RU2640445C1 - Method of ball-jet drilling of wells - Google Patents

Method of ball-jet drilling of wells Download PDF

Info

Publication number
RU2640445C1
RU2640445C1 RU2016146972A RU2016146972A RU2640445C1 RU 2640445 C1 RU2640445 C1 RU 2640445C1 RU 2016146972 A RU2016146972 A RU 2016146972A RU 2016146972 A RU2016146972 A RU 2016146972A RU 2640445 C1 RU2640445 C1 RU 2640445C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
balls
ball
drill
distance
drilling
Prior art date
Application number
RU2016146972A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артем Владимирович Ковалев
Виктор Викторович Урниш
Лев Алексеевич Саруев
Михаил Владимирович Горбенко
Сергей Яковлевич Рябчиков
Евгений Дмитриевич Исаев
Александр Радикович Вагапов
Антон Владимирович Епихин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2016146972A priority Critical patent/RU2640445C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2640445C1 publication Critical patent/RU2640445C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/16Drill collars
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/18Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: method of ball-jet drilling of wells consists in descent of rock-breaking balls on a bottom hole, feeding pressurized flushing fluid through a ball-jet-ejector drilling tool providing continuous circulation of balls, at that the distance between the tool and the bottom hole is maintained by reciprocation of the drilling tool. Acoustic signals are continuously recorded by means of acoustic oscillation sensor mounted on drill string of drill pipes, generated by balls as a result of their rebound from the bottom hole and collision with the drilling tool, and the distance between the drilling tool and the bottom hole is set by maximum values of amplitudes of acoustic signals.
EFFECT: increased efficiency of ball-jet drilling due to optimisation of adjustment process of the distance from tool to the bottom hole.
2 dwg

Description

Изобретение относится к шароструйному бурению скважин и может быть использовано для бурения геологоразведочных, технологических, геотермальных и других скважин в твердых горных породах.The invention relates to ball-hole drilling of wells and can be used for drilling exploration, technological, geothermal and other wells in solid rocks.

Известен способ шароструйного бурения скважин [Уваков А.Б. Шароструйное бурение. - М.: Недра, 1969. - С. 6], выбранный в качестве прототипа, при котором осуществляют непрерывную циркуляцию предварительно спущенных на забой шаров с помощью шароструйно-эжекторного бурового снаряда. При этом расстояние между снарядом и забоем скважины поддерживают путем расхаживания снаряда, при котором в процессе бурения через определенные промежутки времени его опускают до забоя, а затем поднимают на необходимое расстояние.A known method of ball-hole drilling of wells [Uvakov AB Ball blasting. - M .: Nedra, 1969. - S. 6], selected as a prototype, in which continuous circulation of balls previously lowered to the bottom is carried out using a ball-ejector drill. At the same time, the distance between the projectile and the bottom of the well is maintained by pacing the projectile, during which during drilling, at certain intervals, it is lowered to the bottom and then raised to the required distance.

Этот способ приводит к интенсивной деформации бурового снаряда и шаров под действием осевой нагрузки при контакте с забоем скважины.This method leads to intense deformation of the drill and balls under the action of axial load in contact with the bottom of the well.

Техническая проблема, решаемая при осуществлении предложенного способа, заключается в повышении эффективности шароструйного бурения за счет оптимизации процесса регулирования расстояния от снаряда до забоя скважины.The technical problem solved by the implementation of the proposed method is to increase the efficiency of ball-hole drilling by optimizing the process of controlling the distance from the projectile to the bottom of the well.

Способ шароструйного бурения скважин, так же как в прототипе, заключается в спуске на забой породоразрушающих шаров, подаче промывочной жидкости под давлением через шароструйно-эжекторный буровой снаряд, обеспечивающей непрерывную циркуляцию шаров, при этом расстояние между снарядом и забоем скважины поддерживают путем расхаживания бурового снаряда.The method of ball-hole drilling, as in the prototype, consists in launching rock-cutting balls to the bottom, supplying flushing fluid under pressure through a ball-ejector drill providing continuous circulation of balls, while the distance between the shell and the bottom of the well is maintained by walking the drill.

Согласно изобретению с помощью датчика акустических колебаний, установленного на колонне бурильных труб, непрерывно регистрируют акустические сигналы, генерируемые шарами в результате отскока их от забоя скважины и соударения с буровым снарядом, а расстояние между буровым снарядом и забоем скважины устанавливают по максимальным значениям амплитуд акустических сигналов.According to the invention, using the acoustic vibration sensor mounted on the drill pipe string, the acoustic signals generated by the balls are continuously recorded as a result of their bounce from the bottom of the well and collision with the drill, and the distance between the drill and the bottom of the well is determined by the maximum values of the amplitudes of the acoustic signals.

Физической основой предлагаемого способа являются результаты экспериментальных исследований, проведенных авторами в лабораторных условиях [Исаев Е.Д., Ковалев А.В., Алиев Ф.Р. Экспериментальные исследования технологических параметров режима шароструйного бурения // Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин», посвященной 60-летию кафедры бурения скважин. - Томск: Изд. ТПУ, 2014. - С. 68-83]. Установлено, что при увеличении расстояния между диффузором снаряда и забоем скважины механическая скорость шароструйного бурения снижается. Высокоскоростная съемка процессов движения шаров показала [Исаев Е.Д. Исследование процессов шароструйного бурения с помощью высокоскоростной видеосъемки // Труды XVIII Международного симпозиума студентов и молодых ученых имени акад. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр». - Томск: Изд. ТПУ, 2014. - С. 401-405], что в области под буровым снарядом наблюдаются скопления шаров, которые не могут быстро покинуть эту область. Причем при увеличении расстояния между снарядом и забоем скоплений больше, что в свою очередь приводит к уменьшению расхода шаров в камере смешения. Взаимодействие нисходящего и отраженного потоков при малом расстоянии ведет к тому, что шары, отскочившие от горной породы, быстрее направляются в затрубное пространство, а при большом расстоянии падающие шары бомбардируют шары, отскочившие от горной породы, что ведет к их скоплениям под снарядом.The physical basis of the proposed method is the results of experimental studies conducted by the authors in laboratory conditions [Isaev E.D., Kovalev A.V., Aliev F.R. Experimental studies of technological parameters of the spherical-jet drilling mode // Collection of reports of the All-Russian scientific and technical conference with international participation "Problems of scientific and technological progress in well drilling" dedicated to the 60th anniversary of the department of well drilling. - Tomsk: Ed. TPU, 2014. - S. 68-83]. It has been established that with increasing distance between the diffuser of the projectile and the bottom of the well, the mechanical speed of ball-drilling decreases. High-speed shooting of the processes of ball movement showed [Isaev E.D. Investigation of the processes of ball blasting using high-speed video // Transactions of the XVIII International Symposium of Students and Young Scientists named after Acad. M.A. Usova "Problems of geology and subsoil development." - Tomsk: Ed. TPU, 2014. - S. 401-405], that in the area under the drill, clusters of balls are observed that cannot quickly leave this area. Moreover, with an increase in the distance between the projectile and the bottom of the accumulations more, which in turn leads to a decrease in the consumption of balls in the mixing chamber. The interaction of downward and reflected flows at a small distance leads to the fact that the balls bounced off the rock are faster sent to the annulus, and at a large distance, the falling balls bombard the balls bounced off the rock, which leads to their accumulations under the projectile.

На фиг. 1 показана схема шароструйного бурения предлагаемым способом.In FIG. 1 shows a diagram of spherical drilling of the proposed method.

На фиг. 2 показан процесс регулирования оптимального расстояния между снарядом и забоем скважины и соответствующие значения амплитуды акустических сигналов, регистрируемых датчиком акустических колебаний, в процессе углубки скважины: а) без опускания бурового снаряда, б) в момент заклинивания шаров при опускании снаряда, в) в момент подъема снаряда до возобновления циркуляции породоразрушающих шаров.In FIG. Figure 2 shows the process of adjusting the optimal distance between the projectile and the bottom of the well and the corresponding values of the amplitude of the acoustic signals recorded by the acoustic vibration sensor during the well’s deepening: a) without lowering the drill, b) at the moment of jamming of the balls when lowering the projectile, c) at the moment of raising shell before resuming circulation of rock-breaking balls.

Для осуществления шароструйного бурения скважин к колонне бурильных труб 1 (фиг. 1), которые снабжены центраторами 2, подсоединяют в нижней части шароструйно-эжекторный буровой снаряд, который представляет собой цилиндрический полый корпус, в верхней части которого выполнено сопло 3, ниже расположена камера смешения 4 цилиндрической формы с окнами для прохода породоразрушающих шаров, заканчивающаяся диффузором 5.To carry out ball-hole drilling of wells, a string of drill pipes 1 (Fig. 1), which are equipped with centralizers 2, is connected at the bottom of a ball-jet-ejector drill, which is a cylindrical hollow body, in the upper part of which a nozzle 3 is made, a mixing chamber is located below 4 cylindrical with windows for the passage of rock-breaking balls, ending with a diffuser 5.

На колонне бурильных труб 1 в устьевой части установлен датчик акустических колебаний 7 (Д), к которому последовательно подключены усилитель сигнала 8 (У), осциллографическая приставка 9 (ОП), например PCLab2000, и система управления 10 (СУ).On the column of drill pipes 1 in the wellhead, an acoustic oscillation sensor 7 (D) is installed, to which a signal amplifier 8 (Y), an oscillographic prefix 9 (OP), for example PCLab2000, and a control system 10 (SU) are connected in series.

В качестве датчика акустических колебаний 7 (Д) может быть использован пьезорезистивный акселерометр для измерения длительных переходных процессов и кратковременных ударных воздействий.As a sensor of acoustic vibrations 7 (D), a piezoresistive accelerometer can be used to measure long transient processes and short-term shock effects.

Система управления 10 (СУ) представляет собой регулятор подачи долота, которым снабжают современные буровые установки.The control system 10 (SU) is a bit feed regulator, which is supplied with modern drilling rigs.

На забой скважины засыпают порцию шаров 6, спускают буровой снаряд, насосом подают промывочную жидкость. Рабочая жидкость, подводимая к буровому снаряду, ускоряется в сопле 3 и на выходе из него истекает с большой скоростью в камеру смешения 4. При этом в пространстве между соплом 3 и камерой смешения 4 образуется зона разрежения. Благодаря разрежению происходит всасывание рабочей жидкости вместе со взвешенными шарами 6 из затрубного пространства через окна для прохода породоразрушающих шаров камеры смешения 4. Затем двухфазная смесь проходит через камеру смешения 4 и диффузор 5 и ударяется о горную породу, осуществляя разрушение. В процессе циркуляции в призабойной зоне скважины шары 6 постоянно взаимодействуют с буровым снарядом, в котором формируются продольные волны деформации в результате их отскока от забоя скважины. Формирующиеся упругие колебания передаются по колонне бурильных труб 1 на устье скважины, где регистрируются датчиком акустических колебаний 7 (Д), усиливаются с помощью усилителя 8 (У) и посредством осциллографической приставки 9 (ОП) направляются в систему управления 10 (СУ), которая передает управляющее воздействие буровому снаряду на основании полученного сигнала.At the bottom of the well, a portion of balls 6 is poured, the drill is lowered, washing liquid is pumped. The working fluid supplied to the drill is accelerated in the nozzle 3 and at the exit from it flows out at a high speed into the mixing chamber 4. At the same time, a rarefaction zone is formed in the space between the nozzle 3 and the mixing chamber 4. Due to the rarefaction, the working fluid is sucked in together with the suspended balls 6 from the annulus through the windows for the passage of the rock-breaking balls of the mixing chamber 4. Then the two-phase mixture passes through the mixing chamber 4 and the diffuser 5 and hits the rock, causing destruction. In the process of circulation in the bottomhole zone of the well, balls 6 constantly interact with a drill, in which longitudinal waves of deformation are formed as a result of their bounce from the bottom of the well. The forming elastic vibrations are transmitted along the drill pipe string 1 at the wellhead, where they are recorded by the acoustic vibration sensor 7 (D), amplified by an amplifier 8 (Y) and sent through an oscillographic prefix 9 (OP) to the control system 10 (SU), which transmits control action of the drill based on the received signal.

После забуривания скважины диаметром 46 мм в гранитном блоке (расход промывочной жидкости составлял 2 л/с) и проходки интервала в 5 см, устанавливали режим, соответствующий максимальному значению амплитуды акустического сигнала 12-18 усл. ед. (фиг. 2, а)), затем буровой снаряд кратковременно опускали до момента заклинивания шаров 6 (фиг. 2, б)), сопровождающегося снижением амплитуды акустического сигнала до 5-10 усл. ед., регистрируемого датчиком акустических колебаний 7, и поднимали до возобновления их циркуляции (фиг. 2, в)), сопровождающегося увеличением амплитуды сигнала до 12-18 усл. ед., что свидетельствовало о достижении оптимального расстояния между буровым снарядом и забоем скважины Rсз.After drilling a well with a diameter of 46 mm in a granite block (flow rate of flushing fluid was 2 l / s) and driving an interval of 5 cm, a regime was established that corresponded to the maximum value of the amplitude of the acoustic signal 12-18 conv. units (Fig. 2, a)), then the drill was briefly lowered until the balls 6 jammed (Fig. 2, b)), accompanied by a decrease in the amplitude of the acoustic signal to 5-10 conv. units registered by the acoustic vibration sensor 7, and raised until the resumption of their circulation (Fig. 2, c)), accompanied by an increase in the amplitude of the signal to 12-18 srvc. units, which testified to the achievement of the optimal distance between the drill and the bottom of the well Rсз.

Таким образом, определение в процессе бурения значения амплитуды акустических сигналов позволяет оперативно подбирать наиболее эффективный режим бурения.Thus, the determination during the drilling process of the value of the amplitude of the acoustic signals allows you to quickly select the most effective drilling mode.

Claims (1)

Способ шароструйного бурения скважин, заключающийся в спуске на забой породоразрушающих шаров, подаче промывочной жидкости под давлением через шароструйно-эжекторный буровой снаряд, обеспечивающей непрерывную циркуляцию шаров, при этом расстояние между снарядом и забоем скважины поддерживают путем расхаживания бурового снаряда, отличающийся тем, что с помощью установленного на колонне бурильных труб датчика акустических колебаний непрерывно регистрируют акустические сигналы, генерируемые шарами в результате отскока их от забоя скважины и соударения с буровым снарядом, а расстояние между буровым снарядом и забоем скважины устанавливают по максимальным значениям амплитуд акустических сигналов.The method of ball-hole drilling, which consists in launching rock-cutting balls to the bottom, supplying flushing fluid under pressure through a ball-ejector drill providing continuous circulation of balls, while the distance between the shell and the bottom of the well is maintained by walking the drill, characterized in that The acoustic vibration sensor installed on the drill pipe string continuously records the acoustic signals generated by the balls as a result of their rebound from the bottomhole importance and collisions with the drill, and the distance between the drill and the bottom of the well is set by the maximum values of the amplitudes of the acoustic signals.
RU2016146972A 2016-11-29 2016-11-29 Method of ball-jet drilling of wells RU2640445C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146972A RU2640445C1 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Method of ball-jet drilling of wells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146972A RU2640445C1 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Method of ball-jet drilling of wells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2640445C1 true RU2640445C1 (en) 2018-01-09

Family

ID=60965478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016146972A RU2640445C1 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Method of ball-jet drilling of wells

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2640445C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1502851A (en) * 1922-01-20 1924-07-29 Gale George Washington Magazine rotary drill bit
SU1002498A1 (en) * 1981-04-24 1983-03-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Геологических Наук Им.К.И.Сатпаева Ball-jet tool
SU1120733A1 (en) * 1983-05-31 1986-08-15 Специальное Конструкторское Бюро Самоходного Горного Оборудования Министерства Тяжелого И Транспортного Машиностроения Device for ball-jet drilling of boreholes
RU2114274C1 (en) * 1996-12-05 1998-06-27 Татьяна Николаевна Зубкова Ball-jet tool for drilling bore-holes
RU2124620C1 (en) * 1997-01-14 1999-01-10 Зубкова Татьяна Николаевна Device for ball-and-jet drilling of bore-holes
WO2005005766A1 (en) * 2003-07-09 2005-01-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Device for transporting particles of a magnetic material and tool comprising such a device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1502851A (en) * 1922-01-20 1924-07-29 Gale George Washington Magazine rotary drill bit
SU1002498A1 (en) * 1981-04-24 1983-03-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Геологических Наук Им.К.И.Сатпаева Ball-jet tool
SU1120733A1 (en) * 1983-05-31 1986-08-15 Специальное Конструкторское Бюро Самоходного Горного Оборудования Министерства Тяжелого И Транспортного Машиностроения Device for ball-jet drilling of boreholes
RU2114274C1 (en) * 1996-12-05 1998-06-27 Татьяна Николаевна Зубкова Ball-jet tool for drilling bore-holes
RU2124620C1 (en) * 1997-01-14 1999-01-10 Зубкова Татьяна Николаевна Device for ball-and-jet drilling of bore-holes
WO2005005766A1 (en) * 2003-07-09 2005-01-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Device for transporting particles of a magnetic material and tool comprising such a device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102191915A (en) Resonant pulse vibrating drilling device
CN101730783A (en) Method and system for particle jet boring
CN105888554B (en) Surge and push away multiple shock oscillator
US9995126B1 (en) Low-frequency pulsing sonic and hydraulic mining system
US4705119A (en) Annular air-hammer apparatus for drilling holes
RU2640445C1 (en) Method of ball-jet drilling of wells
CN105507804B (en) A kind of ultrasonic activation cord coring drill
US9995127B1 (en) Low-frequency pulsing sonic and hydraulic mining method
CN105209709A (en) A fluid pressure driven, high frequency percussion hammer for drilling in hard formations
CN202866772U (en) Sand blasting slotting perforation tool
RU2209945C1 (en) Method of stimulation of hydrocarbon pool in its development and device for method embodiment
WO2008054256A1 (en) Method for acting on a bottom-hole zone
US3670828A (en) Explosive drilling apparatus
SU1148957A1 (en) Hydraulic monitor dridding bit
Kovalyov et al. Calculation of ball jet drilling processes in the optimal mode of rock destruction
US10301883B2 (en) Bit jet enhancement tool
RU2645059C1 (en) Method of rimose hydrosand-blast perforation
RU139424U1 (en) WAVE HYDRAULIC MONITOR
CN205330525U (en) Ultrasonic vibration wire line coring drilling tool
US3605918A (en) Drill bit and method for explosive drilling
CA2933512A1 (en) Apparatus and method for inducing longitudinal oscillations in subterranean drilling string
RU2770472C1 (en) System for the destruction of rock formation
SU1583608A1 (en) Method and apparatus for winding minerals through wells
RU153977U1 (en) HYDRAULIC DRILL BIT
RU2778910C2 (en) Device for creation of axial load in drill string arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191130