SU1670076A1 - Method of diamond cone drilling - Google Patents
Method of diamond cone drilling Download PDFInfo
- Publication number
- SU1670076A1 SU1670076A1 SU894660173A SU4660173A SU1670076A1 SU 1670076 A1 SU1670076 A1 SU 1670076A1 SU 894660173 A SU894660173 A SU 894660173A SU 4660173 A SU4660173 A SU 4660173A SU 1670076 A1 SU1670076 A1 SU 1670076A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- diamond
- drilling
- tool
- angular velocity
- rock
- Prior art date
Links
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к горной промышленности и предназначено дл колонкового алмазного бурени скважин. Цель - повышение эффективности способа бурени за счет снижени стоимости буровых работ. В скважину на бурильных трубах спускают колонковый набор и передают на алмазный породоразрушающий инструмент (АПРИ) вращающий момент, осевую нагрузку и промывочный агент. В процессе бурени регистрируют механическую скорость бурени (МСБ), по величине которой регулируют указанные параметры бурени . Одновременно с регистрацией МСБ осуществл ют регистрацию режимов вращени АПРИ и устанавливают равномерный режим его вращени , при котором отношение угловой скорости АПРИ ωб к задаваемой угловой скорости ωс вращател равно ωб/ωс = 1. По падению величины МСБ устанавливают факт заполировани АПРИ и осуществл ют его ликвидацию на забое скважины. Дл этого осуществл ют перевод равномерного режима вращени АПРИ в режим вращени с крутильными колебани ми, при котором ωб/ωс≥0. При этом перевод осуществл ют периодически изменением осевой нагрузки на АПРИ. Окончание заполировани АПРИ фиксируют по увеличению МСБ. 6 ил.The invention relates to the mining industry and is intended for core diamond drilling. The goal is to increase the efficiency of the drilling method by reducing the cost of drilling. In the well on the drill pipe, the core set is lowered and the torque, axial load and the flushing agent are transferred to the diamond rock-destruction tool (APR). During the drilling process, the mechanical drilling rate (MSB) is recorded, the values of which regulate the indicated drilling parameters. Simultaneously with the registration, the SMEs register the rotational modes of the API, and establish a uniform mode of its rotation, in which the ratio of the angular velocity APRI ω b to the specified angular velocity ω with a rotator is ω b / ω with = 1. carry out its elimination at the well bottom. For this purpose, the uniform rotation mode of the API is transferred to the rotation mode with torsional vibrations, in which ω b / ω with ≥0. In this case, the translation is carried out periodically by changing the axial load on the API. The end of the polishing process is fixed by an increase in SME. 6 Il.
Description
Изобретение относитс к горной промышленности , в частности к способам колонкового алмазного бурени скеакин,The invention relates to the mining industry, in particular to the core-diamond drilling methods Skeakin,
Цель изобретени - повышение эффективности способа за счет снижени стоимости буровых работ.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the method by reducing the cost of drilling operations.
Существо предложени заключаетс в следующем.The essence of the proposal is as follows.
В процессе бурени скважины рабочий торец инструмента путем микрорезани разрушает горную породу. Как показывает практика бурени скважин, при этом происходит заполирование алмазов, котороеIn the process of drilling a well, the working end of the tool destroys the rock by micro-cutting. As drilling practice shows, diamond polishing takes place, which
обусловлено диффузией в горную породу вход щих в состав алмаза атомов углерода и образованием на алмазе карбидного сло , по твердости значительно превышающий твердость горных пород в массивеdue to the diffusion of carbon atoms in diamond into the rock and the formation of a carbide layer on diamond, the hardness of which is much higher than the hardness of the rocks in the massif
Исследовани , проведенные с помощью скоростной киносъемки, работы алмазного инструмента при бурении специального блока из оптического стекла близкого по своим свойствам к горным породам VIII-IX категории по буримости показали , что в зависимости от параметров режима бурени могут быть выделены триThe studies carried out with the help of high-speed filming, the work of a diamond tool while drilling a special block of optical glass that is similar in its properties to rocks of the VIII-IX category of drillability showed that, depending on the parameters of the drilling mode, three
о о оLtd
ч|h |
оabout
режима вращени алмазного породоразру- шающего инструмента, которые характернее ( и эуютс зависимостью rotational modes of the diamond rock-destroying tool, which are more characteristic (and
(ik.(ik.
режимmode
равномерного вращени - Ri2 ( 1) ; режим вращени автоколебаний (без остановок ) - $2 (тти 0) : режим крутильныхuniform rotation - Ri2 (1); auto-oscillation rotation mode (non-stop) - $ 2 (tti 0): torsional mode
автоколебаний (с остановками) - Rv2 (771: - 0) self-oscillations (with stops) - Rv2 (771: - 0)
где безразмерна углова скоростьwhere dimensionless angular velocity
ыд;Od;
вращени ;rotation;
ад - углова скорость коронки; Ok задаваема углова скорость вращател .hell is the crown angular velocity; Ok set the angular velocity of the rotator.
На основании полученных результатов исследований построена диаграмма областей устойчивости различных режимов вращени алмазного инструмента в координатах n-р (фиг. 1). где п - частота вращени бурового снар да, об/мин; р - осева нагрузка на породоразрушающий инструмент , даН.Based on the obtained research results, a diagram of the stability regions of different modes of rotation of the diamond tool in the coordinates n – p (Fig. 1) was constructed. where n is the frequency of rotation of the drill bit, rpm; p - axial load on the rock cutting tool, daN.
Область существовани режима вращени Ri21 характеризуетс равномернь м вращением алмазного инструмента вокруг оси скважины, без остановок и ударов. Обеспечение равномерности вращени позвол ет при неизменных параметрах режима бурени увеличить механическую скорость буре ни , В этом режиме величины ад и ад равны,The region of existence of the rotation mode Ri21 is characterized by a uniform rotation of the diamond tool around the borehole axis, without stopping and strikes. Ensuring the uniformity of rotation allows, at constant parameters of the drilling mode, to increase the mechanical speed of the drill. In this mode, the hell and hell values are equal,
ад ,hell
поэтому - 1 . адtherefore - 1. hell
Область режима вращени Ri2 вл етс весьма узкой и характеризуетс высокочастотными крутильными колебани ми, падением механической скорости бурени и повышенным износом матрицы породораз- рушающего инструмента. В этом режиме углова скорость вращени инструмента ниже угловой скорости задаваемой вращателем станка, Происходит некоторое торможение вращени инструмента и его ускорение. Это ведет к образованию вибрации на инструменте, но остановки в этомThe region of rotation Ri2 is very narrow and is characterized by high-frequency torsional vibrations, a drop in the mechanical drilling rate, and an increased wear of the rock-breaking tool matrix. In this mode, the angular speed of the instrument's rotation is lower than the angular velocity specified by the machine's rotator. Some rotation of the instrument is slowed down and accelerated. This leads to the formation of vibration on the instrument, but stopping at this
режиме отсутствуют, поэтому -- 0 .mode is missing, so - 0.
А:BUT:
Область режима вращени Ri23 характеризуетс крутильными колебани ми с остановками и ударами инструмента о забой, повышенным износом инструмента и увеличением механической скорости бурени . В этом режиме наблюдаютс ударные нагрузки на инструмент из-за его остановок на забое. Остановки алмазного инструмента обусловлены скоплением спрессованного шлама под торцом матрицы и увеличением, за счет этого, тормозного момента. В момент остановки инструмента углова скорость ад 0 , а углова скорость ад равна заданной скорости вращател . После остановки алмазный инструмент вращаетс с ускорением до определенного момента и снова останавливаетс . Практически врем остановок и врем вращени алмазного инструмента приблизительно рарны. ПоэтомуThe area of the Ri23 rotation mode is characterized by torsional vibrations with stops and blows of the tool on the face, increased tool wear and increased mechanical drilling speed. In this mode, shock loads are observed on the tool due to its stops at the bottom hole. The diamond tool stops are caused by the accumulation of compacted sludge under the end of the die and an increase in the braking moment due to this. At the moment when the tool stops, the angular velocity is hell 0, and the angular velocity hell is equal to the specified rotational speed. After stopping, the diamond tool rotates with acceleration up to a certain point and stops again. In practice, the stopping time and the turning time of a diamond tool are approximately equal. therefore
адhell
величина отношени ratio value
адhell
0.0
В процессе бурени скважины на инструмент передаетс осева нагрузка и вращающий момент. Под действием осевой нагрузки колонна бурильных труб тер етDuring the drilling process, the axial load and torque are transmitted to the tool. Under the action of axial load, the drill string loses
устойчивость и принимает волнообразную форму. В момент остановки алмазного инструмента , посто нно передаваемый вращающий момент продолжает скручивать бурильные трубы. При этом происходитstability and takes a wavy shape. At the moment the diamond tool stops, the continuously transmitted torque continues to twist the drill pipe. When this happens
уменьшение длины полувслны бурильных труб, а это ведет к сокращению длины ко лонны и к отрыву алмазного инструмента от забо . При отрыве инструмента от уменьшаетс сила трени на забое и инструмент приобретает ускорение за счет упругих свойств бурильных труб и вращающего момента. При этом увеличиваетс длина полуволны бурильных труб (как бы увеличение длины колонны) и инструмент с ударомa decrease in the half-length of the drill pipe, and this leads to a reduction in the length of the column and to the separation of the diamond tool from the bottom. When the tool is detached from the force of the bottom-hole friction, the tool gains acceleration due to the elastic properties of the drill pipe and torque. This increases the length of the half-wave of the drill pipe (as if the increase in the length of the column) and the tool with the impact
соприкасаетс с забоем скважины. Такие удары о забой происход т с частотой до 200-400 Гц. Такие ударные нагрузки с высо кой частотой позвол ют обнажать заполированные алмазы на забое скважины безin contact with the bottom of a well. Such blows against a face occur with a frequency of up to 200-400 Hz. Such high frequency shock loads can expose polished diamonds at the bottom of a well without
изменени их свойств.change their properties.
На фиг.2 приведены зависимости Кд ш - f (a)} , где Кд - коэффициент абра- зивноети пары порода - коронка, а удельна объемна работа разрушени .Figure 2 shows the dependences Cd sh - f (a)}, where Cd is the abrasive coefficient of a rock – crown pair, and the specific volume work of destruction.
Эти зависимости получены на основании результатов исследований по работе алмазных коронок в различных режимах ее вращени (Кд121 и КА123), Они показывают,These dependences are derived from the results of research on the operation of diamond crowns in various modes of its rotation (Kd121 and KA123). They show
что коэффициент абразивности возрастает при работе в режиме Ri2 , а это, в свою очередь, приводит к ликвидации заполиро- вани алмазного инструмента.that the abrasiveness coefficient increases when operating in the Ri2 mode, and this, in turn, leads to the elimination of polishing of diamond tools.
Известно выражение дл Кд г I а0 tg« -К (( а7 д0 + 2л/Л D Осж притупление группы алмазов;The expression for Kd g I a0 tg--K ((a7 d0 + 2l / L D Osge is the blunting of a group of diamonds);
Кд Cd
где б,where b
а0 - жесткость пары алмаз - порода;a0 is the stiffness of the diamond – rock pair;
i - число группы алмазов;i is the number of diamonds group;
Ь - ширина торца алмаза;B is the width of the diamond face;
К - коэффициент пропорциональности между мощностью и объемным износом алмазов;K - coefficient of proportionality between power and volume wear of diamonds;
п - характеристика геометрической формы алмазов (угол приострени алмазов); // - коэффициент трени алмаз - порода;n is the characteristic of the geometric shape of diamonds (the angle of the cut of diamonds); // - friction coefficient diamond - rock;
D - средний диаметр коронки;D is the average diameter of the crown;
Ясж прочность породы на см тие.Yaszh rock strength per cm tie.
Изменение режима вращени коронки, т.е. перевод от Ri2 к Ri2 при неизменных параметрах режима бурени (фиг.2), приводит к увеличению КА. Из формулы (1) видно, что коэффициент абразивности КА увеличиваетс при неизменных значени х других величин, вход щих в формулу, только при уменьшении величины 60 (фиг.З). т.е. в режиме Ri2 происходит заточка алмазов с образованием новых режущих поверхностей . Этот вывод подтверждаетс увеличением механической скорости бурени в режиме Н123(фиг,4).Change the mode of rotation of the crown, i.e. the transfer from Ri2 to Ri2 with unchanged drilling mode parameters (FIG. 2) leads to an increase in the spacecraft. It can be seen from formula (1) that the coefficient of abrasiveness of the spacecraft increases with constant values of other quantities included in the formula, only with a decrease in the value of 60 (Fig. 3). those. in the Ri2 mode, sharpening of diamonds occurs with the formation of new cutting surfaces. This conclusion is confirmed by an increase in the mechanical drilling rate in the H123 mode (FIG. 4).
Таким образом, при заполировании ал- мазного породоразрушающего инструмента предлагаетс периодически кратковременно вводить его в режим вращени Ri2 и переводить в режим Ri;1 изменением осевой нагрузки на инструмент. Изменени осевой нагрузки осуществл ют до тех пор, пока не восстановитс оптимальна величина механической скорости бурени дл проходимых пород. Введение алмазного инструмента в режим вращени Ri2 и перевод из этого режима в режим вращени Ri2 предлагаетс регистрировать в процессе бурени с помощью датчика крутильных колебаний, устройство которого приведено на фиг.5,Thus, when polishing a diamond rock-cutting tool, it is proposed to periodically briefly enter it into the rotation mode Ri2 and transfer to the mode Ri; 1 by changing the axial load on the tool. The axial load changes are carried out until the optimum value of the mechanical drilling speed for the rocks being recovered is restored. The introduction of a diamond tool into the Ri2 rotation mode and the translation from this mode into the Ri2 rotation mode are proposed to be recorded during the drilling process using a torsional vibration sensor, the device of which is shown in Fig. 5,
На фиг. 1 показана диаграмма областей устойчивых режимов работы алмазного инструмента; на фиг.2 - зависимость КА о) - f ((о) при различных режимах вращени алмазного инструмента, на фиг.З - параметры выступающего алмаза в торце матрицы; на фиг.4 - изменение скорости бурени от осевой нагрузки и границ режимов вращени алмазного инструмента; на фиг.5 - схема датчика крутильных колеба- ний, установленного в колонковой трубе; на фиг,6 - разрез на фиг.5.FIG. 1 shows a diagram of areas of stable operation of a diamond tool; 2 shows the dependence of the spacecraft o) -f ((o) with different modes of rotation of the diamond tool, FIG. 3 shows the parameters of the protruding diamond at the end of the die; FIG. 4 shows the change in the drilling speed of the axial load and the limits of the rotational modes of the diamond 5 is a diagram of a torsional vibration sensor mounted in a core tube; FIG. 6 is a sectional view of FIG. 5;
Датчик содержит цилиндрический корпус 1, жестко закрепленный внутри колонковой трубы 2. Внутри корпуса 1 рае «ещен цилиндрический стакан 3, который подвешен на пружине 4. В зазоре между внутренней частью корпуса 1 и наружной поверхностью стакана 3 установлены уплот- нительные элементы 5. В месте креплени корпуса 1 с колонковой трубой 2 выполнены отверсти б, а сам корпус 1 и стакан 3 имеют продольные щелеобразные соосные отверсти 7 и 8.The sensor contains a cylindrical body 1 rigidly fixed inside the core pipe 2. Inside the body 1, a cylindrical glass 3 is still located, which is suspended on the spring 4. In the gap between the inside of the body 1 and the outer surface of the glass 3, sealing elements 5 are installed. The fastenings of the housing 1 with the core pipe 2 are made with holes 6, and the housing 1 and the glass 3 have longitudinal slit-like coaxial holes 7 and 8.
В процессе бурени скважины на алмазный породоразрушающий инструмент (не показан) передают вращающий момент, осевую нагрузку и промывочный агент. Во врем бурени скважины рабочий торец инструмента путем микрорезани разрушает горную породу с образованием столбика керна (не показан). При этом регистрируют механическую скорость бурени , по величине которой регулируют параметры режимов бурени . Одновременно с регистрированием механической скорости бурени осуществл ют регистрацию режимов вращени алмазного породоразрушэющего инструмента и устанавливают равномерный режим его вращени , пои котором oiношение угловой скорости ипстрчмента к задтв смоиIn the course of drilling a diamond, a rock cutting tool (not shown) transfers the torque, the axial load and the flushing agent. During drilling of a well, the working end of the tool destroys the rock with the formation of a core column (not shown) by micro-cutting. In this case, the mechanical speed of drilling is recorded, the magnitude of which regulates the parameters of the drilling modes. Simultaneously with the recording of the mechanical drilling rate, the rotational modes of the diamond rock-destroying tool are recorded and an even mode of its rotation is established, which is the ratio of the angular velocity and the stress to the back of the tool.
(. ,D1 ч(., D1 h
угловой скорости вращени - - - 1 (R-2) .angular speed of rotation - - - 1 (R-2).
r/д-vr / dv
Границы режимов вращени (фш . 1) оп редел ют с помощью датчика крутильных колебаний.устанавливаемого в копонкопом наборе, устройство которого приведено нл фиг.З Датчик крутильных копебаний 1 спускают в скважину вместе с колонковой трубой 2. Промывочна жидкость через отверсти 6, 7 и 8 поступает во внутр нню - часть колонковой трубы 2. При работе алмазного инструмента в равномерном режиме вращени Ri2 стакан 3, подвешенный на пружине 4, вращаетс вместе с корпусом 2 датчика с одинаковой частотой. Так кг при равномерном вращении алмазного инструмента отсутствуют крутильные колебани . то отверсти 7 и 8 совмещены и cm нал показывающий это, передаетс на манометр бурового насоса (в нашем случае, дап- ление на насосе не повышаетс так как не увеличиваетс гидравлическое сопротивление на датчике)The boundaries of the rotation modes (flash 1) are determined using a torsional vibration sensor. Installed in a set-up koponkop, the device of which is shown in Fig. 3. The torsional vibration sensor 1 is lowered into the well with the core pipe 2. The flushing fluid through the holes 6, 7 and 8 enters into the inner part of the core tube 2. When the diamond tool is operating in a uniform rotational Ri2 mode, the cup 3 suspended from the spring 4 rotates with the sensor body 2 at the same frequency. So kg with a uniform rotation of the diamond tool there are no torsional vibrations. then the holes 7 and 8 are aligned and the cm of the water indicating this is transmitted to the manometer of the mud pump (in our case, the pumping pressure does not increase as the flow resistance on the sensor does not increase)
Снижение механической скорости бурени показывает факт заполировани юрца алмазного инструмента Дл ликвидации за- полировани алмазов осуществл ют перевод режима равномерного вращени алмазного породоразрушающего инструмента Ri2 в режим вращени с крутильными автоколебани ми , при котором отношение угловой скорости инструмента к задаваемой углопойA decrease in the mechanical drilling rate shows the fact of polishing the diamond tool's turret. To eliminate the polishing of diamonds, the uniform rotation of the diamond rock-cutting tool Ri2 is transferred to the rotation mode with torsional auto-oscillations, in which the ratio of the angular velocity of the tool to the set angle
скорости вращател --- 0 . Вхождение вrotational speed --- 0. Entry into
f fcf fc
этот режим определ ют с помощью датчика крутильных колебаний (фиг.5). Режим Ri2 характеризуетс крутильными колебани ми , при котором стакан 3 датчика поворачиваетс вокруг оси 0. Вместе со стаканом 3 поворачиваетс отверстие 8 относительно отаерсти 7 и перекрывает его селение. Уменьшение сечени отверстий 7 и 8 повышает давление на манометре насоса ТакThis mode is determined using a torsional vibration sensor (FIG. 5). The Ri2 mode is characterized by torsional vibrations in which the sensor cup 3 rotates around axis 0. Together with cup 3, aperture 8 is rotated relative to the watermark 7 and overlaps its settlement. Reducing the cross section of the holes 7 and 8 increases the pressure on the pump pressure gauge. So
как стакан 3 поворачиваетс вокруг оси О вправо и влево относительно отверсти 7, то на манометре насоса регистрируютс скачки давлени . Эти скачки давлени показывают , что коронка перешла в режим вращени Ri23. Перевод алмазного породо- разрушающего инструмента в режим вращени Ri23 и вывод в режим вращени Ri21 осуществл ют периодически изменением величины осевой нагрузки на инструмент. Изменени осевой нагрузки на алмазный инструмент осуществл ют до тех пор, пока не восстановитс заданна величина механической скорости бурени дл проходимых пород. Регулирование осевой нагрузки осуществл ют с помощью дроссел гидравлической системы бурового станка.As the cup 3 rotates around the axis O to the right and left relative to the hole 7, pressure surges are recorded on the pump manometer. These pressure surges indicate that the crown has entered the Ri23 rotation mode. The transfer of the diamond rock-destroying tool to the rotation mode Ri23 and the output to the rotation mode Ri21 are carried out periodically by changing the value of the axial load on the tool. Changes in the axial load on the diamond tool are carried out until the predetermined mechanical drilling speed for the rocks being recovered is restored. The axial load is controlled by the throttles of the hydraulic system of the drilling machine.
Окончание ликвидации заполировани инструмента фиксируют по увеличению механической скорости бурени , после которого алмазный инструмент перевод т в режим вращени Ri21. Фиксирование этого режима осуществл етс по показани м датчика крутильных колебаний.The end of the polishing tool elimination is recorded by an increase in the mechanical drilling rate, after which the diamond tool is placed in the Ri21 rotation mode. This mode is fixed according to the torsional vibration sensor readings.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894660173A SU1670076A1 (en) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | Method of diamond cone drilling |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894660173A SU1670076A1 (en) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | Method of diamond cone drilling |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1670076A1 true SU1670076A1 (en) | 1991-08-15 |
Family
ID=21433132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894660173A SU1670076A1 (en) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | Method of diamond cone drilling |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1670076A1 (en) |
-
1989
- 1989-03-09 SU SU894660173A patent/SU1670076A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Козловский Е.А. и др. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. Т. 2. М.: Недра, 1984, с. 7. Авторское свидетельство СССР № 448266.кл. Е 21 В 10/46,1974 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4890682A (en) | Apparatus for vibrating a pipe string in a borehole | |
US5099934A (en) | Rotary drill bits | |
US4770259A (en) | Drill tool | |
WO1980002858A1 (en) | Deep hole rock drill bit | |
CA2299108A1 (en) | Method and apparatus for jet drilling drainholes from wells | |
US2975849A (en) | Core disintegrating drill bit | |
US3285349A (en) | Method and apparatus for vibratory drillings | |
US3138213A (en) | Method and apparatus for vibratory drilling | |
US6648557B1 (en) | Drilling apparatus and method for single pass bolting | |
SU1670076A1 (en) | Method of diamond cone drilling | |
US1641206A (en) | Well-drilling apparatus | |
JPH11256970A (en) | Excavating method for hard rock bed and its device | |
DK169483B1 (en) | Device for cleaning a borehole | |
CN214221089U (en) | Repeatedly usable prevents hole drilling device that collapses | |
SU1760068A1 (en) | Well drilling tool | |
RU2007144849A (en) | DEVICE AND METHOD FOR ROTARY-SPINDLE DRILLING OF WELLS | |
RU190484U1 (en) | Drill bit | |
SU1613592A1 (en) | Method of controlling process of rotary rock drilling | |
CN218522633U (en) | PDC-roller mixed drill bit | |
CA1101408A (en) | Rock drill | |
SU1707180A1 (en) | Diamond crown bit | |
CA2322693C (en) | An arrangement for drilling slots | |
SU1127967A1 (en) | Drilling tool | |
US2619324A (en) | Percussion tool for wells | |
CN212225096U (en) | Composite impact drilling speed-up tool |