SU1798467A1

SU1798467A1 - Device for drilling well in loose ground with concurrent casing

Info

Publication number: SU1798467A1
Application number: SU904861719A
Authority: SU
Inventors: Vitalij P Petrichenko; Vadim G Korolev; Petr M Sivaev; Viktor A Shemetov
Original assignee: Proizv Ob Osusheniyu Mestorozh
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1993-02-28

Description

Изобретение относится к горному делу, в частности бурению замораживающих горизонтальных (наклонных), дренажных скважин при осушению бортов карьеров и промплощадок.The invention relates to mining, in particular the drilling of freezing horizontal (deviated), drainage wells when draining the sides of quarries and industrial sites.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения горизонтальных и наклонных скважин за счет управления углублением забоя в заданном направлении.The aim of the invention is to increase the efficiency of drilling horizontal and deviated wells by controlling the deepening of the face in a given direction.

На фиг.1 - изображено устройство продольный вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.Figure 1 - shows a longitudinal view of the device; figure 2 is a section aa in figure 1.

Устройство состоит из обсадной колонны 1 с внутренним продольным выступом 2 на ней высотой h (фиг!). Внутри обсадной колонны расположена буровая колонна 3 с породоразрушающим инструментом 4, на котором выполнены пазы 5, позволяющие породоразрушающему инструменту 4 при бурении выходить за пределы обсадной колонны 1. Породоразрушающий инструмент соединен с буровой колонной эксцентричным переходником 6 с₍ограничителями 7 и 8, расположенными соответственно на торце буровой колонны 3 и на переходнике 6. На переходнике 6 размещен эксцентричный центратор 9, состоящий из двух втулок 10 и 11, установленных с зазором для обеспечения циркуляции промывочной жидкости. На втулке 11 выполнен продольный паз 12 с наклонным срезом 13 для взаимодействия с выступом 2 обсадной колонны 1 (фиг.2). Центратор9 служит для смещения оси 14 буровой колонны 3 относительно оси 15 обсадной колонны 1. Буровая и обсадная колонны установлены со смещёнными осями 14 и 15 соответственно относительно друг друга в забойной части·:The device consists of a casing 1 with an internal longitudinal protrusion 2 on it with a height h (Fig!). Inside the casing is a drill string 3 with a rock cutting tool 4, on which grooves 5 are made, allowing the rock cutting tool 4 to extend beyond the casing when drilling 1. The rock cutting tool is connected to the drill string by an eccentric adapter 6 with ₍ stops 7 and 8 located respectively on the end of the drill string 3 and on the adapter 6. On the adapter 6 is placed an eccentric centralizer 9, consisting of two bushings 10 and 11, installed with a gap to ensure circulation rinsing On the sleeve 11, a longitudinal groove 12 is made with an inclined cut 13 for interacting with the protrusion 2 of the casing 1 (Fig. 2). The centralizer 9 is used to offset the axis 14 of the drill string 3 relative to the axis 15 of the casing 1. The drill and casing are installed with offset axes 14 and 15, respectively relative to each other in the bottomhole part ·:

Ось 16 породоразрушающего инструмента 4 смещена относительно оси 14 буровой колонны 3 на величину эксцентриситета е, определяемую зависимостью е>0,5 (D_Tp-Dfl), где Ьтр и Э_д-диаметры обсадной колонныThe axis 16 of the rock cutting tool 4 is shifted relative to the axis 14 of the drill string 3 by the eccentricity e, determined by the dependence e> 0.5 (D _Tp -Dfl), where Ltr and E _{d are the} diameters of the casing

1798467 А1 и породоразрушающего инструмента, соответственно, и относительно оси 15 обсадной колонны 1 - на величину ег (фиг. 1),1798467 A1 and rock cutting tool, respectively, and relative to the axis 15 of the casing 1 - by the value of e (Fig. 1),

Устройство работает следующем образом.The device operates as follows.

В скважину 17 устанавливают башмачную трубу обсадной колонны 1 с выступом 2, буровую колонну 3 с эксцентричным переходником 6, породоразрушающим инструментом 4 и эксцентричным центратором 9. Подают вперед буровую колонну. Породоразрушающий инструмент 4 выходит из башмачной трубы 1 и занимает положение 18 (фиг.1). При этом выступ 2 обсадной колонны совмещается с пазом 12 центратора 9 при помощи среза 13 и поворота обсадной .колонны 1 относительно буровой 3. Выступ 2 башмачной трубы не препятствует выходу породоразрушающего инструмента 4. так как промывочные пазы 5 серийно выпускаемых инструментов имеют глубину, большую высоты h выступа 2. Кроме того, величина этого выступа не будет препятствовать установке в скважине после окончания бурения под прикрытием обсадной колонны эксплуатационной колонны, например замораживающей или фильтровой, так как высота h не превышает разности внутреннего диаметра обсадной колонны и внешнего эксплуатационной.A shoe casing 1 with a protrusion 2 is installed in the well 17, a drill string 3 with an eccentric adapter 6, a rock cutting tool 4 and an eccentric centralizer 9. The drill string is fed forward. The rock-breaking tool 4 exits the shoe pipe 1 and occupies position 18 (FIG. 1). In this case, the protrusion 2 of the casing string is aligned with the groove 12 of the centralizer 9 by means of a cut 13 and the rotation of the casing string 1 relative to the drill 3. The protrusion 2 of the shoe does not impede the exit of the rock cutting tool 4. since the flushing grooves of 5 commercially available tools have a depth greater than the height h of the protrusion 2. In addition, the magnitude of this protrusion will not prevent installation in the well after drilling under cover of the casing of the production string, for example, freezing or filter, since the height h does not exceed the difference between the inner diameter of the casing string and the external operational one.

Вращают буровую и обсадную колонны с одновременным поступательным движением их к забою.Drill and casing are rotated with their simultaneous translational movement to the bottom.

Буровая колонна 3 вращает породоразрушающий инструмент 4 вокруг своей оси' 14, а обсадная колонна 1 вращается вокруг своей оси 15 и посредством эксцентричного центратора 9 вращает 6yposyio колонну по окружности радиусом ече вокруг своей оси 15. Породоразрушающий Инструмент 4 при этом будет занимать крайние положения 19 и 20 и аналогичные другие радиальные, образуя скважину 17 диаметром D_c, равным еThe drill string 3 rotates the rock cutting tool 4 around its axis' 14, and the casing 1 rotates around its axis 15 and, by means of an eccentric centralizer 9, rotates the 6yposyio string in a circle with a radius of even around its axis 15. The rock cutting tool 4 will occupy extreme positions 19 and 20 and similar other radial, forming a well 17 with a diameter D _c equal to e

Dc~4e+2Dfl-D_B, где D_c - диаметрбуримой скважины;Dc ~ 4e + 2Dfl-D _B , where D _c is the diameter of the boring well;

Эд - диаметр породоразрушающего инструмента;Ed is the diameter of the rock cutting tool;

D_a - внутренний диаметр обсадной колонны.D _a is the inner diameter of the casing string.

Обсадная колонна вместе с буровой колонной двигаются по образованию скважине. При отклонении скважины от заданного направления приступают к исправлению отклонения, т.е. к бурению в направлении, противоположном направлению имеющего отклонения.The casing together with the drill string move along the formation of the well. If the well deviates from a given direction, they begin to correct the deviation, i.e. drilling in the opposite direction to the deviating one.

Для этого останавливают вращательное движение обсадной колонны, фиксируют ее в положении выступа 2, противоположном имеющемуся направлению искривления скважины. Продолжают бурение без вращения обсадной колонны, но при поступательном движении к забою при фиксированном положении выступа 2,To do this, stop the rotational movement of the casing, fix it in the position of the protrusion 2, the opposite to the existing direction of the curvature of the well. Drilling is continued without rotation of the casing, but with translational movement to the bottom with a fixed position of the protrusion 2,

Буровая колонна вращается вокруг оси 14 и породоразрушающий инструмент 4 занимает положение 21 (крайнее верхнее) и 22 (крайнее нижнее) и разбуривает скважину 23 диаметром Dd, равным ,The drill string rotates around axis 14 and the rock cutting tool 4 occupies positions 21 (extreme upper) and 22 (extreme lower) and drills a well 23 with a diameter Dd equal to

Dc1=2e+D_fl Dc1 = 2e + D _fl

Ось 24 скважины 23 смещается на величину ei (фиг.1) и совпадает с осью буровой колонны 3. Для того чтобы обсадная колонна входила в эту скважину необходимо, чтобы ее диаметр D_P1 был больше внешнего диаметра обсадной колонны D_Tp. т.е D_ci>D_Tp. При заданных Д_тр и О_д необходимо выполнение условия e>0,5(Di_P~Dfl) ί •Ч;The axis 24 of the well 23 is shifted by the value of ei (Fig. 1) and coincides with the axis of the drill string 3. In order for the casing to enter this well, it is necessary that its diameter D _P 1 be larger than the outer diameter of the casing D _Tp . i.e., D _c i> D _Tp . For given D _tr and O _d it is necessary to fulfill the condition e> 0.5 (Di _P ~ Dfl) ί • H;

Соотношение диаметров образуемой скважины (Dd) и обсадной колонны (D_Tp) определяется опытным путем для конкретных условий, которые зависят как от характеристики пород, так и от диаметра и длины обсадной колонны. После углубления скважины на некоторую длину, определяемую опытным путем и достаточную для получения заданной траектории скважины, бурение в этом направлении прекращают, для чего вновь начинают вращение обсадной колонны.. При этом будет происходить бурение по прямой линии в заданном направлении.The ratio of the diameters of the well being formed (Dd) and the casing string (D _Tp ) is determined empirically for specific conditions, which depend both on the rock characteristics and on the diameter and length of the casing string. After deepening the well by a certain length, which is determined empirically and sufficient to obtain a given trajectory of the well, drilling in this direction is stopped, for which the casing string starts to rotate again. In this case, drilling will occur in a straight line in a given direction.

Предлагаемое устройство реализуется следующим образом.The proposed device is implemented as follows.

Пример. Для бурения наклонных и горизонтальных дренажных скважин в неустойчивых породах в настоящее время используется установка с двумя колоннами труб; буровой диаметром 89 мм с долотом диаметром 140 мм и обсадной диаметром 168 мм. Высота выступа на обсадной колонне составляет 8 мм. Величина е эксцентриситета переходника должна быть е>0,5 · (168-140).Example. For drilling inclined and horizontal drainage wells in unstable rocks, a unit with two pipe columns is currently used; drill diameter 89 mm with a bit with a diameter of 140 mm and a casing diameter of 168 mm. The height of the protrusion on the casing is 8 mm The value e of the eccentricity of the adapter should be e> 0.5 · (168-140).

т.е. е>14 мм. Принимаем 15 мм. Бурение замораживающих скважин производят под углом 30° к горизонту. Требования.к ним по допустимым отклонениям- менее 1 м на 100 м длины скважины.those. e> 14 mm. We accept 15 mm. Freezing wells are drilled at an angle of 30 ° to the horizon. Requirements for them for permissible deviations - less than 1 m per 100 m of the length of the well.

Для получения минимальных отклонений скважины вначале задаются некоторым углом подъема её оси и бурят. При определенной глубине (близкой к половине проектной длины скважины) начинают 5 направленное бурение в противоположном направлении искривлению оси скважины. При этом диаметр скважины составитTo obtain minimal deviations of the well, at first they are given a certain angle of elevation of its axis and drill. At a certain depth (close to half of the design length of the well), 5 directional drilling in the opposite direction begins to bend the axis of the well. The diameter of the well will be

Dc1=2 · 15+140=170 ммDc1 = 2 · 15 + 140 = 170 mm

После бурения некоторого интервала (10-15 м) направленное бурение прекращают и продолжают бурение с вращением обеих колонн по прямой линии.After drilling a certain interval (10-15 m), directional drilling is stopped and drilling continues with the rotation of both columns in a straight line.

Использование изобретения при бурении, например замораживающих скважин для проходки наклонных эскалаторных тоннелей позволит исключить перебуривание 20 замораживающих скважин, которое в настоящее время в Метрострое доходит до 50%. Это снизит стоимость сооружения и сроки их строительства.The use of the invention when drilling, for example, freezing wells for driving inclined escalator tunnels, eliminates the overdrilling of 20 freezing wells, which currently reaches 50% in Metrostroy. This will reduce the cost of construction and their construction time.

Claims

Claim

A device for drilling holes in loose rocks with simultaneous casing, including a drill and casing with offset axes relative to each other in the lower part, rock cutting tools on the drill string and an internal protrusion on the casing, which relieves that> increase the efficiency of drilling horizontal and deviated wells by controlling the deepening of the bottomhole in a given direction, the drill string is equipped with an eccentric adapter and an eccentric centralizer placed on the adapter and filled with a longitudinal groove in which the casing protrusion is placed, and the eccentricity of the adapter is determined by the dependence

e> o, 5 (Otr-Od),

where D _T p and Od are the diameters of the casing and the rock cutting tool, respectively.

Fia 1 22

A-A of FIG. 2