RU2805025C1 - Stabilizing assembly for drilling - Google Patents

Stabilizing assembly for drilling Download PDF

Info

Publication number
RU2805025C1
RU2805025C1 RU2022110084A RU2022110084A RU2805025C1 RU 2805025 C1 RU2805025 C1 RU 2805025C1 RU 2022110084 A RU2022110084 A RU 2022110084A RU 2022110084 A RU2022110084 A RU 2022110084A RU 2805025 C1 RU2805025 C1 RU 2805025C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
eccentricity
matrix
drilling
cutting part
section
Prior art date
Application number
RU2022110084A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Васильевич Нескоромных
Павел Геннадьевич Петенёв
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2805025C1 publication Critical patent/RU2805025C1/en

Links

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention is related to the field of directional drilling of wells, namely to devices for stabilizing the direction of the wellbore and reducing the intensity of the natural curvature of wells. The stabilizing assembly for drilling contains a diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the matrix end and a drill pipe with a displaced centre of mass of the cross section, containing remote segments. A diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the die end and a drill pipe with a displaced centre of mass of the cross section are located in the assembly in such a way that half of the end of the matrix of the diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the die end with a smaller area is placed so that its geometric centre is at 180° with respect to the geometric centre of the remote segments.
EFFECT: increased stabilizing ability of the drilling assembly.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области направленного бурения скважин, а именно к устройствам для стабилизации направления ствола скважины и снижения интенсивности естественного искривления скважин.The invention relates to the field of directional drilling of wells, namely to devices for stabilizing the direction of the wellbore and reducing the intensity of natural curvature of wells.

В настоящий момент при ведении буровых работ существует проблема подсечения рудного тела в круге допуска кровли пласта по геологическому заданию на больших глубинах. Происходит это по причине отклонения ствола скважины от проектного направления в силу естественного искривления ствола скважины.At the moment, when conducting drilling operations, there is a problem of undercutting the ore body within the tolerance circle of the roof of the formation according to the geological specifications at great depths. This happens due to the deviation of the wellbore from the design direction due to the natural curvature of the wellbore.

В современных условиях разведка и добыча полезных ископаемых ведется на все возрастающих глубинах. В этих условиях сооружаемые скважины достигают значительной протяженности, а к их траектории предъявляются жесткие требования по соблюдению проектного направления ствола скважины, что в условиях бурения анизотропных горных пород представляется серьезной проблемой.In modern conditions, exploration and mining of mineral resources is carried out at ever-increasing depths. Under these conditions, the wells being constructed reach a considerable length, and their trajectory is subject to strict requirements to comply with the design direction of the wellbore, which in conditions of drilling anisotropic rocks appears to be a serious problem.

Аналогом заявляемого технического решения является известная буровая компоновка для бурения, содержащая долото, центратор, трубу со смещенным центром масс поперечного сечения, центрирующие элементы, гидроударник ГВ (Современные технологии бурения на твердые полезные ископаемые: учебник / В.В. Нескоромных, М.С. Попова, П.Г. Петенев [и др.]. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2020. - 340 с. Стр 106).An analogue of the proposed technical solution is a well-known drilling assembly for drilling, containing a bit, a centralizer, a pipe with a displaced center of mass of the cross-section, centering elements, a GV hydraulic hammer (Modern technologies for drilling for solid minerals: textbook / V.V. Neskoromnykh, M.S. Popova, P.G. Petenev [and others]. - Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2020. - 340 pp. Page 106).

Недостатком данного технического решения является его низкая эффективность в сочетании с колонковым бурением, а также то, что динамическая стабилизация данной компоновки происходит только от действия работы трубы со смещенным центром масс поперечного сечения, что недостаточно для эффективной стабилизации ствола скважины в процессе бурения.The disadvantage of this technical solution is its low efficiency in combination with core drilling, as well as the fact that the dynamic stabilization of this arrangement occurs only from the action of the pipe with a displaced center of mass of the cross-section, which is not enough to effectively stabilize the wellbore during the drilling process.

Известна полезная модель (RU №163419, Е21В 17/00. Заяв. 23.01.2016. Опубл. 20.07.16) содержащая металлический корпус, выполненный с поперечным сечением в форме кольца с двумя удаленными сегментами, расположенными своими осями относительно друг друга с образование плоских продольных участков наружной поверхности трубы, при этом удаленные сегменты образующие плоские продольные участки расположены по длине корпуса трубы, при этом оставляя нетронутым центральный участок корпуса трубы.A utility model is known (RU No. 163419, E21B 17/00. Application 01/23/2016. Published 07/20/16) containing a metal body made with a ring-shaped cross-section with two remote segments located with their axes relative to each other to form flat longitudinal sections of the outer surface of the pipe, while the remote segments forming flat longitudinal sections are located along the length of the pipe body, while leaving the central section of the pipe body intact.

Однако, не достигается эффективность бурения.However, drilling efficiency is not achieved.

За прототип предлагаемого изобретения принята алмазная коронка (RU №171734, Е21В 10/48. Заяв. 09.01.2017. Опубл. 13.06.2017.) содержащая корпус с резьбой, промывочные каналы одинаковой площади поперечного сечения и матрицу с алмазосодержащими секторами трех геометрических форм в виде сегментов кольца - стандартной, большой и малой, при этом большие и малые алмазосодержащие секторы расположены поочередно в торце матрицы, что обеспечивает эксцентриситет режущей части ее торца.The prototype of the proposed invention is a diamond bit (RU No. 171734, E21B 10/48. Application 01/09/2017. Published 06/13/2017) containing a threaded body, flushing channels of the same cross-sectional area and a matrix with diamond-containing sectors of three geometric shapes in in the form of ring segments - standard, large and small, with large and small diamond-containing sectors located alternately at the end of the matrix, which ensures the eccentricity of the cutting part of its end.

Недостатком прототипа является придание стабильного вида движения вокруг оси скважины только части бурильной компоновки в месте установки этого технического устройства.The disadvantage of the prototype is that it imparts a stable type of movement around the well axis to only part of the drilling assembly at the installation site of this technical device.

Задачей данного изобретения является повышение стабилизирующей способности буровой компоновкиThe objective of this invention is to increase the stabilizing ability of the drilling assembly

Достигается это тем, что стабилизирующая компоновка для бурения, содержащая алмазную коронку с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, бурильную трубу со смещенным центром масс поперечного сечения, согласно изобретению, алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы и бурильная труба со смещенным центром масс поперечного сечения расположены в составе компоновки таким образом, чтобы половина торца матрицы алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы с меньшей площадью алмазосодержащей матрицы была размещена своим геометрическим центром на 180° по отношению к геометрическому центру между удаленными сегментами вдоль корпуса бурильной трубы со смещенным центром масс поперечного сечения.This is achieved by the fact that a stabilizing drilling assembly containing a diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the matrix end, a drill pipe with a displaced center of mass of the cross section, according to the invention, a diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the matrix end and a drill pipe with a displaced center of mass of the cross section are located as part of the arrangement in such a way that half of the matrix end of the diamond bit with the eccentricity of the cutting part of the matrix end with a smaller area of the diamond-containing matrix is placed with its geometric center at 180° with respect to the geometric center between the remote segments along the body of the drill pipe with a displaced center of mass of the cross-section.

Данное техническое решение обусловлено экспериментальными данными полученными на предприятии ОАО «Красноярск геология» при бурении алмазными коронками с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, так и бурильными трубами со смещенным центром масс поперечного сечения, а также стендовыми исследованиями выполненных на кафедре технологии и техники разведки Сибирского федерального университета которые позволили сделать вывод о направлении действия стабилизирующих сил в процессе бурения как алмазной коронкой с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, так и бурильной трубы со смещенным центром масс поперечного сечения.This technical solution is based on experimental data obtained at the JSC Krasnoyarsk Geology enterprise when drilling with diamond bits with eccentricity of the cutting part of the matrix end, and with drill pipes with a displaced center of mass of the cross section, as well as bench studies carried out at the Department of Technology and Exploration Engineering of the Siberian Federal University which made it possible to draw a conclusion about the direction of action of the stabilizing forces during the drilling process both with a diamond bit with the eccentricity of the cutting part of the matrix end, and with a drill pipe with a displaced center of mass of the cross section.

Анализ результатов экспериментов и стендовых исследований полученных при испытании алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы и бурильной трубы со смещенным центром масс поперечного сечения показал, что место контакта таких труб со стенкой скважины наблюдается со стороны удаленных сегментов корпуса трубы со смещением в сторону вращения.Analysis of the results of experiments and bench studies obtained during testing of a diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the matrix end and a drill pipe with a displaced center of mass of the cross section showed that the place of contact of such pipes with the borehole wall is observed from the side of remote segments of the pipe body with a displacement in the direction of rotation.

Так как стабилизирующий эффект зависит, во многом, от вида движения буровой компоновки и породоразрушающего инструмента, о характере этого движения можно судить по износу поверхности различных элементов буровой компоновки.Since the stabilizing effect depends largely on the type of movement of the drilling assembly and the rock-cutting tool, the nature of this movement can be judged by the wear of the surface of various elements of the drilling assembly.

Аналогичные эксперименты износа боковой поверхности были проведены и с алмазной коронкой с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, которые показали, что место контакта матрицы и корпуса алмазной коронки со стенкой скважины наблюдаются со стороны половины торца матрицы алмазной коронки, имеющей меньшую площадь.Similar experiments on side surface wear were carried out with a diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the matrix end, which showed that the contact point of the matrix and the body of the diamond bit with the borehole wall is observed from the side of half the end of the diamond bit matrix, which has a smaller area.

Анализируя данные, характеризующие принцип работы бурильных труб со смещенным центром масс поперечного сечения и алмазных коронок с эксцентриситетом режущей части торца матрицы в скважине, сопоставив результаты изучения закономерностей износа таких компоновок, можно сделать вывод о том, что максимальный эффект стабилизации направления скважины даст их совместная установка с синхронизацией мест прижатия в составе одной компоновки.Analyzing the data characterizing the operating principle of drill pipes with a displaced center of mass of the cross section and diamond bits with an eccentricity of the cutting part of the matrix end in the well, and comparing the results of studying the patterns of wear of such assemblies, we can conclude that the maximum effect of stabilizing the direction of the well will be achieved by their joint installation with synchronization of pressure points as part of one arrangement.

Изобретение иллюстрируется на фиг. 1-2. Фиг. 1 - общий вид стабилизирующей компоновки. Фиг. 2 - разрез по А-А Фиг. 1, показывающий ориентирование алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы относительно бурильной трубы со смещенным центром масс поперечного сечения в составе компоновки.The invention is illustrated in Fig. 1-2. Fig. 1 - general view of the stabilizing arrangement. Fig. 2 - section along A-A Fig. 1, showing the orientation of the diamond bit with the eccentricity of the cutting part of the matrix end relative to the drill pipe with a displaced center of mass of the cross section as part of the assembly.

Буровая компоновка состоит из алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы 1, центратора 2, бурильной трубы 3 со смещенным центром масс поперечного сечения. Алмазосодержащая матрица, делится в торце коронки на половину торца с меньшей площадью алмазосодержащей матрицы 4 и на половину с большей площадью матрицы 5, при этом алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы содержит промывочные окна 7. Бурильная труба 3 со смещенным центром масс поперечного сечения содержит два удаленных сегмента 6, при этом удаленные сегменты образующие плоские продольные участки расположены по длине корпуса трубы оставляя нетронутым центральный участок корпуса трубы. Половина торца матрицы алмазной коронки с меньшей площадью 4 имеет геометрический центр 8. Удаленные сегменты 6 имеют геометрический центр 9.The drilling assembly consists of a diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the end of the matrix 1, a centralizer 2, a drill pipe 3 with a displaced center of mass of the cross section. The diamond-containing matrix is divided at the end of the bit into half the end with a smaller area of the diamond-containing matrix 4 and half with a larger area of the matrix 5, while the diamond bit with the eccentricity of the cutting part of the end of the matrix contains flushing windows 7. The drill pipe 3 with a displaced center of mass of the cross section contains two remote segments 6, while the remote segments forming flat longitudinal sections are located along the length of the pipe body, leaving the central section of the pipe body untouched. Half of the end face of the diamond crown matrix with a smaller area 4 has a geometric center 8. The removed segments 6 have a geometric center 9.

Буровая компоновка в процессе бурения воспринимает осевое усилие и крутящий момент от колонны бурильных труб. Центратор 2 в процессе бурения поддерживает диаметр скважины и центрирует буровую компоновку в скважине. В процессе вращения бурильная труба 3 со смещенным центром масс поперечного сечения за счет удаленных сегментов 6, создает условия для вращения колонны вокруг оси скважины за счет действия центробежных сил действующих на компоновку. Одновременно с этим, алмазная коронка 1 с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, который создается за счет того, что матрица делится на половину торца с меньшей площадью алмазосодержащей матрицы 4 и на половину с большей площадью алмазосодержащей матрицей 5, прижимается к стенке скважины своей наружной поверхностью, что приводит к равномерному фрезерованию стенки скважины и снижает интенсивность набора кривизны скважины. При этом алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы 1 совместно с бурильной трубой со смещенным центром масс поперечного сечения 3 в составе компоновки ориентированы друг относительно друга таким образом, что половина торца матрицы алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы с меньшей площадью размещена своим геометрическим центром 8 на 180° по отношению к геометрическому центру 9 удаленных сегментов 6. (Фиг. 2). Таким образом, область прижатия компоновки со стороны алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы 1 и бурильной трубой со смещенным центром масс поперечного сечения 3 будут совпадать по направлению и приводить всю нижнюю часть компоновки в режим вращения вокруг оси скважины с максимальной стабилизирующей способностью при равномерном фрезеровании стенки скважины по периметру.During the drilling process, the drilling assembly receives axial force and torque from the drill pipe string. During the drilling process, the centralizer 2 maintains the diameter of the well and centers the drilling assembly in the well. In the process of rotation, the drill pipe 3 with a displaced center of mass of the cross section due to the remote segments 6, creates conditions for rotation of the string around the well axis due to the action of centrifugal forces acting on the assembly. At the same time, the diamond bit 1 with the eccentricity of the cutting part of the matrix end, which is created due to the fact that the matrix is divided into half the end with a smaller area of the diamond-containing matrix 4 and half with a larger area of the diamond-containing matrix 5, is pressed against the borehole wall with its outer surface, which leads to uniform milling of the borehole wall and reduces the intensity of the borehole curvature. In this case, the diamond bit with the eccentricity of the cutting part of the end of the matrix 1 together with the drill pipe with a displaced center of mass of the cross section 3 as part of the arrangement are oriented relative to each other in such a way that half of the end of the matrix of the diamond bit with the eccentricity of the cutting part of the end of the matrix with a smaller area is placed by its geometric center 8 at 180° relative to the geometric center 9 of remote segments 6. (Fig. 2). Thus, the area of pressure of the assembly from the side of the diamond bit with the eccentricity of the cutting part of the end of the matrix 1 and the drill pipe with a displaced center of mass of the cross section 3 will coincide in direction and bring the entire lower part of the assembly into rotation around the well axis with maximum stabilizing ability during uniform milling well walls around the perimeter.

Вышеописанные действия обеспечивают синхронную работу двух стабилизирующих устройств в составе одной компоновки и помогут увеличить стабилизирующий эффект каждой из них.The above actions ensure synchronous operation of two stabilizing devices as part of one arrangement and will help increase the stabilizing effect of each of them.

Данное техническое решение, позволит максимально снизить интенсивность естественного искривления при бурении скважин в анизотропных горных породах, разрезах с чередованием горных пород по твердости, в скважинах с пересечением пластов геологического задания, и в целом снизит затраты на проведение буровых работ.This technical solution will make it possible to minimize the intensity of natural curvature when drilling wells in anisotropic rocks, sections with alternating rocks in hardness, in wells with the intersection of geological layers, and in general will reduce the cost of drilling operations.

Claims (1)

Стабилизирующая компоновка для бурения, содержащая алмазную коронку с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, бурильную трубу со смещенным центром масс поперечного сечения, содержащую удаленные сегменты, отличающаяся тем, что алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы и бурильная труба со смещенным центром масс поперечного сечения расположены в составе компоновки таким образом, что половина торца матрицы алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы с меньшей площадью размещена своим геометрическим центром на 180° по отношению к геометрическому центру удаленных сегментов.A stabilizing assembly for drilling containing a diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the matrix end, a drill pipe with a displaced center of mass of the cross section containing remote segments, characterized in that the diamond bit with an eccentricity of the cutting part of the matrix end and a drill pipe with a displaced center of mass of the cross section are located as part of the arrangement in such a way that half of the matrix end of the diamond bit with the eccentricity of the cutting part of the matrix end with a smaller area is placed with its geometric center at 180° relative to the geometric center of the remote segments.
RU2022110084A 2022-04-13 Stabilizing assembly for drilling RU2805025C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2805025C1 true RU2805025C1 (en) 2023-10-10

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3306378A (en) * 1965-03-16 1967-02-28 Edward B Williams Iii Drill collar
RU2078193C1 (en) * 1993-07-21 1997-04-27 Иркутский политехнический институт Diamond crown bit for core barrel
RU163419U1 (en) * 2016-01-22 2016-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" DRILL PIPE
RU190484U1 (en) * 2019-03-06 2019-07-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Drill bit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3306378A (en) * 1965-03-16 1967-02-28 Edward B Williams Iii Drill collar
RU2078193C1 (en) * 1993-07-21 1997-04-27 Иркутский политехнический институт Diamond crown bit for core barrel
RU163419U1 (en) * 2016-01-22 2016-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" DRILL PIPE
RU190484U1 (en) * 2019-03-06 2019-07-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Drill bit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПЕТЕНЁВ П.Г. Исследование и совершенствование компоновки бурильной колонны для повышения эффективности бурения геологоразведочных скважин: дис. канд. техн. наук: 25.00.14, Красноярск, 2016, стр.75-77. НЕСКОРОМНЫХ В.В. Бурение наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин, учебн. пособие, Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2016, с.167-182. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5014779A (en) Device for expanding pipes
CN102587832B (en) Pressure resistant tool for reducing frictional resistance of horizontal well section
CN104806170B (en) A kind of drilling well big reducing re-drill bit of coal mining
US20200003010A1 (en) Rotary steering systems and methods
CN105134067A (en) Continuous hydraulic hammer for well drilling
CN102678068B (en) Toothed thread drill stem joint
CN107178315B (en) Near-bit composite torsion-reducing rock breaking device
RU2805025C1 (en) Stabilizing assembly for drilling
CN104088598B (en) Boring pressure release type lock of tool drilling fishing tool and method
US11255149B1 (en) Multifunctional directional wireline core drilling device
US11920437B2 (en) Well drilling acceleration tool
RU2542057C1 (en) Blade underreamer
US11220868B2 (en) Split threads for fixing accessories to a body
RU2229582C1 (en) Hydraulically expanding underreamer
RU214917U1 (en) Diamond core bit for drilling
RU157176U1 (en) CROWN FOR DRILLING WELLS FOR INTER-SURFACE HYDRAULIC BREAKING
CN208220661U (en) A kind of anti-backing pressure centralizer of helicoid hydraulic motor
RU2027843C1 (en) Hole reamer
RU214925U1 (en) Diamond core bit for drilling
RU2817925C1 (en) Method and device for destruction of cement stone behind casing pipe
RU2690980C1 (en) Single-roller bit
Ratov et al. Specific features of drilling mode with extendable working elements
RU2275488C1 (en) Centralizer for casing pipe used in well drilled by tricone drilling bit
RU131408U1 (en) BIT
RU2153568C2 (en) One-cone drill bit