RU2509860C2 - Self-stabilising drilling bits balanced against vibrations and layouts of bottom of drill strings, and systems for their use - Google Patents
Self-stabilising drilling bits balanced against vibrations and layouts of bottom of drill strings, and systems for their use Download PDFInfo
- Publication number
- RU2509860C2 RU2509860C2 RU2011121351/03A RU2011121351A RU2509860C2 RU 2509860 C2 RU2509860 C2 RU 2509860C2 RU 2011121351/03 A RU2011121351/03 A RU 2011121351/03A RU 2011121351 A RU2011121351 A RU 2011121351A RU 2509860 C2 RU2509860 C2 RU 2509860C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drill bit
- drill
- hole
- drill string
- drilling
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
- E21B17/1092—Gauge section of drill bits
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
- E21B10/602—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids the bit being a rotary drag type bit with blades
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
- E21B10/61—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids characterised by the nozzle structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Drilling And Boring (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к системам и способам предотвращения вибраций и других отклонений бурового долота и/или компоновки низа бурильной колонны в процессе бурения в скважине.The present invention relates to systems and methods for preventing vibrations and other deviations of the drill bit and / or the layout of the bottom of the drill string during drilling in the well.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
Вибрации и отклонения бурового долота являются серьезной проблемой в буровой промышленности. Нефть, газ, вода и другие природные запасы часто находятся на глубине 4000-10000 футов (1220-3050 м) под землей. В результате отклонение скважины на один градус может приводить к значительному увеличению расстояния бурения, времени и затрат.Vibrations and deviations of the drill bit are a serious problem in the drilling industry. Oil, gas, water, and other natural resources are often located at a depth of 4,000-10000 feet (1220-3050 m) underground. As a result, one degree deviation of the well can result in a significant increase in drilling distance, time and cost.
В некоторых применениях бурильщик добивается получения вертикальной скважины. Ровная вертикальная скважина облегчает спуск обсадных колонн большего размера с минимальным зазором и обеспечивает возможность использования дополнительной колонны обсадных труб на некотором последующем этапе строительства скважины. Скважина, отклоняющаяся от вертикали и возвращающаяся к ней, может исключать данную возможность. Кроме того, если несколько скважин бурят с одной платформы, отклонения могут обуславливать столкновения бурильных колонн.In some applications, the driller achieves a vertical well. An even vertical well facilitates the launch of larger casing strings with minimal clearance and allows the use of an additional casing string at some subsequent stage of well construction. A well deviating from the vertical and returning to it may exclude this possibility. In addition, if several wells are drilled from the same platform, deviations can cause drill collisions.
Даже в вариантах управляемого по направлению или наклонно направленного бурения весьма желательно поддерживать необходимую траекторию, например, при бурении к проектным объектам под трещиноватыми горными породами в круто снижающихся пластах или в тектонически активных областях.Even in variants of directionally or directionally directed drilling, it is highly desirable to maintain the necessary trajectory, for example, when drilling to project sites under fractured rocks in steeply declining formations or in tectonically active areas.
Кроме того, при вибрациях бурового долота, состояние в котором центр вращения долота смещается от его геометрического центра, приводит к нескольким проблемам. Данные проблемы включают в себя получение нецилиндрических стволов, отклонений ствола скважины и чрезмерный износ долота.In addition, with vibrations of the drill bit, the state in which the center of rotation of the bit is shifted from its geometric center, leads to several problems. These problems include non-cylindrical boreholes, deviations in the borehole and excessive bit wear.
Обычные сбалансированные от вибраций буровые долота стремятся уменьшать вибрации, создавая несбалансированную боковую силу при взаимодействии резцов с породой. Данная несбалансированная сила должна только иметь прогнозируемую величину и направление, если режущее действие является ровным и непрерывным, и резцы не изношены или повреждены. Ни одно из данных условий регулярно не создается, поскольку режущее действие часто является дискретным процессом, а не непрерывным, когда резцы образуют выкрашивание вместо непрерывного выбуривания породы. Когда порода удаляется с выкрашиванием, величина и направление являются и непостоянными и непрогнозируемыми.Conventional vibration-balanced drill bits tend to reduce vibrations, creating an unbalanced lateral force when the cutters interact with the rock. This unbalanced force should only have a predicted magnitude and direction if the cutting action is smooth and continuous and the cutters are not worn or damaged. None of these conditions are regularly created, since the cutting action is often a discrete process, and not continuous, when the cutters form chipping instead of continuous drilling of the rock. When a rock is removed with spalling, size and direction are both volatile and unpredictable.
Соответственно, существует необходимость создания устройства и способа для предотвращения вибраций и отклонений.Accordingly, there is a need to create a device and method for preventing vibrations and deviations.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF DRAWINGS
Для более полного понимания сущности и целей настоящего изобретения ниже приведено подробное описание с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые соответствующие части на нескольких видах и на которых показано следующее.For a more complete understanding of the essence and objectives of the present invention, the following is a detailed description with the accompanying drawings, in which the same position denotes the same corresponding parts in several views and which shows the following.
На фиг.1 показана буровая установка, в которой можно использовать настоящее изобретение.Figure 1 shows a drilling rig in which the present invention can be used.
На фиг.2 показано буровое долото согласно настоящему изобретению.2 shows a drill bit according to the present invention.
На фиг.2A показано буровое долото согласно настоящему изобретению в стволе скважины.On figa shows the drill bit according to the present invention in the wellbore.
На фиг.3A показано сечение бурового долота, отцентрованного по оси ствола скважины.On figa shows a cross section of the drill bit centered on the axis of the wellbore.
На фиг.3B показано сечение бурового долота, размещенного внецентренно в стволе скважины.3B shows a cross section of a drill bit eccentrically located in a wellbore.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Настоящим изобретением созданы устройство и способы предотвращения вибраций и других отклонений бурового долота и/или компоновки низа бурильной колонны в процессе бурения в скважине.The present invention provides a device and methods for preventing vibrations and other deviations of the drill bit and / or the layout of the bottom of the drill string during drilling in the well.
Способ и устройство, представленные в данном документе, приспособлены для использования в диапазоне операций бурения, таких как бурение на нефть, газ и воду. Корпус бурового долота имеет конструктивное исполнение для включения в состав буровых установок, обычно использующихся при бурении на нефть, газ и воду. Пример буровой системы на скважине показан на фиг.1.The method and apparatus presented herein is adapted for use in a range of drilling operations, such as oil, gas and water drilling. The body of the drill bit has a design for inclusion in the composition of drilling rigs, usually used when drilling for oil, gas and water. An example of a downhole drilling system is shown in FIG.
На фиг.1 показана буровая установка, в которой можно использовать настоящее изобретение. Буровая площадка может быть сухопутной или морской. В данном варианте буровая установка бурит ствол 11 скважины в подземных пластах посредством вращательного бурения хорошо известным способом. В вариантах осуществления изобретения можно также использовать наклонно направленное бурение, как описано ниже.Figure 1 shows a drilling rig in which the present invention can be used. The drilling site may be land or offshore. In this embodiment, the rig drills the
Бурильная колонна 12 подвешена в стволе 11 скважины и имеет компоновку 100 низа бурильной колонны, включающую в себя буровое долото 105, расположенное на ее нижнем конце. Оборудование буровой установки на поверхности включает в себя компоновку 10 вышки и платформу, установленную над стволом 11 скважины, компоновку 10, включающую в себя ротор 16, ведущую бурильную трубу 17, крюкоблок 18 и вертлюг 19. Бурильную колонну 12 вращает ротор 16, получающий мощность от непоказанного средства и соединенный с ведущей бурильной трубой 17 на верхнем конце бурильной колонны. Бурильная колонна 12 подвешена на крюкоблоке 18, прикрепленном к талевому блоку (также не показано), через ведущую бурильную трубу 17 и вертлюг 19, обеспечивающий вращение бурильной колонны относительно крюкоблока. Общеизвестно, что можно использовать альтернативно систему верхнего привода.The
В данном варианте осуществления оборудование буровой установки на поверхности дополнительно включает в себя буровой раствор 26, хранящийся в емкости 27, оборудованной на буровой площадке. Насос 29 подает буровой раствор 26 внутрь бурильной колонны 12 через отверстие в вертлюге 19, обуславливая проход бурового раствора вниз через бурильную колонну 12 в направлении, указанном стрелкой 8. Буровой раствор выходит из бурильной колонны 12 через отверстия в буровом долоте 105 и затем циркулирует вверх через зону кольцевого пространства между внешней поверхностью бурильной колонны и стенкой ствола скважины, в направлении, указанном стрелкой 9. В данном общеизвестном способе буровой раствор смазывает буровое долото 105 и уносит выбуренную породу на поверхность, возвращаясь в емкость 27 для повторной циркуляции.In this embodiment, the surface drilling rig equipment further includes
Компоновка 100 низа бурильной колонны показанного варианта осуществления включает в себя модуль 120 каротажа во время бурения, модуль 130 измерений во время бурения, вращательную управляемую систему и двигатель, и буровое долото 105.The
Модуль 120 каротажа во время бурения размещен в специальной известной утяжеленной бурильной трубе и может содержать один или множество каротажных инструментов известных типов. Также должно быть понятно, что можно использовать несколько модулей каротажа во время бурения и/или модулей измерений во время бурения, например, таких как показанный модуль 120A. (Ссылки по тексту на модуль 120 могут альтернативно означать также модуль 120A). Модуль каротажа во время бурения выполнен с возможностью проведения измерений, обработки и хранения информации и обмена данными с оборудованием на поверхности. В настоящем варианте осуществления модуль каротажа во время бурения включает в себя манометр.The
Модуль 130 измерений во время бурения также размещен в специальной известной утяжеленной бурильной трубе и может содержать один или несколько устройств измерения параметров бурильной колонны и бурового долота. Инструмент измерений во время бурения дополнительно включает в себя устройство (не показано), вырабатывающее электроэнергию для скважинной системы. Такое устройство может являться генератором с гидравлической турбиной, приводимой в действие потоком бурового раствора, понятно, что можно использовать другие системы питания и/или батареи. В настоящем варианте осуществления модуль измерений во время бурения включает в себя одно или несколько измерительных устройств следующих типов: устройство измерения осевой нагрузки на долото, устройство измерения крутящего момента на долоте, устройство измерения вибрации, устройство измерения ударной нагрузки, устройство измерения прихвата и проскальзывания, устройство измерения направления и устройство инклинометрии.The
Предпочтительным является использование буровой установки в сочетании с управлением направления бурения или наклонно направленным бурением. В данном варианте осуществления создана вращательная управляемая подсистема 150 (фиг.1). Наклонно направленное бурение обеспечивает специальное отклонение ствола скважины от естественной траектории. Другими словами, наклонно направленное бурение обеспечивает управление направления бурильной колонны для ее перемещения в нужном направлении.It is preferable to use the drilling rig in combination with control of the direction of drilling or directional drilling. In this embodiment, a rotational controlled
Например, наклонно направленное бурение является предпочтительным в морском бурении, поскольку обеспечивает бурение многих скважин с одной платформы. Наклонно направленное бурение также обеспечивает горизонтальное бурение через коллектор. Горизонтальное бурение обеспечивает увеличенную длину скважины, проходяще поперек коллектора, увеличивающую дебит скважины.For example, directional drilling is preferred in offshore drilling, as it enables the drilling of many wells from one platform. Directional drilling also provides horizontal drilling through the reservoir. Horizontal drilling provides an increased well length extending across the reservoir, increasing well production.
Систему наклонно направленного бурения можно также использовать в операции вертикального бурения. Часто буровое долото должно отклоняться от курса проектной траектории бурения вследствие непрогнозируемой природы пластов, в которых ведут проходку, или изменяющихся сил, действующих на буровое долото. Когда возникает такое отклонение, можно использовать систему наклонно направленного бурения для возврата бурового долота на нужный курс.The directional drilling system can also be used in vertical drilling operations. Often, the drill bit must deviate from the course of the projected drilling path due to the unpredictable nature of the formations in which the penetration is conducted, or the changing forces acting on the drill bit. When such a deviation occurs, a directional drilling system can be used to return the drill bit to the desired course.
Известный способ наклонно направленного бурения включает в себя использование вращательной управляемой системы. В данной системе бурильную колонну вращают с поверхности, и устройства на забое скважины обуславливают бурение буровым долотом в нужном направлении. Вращение бурильной колонны сильно уменьшает возможность застревания или прихвата бурильной колонны во время бурения. Вращательные управляемые системы бурения наклонно направленных стволов скважин можно, в общем, классифицировать на системы отталкивания всей компоновки или системы позиционирования долота.A known method of directional drilling involves the use of a rotary controlled system. In this system, the drill string is rotated from the surface, and downhole devices cause drilling the drill bit in the right direction. Rotation of the drill string greatly reduces the chance of sticking or sticking the drill string while drilling. Rotary guided drilling systems for directional boreholes can, in general, be classified into repulsion systems of the entire arrangement or bit positioning system.
В системе позиционирования долота ось вращения бурового долота отклоняется от локальной оси компоновки низа бурильной колонны в общем направлении нового ствола. Проводку скважины осуществляют согласно обычной геометрии с тремя точками контакта, образованной верхней и нижней точками касания центратора и буровым долотом. Угол отклонения оси бурового долота в сочетании с конечным расстоянием между буровым долотом и нижним центратором дает в результате условия неколлинеарности, требуемые для образования кривой. Существует много способов достижения указанного, включающих в себя фиксированное искривление в точке компоновки низа бурильной колонны вблизи нижнего центратора или изгиб приводного вала бурового долота, распределенный между верхним и нижним центратором. В своей идеализированной форме от бурового долота не требуют проходки вбок, поскольку ось долота непрерывно поворачивается в направлении искривленного ствола. Примеры вращательных управляемых систем позиционирования долота и их действие описаны в патентных заявках США №№ 2002/0011359; 2001/0052428 и патентах США №№ 6,394,193; 6,364,034; 6,244,361; 6,158,529; 6,092,610 и 5,113,953, которые включены в данный документ в виде ссылки.In the bit positioning system, the axis of rotation of the drill bit deviates from the local axis of the layout of the bottom of the drill string in the general direction of the new shaft. The well is drilled according to the usual geometry with three contact points formed by the upper and lower points of contact of the centralizer and the drill bit. The angle of deviation of the axis of the drill bit in combination with the final distance between the drill bit and the lower centralizer results in the noncollinearity conditions required for the formation of the curve. There are many ways to achieve this, including fixed curvature at the point of assembly of the bottom of the drill string near the lower centralizer or bending of the drive shaft of the drill bit distributed between the upper and lower centralizer. In their idealized form, the drill bit is not required to go sideways, since the axis of the bit is continuously rotated in the direction of the curved shaft. Examples of rotary guided bit positioning systems and their operation are described in US patent applications No. 2002/0011359; 2001/0052428 and US Pat. Nos. 6,394,193; 6,364,034; 6,244,361; 6,158,529; 6,092,610 and 5,113,953, which are incorporated herein by reference.
Во вращательной управляемой системе отталкивания всей компоновки обычно нет специально идентифицированного механизма для отклонения оси долота от локальной оси компоновки низа бурильной колонны; вместо этого требуемое условие неколлинеарности достигается приложением либо одним или обоими, верхним или нижним центраторами, эксцентрической силы или смещением в направлении предпочтительно ориентации в отношении направления проводки скважины. Также существует много способов, которыми достигается указанное, включающих в себя невращающиеся (относительно ствола) эксцентрические центраторы (подходы на основе смещения) и эксцентрические исполнительные механизмы, прикладывающие силу к буровому долоту для управления перемещением в нужном направлении. Также управление направлением получают, создавая неколлинеарность между буровым долотом и, по меньшей мере, двумя другими точками касания. В своей идеализированной форме от бурового долота требуется боковая проходка для выполнения криволинейного ствола. Примеры вращательных управляемых систем отталкивания всей компоновки и их действие описаны в патентах США №№ 5,265,682; 5,553,678; 5,803,185; 6,089,332; 5,695,015; 5,685,379; 5,706,905; 5,553,679; 5,673,763; 5,520,255; 5,603,385; 5,582,259; 5,778,992; 5,971,085, включенных в данный документ в виде ссылки.In a rotary guided repulsion system of the entire assembly, there is usually no specially identified mechanism for deviating the axis of the bit from the local axis of the layout of the bottom of the drill string; instead, the desired condition for non-collinearity is achieved by applying either one or both of the upper or lower centralizers, an eccentric force, or a bias in the preferred direction with respect to the direction of the borehole. There are also many ways in which this is achieved, including non-rotating (relative to the barrel) eccentric centralizers (displacement-based approaches) and eccentric actuators that apply force to the drill bit to control movement in the desired direction. Directional control is also obtained by creating non-collinearity between the drill bit and at least two other points of contact. In its idealized form, the drill bit requires lateral penetration to make a curved shaft. Examples of rotational controlled repulsion systems of the entire arrangement and their effect are described in US patent No. 5,265,682; 5,553,678; 5,803,185; 6,089,332; 5,695,015; 5,685,379; 5,706,905; 5,553,679; 5,673,763; 5,520,255; 5,603,385; 5,582,259; 5,778,992; 5,971,085, incorporated herein by reference.
В конкретных вариантах осуществления изобретения, описанных в данном документе, созданы буровые долота 105 и компоновки 100 низа бурильной колонны для уменьшения вибрации и/или отклонений.In the specific embodiments of the invention described herein,
Сбалансированные от вибраций долотаVibration-balanced bits
На фиг.2 показано буровое долото 105, имеющее задний конец 202 и режущую часть 204. Задний конец 202 приспособлен для прямого или непрямого соединения с бурильной колонной 12. Режущая часть 204 включает в себя одно или несколько ребер 206a, 206b, 206c, 206d. Ребра 206 включают в себя калибрующие секции 208, контактирующие со стенками ствола скважины, пробуренного резцами 210. Хотя резцы 210 показаны только на ребре 206b, резцы 210 могут быть выполнены на нескольких или всех ребрах 206, что предпочтительно для конкретных ситуаций бурения.Figure 2 shows a
В вариантах осуществления настоящего изобретения одно или несколько отверстий 212 выполнены на наружной части бурового долота 105. Отверстия 212 могут быть выполнены в калибрующих секциях 208 или в желобах 214 между ребрами 206. Отверстия 212 обеспечивают выход текучей среды 26 в бурильной колонне 12 из бурового долота для достижения стабильности и уменьшения вибрации. Дополнительные отверстия могут быть выполнены в буровом долоте 105, например, на ведущем конце 216 для смазки и удаления выбуренной породы, как известно в технике.In embodiments of the present invention, one or more holes 212 are formed on the outside of the
В некоторых вариантах осуществления буровое долото 105 содержит одно отверстие 212. Буровой раствор 26 проходит от отверстия 212 и контактирует со стенкой ствола 11 скважины, создавая боковую силу, по существу, перпендикулярную ориентации отверстия 212 и калибрующей секции 208. Данная сила противодействует вибрации.In some embodiments, the
В некоторых вариантах осуществления отверстие 212 расположено, по существу, противоположно большинству резцов 210. Например, если резцы 210 размещены продольно вдоль бурового долота 105, отверстие 212 может быть размещено повернутым на приблизительно 180° от резцов 210. В таком варианте осуществления буровой раствор, выпущенный из отверстия 212, создает боковую силу, толкающую долото в направлении резцов 210. Данный вариант осуществления обуславливает увеличенный контакт между резцами 210 и стенкой 11 ствола скважины и/или нейтрализует боковые силы, возникающие в результате контакта между резцами 210 и стенкой ствола скважины.In some embodiments, the hole 212 is substantially opposed to
В других вариантах осуществления отверстие 212 расположено повернутым приблизительно на 90° сзади большинства резцов 210. Для иллюстрации данного принципа рассмотрим ситуацию, показанную на фиг.2A. Буровое долото 105 вращается против часовой стрелки в стволе 11 скважины. Резцы 210 близки к воздействию на выступ 218 стенки ствола 220 скважины. Если выступ 218 является особенно прочным материалом, он должен оставаться целым в, по меньшей мере, момент первого контакта с резцами 210. Вращательная сила на буровом долоте 105 должна обуславливать перемещение бурового долота 105 в отрицательном направлении по оси y, пока калибрующая поверхность 206а контактирует со стенкой ствола 220 скважины. Вместе с тем, если отверстие 212 размещено на калибрующей поверхности 206a, буровой раствор 26 должен создавать силу в положительном направлении по оси y, противодействуя стремлению бурового долота 105 к внецентренному перемещению. Более того, сила в положительном направлении по оси y перемещает все долото 105, при этом прикладывая дополнительную силу на резцы 210 и способствуя проходке ствола скважины.In other embodiments, the opening 212 is rotated approximately 90 ° behind most of the
Другие конфигурации резца 210 и отверстия 212 могут быть выполнены в объеме данных изобретений. Например, суммарный вектор сил, создаваемый вращением бурового долота 105 и контактом с множеством резцов 210, можно рассчитать с использованием известных формул и способов. Отверстие 212 можно выполнить с возможностью противодействия векторам наиболее вероятных сил.Other configurations of the
Используя гидравлическую силу подачи бурового раствора 26 из отверстия 212, буровые долота 105 создают более прогнозируемую и постоянную несбалансированную силу для уменьшения и/или предотвращения вибраций долота. Направление несбалансированной силы является известным для данного положения отверстия. Величина несбалансированной силы является функцией расстояния между отверстием 212 и стенкой ствола 220 скважины, перепадом давления между буровым раствором 26 в стволе скважины и буровым раствором 26 в бурильной колонне 12 и геометрией (т.е. формой и размером) отверстия 212. Кроме того, износ и повреждение резцов 210 не должны влиять на амплитуду и направление боковой силы.Using the hydraulic force of the
В некоторых вариантах осуществления внешняя часть отверстия 212 окружена поднятым кольцевым пространством или другим геометрическим элементом для создания более высокого гидравлического давления при выходе бурового раствора 26 из отверстия 212. Такой элемент и/или вся калибрующая секция 206 может иметь покрытие из износостойкого материала или выполнена полностью из такого материала или материала с упрочнением поверхности твердосплавной наплавкой, такой как поликристаллический синтетический алмаз.In some embodiments, the outer portion of the hole 212 is surrounded by a raised annular space or other geometric element to create a higher hydraulic pressure when the
Самостабилизирующиеся долота и компоновки низа бурильной колонныSelf-stabilizing drill bit and bottom hole layouts
В другом варианте осуществления изобретения используют одно или несколько отверстий 212 для стабилизации бурового долота 105 и/или компоновки низа бурильной колонны (КНБК) в стволе скважины.In another embodiment of the invention, one or more holes 212 are used to stabilize the
На фиг.3A показано сечение бурового долота 105 с тремя калибрующими поверхностями 206a, 206b, 206c, в общем, разнесенными (например, на 120°) по окружности бурового долота 105 и имеющими отверстия 212a, 212b, 212c, соответственно. Буровой раствор 26 (представлен толстыми линиями) проходит изнутри бурового долота 105 через отверстия 212a, 212b, 212c.3A shows a cross section of a
Буровое долото 105, показанное на фиг.3A, в общем, отцентровано по оси ствола 11 скважины. Соответственно, любые гидравлические силы, создаваемые буровым раствором, должны компенсировать друг друга. Вместе с тем, если буровое долото 105 перемещается внецентренно, как показано на фиг.3B, амплитуда вектора силы, создаваемой буровым раствором 26, выходящим из отверстия 212a, должна увеличиваться с уменьшением расстояния между отверстием 212a и стенкой ствола 220 скважины. Одновременно любой вектор силы, созданной отверстиями 212b и 212c, должен уменьшаться, обеспечивая в результате вектор равнодействующей силы, показанный стрелкой 222, толкающей долото от стенки 220.The
В некоторых вариантах осуществления расход текучей среды через одно или несколько отверстий ограничен одним или несколькими клапанами (т.е. дроссельными клапанами). Один клапан может соединяться с каждым отверстием трубкой или другим средством. Более предпочтительна независимая регулировка каждого отверстия отдельным клапаном. Независимая регулировка обеспечивает то, что объем бурового раствора 26, проходящий к конкретному отверстию 212, не повышает необходимый порог, так что не лишает подачи другие отверстия 212, или другие отверстия (например отверстия, размещенные на ведущей кромке 216 бурового долота 105).In some embodiments, the flow of fluid through one or more orifices is limited by one or more valves (i.e., butterfly valves). One valve may be connected to each hole by a tube or other means. Independent adjustment of each hole by a separate valve is more preferred. Independent adjustment ensures that the volume of
Хотя в варианте осуществления фиг. 3A и 3B показано буровое долото 105 с тремя отверстиями 212, изобретения, описанные в данном документе, охватывают использование любого числа отверстий 212 для стабилизации бурового долота 105 или компоновки низа бурильной колонны. Например, буровое долото 105 с одним отверстием должно давать эффект, аналогичный буровому долоту 105 с тремя отверстиями. При вращении бурового долота 105 сила, создаваемая одним отверстием, должна увеличиваться в амплитуде, когда отверстие проходит через зоны, в которых буровое долото 105 находится ближе к стенке ствола 220 скважины. Данная увеличенная сила должна поджимать буровое долото 105 обратно к центральной оси ствола. Кроме того, буровые долота и компоновки низа бурильной колонны с двумя, тремя, четырьмя, пятью или шестью отверстиями и т.п. входят в объем настоящего изобретения.Although in the embodiment of FIG. 3A and 3B show a
Принципы, описанные в данном документе, можно применять к стабилизационным поверхностям, размещенным вдоль внешней части компоновки 100 низа бурильной колонны и другим участкам бурильной колонны 12. Стабилизационные поверхности действуют аналогично калибрующим поверхностям, минимизируя перемещение компоновки низа бурильной колонны и бурильной колонны. В таком варианте осуществления одно или несколько отверстий выполняют в одной или нескольких стабилизационных поверхностях для обеспечения действия бурового раствора 26, описанного в данном документе.The principles described herein can be applied to stabilization surfaces located along the outer part of the bottom of the
Комбинация сбалансированных от вибраций и самостабилизирующихся долотCombination of vibration-balanced and self-stabilizing bits
Принципы сбалансированных от вибраций и самостабилизирующихся буровых долот, описанные в данном документе, можно комбинировать для получения долота 105, обеспечивающего несбалансированную равнодействующую боковых сил для уменьшения вибрации, создавая одно или несколько отверстий для корректировки смещения от центральной оси ствола 11 скважины. В таком варианте осуществления одно из множества отверстий 212 имеет большее проходное сечение для создания несбалансированной боковой силы.The principles of vibration-balanced and self-stabilizing drill bits described in this document can be combined to produce a
Приведенное выше описание и прилагаемые чертежи являются иллюстративными и демонстрируют некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения. Следует понимать, вместе с тем, что описание не направлено на ограничение изобретения, поскольку многие изменения, модификации и вариации в нем может выполнять специалист в данной области техники без существенного отхода от объема, идей и сущности изобретения.The above description and the accompanying drawings are illustrative and demonstrate some preferred embodiments of the invention. It should be understood, however, that the description is not intended to limit the invention, since many changes, modifications and variations in it can be performed by a person skilled in the art without substantially departing from the scope, ideas and essence of the invention.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/258,610 US20100101867A1 (en) | 2008-10-27 | 2008-10-27 | Self-stabilized and anti-whirl drill bits and bottom-hole assemblies and systems for using the same |
US12/258,610 | 2008-10-27 | ||
PCT/GB2009/002545 WO2010049674A1 (en) | 2008-10-27 | 2009-10-26 | Self-stabilized and anti-whirl drill bits and bottom-hole assemblies and systems for using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011121351A RU2011121351A (en) | 2012-12-10 |
RU2509860C2 true RU2509860C2 (en) | 2014-03-20 |
Family
ID=41506506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011121351/03A RU2509860C2 (en) | 2008-10-27 | 2009-10-26 | Self-stabilising drilling bits balanced against vibrations and layouts of bottom of drill strings, and systems for their use |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100101867A1 (en) |
JP (1) | JP5832897B2 (en) |
CN (1) | CN102227541B (en) |
CA (1) | CA2741617A1 (en) |
GB (1) | GB2479475B (en) |
NO (1) | NO20110679A1 (en) |
RU (1) | RU2509860C2 (en) |
WO (1) | WO2010049674A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9970235B2 (en) | 2012-10-15 | 2018-05-15 | Bertrand Lacour | Rotary steerable drilling system for drilling a borehole in an earth formation |
US11512540B2 (en) | 2019-10-31 | 2022-11-29 | Schlumberger Technology Corporation | Methods for mitigating whirl |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU480823A1 (en) * | 1972-07-31 | 1975-08-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Borehole calibration tool |
US4463220A (en) * | 1981-05-28 | 1984-07-31 | Gonzalez Eduardo B | Drill bit for forming a fluid cushion between the side of the drill bit and the side wall of a bore hole |
RU1819970C (en) * | 1989-12-04 | 1993-06-07 | Комплексная Геофизико-Геохимическая Экспедиция Научно-Производственного Объединения "Казрудгеология" | Gage and method of its manufacture |
US6464024B2 (en) * | 1999-06-30 | 2002-10-15 | Smith International, Inc. | Bi-centered drill bit having improved drilling stability, mud hydraulics and resistance to cutter damage |
US20050056463A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-03-17 | Baker Hughes Incorporated | Steerable bit assembly and methods |
Family Cites Families (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2167194A (en) * | 1936-03-14 | 1939-07-25 | Lane Wells Co | Apparatus for deflecting drill holes |
US2710741A (en) * | 1950-07-28 | 1955-06-14 | Sr Jesse E Hall | Apparatus for drilling or hole testing |
US2805045A (en) * | 1953-06-08 | 1957-09-03 | Globe Oil Tools Co | Well drilling bit |
US3215215A (en) * | 1962-08-27 | 1965-11-02 | Exxon Production Research Co | Diamond bit |
US3180440A (en) * | 1962-12-31 | 1965-04-27 | Jersey Prod Res Co | Drag bit |
US3237705A (en) * | 1963-11-13 | 1966-03-01 | Williams Joseph W | Reamer for enlarging and straightening bore holes |
FR1567862A (en) * | 1967-03-13 | 1969-05-23 | ||
US3923109A (en) * | 1975-02-24 | 1975-12-02 | Jr Edward B Williams | Drill tool |
US4068731A (en) * | 1976-11-17 | 1978-01-17 | Smith International, Inc. | Extended nozzle and bit stabilizer and method of producing |
US4479558A (en) * | 1981-08-05 | 1984-10-30 | Gill Industries, Inc. | Drilling sub |
US4630694A (en) * | 1985-10-16 | 1986-12-23 | Walton Paul G | Integral blade hole opener |
CA2002135C (en) * | 1988-11-03 | 1999-02-02 | James Bain Noble | Directional drilling apparatus and method |
GB8926689D0 (en) * | 1989-11-25 | 1990-01-17 | Reed Tool Co | Improvements in or relating to rotary drill bits |
US5111892A (en) * | 1990-10-03 | 1992-05-12 | Sinor L Allen | Imbalance compensated drill bit with hydrostatic bearing |
US5265682A (en) * | 1991-06-25 | 1993-11-30 | Camco Drilling Group Limited | Steerable rotary drilling systems |
US5553678A (en) * | 1991-08-30 | 1996-09-10 | Camco International Inc. | Modulated bias units for steerable rotary drilling systems |
GB9411228D0 (en) * | 1994-06-04 | 1994-07-27 | Camco Drilling Group Ltd | A modulated bias unit for rotary drilling |
GB9503829D0 (en) * | 1995-02-25 | 1995-04-19 | Camco Drilling Group Ltd | "Improvememnts in or relating to steerable rotary drilling systems" |
GB9503830D0 (en) * | 1995-02-25 | 1995-04-19 | Camco Drilling Group Ltd | "Improvements in or relating to steerable rotary drilling systems" |
GB9503828D0 (en) * | 1995-02-25 | 1995-04-19 | Camco Drilling Group Ltd | "Improvements in or relating to steerable rotary drilling systems" |
GB9503827D0 (en) * | 1995-02-25 | 1995-04-19 | Camco Drilling Group Ltd | "Improvements in or relating to steerable rotary drilling systems |
GB9521972D0 (en) * | 1995-10-26 | 1996-01-03 | Camco Drilling Group Ltd | A drilling assembly for drilling holes in subsurface formations |
US5740873A (en) * | 1995-10-27 | 1998-04-21 | Baker Hughes Incorporated | Rotary bit with gageless waist |
GB2322651B (en) * | 1996-11-06 | 2000-09-20 | Camco Drilling Group Ltd | A downhole unit for use in boreholes in a subsurface formation |
US6092610A (en) * | 1998-02-05 | 2000-07-25 | Schlumberger Technology Corporation | Actively controlled rotary steerable system and method for drilling wells |
US6412579B2 (en) * | 1998-05-28 | 2002-07-02 | Diamond Products International, Inc. | Two stage drill bit |
US6158529A (en) * | 1998-12-11 | 2000-12-12 | Schlumberger Technology Corporation | Rotary steerable well drilling system utilizing sliding sleeve |
CA2474228C (en) * | 1999-07-12 | 2008-03-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Directional drilling method for a steerable rotary drilling device |
US6386302B1 (en) * | 1999-09-09 | 2002-05-14 | Smith International, Inc. | Polycrystaline diamond compact insert reaming tool |
US6394200B1 (en) * | 1999-10-28 | 2002-05-28 | Camco International (U.K.) Limited | Drillout bi-center bit |
US6364034B1 (en) * | 2000-02-08 | 2002-04-02 | William N Schoeffler | Directional drilling apparatus |
US20010052428A1 (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-20 | Larronde Michael L. | Steerable drilling tool |
US6394193B1 (en) * | 2000-07-19 | 2002-05-28 | Shlumberger Technology Corporation | Downhole adjustable bent housing for directional drilling |
US6401842B2 (en) * | 2000-07-28 | 2002-06-11 | Charles T. Webb | Directional drilling apparatus with shifting cam |
US7942213B2 (en) * | 2006-10-27 | 2011-05-17 | Schlumberger Technology Corporation | Using hydrostatic bearings for downhole applications |
US20090133931A1 (en) * | 2007-11-27 | 2009-05-28 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for hydraulic steering of downhole rotary drilling systems |
-
2008
- 2008-10-27 US US12/258,610 patent/US20100101867A1/en not_active Abandoned
-
2009
- 2009-10-26 RU RU2011121351/03A patent/RU2509860C2/en not_active IP Right Cessation
- 2009-10-26 WO PCT/GB2009/002545 patent/WO2010049674A1/en active Application Filing
- 2009-10-26 GB GB1108683.2A patent/GB2479475B/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-10-26 CN CN200980147753.2A patent/CN102227541B/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-10-26 CA CA2741617A patent/CA2741617A1/en not_active Abandoned
- 2009-10-26 JP JP2011533807A patent/JP5832897B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-05-09 NO NO20110679A patent/NO20110679A1/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU480823A1 (en) * | 1972-07-31 | 1975-08-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Borehole calibration tool |
US4463220A (en) * | 1981-05-28 | 1984-07-31 | Gonzalez Eduardo B | Drill bit for forming a fluid cushion between the side of the drill bit and the side wall of a bore hole |
RU1819970C (en) * | 1989-12-04 | 1993-06-07 | Комплексная Геофизико-Геохимическая Экспедиция Научно-Производственного Объединения "Казрудгеология" | Gage and method of its manufacture |
US6464024B2 (en) * | 1999-06-30 | 2002-10-15 | Smith International, Inc. | Bi-centered drill bit having improved drilling stability, mud hydraulics and resistance to cutter damage |
US20050056463A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-03-17 | Baker Hughes Incorporated | Steerable bit assembly and methods |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2479475A (en) | 2011-10-12 |
CA2741617A1 (en) | 2011-05-06 |
JP5832897B2 (en) | 2015-12-16 |
US20100101867A1 (en) | 2010-04-29 |
WO2010049674A1 (en) | 2010-05-06 |
GB201108683D0 (en) | 2011-07-06 |
CN102227541A (en) | 2011-10-26 |
RU2011121351A (en) | 2012-12-10 |
JP2012506961A (en) | 2012-03-22 |
NO20110679A1 (en) | 2011-05-09 |
GB2479475B (en) | 2013-03-13 |
CN102227541B (en) | 2014-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2509862C2 (en) | Borehole systems balanced against bit vibrations, and methods of their use | |
RU2513602C2 (en) | Drill bit for controlled directed boring, boring system and method of boring of curved well shafts | |
Inglis | Directional drilling | |
CA2573888C (en) | Steerable underreamer/stabilizer assembly and method | |
CA2081806C (en) | Apparatus for drilling a curved subterranean borehole | |
US8727036B2 (en) | System and method for drilling | |
US10273759B2 (en) | Self-adjusting earth-boring tools and related systems and methods | |
EA021038B1 (en) | Ball piston steering devices and methods of use | |
US20120292115A1 (en) | Drill Bits and Methods of Drilling Curved Boreholes | |
CA2696789C (en) | Drilling apparatus | |
RU2509860C2 (en) | Self-stabilising drilling bits balanced against vibrations and layouts of bottom of drill strings, and systems for their use | |
US20100163307A1 (en) | Drill Bits With a Fluid Cushion For Reduced Friction and Methods of Making and Using Same | |
US10487584B2 (en) | Displacement assembly with a displacement mechanism defining an exhaust path therethrough | |
Denney | Guide to Borehole-Enlargement-Tool Selection | |
Inglis | Deflection Tools and Techniques |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181027 |