узлы. Часть объема промывочной жидкости, идущая по основному каналу для подачи промывочной жидкости, попадает в боковые каналы, затем под давлением в эжекторные узлы, проходит через них, ускоряясь за счет разности сечений канала эжекторного узла. Затем потоки промывочной жидкость входят в эжекторные камеры с высокой скоростью, создавая в них зону разрежения, которая конструктивно связана при помощи канала с призабойной зоной. Тем самым понижается давление в призабойной зоне. Hydrostatic pressure must be reduced only directly in the bottomhole zone of the well. The decrease in pressure along the wellbore leads to the destruction of the rock located around the drill string, which, in turn, leads to negative consequences. Therefore, a device that implements this method of drilling should be located near the bottom-hole zone. The most suitable place is a sub-bit sub that connects the drill pipe and rock cutting tool. The side channels and ejector chambers are made in the sub-bit sub. Ejector units are installed between them. A part of the volume of the flushing fluid, which goes along the main channel for supplying the flushing fluid, enters the side channels, then under pressure into the ejector units, passes through them, accelerating due to the difference in the cross sections of the channel of the ejector unit. Then, the flushing fluid flows into the ejector chambers at a high speed, creating a rarefaction zone in them, which is structurally connected via the channel to the bottomhole zone. Thereby, the pressure in the bottomhole zone is reduced.

Конструкция представленного наддолотного переводника рассчитана на то, чтобы выполнять три основные функции. Первые две - это передача вращающего момента и подача промывочной жидкости к призабойной зоне скважины, а третья - снижение гидростатического давления в призабойной зоне скважины. Третья функция - снижение гидростатического давления в призабойной зоне скважины обеспечивается следующими конструктивными особенностями наддолотного переводника: в корпусе наддолотного переводника выполнены боковые каналы, примыкающие к каналу для подачи промывочной жидкости; на выходе боковых каналов установлены эжекторные узлы, в свою очередь, сообщенные с эжекторными камерами. Эжекторные камеры соединены с призабойной зоной скважины через каналы подсоса. Через боковые каналы отбирается часть объема промывочной жидкости и подается в эжекторные узлы. The design of the presented sub-bit sub is designed to perform three main functions. The first two are the transmission of torque and the supply of flushing fluid to the bottom-hole zone of the well, and the third is the reduction of hydrostatic pressure in the bottom-hole zone of the well. The third function - the reduction of hydrostatic pressure in the bottomhole zone of the well is ensured by the following design features of the sub-bit sub: in the body of the sub-bit sub there are lateral channels adjacent to the channel for supplying washing liquid; ejector units are installed at the outlet of the side channels, which in turn are in communication with ejector chambers. Ejector chambers are connected to the bottomhole zone of the well through suction channels. A part of the volume of washing liquid is taken through the lateral channels and fed to the ejector units.

В нескольких эжекторных узлах установлены съемные втулки, через которые проходит жидкость под давлением. Поэтому съемные втулки выполнены из износостойкого материала, например победита. В съемной втулке выполнен канал конической формы, то есть поперечное сечение эжектора на входе в эжекторную камеру мало и обеспечивает очень высокую скорость выхода промывочной жидкости из эжекторного узла в эжекторную камеру. Зона выхода промывочной жидкости из эжекторных узлов в эжекторные камеры конструктивно расположена рядом с местом сообщения каналов подсоса с эжекторными камерами. Высокая скорость выхода промывочной жидкости из эжекторных узлов в эжекторные камеры создает зону разрежения, присутствие которой обеспечивает откачивание промывочной жидкости из призабойной зоны, то есть снижает гидростатическое давление непосредственно в призабойной зоне. Высокое давление обеспечивает высокую скорость перемещения промывочной жидкости через эжекторные узлы, поэтому имеет место "вымывание" материала вставки. Победит является износостойким материалом, наиболее приспособленным к работе в подобных условиях. Коническая форма съемной втулки способствует ее надежному креплению в эжекторном узле. Диапазон 10-15 градусов угла наклона оси бокового канала к оси наддолотного переводника выбран исходя из того, что если использовать угол менее 10 градусов, то промывочная жидкость, выходящая из эжекторной камеры с высокой скоростью, будет оказывать абразивное воздействие на наддолотный переводник и буровую трубу, что будет приводить к преждевременному износу инструмента; если же угол будет выбран больше 15 градусов, то промывочная жидкость, выходящая с высокой скоростью из эжекторной камеры, будет разрушать стенку скважины. Как отмечено выше, в наддолотном переводнике выполнены боковые каналы с эжекторными узлами. Чем больше их число, тем интенсивнее происходит откачивание промывочой жидкости из призабойной зоны, тем больше снижается гидростатическое давление в призабойной зоне. Устанавливая съемные заглушки в определенном количестве эжекторных узлов, имеем возможность регулировать степень разрежения в призабойной зоне. In several ejector units, removable sleeves are installed through which fluid under pressure passes. Therefore, the removable sleeve is made of wear-resistant material, for example defeated. A conical channel is made in a removable sleeve, that is, the cross section of the ejector at the entrance to the ejector chamber is small and provides a very high exit speed of the washing liquid from the ejector assembly to the ejector chamber. The exit zone of the washing liquid from the ejector units to the ejector chambers is structurally located near the place of communication of the suction channels with the ejector chambers. The high exit velocity of the washing liquid from the ejector units to the ejector chambers creates a rarefaction zone, the presence of which ensures the pumping of the washing liquid from the bottomhole zone, that is, reduces the hydrostatic pressure directly in the bottomhole zone. High pressure provides a high speed of movement of the washing fluid through the ejector units, so there is a "leaching" of the material of the insert. Pobedit is a wear-resistant material, most adapted to work in similar conditions. The conical shape of the removable sleeve contributes to its reliable mounting in the ejector unit. The range of 10-15 degrees of the angle of inclination of the axis of the lateral channel to the axis of the over-bit sub is chosen based on the fact that if you use an angle of less than 10 degrees, then the flushing fluid leaving the ejector chamber with high speed will have an abrasive effect on the bit and bottom of the drill pipe, which will lead to premature tool wear; if the angle is chosen to be greater than 15 degrees, then the flushing fluid leaving the ejector chamber at a high speed will destroy the borehole wall. As noted above, the side channels with ejector units are made in the suprasubbit sub. The larger the number, the more intensive the pumping out of the flushing fluid from the bottom-hole zone, the more the hydrostatic pressure in the bottom-hole zone decreases. By installing removable plugs in a certain number of ejector units, we are able to adjust the degree of vacuum in the bottomhole zone.

Таким образом, совокупность признаков представленного устройства для бурения обеспечивает снижение гидростатического давления в призабойной зоне скважины, что, в свою очередь, обеспечивает повышение скорости продвижения устройства для бурения вглубь породы. Thus, the set of features of the presented device for drilling provides a reduction in hydrostatic pressure in the bottomhole zone of the well, which, in turn, provides an increase in the rate of advancement of the device for drilling deep into the rock.

Устройство для бурения поясняется чертежами. The drilling device is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение устройства для бурения;
на фиг. 2 - разрез А - А устройства для бурения;
на фиг. 3 - разрез Б - Б устройства для бурения;
на фиг. 4 изображена схема бурения скважины.In FIG. 1 is a cross-sectional view of a drilling apparatus;
in FIG. 2 - section A - A device for drilling;
in FIG. 3 - section B - B of the device for drilling;
in FIG. 4 shows a diagram of well drilling.

Устройство для бурения состоит из буровой трубы 1, породоразрушающего инструмента 2, закрепленного в наддолотном переводнике 3. Буровая труба 1 соединена с наддолотным переводником 3. Наддолотный переводник 3 содержит корпус 4, канал 5 для подвода основного потока промывочной жидкости 6, боковые каналы 7 для отвода боковых потоков промывочной жидкости 8, несколько эжекторных узлов 9, установленных на выходе боковых каналов 7, выполненных под углом 10-15 градусов к оси наддолотного переводника 3 и примыкающих к каналу 5 для подвода основного потока промывочной жидкости 6. The drilling device consists of a drill pipe 1, a rock cutting tool 2, mounted in a sub-bit sub 3. The drill pipe 1 is connected to a sup-bit sub 3. The sub-bit sub 3 contains a housing 4, a channel 5 for supplying the main flow of washing liquid 6, side channels 7 for removal side streams of washing liquid 8, several ejector units 9 installed at the outlet of the side channels 7, made at an angle of 10-15 degrees to the axis of the over-bit sub 3 and adjacent to the channel 5 for supplying the main stream flushing fluid 6.

В определенном количестве эжекторных узлов 9 установлены съемные втулки 10, выполненные в форме усеченного конуса. Эжекторные узлы 9 содержат каналы 11, поперечное сечение которых выполнено в форме трапеции. Устройство также содержит эжекторные камеры 12 для прохождения ускоренных потоков промывочной жидкости 13 и зоны разрежения 14, каналы 15 для подсоса для прохождения потока 16 из призабойной зоны 17, соединенные с нижней часть эжекторных камер 12, съемные заглушки 18, установленные в остальном количестве эжекторных узлов 9. Устройство выполнено с возможностью регулирования степени разрежения в призабойной зоне 17 за счет выполнения эжекторных узлов 9 с возможностью установки в определенном количестве съемных втулок 10 и съемных заглушек 18. In a certain number of ejector units 9, removable sleeves 10 are installed, made in the form of a truncated cone. The ejector units 9 contain channels 11, the cross section of which is made in the form of a trapezoid. The device also contains ejector chambers 12 for passage of accelerated flows of flushing fluid 13 and rarefaction zone 14, channels 15 for suction for passage of flow 16 from the bottomhole zone 17, connected to the lower part of the ejector chambers 12, removable plugs 18 installed in the remaining number of ejector nodes 9 The device is configured to control the degree of rarefaction in the bottom-hole zone 17 by performing ejector units 9 with the possibility of installing in a certain number of removable bushings 10 and removable plugs 18.

Устройство для бурения работает следующим образом. Через буровую трубу 1 передается вращающий момент и основной поток промывочной жидкости 6 направляют через наддолотный переводник 3 в призабойную зону 17. Вращаясь, породоразрушающий инструмент 2 разрушает породу. Для снятия гидростатического давления в призабойной зоне 17 в корпусе 4 наддолотного переводника 3 к каналу 5 для подвода основного потока промывочной жидкости 6 примыкают боковые каналы 7 для отвода боковых потоков промывочной жидкости. Боковые потоки промывочной жидкости 8 попадают в эжекторные узлы 9, где в каналах 11 съемных втулок 10 жидкость ускоряется за счет разности поперечных сечений канала 11, и ускоренный поток промывочной жидкости 13 попадает в эжекторные камеры 12, где создается зона разрежения 14. Через каналы подсоса 15 поток 16 покидает призабойную зону 17, тем самым снижая гидростатическое давление в призабойной зоне 17 и повышая скорость продвижения устройства для бурения вглубь породы. A device for drilling works as follows. A torque is transmitted through the drill pipe 1 and the main flow of the flushing fluid 6 is directed through the over-bit sub 3 to the bottomhole zone 17. Rotating, the rock cutting tool 2 destroys the rock. To relieve hydrostatic pressure in the bottom-hole zone 17 in the casing 4 of the over-bit sub 3 to the channel 5 for supplying the main flow of washing liquid 6, side channels 7 are adjacent to divert the lateral flows of washing liquid. The lateral flows of the washing liquid 8 enter the ejector units 9, where in the channels 11 of the removable bushings 10 the liquid is accelerated due to the difference in the cross sections of the channel 11, and the accelerated flow of the washing liquid 13 enters the ejector chambers 12, where a vacuum zone 14 is created. Through the suction channels 15 the stream 16 leaves the bottom-hole zone 17, thereby reducing the hydrostatic pressure in the bottom-hole zone 17 and increasing the speed of advancement of the device for drilling deep into the rock.

Claims

1. A device for drilling, including a drill pipe connected to a sub-bit sub with a rock cutting tool fixed in it, channels for suction made in the body of a sub-bit sub, connected to the bottom of the ejector chambers, ejector units installed at the exit from the side channels, made at an angle 10-15 degrees to the axis of the above-bit sub and adjacent to the channel for supplying washing liquid, characterized in that it is made with the possibility of controlling the degree of vacuum in the bottom hole these wells due to the implementation of ejector units with the possibility of installing in a certain number of removable bushings and removable plugs.

2. The device according to claim 1, characterized in that the removable sleeve is made in the form of a truncated cone.

3. The device according to p. 1 or 2, characterized in that the removable sleeve contains a channel, the longitudinal section of which is made in the form of an isosceles trapezoid.

4. The device according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the removable sleeve is made of win.