RU2708444C2 - Drilling bit with self-regulating platforms - Google Patents

Drilling bit with self-regulating platforms Download PDF

Info

Publication number
RU2708444C2
RU2708444C2 RU2017115554A RU2017115554A RU2708444C2 RU 2708444 C2 RU2708444 C2 RU 2708444C2 RU 2017115554 A RU2017115554 A RU 2017115554A RU 2017115554 A RU2017115554 A RU 2017115554A RU 2708444 C2 RU2708444 C2 RU 2708444C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
speed
control device
piston
fluid
tool
Prior art date
Application number
RU2017115554A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017115554A3 (en
RU2017115554A (en
Inventor
Джаеш Р. ДЖАИН
Бенджамин БАКСТЕР
Чхайтаня К. ВЕМПАТИ
Стивен Р. РЭДФОРД
Фолькер ПЕТЕРС
Грегори Л. РИКС
Хуан Мигель БИЛЕН
Хольгер СТИББЕ
Дейвид А. КАРРИ
Original Assignee
Бейкер Хьюз Инкорпорейтед
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
Priority claimed from US14/516,340 external-priority patent/US9708859B2/en
Application filed by Бейкер Хьюз Инкорпорейтед filed Critical Бейкер Хьюз Инкорпорейтед
Publication of RU2017115554A publication Critical patent/RU2017115554A/en
Publication of RU2017115554A3 publication Critical patent/RU2017115554A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2708444C2 publication Critical patent/RU2708444C2/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
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/62Drill bits characterised by parts, e.g. cutting elements, which are detachable or adjustable

Abstract

FIELD: soil or rock drilling; mining.
SUBSTANCE: group of inventions relates to downhole tool of rotary drilling and to method of well drilling. Downhole rotary drilling tool comprises tool housing; self-regulating element made with possibility of extension and retraction, connected with tool body and at least partially protruding above tool body surface; speed control device connected to element. Speed control device is configured to cause the element to move outward relative to the tool body from the retracted position to the extended position at the first speed in the absence of application of the external force to the element. Speed control device is configured to cause the element to move inward relative to the tool body from the extended position to the retracted position at the second speed in response to application to the external force element. Second speed differs from first speed, and speed control device comprises piston to apply force to element; a biasing member configured to apply force to the element extension piston; fluid chamber connected to piston; and a pressure control device for controlling fluid pressure inside the fluid chamber.
EFFECT: technical result consists in providing a smoother surface of the borehole, preventing early damage of the cutters and longer service life of the drill bit by controlling the rate of change of instantaneous depth of cutting of the drill bit.
20 cl, 15 dwg

Description

ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТCLAIM FOR PRIORITY

Настоящая заявка заявляет приоритет в отношении даты подачи заявки на патент США № 14/864436, поданной 24 сентября 2015 г., под названием «DRILL BIT WITH SELF-ADJUSTING PADS», которая является продолжающей заявкой заявки на патент США № 14/516340, поданной 16 октября 2014 г., которая является частично продолжающей заявкой обычной заявки на патент США № 13/864926, поданной 17 апреля 2013 г., каждая из которых включена в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки.This application claims priority with respect to the filing date of US patent application No. 14/864436, filed September 24, 2015, under the name "DRILL BIT WITH SELF-ADJUSTING PADS", which is a continuing application for US patent application No. 14/516340 October 16, 2014, which is partly a continuation of patent application US No. 13/864926, filed April 17, 2013, each of which is incorporated herein in full by reference.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится в целом к буровым долотам и системам, использующих буровые долота для бурения стволов скважин.The present invention relates generally to drill bits and systems using drill bits for drilling wellbores.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Нефтяные скважины (также называемые «стволами скважин» или «буровыми скважинами») пробуриваются при помощи бурильной колонны, содержащей трубчатый элемент с буровым снарядом (также называемый «компоновкой низа бурильной колонны» или «КНБК»). КНБК обычно содержит устройства и датчики, предоставляющие информацию, имеющую отношение к разнообразным параметрам, касающимся бурения («параметры режима бурения»), поведения КНБК («параметры КНБК»), а также параметрам, касающимся пласта, окружающего ствол скважины («пластовые параметры»). Буровое долото, прикрепленное к нижнему концу КНБК, вращается посредством вращения бурильной колонны и/или бурового двигателя (называемого также «забойным двигателем») в КНБК с целью раздробления скального пласта для бурения ствола скважины. Большое количество буровых скважин пробуривается по контурным траекториям. Например, одна буровая скважина может содержать одну или более вертикальных секций, отклоненных от вертикали секций и горизонтальных секций, проходящих сквозь различные виды пластов горных пород. При переходе от бурения мягкого пласта, такого как песок, к бурению твердого пласта, такого как сланец, или наоборот, механическая скорость проходки (МСП) изменяется и может вызывать (при снижении или повышении) избыточные колебания или вибрацию (латеральную или торсионную) бурового долота. МСП обычно контролируется посредством управления осевой нагрузкой на долото (НБД) и скоростью вращения (в оборотах в минуту или «об./мин») бурового долота для контроля колебаний бурового долота. НБД контролируется посредством управления нагрузкой на крюк на поверхности, а количество оборотов в минуту контролируется посредством управления вращением бурильной колонны на поверхности и/или посредством управления скоростью вращения забойного двигателя в КНБК. Управление колебаниями и количеством оборотов в минуту бурового долота такими способами требует от буровой системы или оператора осуществления определенных действий на поверхности. Влияние таких действий, осуществляемых на поверхности, на колебания бурового долота, не является моментальным. Агрессивность бурового долота повышает вибрацию, биение и прерывистое перемещение при конкретных НБД и скорости вращения бурового долота. «Глубина резания» (ГР) бурового долота, обычно определяемая как «расстояние, на которое буровое долото аксиально заглубляется в пласт за один оборот», является сопутствующим фактором, имеющим отношение к агрессивности бурового долота. Управление ГР может обеспечить более гладкую буровую скважину, способствовать предотвращению преждевременного повреждения резцов и продлевать срок службы бурового долота.Oil wells (also called “boreholes” or “boreholes”) are drilled using a drill string containing a tubular element with a drill string (also called “bottom hole assembly” or “BHA”). BHA usually contains devices and sensors that provide information related to a variety of parameters related to drilling (“drilling mode parameters”), BHA behavior (“BHA parameters”), and also parameters relating to the formation surrounding the wellbore (“reservoir parameters” ) A drill bit attached to the lower end of the BHA rotates by rotating the drill string and / or the drill motor (also called the “downhole motor”) in the BHA to crush the rock formation for drilling the wellbore. A large number of boreholes are drilled along contour paths. For example, one borehole may contain one or more vertical sections deviated from the vertical sections and horizontal sections passing through various types of rock formations. When switching from drilling a soft formation, such as sand, to drilling a hard formation, such as shale, or vice versa, the mechanical penetration rate (SMF) changes and can cause (with a decrease or increase) excessive vibrations or vibration (lateral or torsion) of the drill bit . The MRP is typically controlled by controlling the axial load on the bit and the rotational speed (in revolutions per minute or “rpm”) of the drill bit to control the oscillations of the drill bit. BOP is controlled by controlling the load on the hook on the surface, and the number of revolutions per minute is controlled by controlling the rotation of the drill string on the surface and / or by controlling the speed of rotation of the downhole motor in the BHA. Managing vibrations and the number of revolutions per minute of the drill bit in such ways requires the surface of the drilling system or operator to perform certain actions. The effect of such actions on the surface on the oscillations of the drill bit is not instantaneous. Aggressiveness of the drill bit increases vibration, runout and intermittent movement at specific drill bits and rotation speed of the drill bit. The “depth of cut” (GR) of the drill bit, usually defined as “the distance the drill bit is axially recessed into the formation in one revolution,” is a related factor related to the aggressiveness of the drill bit. GR management can provide a smoother borehole, help prevent premature damage to the cutters, and extend the life of the drill bit.

Раскрываемое в настоящем документе изобретение предоставляет буровое долото и использующие его буровые системы, выполненные с возможностью обеспечения управления скоростью изменения моментальной ГР бурового долота во время бурения скважины.The invention disclosed herein provides a drill bit and drilling systems using it, configured to control the rate of change of the instantaneous GR of the drill bit while drilling a well.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В одном аспекте раскрывается буровое долото, содержащее: корпус долота; площадку, связанную с корпусом долота; устройство управления скоростью, присоединенное к площадке, выдвигающейся с поверхности долота на первой скорости и втягивающейся из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости в ответ на воздействие на площадку внешней силы, причем устройство управления скоростью содержит: поршень для приложения силы к площадке; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для выдвижения площадки на первой скорости; флюидную камеру, связанную с поршнем; и устройство управления давлением для контроля давления флюида внутри флюидной камеры.In one aspect, a drill bit is disclosed, comprising: a bit body; platform associated with the body of the bit; a speed control device attached to the platform extending from the surface of the bit at the first speed and retracting from the extended position to the retracted position at the second speed in response to an external force acting on the platform, the speed control device comprising: a piston for applying force to the platform; a biasing element configured to apply force to the piston to extend the platform at a first speed; fluid chamber associated with the piston; and a pressure control device for monitoring fluid pressure within the fluid chamber.

В другом аспекте раскрывается способ бурения скважин, включающий: предоставление бурового долота, содержащего корпус долота, площадку, связанную с корпусом долота, и устройства управления скоростью; ввод бурильной колонны в пласт, причем бурильная колонна имеет на своем конце буровое долото; избирательное выдвижение площадки с поверхности долота на первой скорости при помощи устройства управления скоростью; избирательное втягивание из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости в ответ на внешнюю силу, применяемую к площадке через устройство управления скоростью; устройство управления скоростью, содержащее: поршень для приложения силы к площадке; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для выдвижения площадки на первой скорости; флюидную камеру, связанную с поршнем; а также контроль давления флюида внутри флюидной камеры при помощи устройства управления давлением; и бурение скважины с использованием бурильной колонны.In another aspect, a method for drilling wells is disclosed, comprising: providing a drill bit comprising a bit body, a pad associated with the bit body, and speed control devices; the introduction of the drill string into the formation, and the drill string has at its end a drill bit; selectively extending the platform from the surface of the bit at a first speed using a speed control device; selectively retracting from the extended position to the retracted position at a second speed in response to an external force applied to the site through the speed control device; a speed control device comprising: a piston for applying force to a site; a biasing element configured to apply force to the piston to extend the platform at a first speed; fluid chamber associated with the piston; as well as controlling fluid pressure inside the fluid chamber using a pressure control device; and drilling using a drill string.

Еще в одном аспекте раскрывается система для бурения скважин, содержащая: буровой снаряд, имеющий буровое долото, которое содержит: корпус долота; площадку, связанную с корпусом долота; устройство управления скоростью, присоединенное к площадке, выдвигающейся с поверхности долота на первой скорости и втягивающейся из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости в ответ на воздействие на площадку внешней силы, причем устройство управления скоростью содержит: поршень для приложения силы к площадке; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для выдвижения площадки на первой скорости; флюидную камеру, связанную с поршнем; и устройство управления давлением для контроля давления флюида внутри флюидной камеры.In yet another aspect, a system for drilling wells is disclosed, comprising: a drill having a drill bit, which comprises: a bit body; platform associated with the body of the bit; a speed control device attached to the platform extending from the surface of the bit at the first speed and retracting from the extended position to the retracted position at the second speed in response to an external force acting on the platform, the speed control device comprising: a piston for applying force to the platform; a biasing element configured to apply force to the piston to extend the platform at a first speed; fluid chamber associated with the piston; and a pressure control device for monitoring fluid pressure within the fluid chamber.

Еще в одном аспекте раскрывается буровое долото, содержащее: корпус долота; площадку, связанную с корпусом долота; устройство управления скоростью, присоединенное к площадке, выдвигающейся с поверхности долота на первой скорости и втягивающейся из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости в ответ на воздействие внешней силы, причем устройство управления скоростью содержит: поршень для приложения силы к площадке; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для раскрытия площадки на первой скорости; и поворотное устройство, выполненное с возможностью приложения силы к поршню для сокрытия площадки на второй скорости.In yet another aspect, a drill bit is disclosed, comprising: a bit body; platform associated with the body of the bit; a speed control device attached to the platform extending from the surface of the bit at the first speed and retracting from the extended position to the retracted position at the second speed in response to external force, the speed control device comprising: a piston for applying force to the platform; a biasing element configured to apply force to the piston to open the pad at a first speed; and a rotary device configured to apply force to the piston to conceal the site at a second speed.

Примеры некоторых функций устройства и способ, описываемый в настоящем документе, приводятся достаточно широко, чтобы можно было лучше понять их последующее подробное описание. Конечно, имеются дополнительные функции устройства и способа, описываемые далее в настоящем документе, которые будут предметом формулы изобретения, содержащейся в настоящем документе.Examples of some of the device functions and the method described herein are given sufficiently broadly to better understand their subsequent detailed description. Of course, there are additional functions of the device and method, described later in this document, which will be the subject of the claims contained in this document.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

Раскрываемую в настоящем документе информацию проще всего понять, ссылаясь на сопроводительные графические материалы, на которых одними и теми же номерами обозначены одни и те же элементы, и в рамках которых:The information disclosed in this document is easiest to understand, referring to the accompanying graphic materials on which the same numbers denote the same elements, and within which:

на Фиг. 1 проиллюстрировано схематическое изображение примера буровой системы, содержащей бурильную колонну, имеющую буровое долото, изготовленное в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения;in FIG. 1 is a schematic illustration of an example of a drilling system comprising a drill string having a drill bit manufactured in accordance with one embodiment of the present invention;

на Фиг. 2 проиллюстрирован частичный вид в поперечном разрезе примера бурового долота с площадкой и устройством управления скоростью для контроля скорости выдвижения и втягивания площадки с поверхности бурового долота в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения;in FIG. 2 illustrates a partial cross-sectional view of an example of a drill bit with a pad and a speed control device for controlling the speed of extension and retraction of the pad from the surface of the drill bit in accordance with one embodiment of the present invention;

на Фиг. 3 проиллюстрирован альтернативный вариант реализации устройства управления скоростью, определяющего действия площадки через гидравлическую линию;in FIG. 3 illustrates an alternative embodiment of a speed control device defining site actions through a hydraulic line;

на Фиг. 4 проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью, выполненного с возможностью управления несколькими площадками;in FIG. 4 illustrates an embodiment of a speed control device configured to control multiple sites;

на Фиг. 5 проиллюстрировано размещение устройства управления скоростью по Фиг. 3 в секции коронки бурового долота;in FIG. 5 illustrates the arrangement of the speed control device of FIG. 3 in a section of a drill bit crown;

на Фиг. 6 проиллюстрировано размещение устройства управления скоростью в промывочной канавке или на пути потока бурового долота;in FIG. 6 illustrates the placement of a speed control device in a flushing groove or in a flow path of a drill bit;

на Фиг. 7 проиллюстрировано буровое долото, в котором устройство управления скоростью и площадка размещены на внешней поверхности бурового долота;in FIG. 7 illustrates a drill bit in which the speed control device and platform are located on the outer surface of the drill bit;

на Фиг. 8A проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью с многокамерным выходным отверстием;in FIG. 8A, an embodiment of a speed control device with a multi-chamber outlet is illustrated;

на Фиг. 8B проиллюстрирован вариант реализации многокамерного выходного отверстия для использования с устройством управления скоростью, проиллюстрированным на Фиг. 8A;in FIG. 8B illustrates an embodiment of a multi-chamber outlet for use with the speed control device illustrated in FIG. 8A;

на Фиг. 9 проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью с высокоточным зазором;in FIG. 9 illustrates an embodiment of a speed control device with a high-precision clearance;

на Фиг. 10 проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью, выполненного с возможностью управления несколькими площадками;in FIG. 10 illustrates an embodiment of a speed control device configured to control multiple sites;

на Фиг. 11 проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью, выполненного с возможностью осуществления выдвижения из центра долота;in FIG. 11 illustrates an embodiment of a speed control device configured to extend from a center of a bit;

на Фиг. 12 проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью с многостеночной камерой;in FIG. 12 illustrates an embodiment of a speed control device with a multi-wall camera;

на Фиг. 13 проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью с компенсационным поршнем;in FIG. 13 illustrates an embodiment of a speed control device with a compensation piston;

на Фиг. 14 проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью с поворотным устройством; и in FIG. 14 illustrates an embodiment of a speed control device with a rotary device; and

на Фиг. 15 проиллюстрирован альтернативный вариант реализации устройства управления скоростью.in FIG. 15 illustrates an alternative embodiment of a speed control device.

ВАРИАНТ(Ы) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯOPTION (S) FOR CARRYING OUT THE INVENTION

На Фиг. 1 проиллюстрировано схематическое изображение примера буровой системы 100, в которой могут использоваться буровые долота, изготовленные в соответствии с раскрываемым в настоящем документе изобретением. На Фиг. 1 проиллюстрирован ствол скважины 110, содержащий верхнюю секцию 111 с установленной в ней обсадной трубой 112 и нижнюю секцию 114, которая пробуривается при помощи бурильной колонны 118. Бурильная колонна 118 проиллюстрирована содержащей трубчатый элемент 116 с КНБК 130, присоединенной к его нижнему концу. Трубчатый элемент 116 может быть получен посредством соединения секций бурильной трубы или может быть гибкой насосно-компрессорной трубой. Буровое долото 150 проиллюстрировано прикрепленным к нижнему концу КНБК 130 с для раздробления скального пласта 119 для бурения ствола скважины 110 выбранного диаметра.In FIG. 1 is a schematic illustration of an example of a drilling system 100 in which drill bits made in accordance with the invention disclosed herein can be used. In FIG. 1 illustrates a wellbore 110 comprising an upper section 111 with a casing 112 installed therein and a lower section 114 that is drilled using a drill string 118. Drill string 118 is illustrated containing a tubular member 116 with BHA 130 attached to its lower end. Tubular member 116 may be obtained by connecting drill pipe sections or may be a flexible tubing. Drill bit 150 is illustrated attached to the lower end of BHA 130 s for crushing rock formation 119 for drilling a borehole 110 of a selected diameter.

Бурильная колонна 118 проиллюстрирована введенной в ствол скважины 110 с буровой установки 180 на поверхности 167. Проиллюстрированный пример буровой установки 180 является наземной буровой установкой для простоты объяснения. Устройство и способы, раскрываемые в настоящем документе, могут быть применены и с морской буровой установкой, используемой для бурения скважин под водой. Роторный стол 169 или верхний привод (не проиллюстрирован), соединенный с бурильной колонной 118, может использоваться для вращения бурильной колонны 118 для вращения КНБК 130 и, таким образом, бурового долота 150 для бурения ствола скважины 110. Буровой двигатель 155 (также называемый забойным двигателем) может быть предусмотрен в КНБК 130 для вращения бурового долота 150. Буровой двигатель 155 может использоваться автономно для вращения бурового долота 150 или для приложения вращения бурового долота бурильной колонной 118. Блок управления (или контроллер) 190, который может представлять собой блок управления на основе компьютера, может располагаться на поверхности 167 для получения и обработки данных, передаваемых датчиками бурового долота 150 и датчиками на КНБК 130, а также для управления избранными действиями различных устройств и датчиков КНБК 130. Расположенный на поверхности контроллер 190 в одном варианте реализации может содержать процессор 192, устройство хранения данных (или носитель, читаемый компьютером) 194 для хранения данных, алгоритмов и компьютерных программ 196. Таким устройством хранения данных 194 может быть любое подходящее устройство, включая постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), флэш-память, магнитную ленту, жесткий диск и оптический диск, но не ограничиваясь ими. Во время бурения флюид 179 из его источника закачивается под давлением в трубчатый элемент 116. Флюид выпускается в нижней части бурового долота 150 и возвращается на поверхность через кольцевое пространство (также называемое «затрубное пространство») между бурильной колонной 118 и внутренней стенкой 142 ствола скважины 110.Drill string 118 is illustrated being inserted into the wellbore 110 from a drilling rig 180 at surface 167. An illustrated example of a drilling rig 180 is a surface drilling rig for ease of explanation. The device and methods disclosed herein can be applied to an offshore drilling rig used to drill wells underwater. A rotary table 169 or a top drive (not illustrated) connected to the drill string 118 can be used to rotate the drill string 118 to rotate the BHA 130 and thus the drill bit 150 to drill the borehole 110. The drill motor 155 (also called the downhole motor ) can be provided in BHA 130 for rotating the drill bit 150. The drilling engine 155 can be used autonomously to rotate the drill bit 150 or for applying rotation of the drill bit to the drill string 118. The control unit (or controller ) 190, which can be a computer-based control unit, can be located on surface 167 to receive and process data transmitted by drill bit sensors 150 and sensors on BHA 130, as well as to control selected actions of various BHA 130 sensors and sensors. Located on surface controller 190 in one embodiment may include a processor 192, a storage device (or computer readable medium) 194 for storing data, algorithms, and computer programs 196. With such a device x Anenij data 194 may be any suitable device, including a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), flash memory, magnetic tape, hard disk, optical disk, but is not limited thereto. During drilling, fluid 179 from its source is pumped under pressure into tubular member 116. Fluid is discharged at the bottom of drill bit 150 and returns to the surface through an annular space (also called “annulus”) between drill string 118 and inner wall 142 of wellbore 110 .

КНБК 130 может дополнительно содержать один или более внутрискважинных датчиков (которые все вместе обозначены цифрой 175). Датчики 175 могут содержать любое количество и тип датчиков, включая, среди прочего, датчики, общеизвестные как датчики измерения во время бурения (ИВБ) или каротажа во время бурения (КВБ), и датчики, которые предоставляют информацию, касающуюся режима работы КНБК 130, например, вращения бурового долота (обороты в минуту или «об./мин»), торца долота, давления, вибрации, вихрения, биения и скачкообразного движения. КНБК 130 может дополнительно содержать блок управления (или контроллер) 170, управляющий действиями одного или более устройств и датчиков КНБК 130. Контроллер 170 может содержать, среди прочего, контуры для обработки сигналов от датчика 175, процессор 172 (такой как микропроцессор) для обработки оцифрованных сигналов, устройство хранения данных 174 (такое как твердотельная память) и компьютерную программу 176. Процессор 172 может обрабатывать оцифрованные сигналы и управлять скважинными устройствами и датчиками, а также обмениваться данными с контроллером 190 через телеметрический блок с двусторонней линией передачи данных 188.BHA 130 may further comprise one or more downhole sensors (which are collectively indicated by 175). Sensors 175 may include any number and type of sensors, including, but not limited to, sensors commonly known as measurement sensors while drilling (IVB) or logging while drilling (CVB), and sensors that provide information regarding the operating mode of the BHA 130, for example , rotation of the drill bit (revolutions per minute or “rpm”), the end face of the bit, pressure, vibration, vortex, runout and spasmodic movement. The BHA 130 may further comprise a control unit (or controller) 170 that controls the actions of one or more BHA 130 devices and sensors. The controller 170 may include, inter alia, circuits for processing signals from the sensor 175, a processor 172 (such as a microprocessor) for processing the digitized signals, a data storage device 174 (such as solid state memory) and a computer program 176. A processor 172 can process digitized signals and control downhole devices and sensors, as well as exchange data with ler 190 through a telemetry unit with a two-way data line 188.

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, буровое долото 150 содержит переднюю грань (или нижнюю грань) 152. Во время бурения передняя грань 152 или ее часть развернута к пласту, находящемуся перед буровым долотом, или ко дну ствола скважины. Буровое долото 150 в одном аспекте содержит одну или более площадок 160, выполненных с возможностью выдвижения и втягивания с выбранной поверхности бурового долота 150. В настоящем документе площадки 160 также называются «выдвижными площадками», «раздвижными площадками» или «регулируемыми площадками». Для выдвижения и втягивания одной или более площадок с поверхности бурового долота во время бурения ствола скважины 110 может использоваться подходящий исполнительный механизм (или приводной блок) 165 бурового долота 150. В одном аспекте исполнительный механизм 165 может управлять скоростью выдвижения и втягивания площадки 160. Этот исполнительный механизм также называется «устройством управления скоростью» или «регулятором скорости». В другом аспекте исполнительный механизм представляет собой пассивное устройство, выполненное с возможностью автоматической корректировки или самостоятельной корректировки выдвижения и втягивания площадки 160 на основании или в ответ на воздействие на площадку 160 силы или давления во время бурения. В определенных вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 165 и площадка 160 приводятся в движение контактом с пластом. Кроме того, при быстром изменении глубины резания бурового долота 150 на площадки 160 действует существенная сила. Соответственно, желательно, чтобы исполнительный механизм 165 выдерживал изменения глубины резания. В определенных вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 165 увеличивает нагрузку на долото при определенной глубине резания. В других вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 165 уменьшает глубину резания для определенной нагрузки на долото. Скорость выдвижения и втягивания площадки может быть установлена заранее, как более подробно описано со ссылкой на Фиг. 2-4.As illustrated in FIG. 1, the drill bit 150 comprises a front face (or bottom face) 152. During drilling, the front face 152 or a portion thereof is turned toward the formation in front of the drill bit or to the bottom of the wellbore. Drill bit 150 in one aspect comprises one or more platforms 160 that are capable of extending and retracting from a selected surface of drill bit 150. As used herein, platforms 160 are also referred to as “extension platforms”, “extension platforms” or “adjustable platforms”. A suitable actuator (or drive unit) 165 of the drill bit 150 may be used to extend and retract one or more sites from the surface of the drill bit while drilling the wellbore 110. In one aspect, the actuator 165 may control the speed of the telescope 160 to extend and retract. the mechanism is also called a “speed control device” or a “speed controller”. In another aspect, the actuator is a passive device configured to automatically correct or independently adjust the extension and retraction of the pad 160 based on or in response to the impact on the pad 160 of force or pressure during drilling. In certain embodiments of the invention, actuator 165 and pad 160 are driven by contact with the formation. In addition, with a rapid change in the depth of cut of the drill bit 150, significant force acts on the sites 160. Accordingly, it is desirable that the actuator 165 withstand changes in the depth of cut. In certain embodiments of the invention, the actuator 165 increases the load on the bit at a certain cutting depth. In other embodiments of the invention, actuator 165 reduces the depth of cut for a particular bit load. The speed of the platform extension and retraction can be set in advance, as described in more detail with reference to FIG. 2-4.

На Фиг. 2 проиллюстрирован пример бурового долота 200, изготовленного в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения. В примере варианта реализации изобретения буровое долото 200 представляет собой поликристаллическое алмазное долото (PDC) с корпусом долота 201, содержащем выточку или секцию горловины 210, шейку 220 и коронку или секцию коронки 230. В других вариантах реализации изобретения буровое долото 200 представляет собой любое подходящее буровое долото или устройство удаления пласта для применения в пласте. В других вариантах реализации изобретения буровое долото 200 представляет собой любой подходящий забойный вращательный инструмент. Горловина 210 имеет скошенный верхний край 212 с резьбой 212a для присоединения бурового долота 200 к замкнутой головке бурового снаряда 130 (Фиг. 1). Шейка 220 имеет нижнюю вертикальную или прямую секцию 222, жестко соединенную с коронкой 230 в месте соединения 224. Коронка 230 содержит переднюю грань или переднюю секцию 232, обращенную к пласту во время бурения. Коронка 230 содержит ряд лопастей, таких как лопасти 234a, 234b и т.д. Типичное долото PDC содержит 3-7 лопастей. Каждая лопасть имеет переднюю грань (также называемую «передней секцией») и боковину (также называемую «боковой секцией»). Например, лезвие 234a имеет переднюю грань 232a и боковину 236a, в то время как лезвие 234b имеет переднюю грань 232b и боковину 236b. Боковины 236a и 236b расположены вдоль продольной или вертикальной оси 202 бурового долота 200. Каждая лопасть дополнительно содержит ряд резцов. В конкретном варианте реализации по Фиг. 2 лопасть 234a проиллюстрирована как содержащая резцы 238a на части боковины 236a и резцы 238b вдоль передней грани 232a, в то время как лезвие 234b показано как содержащее резцы 239a на боковине 239a и резцы 239b на передней грани 232b.In FIG. 2 illustrates an example of a drill bit 200 manufactured in accordance with one embodiment of the present invention. In an example embodiment, the drill bit 200 is a polycrystalline diamond bit (PDC) with a bit body 201 comprising a recess or neck section 210, a neck 220, and a crown or crown section 230. In other embodiments, the drill bit 200 is any suitable drill bit a chisel or formation removal device for use in the formation. In other embodiments, the drill bit 200 is any suitable downhole rotary tool. The neck 210 has a tapered upper edge 212 with a thread 212a for attaching the drill bit 200 to the closed head of the drill 130 (Fig. 1). The neck 220 has a lower vertical or straight section 222 rigidly connected to the crown 230 at the junction 224. The crown 230 comprises a front face or front section 232 facing the formation while drilling. The crown 230 contains a number of blades, such as blades 234a, 234b, etc. A typical PDC bit contains 3-7 blades. Each blade has a front face (also called a “front section”) and a sidewall (also called a “side section”). For example, the blade 234a has a front face 232a and a sidewall 236a, while the blade 234b has a front face 232b and a sidewall 236b. The sides 236a and 236b are located along the longitudinal or vertical axis 202 of the drill bit 200. Each blade further comprises a series of incisors. In the specific embodiment of FIG. 2, a blade 234a is illustrated as having cutters 238a on a portion of a sidewall 236a and cutters 238b along a front edge 232a, while a blade 234b is shown as containing cutters 239a on a sidewall 239a and cutters 239b on a front edge 232b.

Как проиллюстрировано на Фиг. 2, буровое долото 200 содержит один или более элементов (также называемых в настоящем документе площадками), выполненных с возможностью выдвижения и втягивания с поверхности 252 бурового долота 200. На Фиг. 2 проиллюстрирована площадка 250, размещенная с возможностью передвижения в полости или углублении 254 в секции коронки 230. Включающее устройство 260 может быть соединено с площадкой 250 для выдвижения и втягивания площадки 250 с места на поверхности бурового долота 252. В одном аспекте включающее устройство 260 контролирует скорость выдвижения и втягивания площадки 250. В другом аспекте устройство 260 выдвигает площадку на первой скорости и втягивает площадку на второй скорости. В вариантах реализации изобретения первая скорость и вторая скорость могут быть одинаковыми или разными скоростями. В еще одном аспекте скорость выдвижения площадки 250 может быть больше, чем скорость втягивания. Как отмечалось ранее, устройство 260 в настоящем документе также называется «устройством управления скоростью» или «регулятором скорости». В конкретном варианте реализации устройства 260 площадка 250 напрямую соединена с устройством 260 посредством механического соединения или соединительного элемента 256. В одном аспекте устройство 260 содержит камеру 270, содержащую элемент двойного действия, выполняющий возвратно-поступательные движения, такой как поршень 280, который герметично разделяет камеру 270 на первую камеру 272 и вторую камеру или резервуар 274. Обе камеры 272 и 274 наполнены гидравлической жидкостью 278, подходящей для использования в скважине, такой как нефть. Смещающий элемент, такой как пружина 284, в первой камере 272, выполнен с возможностью приложения подобранной силы к поршню 280 для того, чтобы вызвать его перемещение наружу. Поскольку поршень 280 соединен с площадкой 250, перемещение поршня наружу вызывает выдвижение площадки 250 с поверхности 252 бурового долота 200. В одном аспекте камеры 272 и 274 находятся в гидравлической связи друг с другом посредством первого пути потока флюида или поточной линии 282 и второго пути потока флюида или поточной линии 286. Устройство управления потоком, такое как обратный клапан 285, расположенный на пути потока флюида 282, может использоваться для управления скоростью потока флюида из камеры 274 в камеру 272. Аналогичным образом, еще одно устройство управления потоком, такое как обратный клапан 287, расположенный на пути потока флюида 286, может использоваться для управления скоростью потока флюида 278 из камеры 272 в камеру 274. Устройства управления потоком 285 и 287 могут быть сконфигурированы на поверхности с возможностью установки скоростей потока по поточным линиям 282 и 286, соответственно. В другом аспекте эти скорости могут быть постоянными или могут динамически корректироваться активным устройством, например, посредством управления потоками флюида между камерами при помощи клапанов с активным управлением. В определенных вариантах реализации изобретения осуществляется активное управление потоком флюида посредством корректировки свойств флюида с использованием электро- или магнитореологических жидкостей и контроллеров. В других вариантах реализации изобретения для управления потоками флюида используются пьезоэлектронные устройства. В одном аспекте одно или оба устройства управления потоком 285 и 287 могут содержать устройство смещения с плавным регулированием, такое как пружина, для обеспечения постоянной скорости потока из одной камеры в другую. Обмен потоками флюида с постоянной скоростью между камерами 272 и 274 обеспечивает первую постоянную скорость для выдвижения поршня 280 и вторую постоянную скорость для втягивания поршня 280, и, следовательно, соответствующие постоянные скорости выдвижения и втягивания площадки 250. Размер линий управления потоком 282 и 286 вместе с настройкой их соответствующих устройств смещения 285 и 287 определяют скорости потока по линиям 282 и 286, соответственно, а следовательно и соответствующую скорость выдвижения и втягивания площадки 250. В одном аспекте поточная линия 282 и ее соответствующее устройство управления потоком 285 могут быть настроены таким образом, что когда буровое долото 250 не используется, то есть, на площадку 250 не действует никакая внешняя сила, смещающий элемент 280 будет выдвигать площадку 250 в максимально выдвинутое положение. В одном аспекте линия управления потоком 282 может быть выполнена с возможностью относительно быстрого или резкого выдвижения площадки 250 смещающим элементом 280. Во время эксплуатации бурового долота, например, во время бурения скважины, нагрузка на долото приводит к воздействию внешней силы на площадку 250. Эта внешняя сила приводит к тому, что площадка 250 оказывает воздействие или давление на поршень 280 и, таким образом, на смещающий элемент 284.As illustrated in FIG. 2, the drill bit 200 comprises one or more elements (also referred to herein as pads) configured to extend and retract from the surface 252 of the drill bit 200. In FIG. 2 illustrates a platform 250 that is movably positioned in a cavity or recess 254 in a crown section 230. A switch 260 may be coupled to a platform 250 to extend and retract the block 250 from a location on the surface of the drill bit 252. In one aspect, the switch 260 controls speed extending and retracting the pad 250. In another aspect, the device 260 extends the pad at a first speed and retracts the pad at a second speed. In embodiments of the invention, the first speed and the second speed may be the same or different speeds. In yet another aspect, the extension speed of the pad 250 may be greater than the retraction speed. As previously noted, device 260 is also referred to herein as a “speed control device” or “speed controller”. In a particular embodiment of the device 260, the pad 250 is directly connected to the device 260 via a mechanical connection or a connecting member 256. In one aspect, the device 260 comprises a chamber 270 comprising a double acting reciprocating element, such as a piston 280 that seals the chamber 270 to a first chamber 272 and a second chamber or reservoir 274. Both chambers 272 and 274 are filled with hydraulic fluid 278 suitable for use in a well, such as oil. A biasing element, such as a spring 284, in the first chamber 272, is configured to apply a selected force to the piston 280 in order to cause it to move outward. Because the piston 280 is connected to the pad 250, moving the piston outward causes the pad 250 to extend from the surface 252 of the drill bit 200. In one aspect, the chambers 272 and 274 are in fluid communication with each other through a first fluid flow path or production line 282 and a second fluid flow path or flow line 286. A flow control device, such as a check valve 285 located on the fluid flow path 282, can be used to control the fluid flow rate from chamber 274 to chamber 272. Similarly, another device a flow control device, such as a check valve 287 located on the fluid flow path 286, can be used to control the flow rate of fluid 278 from chamber 272 to chamber 274. Flow control devices 285 and 287 can be configured on the surface to set flow rates in flow lines 282 and 286, respectively. In another aspect, these velocities can be constant or can be dynamically adjusted by the active device, for example, by controlling fluid flows between chambers using actively controlled valves. In certain embodiments of the invention, fluid flow is actively controlled by adjusting fluid properties using electro- or magnetorheological fluids and controllers. In other embodiments of the invention, piezoelectronic devices are used to control fluid flows. In one aspect, one or both of the flow control devices 285 and 287 may include a variable displacement device, such as a spring, to provide a constant flow rate from one chamber to another. The exchange of fluid flows at a constant speed between the chambers 272 and 274 provides a first constant speed for extending the piston 280 and a second constant speed for retracting the piston 280, and therefore corresponding constant speeds of extension and retraction of the pad 250. The size of the flow control lines 282 and 286 together with By adjusting their respective displacement devices 285 and 287, flow rates are determined from lines 282 and 286, respectively, and, consequently, the corresponding speed of the platform extension and retraction 250. In one aspect, the flow Naya line 282 and its corresponding flow control device 285 may be configured so that when the drill bit 250 is not used, i.e., the platform 250 is not affected by any external force, the biasing member 280 will raise pad 250 to the maximum extended position. In one aspect, flow control line 282 may be capable of relatively quickly or abruptly extending platform 250 with biasing member 280. During operation of a drill bit, for example while drilling a well, the load on the bit will cause an external force to act on platform 250. This external the force causes the pad 250 to exert an influence or pressure on the piston 280 and, thus, on the biasing element 284.

В одном аспекте путь потока флюида 286 может быть выполнен с возможностью обеспечения относительного медленной скорости потока флюида из камеры 272 в камеру или резервуар 274, что обуславливает относительно медленное втягивание площадки. В качестве примера, скорость выдвижения площадки 250 может быть установлена таким образом, чтобы площадка 250 выдвигалась из полностью втянутого положения в полностью выдвинутое положение в течение нескольких секунд и втягивалась из полностью выдвинутого положения в полностью втянутое положение в течение одной или нескольких минут или более (например, в течение 2-5 минут). Следует отметить, что может быть установлена любая подходящая скорость выдвижения и втягивания площадки 250. В одном аспекте устройство 260 является пассивным устройством, корректирующим выдвижение и втягивание площадки на основании или в ответ на воздействие силы или давления на площадку 250. В примере варианта реализации изобретения площадки 250 являются износостойкими элементами, такими как резцы, округленные элементы, элементы, входящие в контакт качения или иные элементы, сокращающие трение о горные породы. В определенных вариантах реализации площадки 250 находятся непосредственно на передней части и в той же самой канавках, что и резцы 239a, 238b. В примере варианта реализации устройство 260 сориентировано с наклоном в сторону, противоположную направлению вращения, для минимизации тангенциальной составляющей силы трения, действующей на поршень 280. В определенных вариантах реализации изобретения устройство 260 расположено внутри лопастей 234a, 234b и т.д. и поддерживается корпусом долота 201 с посадкой с натягом возле передней грани 232a долота 200 и резьбовым наконечником или фиксатором, или стопорным кольцом возле верхнего конца боковой части 234a, 234b.In one aspect, the fluid flow path 286 may be configured to provide a relatively slow fluid flow rate from chamber 272 to chamber or reservoir 274, which causes a relatively slow retraction of the site. As an example, the extension speed of the pad 250 can be set so that the pad 250 extends from a fully retracted position to a fully extended position within a few seconds and retracts from a fully extended position to a fully retracted position for one or several minutes or more (e.g. , within 2-5 minutes). It should be noted that any suitable speed for extending and retracting the pad 250 can be set. In one aspect, the device 260 is a passive device that adjusts the extension and retraction of the pad based on or in response to force or pressure on the pad 250. In an example embodiment of the pad 250 are wear resistant elements, such as cutters, rounded elements, rolling contact elements or other elements that reduce friction against rocks. In certain embodiments, the pads 250 are located directly on the front and in the same grooves as the cutters 239a, 238b. In an example embodiment, the device 260 is oriented with an inclination in the direction opposite to the direction of rotation to minimize the tangential component of the frictional force acting on the piston 280. In certain embodiments of the invention, the device 260 is located inside the blades 234a, 234b, etc. and is supported by the body of the bit 201 with an interference fit near the front face 232a of the bit 200 and a threaded tip or retainer, or a snap ring near the upper end of the side portion 234a, 234b.

На Фиг. 3 проиллюстрировано альтернативное устройство управления скоростью 300. Устройство 300 содержит флюидную камеру 370, разделенную поршнем двойного действия 380 на первую камеру 372 и вторую камеру или резервуар 374. Камеры 372 и 374 заполнены гидравлической жидкостью 378. Первая поточная линия 382 и связанное устройство управления потоком 385 позволяют жидкости 378 перетекать из камеры 374 в камеру 372 на первой скорости потока, а поточная линия 386 и связанное устройство управления потоком 387 позволяют жидкости 378 перетекать из камеры 372 в камеру 374 на второй скорости. Поршень 380 соединен с устройством передачи усилия 390, содержащим поршень 392 и камеру 394. Камера 394 содержит гидравлическую жидкость 395, которая находится в жидкостной связи с площадкой 350. В одном аспекте площадка 350 может быть расположена в камере 352, которая находится жидкостной связи с жидкостью 395 в камере 394. Когда смещающее устройство 384 перемещает поршень 380 наружу, оно перемещает поршень 392 наружу и в камеру 394. Поршень 392 вытесняет жидкость 395 из камеры 394 в камеру 352, что приводит к выдвижению площадки 350. При приложении силы к площадке 350, она выталкивает жидкость из камеры 352 в камеру 394, что приводит к приложению силы к поршню 380. Скорость движения поршня 380 контролируется потоком жидкости через потоковую линию 386 и устройство управления потоком 387. В конкретной конфигурации, проиллюстрированной на Фиг. 3, устройство управления скоростью 300 напрямую не связано с площадкой 350, что позволяет изолировать устройство 300 от площадки 350 и расположить его в любом требуемом месте на буровом долоте, как описано в ссылке на Фиг. 5-6. В другом аспекте площадка 350 может быть напрямую соединена с резцом 399, или конец площадки 350 может быть выполнен в форме резца. В такой конфигурации резец 399 действует и как резец, и как площадка с возможностью выдвижения и втягивания.In FIG. 3, an alternative speed control device 300 is illustrated. Device 300 includes a fluid chamber 370 divided by a dual-action piston 380 into a first chamber 372 and a second chamber or reservoir 374. The chambers 372 and 374 are filled with hydraulic fluid 378. The first production line 382 and associated flow control device 385 allow fluid 378 to flow from chamber 374 to chamber 372 at a first flow rate, and flow line 386 and associated flow control device 387 allow fluid 378 to flow from chamber 372 to chamber 374 to a second speed rosti. The piston 380 is connected to a force transmitting device 390 comprising a piston 392 and a chamber 394. The chamber 394 comprises a hydraulic fluid 395 that is in fluid communication with the pad 350. In one aspect, the pad 350 can be located in the chamber 352 that is in fluid communication with the fluid 395 in the chamber 394. When the biasing device 384 moves the piston 380 outward, it moves the piston 392 outward and into the chamber 394. The piston 392 displaces the fluid 395 from the chamber 394 into the chamber 352, which leads to the extension of the pad 350. When a force is applied to the pad 350, she pushes fluid out of chamber 352 into chamber 394, resulting in the application of force to piston 380. The speed of piston 380 is controlled by fluid flow through flow line 386 and flow control device 387. In the specific configuration illustrated in FIG. 3, the speed control device 300 is not directly connected to the platform 350, thereby isolating the device 300 from the platform 350 and positioning it at any desired location on the drill bit, as described in reference to FIG. 5-6. In another aspect, the pad 350 may be directly connected to the cutter 399, or the end of the pad 350 may be in the form of a cutter. In this configuration, cutter 399 acts both as a cutter and as a platform with the possibility of extension and retraction.

На Фиг. 4 проиллюстрировано обычное устройство управления скоростью 400, выполненное с возможностью работы с более чем одной площадкой, такой как площадки 350a, 350b ... 350n. Устройство управления скоростью 400 такое же, как проиллюстрировано и описано на Фиг. 2, за исключением того, что оно проиллюстрировано прилагающим силу к площадкам 350a, 350b ... 350n через промежуточное устройство 390, как проиллюстрировано и описано со ссылкой на Фиг. 3. В варианте реализации изобретения по Фиг. 4 каждая из площадок 350a, 350b ... 350n размещена в отдельных камерах 352a, 352b ... 352n, соответственно. Флюид 395 из камеры 394 подается во все камеры, что приводит к автоматическому и одновременному выдвижению и втягиванию каждой из площадок 350a, 350b ... 350n на основании внешних сил, воздействующих на каждую такую площадку во время бурения. В аспектах устройство управления скоростью 400 может содержать подходящий компенсатор давления 499 для использования в скважине. Аналогичным образом, любой из регуляторов скорости, изготовленный в соответствии с любым из вариантов реализации изобретения, может использовать подходящий компенсатор давления.In FIG. 4 illustrates a conventional speed control device 400 configured to operate with more than one site, such as sites 350a, 350b ... 350n. The speed control device 400 is the same as illustrated and described in FIG. 2, except that it is illustrated by applying force to the pads 350a, 350b ... 350n through an intermediate device 390, as illustrated and described with reference to FIG. 3. In the embodiment of FIG. 4, each of the sites 350a, 350b ... 350n is housed in separate chambers 352a, 352b ... 352n, respectively. The fluid 395 from the chamber 394 is supplied to all chambers, which leads to the automatic and simultaneous extension and retraction of each of the sites 350a, 350b ... 350n based on external forces acting on each such site during drilling. In aspects, the speed control device 400 may comprise a suitable pressure compensator 499 for use in the well. Similarly, any of the speed controllers manufactured in accordance with any of the embodiments of the invention may use a suitable pressure compensator.

На Фиг. 5 проиллюстрирована изометрическая проекция бурового долота 500, в котором устройство управления скоростью 560 расположено в секции коронки 530 бурового долота 500. Устройство управления скоростью 560 то же самое, что и на Фиг. 2, но соединено с площадкой 550 посредством гидравлического соединения 540 и гидропроводом 542. Устройство управления скоростью 560 проиллюстрировано расположенным в углублении 580 с возможностью доступа с внешней поверхности 582 секции коронки 530. Площадка 550 проиллюстрирована расположенной в местоположении секции передней грани 552 на передней грани бурового долота 532, в то время как гидравлическое соединение 540 показано расположенным на коронке 530 между площадкой 550 и устройством управления скоростью 560. Следует отметить, что устройство управления скоростью 560 может быть расположено в любом желаемом месте бурового долота, в том числе на шейке 520 и в секции шейки 510, а гидравлическая линия 542 может проходить любым желаемым образом от устройства управления скоростью 560 до площадки 550. Такая конфигурация обеспечивает гибкость в размещении устройства управления скоростью практически в любом месте бурового долота.In FIG. 5 is an isometric view of a drill bit 500 in which a speed control device 560 is located in a section of a crown 530 of a drill bit 500. The speed control device 560 is the same as in FIG. 2, but is connected to the platform 550 by means of a hydraulic connection 540 and a hydraulic conduit 542. A speed control device 560 is illustrated located in the recess 580 with accessibility from the outer surface 582 of the crown section 530. The platform 550 is illustrated at the location of the front face section 552 on the front face of the drill bit 532, while the hydraulic connection 540 is shown located on the crown 530 between the pad 550 and the speed control device 560. It should be noted that the control device speed 560 can be located at any desired location on the drill bit, including neck 520 and neck section 510, and hydraulic line 542 can extend in any desired way from speed control device 560 to platform 550. This configuration provides flexibility in positioning the device speed control almost anywhere on the drill bit.

На Фиг. 6 проиллюстрирована изометрическая проекция бурового долота 600, в котором устройство управления скоростью 660 размещено в промывочной канавке 625 бурового долота 600. В конкретной конфигурации бурового долота по Фиг. 6 гидравлическое соединение 640 размещено вблизи устройства управления скоростью 660. Гидравлическая линия 670 проходит от гидравлического соединения 640 до площадки 650 через шейку 620 и коронку 630 бурового долота 600. Во время бурения флюид проходит по каналу 625. Для обеспечения возможности свободного прохождения флюида по каналу 625 устройство управления скоростью 660 может быть оснащено сквозным отверстием или каналом 655, а устройство гидравлического соединения 640 может быть оснащено каналом 645.In FIG. 6 is an isometric view of a drill bit 600 in which a speed control device 660 is located in a flush groove 625 of a drill bit 600. In the specific configuration of the drill bit of FIG. 6, a hydraulic connection 640 is located near the speed control device 660. A hydraulic line 670 passes from the hydraulic connection 640 to the platform 650 through the neck 620 and the crown 630 of the drill bit 600. During drilling, the fluid passes through channel 625. To allow free passage of fluid through channel 625 speed controller 660 may be equipped with a through hole or channel 655, and hydraulic coupler 640 may be equipped with channel 645.

На Фиг. 7 проиллюстрировано буровое долото 700, в котором интегрированное устройство управления площадкой и скоростью 750 расположено на внешней поверхности бурового долота 700. В одном аспекте устройство 750 содержит устройство управления скоростью 760, соединенное с площадкой 755. В одном аспекте устройство 750 представляет собой герметичный агрегат, который может присоединяться к любой внешней поверхности бурового долота 700. Устройство управления скоростью 760 может быть таким же или отличным от устройств управления скоростью, описанных в настоящем документе со ссылкой на Фиг. 2-6. В конкретном варианте реализации по Фиг. 7 площадка проиллюстрирована присоединенной к боковой части 720a лопасти 720 бурового долота 700. Устройство 750 может быть присоединено или размещено в любом другом подходящем месте бурового долота 700. В качестве альтернативного варианта или в качестве дополнения к этому устройство 750 может быть встроено в лопасть таким образом, что площадка будет выдвигаться в требуемом направлении из бурового долота.In FIG. 7, a drill bit 700 is illustrated in which an integrated platform and speed control device 750 is located on the outer surface of the drill bit 700. In one aspect, the device 750 includes a speed control device 760 connected to the platform 755. In one aspect, the device 750 is a sealed unit that can be attached to any outer surface of drill bit 700. The speed control device 760 may be the same or different from the speed control devices described in the present cumene with reference to FIG. 2-6. In the specific embodiment of FIG. 7, the pad is illustrated with a bit 720 of a drill bit 700 attached to a side portion 720a. A device 750 may be attached or placed at any other suitable location for the drill bit 700. Alternatively or as an addition to this, the device 750 may be integrated into the blade in such a way that the platform will extend in the desired direction from the drill bit.

На Фиг. 8A проиллюстрировано интегрированное устройство управления скоростью 800. В примере варианта реализации изобретения устройства управления скоростью 800 являются отдельными автономными картриджами, выполненными с возможностью размещения внутри лопастей долота, таких как долота, описанные ранее. В этом варианте реализации функция управления скоростью выполняется при помощи устройства управления давлением, такого как многокамерное выходное отверстие 899. На Фиг. 8B проиллюстрировано многокамерное выходное отверстие 899 с множеством выходных отверстий 898, обеспечивающих извилистый путь для протекания флюида 878 между верхней камерой 872 и нижней камерой 874. В примере варианта реализации изобретения верхняя камера 872 подвергается более высокому давлению, чем нижняя камера 874. В определенных вариантах реализации изобретения нижняя камера 874 близка к давлению в скважине. Соответственно, в примере варианта реализации многокамерное выходное отверстие 899 управляет движением и давлением внутри устройства управления скоростью 800 совместно со смещающим элементом 884 посредством управления потоком флюида 878 в нем. Соответственно, скорость площадки 850 эффективно контролируется посредством корректировки свойств выходного отверстия 899. В определенных вариантах реализации изобретения нижняя камера 874 выполнена с компенсированным давлением. В примере варианта реализации изобретения нижняя камера 874 выполнена с компенсацией давления давлением в скважине для минимизации перепада давления на уплотнении флюид-нефть 875 на передней грани долота.In FIG. 8A, an integrated speed control device 800 is illustrated. In an example embodiment of the invention, the speed control devices 800 are separate standalone cartridges configured to accommodate chisel blades, such as those described previously, within the blades. In this embodiment, the speed control function is performed by a pressure control device, such as a multi-chamber outlet 899. FIG. 8B illustrates a multi-chamber outlet 899 with a plurality of outlet openings 898 providing a winding path for fluid 878 to flow between the upper chamber 872 and the lower chamber 874. In an example embodiment, the upper chamber 872 is subjected to higher pressure than the lower chamber 874. In certain embodiments of the invention, the lower chamber 874 is close to the pressure in the well. Accordingly, in an example embodiment, a multi-chamber outlet 899 controls the movement and pressure within the speed control device 800 in conjunction with the biasing member 884 by controlling the flow of fluid 878 therein. Accordingly, the speed of the pad 850 is effectively controlled by adjusting the properties of the outlet 899. In certain embodiments, the lower chamber 874 is pressure compensated. In an example embodiment of the invention, the lower chamber 874 is made with pressure compensation by pressure in the well to minimize the pressure drop across the fluid-oil seal 875 on the front face of the bit.

На Фиг. 9 проиллюстрировано интегрированное устройство управления скоростью 900. В примере варианта реализации изобретения устройства управления скоростью 900 являются отдельными автономными картриджами, выполненными с возможностью размещения внутри лопастей долота, таких как долота, описанные ранее. В данном варианте реализации функция управления скоростью выполняется при помощи устройства управления давлением, такого как высокоточный зазор 999 между поршнем 980 и цилиндром 994. Высокоточный зазор 999 позволяет перемещать заранее определенное количество флюида 978 между верхней камерой 972 и нижней камерой 974 при определенном перепаде давлений, эффективно контролируя скорость движения поршня 980. В определенных вариантах реализации изобретения высокоточный зазор 999 также играет роль уплотнения высокого давления между двумя камерами 972, 974. В определенных вариантах реализации камеры 972, 974 соответственно содержат флюид под высоким давлением и флюид под низким давлением. В примере варианта реализации изобретения нижняя камера 974 (камера с низким давлением) выполнена с компенсацией давления давлением в скважине для минимизации перепада давления на уплотнении флюид-нефть (не проиллюстрировано) на передней грани долота. В примере варианта реализации изобретения компенсация давления достигается через сильфон, сообщающийся с пластовым давлением в скважине.In FIG. 9, an integrated speed control device 900 is illustrated. In an example embodiment of the invention, the speed control devices 900 are separate standalone cartridges configured to accommodate chisel blades, such as those described previously, within the blades. In this embodiment, the speed control function is performed using a pressure control device, such as a high-precision clearance 999 between the piston 980 and the cylinder 994. A high-precision clearance 999 allows you to move a predetermined amount of fluid 978 between the upper chamber 972 and the lower chamber 974 at a certain pressure drop, effectively controlling the speed of the piston 980. In certain embodiments of the invention, the high-precision clearance 999 also plays the role of a high-pressure seal between the two chambers 972, 974. In certain embodiments, chambers 972, 974 respectively comprise a high pressure fluid and a low pressure fluid. In an example embodiment, the lower chamber 974 (low-pressure chamber) is configured to compensate for pressure in the well to minimize pressure drop across the fluid-oil seal (not illustrated) on the front face of the bit. In an example embodiment of the invention, pressure compensation is achieved through a bellows in communication with reservoir pressure in the well.

На Фиг. 10 проиллюстрировано буровое долото 1000 с регулятором скорости 1090, расположенным на соединителе долота 1091 бурового долота 1000. В примере варианта реализации изобретения устройство управления скоростью 1090 гидравлически соединено с множественными поршнями 1080 через гидравлические каналы 1092, выполненные с возможностью пропускания флюида 1078 через них для действия в качестве передаточного механизма 1056a. Обеспечивается преимущество, состоящее в том, что центральное положение устройства управления скоростью 1090 обеспечивает большее пространство для устройства управления скоростью 1090 и позволяет использовать множественные поршни 1080 и распределять нагрузку во время работы бурового долота. В определенных вариантах реализации изобретения падение давления на долоте 1000 используется для создания силы, направленной вниз. В этих вариантах реализации изобретения камера низкого давления 1074 компенсируется для обеспечения такого же давления, как давление флюида внутри долота, в то время как верхняя штанга или камера 1072 компенсационного поршня 1080 подвергается воздействию давления внутри долота 1000, что создает результирующую силу, направленную вниз. В определенных вариантах реализации изобретения дополнительный передаточный механизм 1056b имеет гидравлическую или механическую связь с площадкой 1050.In FIG. 10 illustrates a drill bit 1000 with a speed regulator 1090 located on a bit connector 1091 of a drill bit 1000. In an example embodiment of the invention, the speed control device 1090 is hydraulically connected to multiple pistons 1080 through hydraulic channels 1092 configured to pass fluid 1078 through them to act in as a transmission mechanism 1056a. An advantage is provided that the central position of the speed control device 1090 provides more space for the speed control device 1090 and allows the use of multiple pistons 1080 and load balancing during operation of the drill bit. In certain embodiments of the invention, the pressure drop across the bit 1000 is used to create a downward force. In these embodiments of the invention, the low pressure chamber 1074 is compensated to provide the same pressure as the fluid pressure inside the bit, while the upper rod or chamber 1072 of the compensation piston 1080 is subjected to pressure inside the bit 1000, which creates a downward force. In certain embodiments of the invention, the additional transmission mechanism 1056b is in fluid or mechanical communication with the pad 1050.

На Фиг. 11 проиллюстрировано буровое долото 1100 с регулятором скорости 1190, расположенным по центру бурового долота 1100. В примере варианта реализации изобретения устройство управления скоростью 1190 расположено по центру и имеет механическое или гидравлическое соединение с множественными площадками 1150. Обеспечивается преимущество, состоящее в том, что это позволяет снизить пиковое давление внутри регулятора скорости 1190, а также сократить количество деталей, поскольку площадки 1150 приводятся в действие централизованно, как проиллюстрировано на Фиг. 4.In FIG. 11 illustrates a drill bit 1100 with a speed regulator 1190 located in the center of the drill bit 1100. In an example embodiment of the invention, the speed control device 1190 is located in the center and is mechanically or hydraulically connected to multiple sites 1150. An advantage is provided in that it allows reduce the peak pressure inside the speed controller 1190, as well as reduce the number of parts, since the platforms 1150 are driven centrally, as illustrated in Phi . 4.

На Фиг. 12 проиллюстрировано устройство управления скоростью 1200, использующее цилиндр с тройной стенкой 1298 с кольцевыми зазорами 1299 между стенками 1298a, 1298b, 1298c. В примере варианта реализации изобретения кольцевой зазор 1299 представляет собой устройство управления давлением, такое как высокоточный зазор для ограничения потока флюида 1278 для управления движением поршня 1280. В примере варианта реализации изобретения поток флюида 1278 движется сквозь отверстия 1299a и 1299b для соединения с обеими сторонами поршня 1280. В определенных вариантах реализации изобретения отверстия 1299a и 1299b имеют обратные клапаны для ограничения потока флюида 1278. Во время работы флюид 1278 ограничивается зазором 1299 для управления потоком флюида 1278, что приводит к контролируемому движению поршня 1280. В определенных вариантах реализации изобретения используется компенсатор давления 1297 для компенсации давления в нижней камере 1274 до уровня давления флюида в скважине.In FIG. 12 illustrates a speed control device 1200 using a triple-wall cylinder 1298 with annular gaps 1299 between walls 1298a, 1298b, 1298c. In an example embodiment, the annular gap 1299 is a pressure control device, such as a high-precision gap for restricting fluid flow 1278 to control the movement of piston 1280. In an example embodiment, fluid flow 1278 moves through openings 1299a and 1299b to connect to both sides of piston 1280 In certain embodiments of the invention, the openings 1299a and 1299b have check valves to restrict the flow of fluid 1278. During operation, fluid 1278 is limited by a clearance 1299 to control Otoko fluid 1278, which leads to a controlled movement of the piston 1280. In certain embodiments, the invention uses pressure compensator 1297 to compensate for pressure in the lower chamber 1274 to the fluid pressure level in the well.

На Фиг. 13 проиллюстрировано устройство управления скоростью 1300 с компенсационным поршнем 1380. В примере варианта реализации изобретения поршень двойного действия 1380 с преимущественно равным размером штанги подвергается воздействию как верхней камеры 1372, так и нижней камеры 1374. В примере варианта реализации изобретения оба конца поршня 1380 подвергаются воздействию давления в забое таким образом, что результирующая сила, действующая на поршень 1380 в результате давления флюида, близка к нулю. В определенных вариантах реализации изобретения гидравлический аккумулятор 1399 может использоваться с компенсационным поршнем 1380 для адаптации к изменениям объема флюида в результате изменения температуры, воздушных включений и утечек. В определенных вариантах реализации изобретения смещающий элемент 1378 используется для обеспечения силы, направленной вниз. Обеспечивается преимущество, состоящее в том, что обе камеры 1372, 1374 компенсируются для минимизации перепада давления между устройством управления скоростью 1300 и стволом скважины.In FIG. 13 illustrates a speed control device 1300 with a compensation piston 1380. In an example embodiment of the invention, the double-acting piston 1380 with a predominantly equal rod size is exposed to both the upper chamber 1372 and the lower chamber 1374. In the example embodiment, both ends of the piston 1380 are subjected to pressure in the bottom so that the resulting force acting on the piston 1380 as a result of fluid pressure is close to zero. In certain embodiments of the invention, a hydraulic accumulator 1399 can be used with a compensation piston 1380 to adapt to changes in fluid volume due to changes in temperature, air inclusions, and leaks. In certain embodiments of the invention, biasing member 1378 is used to provide downward force. An advantage is provided that both chambers 1372, 1374 are compensated to minimize pressure drop between the speed control device 1300 and the wellbore.

На Фиг. 14 проиллюстрировано устройство управления скоростью 1400, использующее поворотное уплотнение 1496 соединения флюид-нефть при расположении в рамках бурового долота (схематически проиллюстрировано как 1401). В примере варианта реализации изобретения кулачок 1492 расположен снаружи бурового долота 1401, и вращательное движение передается через вал 1491 на корпус долота через поворотное уплотнение 1496. Вращательное движение преобразуется в поступательное движение внутри корпуса долота при помощи второго кулачка 1493 и толкателя 1494, присоединенного к поршню 1480. В определенных вариантах реализации изобретения, например, когда желательна малая глубина резания, первый кулачок 1492 оставляет открытым присоединенный адаптивный элемент 1450. Так как внешняя нагрузка воздействует на первый кулачок 1492, эта нагрузка вращает первый кулачок 1492, а затем второй кулачок 1493, который, в свою очередь, вызывает втягивающее движение (сокрытие) поршня 1480. Когда внешняя нагрузка снимается, поршень 1480 выдвигается под воздействием силы, создаваемой пружиной 1484, и по очереди поворачивает кулачки 1492, 1493 и оставляет открытыми адаптивные элементы 1450. Таким образом, контактный элемент 1450 выдвигается (открывается) и втягивается (скрывается) на разной скорости, контролируемой профилем кулачков 1492, 1493 и характеристиками смещающего элемента 1484. In FIG. 14 illustrates a speed control device 1400 using a rotary fluid-oil seal 1496 when positioned within a drill bit (schematically illustrated as 1401). In an example embodiment, a cam 1492 is located outside the drill bit 1401, and rotational movement is transmitted through the shaft 1491 to the bit body via a rotary seal 1496. The rotational movement is converted into translational motion inside the bit body using a second cam 1493 and a pusher 1494 connected to the piston 1480 In certain embodiments of the invention, for example, when a shallow depth of cut is desired, the first cam 1492 leaves the connected adaptive element 1450 open. Since the outer the load acts on the first cam 1492, this load rotates the first cam 1492, and then the second cam 1493, which, in turn, causes the piston 1480 to retract (hide). When the external load is removed, the piston 1480 extends under the force exerted by the spring 1484 , and in turn turns the cams 1492, 1493 and leaves the adaptive elements 1450 open. Thus, the contact element 1450 extends (opens) and retracts (hides) at different speeds controlled by the profile of the cams 1492, 1493 and the characteristic and a biasing member in 1484.

На Фиг. 15 проиллюстрировано устройство управления скоростью 1500, использующее фиксированное устройство управления давлением 1599. В примере варианта реализации изобретения устройство управления давлением 1599 является стационарным по отношению к движущемуся поршню 1580. В примере варианта реализации изобретения давление флюида в скважине 1575 воздействует на сепаратор 1597 для компенсации давления резервуара 1574. Флюид 1587 может течь между флюидной камерой 1572 и резервуаром 1574 через устройство управления давлением 1599. В одном аспекте камера 1572 и резервуар 1574 находятся гидравлической связи друг с другом посредством первого пути потока флюида или поточной линии 1582 и второго пути потока флюида или поточной линии 1586. Устройство управления потоком, такое как обратный клапан 1585, размещенный в потоковой линии 1582, может использоваться для контроля скорости потока флюида из резервуара 1574 в камеру 1572. Аналогичным образом, другое устройство управления потоком, такое как обратный клапан 1587, размещенный в потоковой линии 1586, может быть использован для контроля скорости потока флюида 1578 из камеры 1572 в резервуар 1574. Устройства управления потоком 1585 и 1587 могут быть сконфигурированы на поверхности с возможностью установки скоростей потока через потоковые линии 1582 и 1586, соответственно. В определенных вариантах реализации изобретения давление, оказываемое флюидом в скважине 1575, смещает поршень 1580 в направлении вниз.In FIG. 15 illustrates a speed control device 1500 using a fixed pressure control device 1599. In an example embodiment of the invention, pressure control device 1599 is stationary with respect to a moving piston 1580. In an example embodiment of the invention, fluid pressure in well 1575 acts on a separator 1597 to compensate for reservoir pressure 1574. Fluid 1587 may flow between fluid chamber 1572 and reservoir 1574 through pressure control device 1599. In one aspect, chamber 1572 and reservoir p 1574 are in fluid communication with each other through a first fluid flow path or flow line 1582 and a second fluid flow path or flow line 1586. A flow control device, such as a check valve 1585 located on flow line 1582, can be used to control fluid flow rate from reservoir 1574 to chamber 1572. Similarly, another flow control device, such as a check valve 1587 located on flow line 1586, can be used to control the flow rate of fluid 1578 from chamber 1572 to reservoir 1574. Flow control devices 1585 and 1587 can be configured on the surface with the ability to set flow rates through flow lines 1582 and 1586, respectively. In certain embodiments of the invention, the pressure exerted by the fluid in the borehole 1575 biases the piston 1580 downward.

Таким образом, в одном аспекте раскрывается буровое долото, содержащее: корпус долота; площадку, связанную с корпусом долота; устройство управления скоростью, присоединенное к площадке, выполненной с возможностью выдвижения от поверхности долота на первой скорости и втягивания из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости в ответ на воздействие на площадку внешней силы, причем устройство управления скоростью содержит: поршень для приложения силы к площадке; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для выдвижения площадки на первой скорости; флюидную камеру, связанную с поршнем; и устройство управления давлением для контроля давления флюида внутри флюидной камеры. В определенных вариантах реализации изобретения вторая скорость меньшей первой скорости. В определенных вариантах реализации изобретения флюидная камера разделена поршнем на первую флюидную камеру и вторую флюидную камеру. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления давлением представляет собой многокамерное выходное отверстие. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления давлением представляет собой высокоточный зазор, расположенный между поршнем и флюидной камерой. В определенных вариантах реализации изобретения флюидная камера представляет собой цилиндр с тройной стенкой, имеющий первую стенку, вторую стенку и третью стенку, причем по меньшей мере одна из первой стенки, второй стенки и третьей стенки содержит высокоточный зазор. В определенных вариантах реализации изобретения поршень представляет собой поршень двойного действия, причем флюид, воздействующий на первую сторону поршня, контролирует, по меньшей мере, частично, первую скорость, а флюид, воздействующий на вторую сторону поршня, контролирует, по меньшей мере, частично, вторую скорость, а устройство управления давлением содержит по меньшей мере один стержень с первым концом и вторым концом, и как первый конец, так и второй конец подвергаются воздействию давления в скважине. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления скоростью содержит накопитель, связанный с первой стороной поршня и второй стороной поршня. В определенных вариантах реализации изобретения поршень представляет собой множество гидравлически связанных поршней. В определенных вариантах реализации изобретения площадка представляет собой множество площадок, выполненных с возможностью выдвижения из устройства управления скоростью, причем устройство управления скоростью расположено по центру. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления скоростью расположено под наклоном в сторону, противоположную направлению вращения бурильной колонны. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления скоростью представляет собой автономный картридж. В определенных вариантах реализации изобретения автономный картридж связан с буровым долотом посредством посадки с натягом или фиксатора.Thus, in one aspect, a drill bit is disclosed, comprising: a bit body; platform associated with the body of the bit; a speed control device attached to the platform configured to extend from the surface of the bit at the first speed and retract from the extended position to the retracted position at the second speed in response to external force acting on the platform, the speed control device comprising: a piston for applying force to the platform ; a biasing element configured to apply force to the piston to extend the platform at a first speed; fluid chamber associated with the piston; and a pressure control device for monitoring fluid pressure within the fluid chamber. In certain embodiments, the second speed is less than the first speed. In certain embodiments of the invention, the fluid chamber is divided by a piston into a first fluid chamber and a second fluid chamber. In certain embodiments of the invention, the pressure control device is a multi-chamber outlet. In certain embodiments of the invention, the pressure control device is a high-precision clearance located between the piston and the fluid chamber. In certain embodiments of the invention, the fluid chamber is a triple-wall cylinder having a first wall, a second wall, and a third wall, wherein at least one of the first wall, second wall, and third wall contains a high-precision clearance. In certain embodiments of the invention, the piston is a dual-action piston, wherein the fluid acting on the first side of the piston controls at least partially the first speed, and the fluid acting on the second side of the piston controls at least partially the second speed, and the pressure control device comprises at least one rod with a first end and a second end, and both the first end and the second end are subjected to pressure in the well. In certain embodiments of the invention, the speed control device comprises a drive coupled to a first side of the piston and a second side of the piston. In certain embodiments of the invention, the piston is a plurality of hydraulically connected pistons. In certain embodiments of the invention, the platform is a plurality of platforms configured to extend from the speed control device, the speed control device being located in the center. In certain embodiments of the invention, the speed control device is inclined in a direction opposite to the direction of rotation of the drill string. In certain embodiments of the invention, the speed control device is a stand-alone cartridge. In certain embodiments of the invention, the self-contained cartridge is coupled to the drill bit by interference fit or retainer.

В другом аспекте раскрывается способ бурения скважин, включающий: предоставление бурового долота, содержащего корпус долота, площадку, связанную с корпусом долота, и устройство управления скорости; ввод бурильной колонны в пласт, причем бурильная колонна имеет на своем конце буровое долото; избирательное выдвижение площадки с поверхности долота на первой скорости при помощи устройства управления скоростью; избирательное втягивание из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости в ответ на внешнюю силу, прилагаемую к площадке через устройство управления скоростью; устройство управления скоростью, содержащее: поршень для приложения силы к площадке; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для выдвижения площадки на первой скорости; жидкостную камеру, связанную с поршнем; а также контроль давления флюида в флюидной камере при помощи устройства управления давлением; и бурение скважины с использованием бурильной колонны. В определенных вариантах реализации изобретения вторая скорость меньшей первой скорости. В определенных вариантах реализации изобретения флюидная камера разделена поршнем на первую флюидную камеру и вторую флюидную камеру. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления давлением представляет собой многокамерное выходное отверстие. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления давлением представляет собой высокоточный зазор, расположенный между поршнем и флюидной камерой. В определенных вариантах реализации изобретения флюидная камера представляет собой цилиндр с тройной стенкой, имеющий первую стенку, вторую стенку и третью стенку, причем по меньшей мере одна из первой стенки, второй стенки и третьей стенки содержит высокоточный зазор. В определенных вариантах реализации изобретения поршень представляет собой поршень двойного действия, причем флюид, воздействующий на первую сторону поршня, контролирует, по меньшей мере, частично, первую скорость, а флюид, воздействующий на вторую сторону поршня, контролирует, по меньшей мере, частично, вторую скорость, а устройство управления давлением содержит по меньшей мере один стержень с первым концом и вторым концом, и как первый конец, так и второй конец подвергаются воздействию давления в скважине. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления скоростью дополнительно содержит накопитель, связанный с первой стороной поршня и второй стороной поршня. В определенных вариантах реализации изобретения поршень представляет собой множество гидравлически связанных поршней. В определенных вариантах реализации изобретения площадка представляет собой множество площадок, выполненных с возможностью выдвижения из устройства управления скоростью, причем устройство управления скоростью расположено по центру.In another aspect, a method for drilling wells is disclosed, comprising: providing a drill bit comprising a bit body, a pad associated with the bit body, and a speed control device; the introduction of the drill string into the formation, and the drill string has at its end a drill bit; selectively extending the platform from the surface of the bit at a first speed using a speed control device; selectively retracting from the extended position to the retracted position at a second speed in response to an external force exerted on the platform through the speed control device; a speed control device comprising: a piston for applying force to a site; a biasing element configured to apply force to the piston to extend the platform at a first speed; a fluid chamber associated with the piston; as well as controlling fluid pressure in the fluid chamber using a pressure control device; and drilling using a drill string. In certain embodiments, the second speed is less than the first speed. In certain embodiments of the invention, the fluid chamber is divided by a piston into a first fluid chamber and a second fluid chamber. In certain embodiments of the invention, the pressure control device is a multi-chamber outlet. In certain embodiments of the invention, the pressure control device is a high-precision clearance located between the piston and the fluid chamber. In certain embodiments of the invention, the fluid chamber is a triple-wall cylinder having a first wall, a second wall, and a third wall, wherein at least one of the first wall, second wall, and third wall contains a high-precision clearance. In certain embodiments of the invention, the piston is a dual-action piston, wherein the fluid acting on the first side of the piston controls at least partially the first speed, and the fluid acting on the second side of the piston controls at least partially the second speed, and the pressure control device comprises at least one rod with a first end and a second end, and both the first end and the second end are subjected to pressure in the well. In certain embodiments of the invention, the speed control device further comprises a drive coupled to the first side of the piston and the second side of the piston. In certain embodiments of the invention, the piston is a plurality of hydraulically connected pistons. In certain embodiments of the invention, the platform is a plurality of platforms configured to extend from the speed control device, the speed control device being located in the center.

Еще в одном аспекте раскрывается система для бурения скважин, содержащая: буровой снаряд, имеющий буровое долото, которое содержит: корпус долота; площадку, связанную с корпусом долота; устройство управления скоростью, присоединенное к площадке, выполненной с возможностью выдвижения от поверхности долота на первой скорости и втягивания из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости в ответ на воздействие на площадку внешней силы, причем устройство управления скоростью содержит: поршень для приложения силы к площадке; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для выдвижения площадки на первой скорости; флюидную камеру, связанную с поршнем; и устройство управления давлением для контроля давления флюида внутри флюидной камеры. В определенных вариантах реализации изобретения вторая скорость меньшей первой скорости. В определенных вариантах реализации изобретения флюидная камера разделена поршнем на первую флюидную камеру и вторую флюидную камеру. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления давлением представляет собой многокамерное выходное отверстие. В определенных вариантах реализации изобретения устройство управления давлением представляет собой высокоточный зазор, расположенный между поршнем и флюидной камерой.In yet another aspect, a system for drilling wells is disclosed, comprising: a drill having a drill bit, which comprises: a bit body; platform associated with the body of the bit; a speed control device attached to the platform configured to extend from the surface of the bit at the first speed and retract from the extended position to the retracted position at the second speed in response to external force acting on the platform, the speed control device comprising: a piston for applying force to the platform ; a biasing element configured to apply force to the piston to extend the platform at a first speed; fluid chamber associated with the piston; and a pressure control device for monitoring fluid pressure within the fluid chamber. In certain embodiments, the second speed is less than the first speed. In certain embodiments of the invention, the fluid chamber is divided by a piston into a first fluid chamber and a second fluid chamber. In certain embodiments of the invention, the pressure control device is a multi-chamber outlet. In certain embodiments of the invention, the pressure control device is a high-precision clearance located between the piston and the fluid chamber.

Еще в одном аспекте раскрывается буровое долото, содержащее: корпус долота; площадку, связанную с корпусом долота; устройство управления скоростью, присоединенное к площадке, выполненной с возможностью выдвижения с поверхности долота на первой скорости и втягивания из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости в ответ на воздействие внешней силы, причем устройство управления скоростью содержит: поршень для приложения силы к площадке; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для раскрытия площадки на первой скорости; и поворотное устройство, выполненное с возможностью приложения силы к поршню для сокрытия площадки на второй скорости. В определенных вариантах реализации изобретения вторая скорость меньшей первой скорости.In yet another aspect, a drill bit is disclosed, comprising: a bit body; platform associated with the body of the bit; a speed control device connected to the platform configured to extend from the surface of the bit at the first speed and retract from the extended position to the retracted position at the second speed in response to external force, the speed control device comprising: a piston for applying force to the platform; a biasing element configured to apply force to the piston to open the pad at a first speed; and a rotary device configured to apply force to the piston to conceal the site at a second speed. In certain embodiments, the second speed is less than the first speed.

Вышеизложенное изобретение направлено на определенные конкретные варианты реализации для простоты объяснения. Однако специалистам в данной области техники будут очевидны различные изменения и модификации таких вариантов реализации изобретения. Предусматривается, что такие изменения и модификации в рамках объема и смысла прилагаемых пунктов формулы изобретения охватываются информацией, раскрытой в настоящем документе.The foregoing invention is directed to certain specific embodiments for ease of explanation. However, various changes and modifications of such embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art. It is intended that such changes and modifications within the scope and meaning of the appended claims be covered by the information disclosed herein.

Claims (33)

1. Забойный инструмент вращательного бурения, содержащий:1. Downhole tool for rotary drilling, containing: корпус инструмента;tool body; саморегулирующийся элемент, выполненный с возможностью выдвижения и втягивания, связанный с корпусом инструмента и по меньшей мере частично выступающий над поверхностью корпуса инструмента;a self-adjusting element, made with the possibility of extension and retraction, associated with the tool body and at least partially protruding above the surface of the tool body; устройство управления скоростью, присоединенное к элементу, причем устройство управления скоростью выполнено с возможностью вызывать выдвижение элемента наружу относительно корпуса инструмента из втянутого положения в выдвинутое положение при первой скорости при отсутствии приложения к элементу внешней силы, и устройство управления скоростью выполнено с возможностью вызывать втягивание элемента вовнутрь относительно корпуса инструмента из выдвинутого положения во втянутое положение при второй скорости в ответ на приложение к элементу внешней силы, причем вторая скорость отличается от первой скорости, а устройство управления скоростью содержит:a speed control device attached to the element, wherein the speed control device is configured to cause the element to extend outward relative to the tool body from the retracted position to the extended position at the first speed when there is no external force applied to the element, and the speed control device is configured to cause the element to be pulled inward relative to the tool body from an extended position to a retracted position at a second speed in response to an application to cop external force, wherein the second speed is different from the first speed, and speed control device comprises: поршень для приложения силы к элементу;a piston for applying force to the element; смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню для выдвижения элемента;a biasing element configured to apply force to the piston to extend the element; флюидную камеру, связанную с поршнем; иfluid chamber associated with the piston; and устройство управления давлением для управления давлением флюида внутри флюидной камеры.pressure control device for controlling fluid pressure inside the fluid chamber. 2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что вторая скорость меньше первой скорости.2. The tool according to claim 1, characterized in that the second speed is less than the first speed. 3. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что флюидная камера разделена поршнем на первую флюидную камеру и вторую флюидную камеру.3. The tool according to claim 1, characterized in that the fluid chamber is divided by a piston into a first fluid chamber and a second fluid chamber. 4. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что устройство управления давлением представляет собой многокамерное выходное отверстие.4. The tool according to claim 1, characterized in that the pressure control device is a multi-chamber outlet. 5. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что устройство управления давлением содержит зазор между поршнем и флюидной камерой.5. The tool according to claim 1, characterized in that the pressure control device comprises a gap between the piston and the fluid chamber. 6. Инструмент по п. 5, отличающийся тем, что флюидная камера содержит цилиндр с тройной стенкой, имеющий первую стенку, вторую стенку и третью стенку, причем по меньшей мере одна из первой стенки, второй стенки и третьей стенки имеет зазор.6. The tool according to p. 5, characterized in that the fluid chamber contains a cylinder with a triple wall having a first wall, a second wall and a third wall, with at least one of the first wall, second wall and third wall having a gap. 7. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что поршень содержит поршень двойного действия, причем флюид, воздействующий на первую сторону поршня, контролирует, по меньшей мере частично, первую скорость, а флюид, воздействующий на вторую сторону поршня, контролирует, по меньшей мере частично, вторую скорость, а устройство управления давлением содержит по меньшей мере один стержень с первым концом и вторым концом, и каждый из первого конца и второго конца подвергается воздействию давления в скважине.7. The tool according to claim 1, characterized in that the piston comprises a double-acting piston, wherein the fluid acting on the first side of the piston controls at least partially the first speed, and the fluid acting on the second side of the piston controls at least at least partially, a second speed, and the pressure control device comprises at least one rod with a first end and a second end, and each of the first end and second end is subjected to pressure in the well. 8. Инструмент по п. 7, дополнительно содержащий накопитель, связанный с первой стороной поршня и второй стороной поршня.8. The tool according to claim 7, further comprising a drive associated with the first side of the piston and the second side of the piston. 9. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что поршень является одним поршнем из множества гидравлически связанных поршней.9. The tool according to claim 1, characterized in that the piston is one piston from a plurality of hydraulically connected pistons. 10. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что элемент представляет собой площадку или режущий элемент.10. The tool according to claim 1, characterized in that the element is a pad or cutting element. 11. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что устройство управления скоростью расположено под углом по отношению к направлению предполагаемого вращения бурового инструмента для снижения тангенциальной составляющей силы трения (при ее наличии), с которой сталкивается поршень.11. The tool according to claim 1, characterized in that the speed control device is located at an angle with respect to the direction of the expected rotation of the drilling tool to reduce the tangential component of the friction force (if any) that the piston collides with. 12. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что устройство управления скоростью представляет собой автономный картридж.12. The tool according to claim 1, characterized in that the speed control device is a stand-alone cartridge. 13. Инструмент по п. 12, отличающийся тем, что автономный картридж удерживается внутри бурового инструмента за счет посадки с натягом или фиксатором.13. The tool according to p. 12, characterized in that the stand-alone cartridge is held inside the drilling tool due to fit with an interference fit or retainer. 14. Способ бурения скважины, включающий:14. A method of drilling a well, comprising: встраивание бурового инструмента в бурильную колонну, причем такой буровой инструмент содержит корпус инструмента, саморегулирующийся элемент, выполненный с возможностью выдвижения и втягивания, связанный с корпусом инструмента и по меньшей мере частично выступающий над поверхностью корпуса инструмента, а также устройство управления скоростью, при этом устройство управления скоростью содержит поршень для приложения силы к элементу, смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения силы к поршню в направлении элемента, флюидную камеру, связанную с поршнем, и устройство управления давлением для управления давлением флюида внутри флюидной камеры;embedding the drilling tool in the drill string, and such a drilling tool comprises a tool body, a self-adjusting element configured to extend and retract associated with the tool body and at least partially protruding above the surface of the tool body, and also a speed control device, wherein the control device contains a piston for applying a force to the element, a biasing element configured to apply force to the piston in the direction of the element, fluid th chamber associated with the piston, and a pressure control device for controlling the fluid pressure within the fluid chamber; ввод бурильной колонны в пласт;the introduction of the drill string into the reservoir; осуществление выдвижения наружу элемента относительно корпуса инструмента из втянутого положения в выдвинутое положение на первой скорости, контролируемой устройством управления скоростью при отсутствии приложения к элементу внешней силы;the implementation of the outward extension of the element relative to the tool body from the retracted position to the extended position at the first speed controlled by the speed control device in the absence of application of an external force to the element; осуществление втягивания элемента из выдвинутого положения во втянутое положение на второй скорости, контролируемой устройством управления скоростью в ответ на приложение к элементу внешней силы пластом, причем вторая скорость отличается от первой скорости;the implementation of the retraction of the element from the extended position to the retracted position at a second speed controlled by the speed control device in response to the application of an external force to the element by the formation, the second speed being different from the first speed; контроль давления флюида внутри флюидной камеры посредством устройства управления давлением иmonitoring fluid pressure inside the fluid chamber by means of a pressure control device and осуществление бурения ствола скважины с использованием бурильной колонны.drilling a borehole using a drill string. 15. Способ по п. 14, дополнительно включающий снижение вибрации бурильной колонны с использованием саморегулирующегося элемента, выполненного с возможностью выдвижения и втягивания.15. The method according to p. 14, further comprising reducing the vibration of the drill string using a self-regulating element made with the possibility of extension and retraction. 16. Способ по п. 14, дополнительно включающий корректировку маневренности бурового инструмента с использованием саморегулирующегося элемента, выполненного с возможностью выдвижения и втягивания.16. The method of claim 14, further comprising adjusting the maneuverability of the drilling tool using a self-adjusting member configured to extend and retract. 17. Способ п. 14, отличающийся тем, что вторая скорость меньше первой скорости.17. The method of claim 14, wherein the second speed is less than the first speed. 18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что флюидная камера разделена поршнем на первую флюидную камеру и вторую флюидную камеру.18. The method according to p. 14, characterized in that the fluid chamber is divided by a piston into a first fluid chamber and a second fluid chamber. 19. Способ по п. 14, отличающийся тем, что устройство управления давлением представляет собой многокамерное выходное отверстие.19. The method according to p. 14, characterized in that the pressure control device is a multi-chamber outlet. 20. Способ по п. 14, отличающийся тем, что поршень является одним поршнем из множества гидравлически связанных поршней.20. The method according to p. 14, characterized in that the piston is one piston from a plurality of hydraulically connected pistons.
RU2017115554A 2014-10-16 2015-10-16 Drilling bit with self-regulating platforms RU2708444C2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/516,340 US9708859B2 (en) 2013-04-17 2014-10-16 Drill bit with self-adjusting pads
US14/516,340 2014-10-16
US14/864,436 US10000977B2 (en) 2013-04-17 2015-09-24 Drill bit with self-adjusting pads
US14/864,436 2015-09-24
PCT/US2015/055944 WO2016061458A1 (en) 2014-10-16 2015-10-16 Drill bit with self-adjusting pads

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017115554A RU2017115554A (en) 2018-11-19
RU2017115554A3 RU2017115554A3 (en) 2019-03-04
RU2708444C2 true RU2708444C2 (en) 2019-12-06

Family

ID=55747400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017115554A RU2708444C2 (en) 2014-10-16 2015-10-16 Drilling bit with self-regulating platforms

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP3207206B1 (en)
CN (1) CN107135658B (en)
CA (1) CA2964366C (en)
MX (1) MX2017004879A (en)
RU (1) RU2708444C2 (en)
SG (1) SG11201702865UA (en)
WO (1) WO2016061458A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108843246A (en) * 2018-06-13 2018-11-20 中国石油天然气股份有限公司 For restraining the adaptive limiting tooth control unit and drill bit of drilling tool stick slip vibration

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080000693A1 (en) * 2005-02-11 2008-01-03 Richard Hutton Steerable rotary directional drilling tool for drilling boreholes
RU2418938C1 (en) * 2010-02-26 2011-05-20 Николай Митрофанович Панин Diamond drill bit
US20110277990A1 (en) * 2007-11-15 2011-11-17 Spyro Kotsonis Anchoring systems for drilling tools
US20120255788A1 (en) * 2008-09-25 2012-10-11 Baker Hughes Incorporated Drill Bit with Hydraulically Adjustable Axial Pad for Controlling Torsional Fluctuations
US20120318580A1 (en) * 2011-06-14 2012-12-20 Baker Hughes Incorporated Earth-boring tools including retractable pads, cartridges including retractable pads for such tools, and related methods

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2169502A (en) * 1938-02-28 1939-08-15 Grant John Well bore enlarging tool
US4007797A (en) 1974-06-04 1977-02-15 Texas Dynamatics, Inc. Device for drilling a hole in the side wall of a bore hole
GB9708428D0 (en) 1997-04-26 1997-06-18 Camco Int Uk Ltd Improvements in or relating to rotary drill bits
US7591327B2 (en) 2005-11-21 2009-09-22 Hall David R Drilling at a resonant frequency
US7240744B1 (en) * 2006-06-28 2007-07-10 Jerome Kemick Rotary and mud-powered percussive drill bit assembly and method
US8763726B2 (en) * 2007-08-15 2014-07-01 Schlumberger Technology Corporation Drill bit gauge pad control
US20090133931A1 (en) * 2007-11-27 2009-05-28 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for hydraulic steering of downhole rotary drilling systems
US9631461B2 (en) * 2012-02-17 2017-04-25 Halliburton Energy Services, Inc. Well flow control with multi-stage restriction

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080000693A1 (en) * 2005-02-11 2008-01-03 Richard Hutton Steerable rotary directional drilling tool for drilling boreholes
US20110277990A1 (en) * 2007-11-15 2011-11-17 Spyro Kotsonis Anchoring systems for drilling tools
US20120255788A1 (en) * 2008-09-25 2012-10-11 Baker Hughes Incorporated Drill Bit with Hydraulically Adjustable Axial Pad for Controlling Torsional Fluctuations
RU2418938C1 (en) * 2010-02-26 2011-05-20 Николай Митрофанович Панин Diamond drill bit
US20120318580A1 (en) * 2011-06-14 2012-12-20 Baker Hughes Incorporated Earth-boring tools including retractable pads, cartridges including retractable pads for such tools, and related methods

Also Published As

Publication number Publication date
EP3207206A4 (en) 2018-05-30
SG11201702865UA (en) 2017-05-30
RU2017115554A3 (en) 2019-03-04
EP3207206A1 (en) 2017-08-23
EP3207206B1 (en) 2021-06-23
CA2964366C (en) 2019-07-02
CA2964366A1 (en) 2016-04-21
CN107135658B (en) 2019-04-16
WO2016061458A1 (en) 2016-04-21
MX2017004879A (en) 2017-07-05
CN107135658A (en) 2017-09-05
RU2017115554A (en) 2018-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10000977B2 (en) Drill bit with self-adjusting pads
EP2986804B1 (en) Drill bit with self-adjusting pads
RU2732556C2 (en) Self-regulated drilling tools and related systems and methods
CN108138545B (en) Actively controlled self-adjusting drill bits and associated systems and methods
CA2909461C (en) Drill bit with extendable gauge pads
RU2690240C2 (en) Drilling bit with sliding elements with hydraulic link to control load acting on them
US20160032658A1 (en) Drill bit with self-adjusting gage pads
RU2738434C2 (en) Instruments for drilling of earth surface, containing passively controlled elements for change of aggressiveness, and related methods
RU2708444C2 (en) Drilling bit with self-regulating platforms