RU2261319C1 - Rotary drill with increased speed - Google Patents
Rotary drill with increased speed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2261319C1 RU2261319C1 RU2004118896/03A RU2004118896A RU2261319C1 RU 2261319 C1 RU2261319 C1 RU 2261319C1 RU 2004118896/03 A RU2004118896/03 A RU 2004118896/03A RU 2004118896 A RU2004118896 A RU 2004118896A RU 2261319 C1 RU2261319 C1 RU 2261319C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- multiplier
- drilling
- increasing unit
- drill
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к горной технике, в частности к устройствам, предназначенным для бурения скважин на высоких частотах вращения породоразрушающего инструмента (свыше 700 мин-1).The invention relates to mining equipment, in particular to devices designed for drilling wells at high rotational speeds of a rock cutting tool (over 700 min -1 ).
Известно устройство, предназначенное для изменения частоты вращения долот - синусошариковый редуктор для забойных двигателей (а.с. №960412, Е 21 В 4/00, 23.09.82), которое включает в себя невращающуюся колонну бурильных труб, присоединенную своей нижней частью к забойному двигателю с синусошариковым редуктором, к водилу которого жестко присоединен породоразрушающий инструмент.A device is known for changing the rotational speed of bits - a sinus ball reducer for downhole motors (AS No. 960412, E 21 B 4/00, 09/23/82), which includes a non-rotating drill pipe string connected to its bottom part by a bottom hole an engine with a sinus ball reduction gear, to the carrier of which a rock cutting tool is rigidly attached.
Недостаток аналога: из-за малых частот вращения породоразрушающего инструмента (например, алмазного диаметром 76 или 59 мм) мала и механическая скорость бурения.The disadvantage of the analogue: due to the low rotational speeds of the rock cutting tool (for example, diamond with a diameter of 76 or 59 mm), the mechanical drilling speed is also low.
В качестве наиболее близкого аналога - прототипа - принято устройство для бурения скважин (а.с. SU №866090, Е 21 В 4/00, опубликовано в 1981 г.), представляющее собой роторно-мультипликаторный бур. Устройство по прототипу снабжено дополнительным приводом, соединенным с подвижной приводной головкой, у которой корпус жестко соединен с наружной колонной труб, а шпиндель посредством шлицов с внутренней колонной труб, при этом в нижней части бурильной колонны установлен мультипликатор планетарного дифференциала с переходной головкой, у которого венцовая шестерня жестко соединена с наружной колонной труб, а сателлиты посредством водила со шлицами и шлицевого зацепления - с внутренней колонной труб.As the closest analogue - the prototype - adopted a device for drilling wells (as SU SU No. 866090, E 21 B 4/00, published in 1981), which is a rotary multiplier drill. The device of the prototype is equipped with an additional drive connected to a movable drive head, in which the housing is rigidly connected to the outer pipe string, and the spindle by means of splines with the inner pipe string, and a planetary differential with a transition head, which has a crown, is installed in the lower part of the drill string the gear is rigidly connected to the outer pipe string, and the satellites, through the carrier with splines and spline gearing, to the inner pipe string.
Общими признаками прототипа, совпадающими с заявляемым изобретением, являются установленный на поверхности привод, заякоривающее устройство, выполненное с возможностью взаимодействия с корпусом мультипликатора, ведущий вал которого связан поступательной парой с колонной бурильных труб, которая в свою очередь связана с заякоривающим устройством вращательной парой, породоразрушающий инструмент, жестко скрепленный с концом ведомого вала мультипликатора.Common features of the prototype that match the claimed invention are a surface mounted actuator, an anchor device configured to interact with a multiplier housing, the drive shaft of which is connected by a translational pair to the drill pipe string, which in turn is connected to the anchor device by a rotary pair, a rock cutting tool rigidly bonded to the end of the output shaft of the multiplier.
Недостатком известного устройства является то, что скорость бурения при использовании алмазного породоразрушающего инструмента недостаточна, так как планетарный мультипликатор не сможет передавать необходимый крутящий момент из-за наличия таких ненадежных по прочностным характеристикам элементов, как зубцы шестерен. Кроме этого, известное устройство довольно сложное ввиду необходимости применения двойной колонны бурильных труб и дополнительного привода.A disadvantage of the known device is that the drilling speed when using a diamond rock cutting tool is insufficient, since the planetary multiplier will not be able to transmit the necessary torque due to the presence of such unreliable elements as the gear teeth. In addition, the known device is quite complicated due to the need to use a double drill pipe string and an additional drive.
Технический результат изобретения заключается в повышении производительности бурения при использовании алмазного породоразрушающего инструмента за счет увеличения частоты вращения ведомого вала с породоразрушающим инструментом с одновременным более интенсивным поступательным движением по оси скважины.The technical result of the invention is to increase drilling performance when using a diamond rock cutting tool by increasing the speed of the driven shaft with a rock cutting tool with simultaneous more intensive translational movement along the axis of the well.
Технический результат достигается тем, что в роторно-мультипликаторном буре, содержащем установленный на поверхности привод, заякоривающее устройство, выполненное с возможностью взаимодействия с корпусом мультипликатора, ведущий вал которого связан поступательной парой колонной бурильных труб, которая в свою очередь связана с заякоривающим устройством вращательной парой, породоразрушающий инструмент, жестко скрепленный с концом ведомого вала мультипликатора, согласно изобретению заякоривающее устройство выполнено в виде распирателя, нижняя часть которого имеет конусную форму с возможностью размещения и осевого перемещения на ней башмаков для взаимодействия со стенками скважины, при этом мультипликатор выполнен синусошариковым.The technical result is achieved by the fact that in a rotary-multiplier drill containing a drive mounted on the surface, the anchor device is configured to interact with the multiplier housing, the drive shaft of which is connected by a translational pair to the drill pipe string, which in turn is connected to the anchor device by a rotary pair, rock cutting tool, rigidly fastened to the end of the driven shaft of the multiplier, according to the invention, the anchoring device is made in the form of a burst ator, the lower portion of which is tapered to be arranged and axially displaceable on it clogs for interaction with the walls of the well, wherein the multiplier is configured sinusosharikovym.
При этом пружины заякоривающего устройства, связанные с башмаками, выполнены в форме лент цилиндра, образующихся при продольном разрезании трубы, нижняя не разрезанная часть которой является основанием пружин, с которым жестко соединен корпус мультипликатора.At the same time, the springs of the anchor device associated with the shoes are made in the form of cylinder belts formed during longitudinal cutting of the pipe, the lower uncut part of which is the base of the springs, with which the multiplier body is rigidly connected.
Связь колонны бурильных труб с ведущим валом мультипликатора поступательной парой обеспечивает работу синусошариковой передачи для повышения частоты вращения ведомого вала с породоразрушающим инструментом. Связь колонны бурильных труб с заякоривающим устройством вращательной парой позволяет посредством детали заякоривающего устройства, взаимодействующей со стенками скважины, удерживать обратный (реактивный) момент, передавая одну часть осевого усилия от бурильной колонны на стенки скважины, а другую через корпус мультипликатора - на породоразрушающий инструмент.The connection of the drill pipe string with the driving shaft of the multiplier by the translational pair provides the sinus ball operation to increase the speed of the driven shaft with the rock cutting tool. The connection of the drill pipe string with the rotary pair anchor device allows, through the part of the anchor device interacting with the borehole walls, to hold the reverse (reactive) moment, transferring one part of the axial force from the drill string to the borehole walls and the other through the multiplier body to the rock cutting tool.
Выполнение заякоривающего устройства с возможностью взаимодействия по крайней мере одной из его деталей с корпусом мультипликатора позволяет передавать возникающий обратный момент через детали заякоривающего устройства на стенки скважины.The implementation of the anchor device with the possibility of interaction of at least one of its parts with the housing of the multiplier allows you to transfer the resulting reverse moment through the details of the anchor device to the walls of the well.
Выполнение жесткой связи одной из деталей заякоривающего устройства с корпусом мультипликатора обеспечивает достаточно надежную передачу обратного момента на стенки скважины. Другими словами, конструктивное выполнение заявляемого устройства позволяет возникающий при бурении обратный момент передавать от забоя на стенки скважины, а осевое усилие от бурильной колонны передавать на забой. Такое перераспределение усилий позволяет кратно увеличить частоту вращения породоразрушающего инструмента по сравнению с бурильной колонной.The implementation of a rigid connection of one of the parts of the anchoring device with the housing of the multiplier provides a fairly reliable transfer of the reverse moment to the well walls. In other words, the constructive implementation of the inventive device allows the reverse moment arising during drilling to transmit from the bottom to the wall of the well, and the axial force from the drill string to transfer to the bottom. This redistribution of efforts allows you to multiply increase the frequency of rotation of the rock cutting tool compared to the drill string.
Применение роторно-мультипликаторного бура с алмазным породоразрушающим инструментом позволит повысить в 1,5-2,0 раза механическую скорость бурения. Объясняется это следующим. Известно, что частоты вращения бурильных труб при бурении глубоких (до 1000 м и более) скважин не превышают 300-500 мин-1 (при больших значениях этой величины бурильные трубы ломаются чаще, имеют больший износ и бурение происходит при существенно повышенных расходах мощности на преодоление сопротивлений). При этом линейная скорость резания составляет всего 1-2 м/сек и менее, что, как известно, мало для алмазного инструмента (рекомендуемая скорость резания не менее 5 м/сек). Применение роторно-мультипликаторного бура позволит вести бурение на режимах, близких к оптимальным.The use of a rotary multiplier drill with a diamond rock cutting tool will increase the mechanical drilling speed by 1.5-2.0 times. This is explained as follows. It is known that the rotational speeds of drill pipes while drilling deep (up to 1000 m and more) wells do not exceed 300-500 min -1 (at large values of this value, drill pipes break more often, have more wear and drilling occur at significantly higher power consumption to overcome resistances). Moreover, the linear cutting speed is only 1-2 m / s or less, which, as you know, is small for a diamond tool (recommended cutting speed of at least 5 m / s). The use of a rotary-multiplier drill will allow drilling at near optimal conditions.
Отличием от прототипа является то, что заякоривающее устройство выполнено в виде распирателя, нижняя часть которого имеет конусную форму с возможностью размещения и осевого перемещения на ней башмаков для взаимодействия со стенками скважины, при этом мультипликатор выполнен синусошариковым. Это доказывает соответствие изобретения критерию «новизна».The difference from the prototype is that the anchor device is made in the form of a distributor, the lower part of which has a conical shape with the possibility of placing and axial movement of shoes on it for interaction with the walls of the well, while the multiplier is made sinusotube. This proves that the invention meets the criterion of "novelty."
Известно в технике бурения использование поступательной пары для передачи осевых усилий в процессе бурения породоразрушающему инструменту и вращательной пары для передачи радиальных распорных усилий на стенки скважины для фиксации корпуса отклонителя при направленном бурении (Зиненко В.П. Направленное бурение. Учеб. пособие для вузов. - М.: Недра, 1990. - С.91-97).It is known in the drilling technique to use a translational pair to transmit axial forces during drilling to a rock cutting tool and a rotary pair to transfer radial spacer forces to the walls of the well to fix the diverter body during directional drilling (V. Zinenko, Directed Drilling. Textbook for universities. - M .: Nedra, 1990 .-- S.91-97).
В заявленной совокупности признаков достигается такое взаимодействие поступательной и вращательной пар, при котором ведомый вал с породоразрушающим инструментом вращается с большей частотой вращения, чем бурильная колонна. При этом заякоривающее устройство помимо своей традиционной функции заякоривания о стенки скважины выполняет благодаря связи с корпусом мультипликатора функцию фиксации возникающего при бурении реактивного момента на стенки скважины с одновременным продвижением по оси скважины. Это дает увеличение частоты вращения ведомого вала с породоразрушающим инструментом, что позволяет увеличить механическую скорость бурения в 1,5-2,0 раза по сравнению с прототипом и вести высокочастотное алмазное бурение на режимах, близких к оптимальным.In the claimed combination of features, such an interaction is achieved between the translational and rotational pairs in which the driven shaft with the rock cutting tool rotates with a higher rotation speed than the drill string. At the same time, the anchor device, in addition to its traditional function of anchoring against the well walls, performs, due to its connection with the multiplier body, the function of fixing the reactive moment that occurs during drilling on the well walls while simultaneously moving along the well axis. This gives an increase in the rotational speed of the driven shaft with a rock cutting tool, which allows to increase the mechanical drilling speed by 1.5-2.0 times in comparison with the prototype and to conduct high-frequency diamond drilling at near optimal conditions.
Анализ уровня техники подтверждает, что неизвестно влияние признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого изобретения (поступательной и вращательной пар), на увеличение частоты вращения ведомого вала с породоразрушающим инструментом с одновременным продвижением по оси скважины и, следовательно, на повышение скорости бурения при использовании алмазного породоразрушающего инструмента.The analysis of the prior art confirms that it is not known the influence of the signs coinciding with the distinguishing features of the claimed invention (translational and rotational pairs) on the increase in the rotation frequency of the driven shaft with the rock cutting tool while moving along the axis of the well and, therefore, on the increase in drilling speed when using diamond rock cutting tool.
Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признак, совпадающий с отличительным признаком, касающимся выполнения заякоривающего устройства с возможностью взаимодействия по крайней мере одной из его деталей с корпусом мультипликатора.The prior art does not reveal solutions that have a sign that matches the distinctive feature regarding the implementation of the anchoring device with the possibility of interaction of at least one of its parts with the body of the multiplier.
Таким образом, заявленное изобретение явным образом не следует для специалиста из уровня техники и соответствует критерию «изобретательский уровень».Thus, the claimed invention clearly does not follow for a specialist from the prior art and meets the criterion of "inventive step".
На чертеже изображена схема устройства роторно-мультипликаторного бура.The drawing shows a diagram of a rotary-multiplier drill device.
Роторно-мультипликаторный бур содержит установленный на поверхности привод (на чертеже не показан), расположенную в скважине 1 колонну бурильных труб 2, заякоривающее устройство клинового принципа действия и выполненное с возможностью взаимодействия не менее чем одной своей деталью со стенками скважины 1, состоящее из распирателя 3, нижняя часть которого выполнена в форме конуса, башмаков 4, пружин 5 и трубы 6, которая является основанием пружин 5. Пружины 5 заякоривающего устройства могут быть выполнены в форме лент цилиндра, получающихся при продольном разрезании трубы, а труба 6 - оставшаяся неразрезанная часть трубы. Башмаки 4 для возможности осевого перемещения могут быть выполнены в виде салазок или снабжены вращающимися роликами (на чертеже не показаны).The rotary-multiplier drill contains a surface-mounted drive (not shown), a drill pipe string 2 located in the well 1, an anchor device of the wedge principle of operation and configured to interact with at least one of its parts with the walls of the well 1, consisting of a sprayer 3 , the lower part of which is made in the form of a cone, shoes 4, springs 5 and pipe 6, which is the base of the springs 5. The springs 5 of the anchoring device can be made in the form of cylinder tapes, resulting in and cutting the tube longitudinally, and the pipe 6 - the remaining uncut portion of the tube. Shoes 4 for axial movement can be made in the form of a slide or provided with rotating rollers (not shown).
Синусошариковый мультипликатор бура состоит из корпуса 7, ведущего вала 8 (водило синусошариковой передачи), ведомого вала 9 и узла синусошарикового зацепления 10, в котором кинематически связаны между собой корпус 7, ведущий 8 и ведомый 9 валы.The drill sine-ball multiplier consists of a housing 7, a drive shaft 8 (a sinus ball drive), a driven shaft 9, and a sinus-ball gear assembly 10, in which the housing 7, the driving 8 and the driven 9 shafts are kinematically connected.
Породоразрушающий инструмент 11, например алмазный, жестко скреплен с концом ведомого вала 9 мультипликатора. Между ведомым валом 9 и корпусом 7 мультипликатора установлены уплотнение 12 и подшипник 13 для передачи осевых усилий с корпуса 7 на ведомый вал 9. Между ведущим валом 8 и ведомым валом 9 для предотвращения осевого перемещения между собой вышеуказанных элементов мультипликатора установлен подшипник 14 с уплотнением 15. Для удержания смазки в мультипликаторе и предотвращения попадания бурового раствора внутрь мультипликатора между ведущим 8 и ведомым 9 валами установлено уплотнение 16. Бурильная труба 2 соединена с ведущим валом 8 подвижным профильным соединением 17 (например, шлицевым), представляющим собой поступательную пару, с помощью которой соединены бурильная колонна 2 и ведущий вал 8 мультипликатора. Для исключения попадания шлама из бурового раствора в подвижное профильное соединение 17 между бурильной трубой 2 и ведущим валом 8 предусмотрено уплотнение 18. Корпус 7 жестко соединен с трубой-основанием пружин 6 резьбовым соединением 19. Нижнее 20 и верхнее 21 уплотнения для подшипника 22, передающего часть осевого усилия от бурильной трубы 2 к распирателю 3; подшипник 22 и есть конкретная реализация вращательной пары, связывающей заякоривающее устройство с колонной бурильных труб.A rock cutting tool 11, for example a diamond, is rigidly fastened to the end of the driven shaft 9 of the multiplier. A seal 12 and a bearing 13 are installed between the driven shaft 9 and the multiplier housing 7 for transmitting axial forces from the housing 7 to the driven shaft 9. Between the drive shaft 8 and the driven shaft 9, to prevent axial movement of the above multiplier elements, a bearing 14 with a seal 15 is installed. To keep the lubricant in the multiplier and prevent the mud from getting inside the multiplier, a seal 16 is installed between the drive 8 and driven 9 shafts 16. The drill pipe 2 is connected to the drive shaft 8 by a movable profile a joint 17 (for example, splined), which is a translational pair, with which the drill string 2 and the drive shaft 8 of the multiplier are connected. To prevent the penetration of sludge from the drilling fluid into the movable profile connection 17 between the drill pipe 2 and the drive shaft 8, a seal 18 is provided. The housing 7 is rigidly connected to the spring base pipe 6 by a threaded connection 19. The lower 20 and upper 21 seals for the bearing 22 transmitting part axial force from the drill pipe 2 to the pulverizer 3; the bearing 22 is a specific implementation of the rotary pair connecting the anchor device with the drill pipe string.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Осевая нагрузка от колонны бурильных труб 2 через подшипник 22 передается на башмаки 4 и уравновешивается двумя группами сил: первая группа сил действует на башмаки со стороны породоразрушающего инструмента 11, то есть передается от алмазного породоразрушающего инструмента к башмакам через подшипник 13, корпус 7, резьбу 19, трубу-основание 6 и пружины 5; вторая группа сил приложена к башмакам 4 со стороны стенок скважины 1.The axial load from the drill string 2 through the bearing 22 is transmitted to the shoes 4 and balanced by two groups of forces: the first group of forces acts on the shoes from the rock cutting tool 11, that is, it is transmitted from the diamond rock cutting tool to the shoes through the bearing 13, housing 7, thread 19 , base pipe 6 and springs 5; the second group of forces is applied to the shoes 4 from the side of the walls of the well 1.
Из условий равновесия ясно, что при большей осевой нагрузке, передаваемой башмакам 4 от колонны бурильных труб, будут и большими силы, направленные на внедрение элементов башмаков 4 в стенки скважины 1. Это и позволяет передать через силы сцепления или силы сопротивления резанию возникающий при бурении реактивный момент на стенки скважины 1, что в свою очередь обуславливает кратное увеличение частоты вращения ведомого вала 9 с породоразрушающим инструментом 11 с одновременным более интенсивным движением по оси скважины 1.From the equilibrium conditions, it is clear that with a greater axial load transmitted to the shoes 4 from the drill pipe string, there will also be greater forces aimed at introducing the elements of the shoes 4 into the walls of the well 1. This makes it possible to transfer the reactive arising during drilling through the adhesion forces or the cutting resistance forces moment on the walls of the well 1, which in turn leads to a multiple increase in the frequency of rotation of the driven shaft 9 with the rock cutting tool 11 with simultaneous more intensive movement along the axis of the well 1.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004118896/03A RU2261319C1 (en) | 2004-06-22 | 2004-06-22 | Rotary drill with increased speed |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004118896/03A RU2261319C1 (en) | 2004-06-22 | 2004-06-22 | Rotary drill with increased speed |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2261319C1 true RU2261319C1 (en) | 2005-09-27 |
Family
ID=35850058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004118896/03A RU2261319C1 (en) | 2004-06-22 | 2004-06-22 | Rotary drill with increased speed |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2261319C1 (en) |
-
2004
- 2004-06-22 RU RU2004118896/03A patent/RU2261319C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ИГНАТИЩЕВ Р.М. и др. Синусошариковый шпиндель-редуктор к турбобуру. Научно-практическая конференция. Пермь, 1988, с. 22-23. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7845418B2 (en) | Top drive torque booster | |
| US8556002B2 (en) | Steering component, steering assembly and method of steering a drill bit in a borehole | |
| CA2710204C (en) | Directional drilling system | |
| JP6678278B2 (en) | Mixed rotation guide device | |
| US20070137897A1 (en) | Combined directional and impact drilling motor | |
| MX2011002629A (en) | Locking clutch for downhole motor. | |
| CN108412420B (en) | Pulsation type composite impactor | |
| CN110485923A (en) | A kind of half way rotation borehole trace control tool | |
| CA2867706C (en) | Hammer drill | |
| US5845721A (en) | Drilling device and method of drilling wells | |
| CN108005579A (en) | A kind of rotary guiding device based on radial drive power | |
| AU2015230755B2 (en) | Rotation unit, rock drilling unit and method for rock drilling | |
| CN103485718A (en) | Anti-friction drag-reducing tool based on pulse excitation | |
| RU2261319C1 (en) | Rotary drill with increased speed | |
| CN108547569B (en) | Drill bit speed increaser and drilling device | |
| CN2329756Y (en) | Big diameter multi-bit combined drilling tool | |
| CN105756589B (en) | Drill tools are sent in a kind of wheeled pressurization of coiled tubing | |
| WO2012027271A2 (en) | Counter rotating drilling system | |
| CN217976070U (en) | Hydraulic clutch capable of switching drilling modes | |
| US11834928B1 (en) | Drill string rotation controller for directional drilling | |
| RU2169825C1 (en) | Reversible mechanism of fishing tool | |
| WO2010107606A2 (en) | System and method for directional boring including continuous reverse rotation | |
| CN106930689A (en) | Friction speed Split type drill driver | |
| RU2287654C2 (en) | Telescopic drilling plant | |
| CA2578388A1 (en) | Combined diretional and impact drilling motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110623 |