UA131421U

UA131421U - TURBODOLO TURNING TYPE

Info

Publication number: UA131421U
Application number: UAU201808324U
Authority: UA
Inventors: Василь Іванович Векерик; Роман Васильович Векерик; Наталя Василівна Векерик; Микола Тарасович Кулинин
Original assignee: Василь Іванович Векерик; Роман Васильович Векерик; Наталя Василівна Векерик; Микола Тарасович Кулинин
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2019-01-10

Abstract

Турбодолото ріжучого типу включає турбіну турбобура, осьові і радільні опори, секції роторів і статорів, герметизуючі елементи, породоруйнівні елементи ріжучого типу причому для інтенсифікації руйнування поверхні вибою свердловини та збільшення швидкості заглиблення вибою свердловини опори примусового обертання породоруйнівних інструментів (доліт) виконані в тілі вала вибійного двигуна, розміщені вздовж його осі обертання, встановлені привідні вибійні двигуни, на обертових валах яких розміщені породоруйнівні елементи ріжучого типу - бурові долота або коронки, що здійснюють складний рух: переносний обертовий рух осей вала та долота і відносні обертові рухи відносно осей двигунів, які приводять в обертання бурові долота (коронки).Cutting turboshaft includes turboshaft turbines, axial and radial supports, sections of rotors and stators, sealing elements, rock-breaking elements of the cutting type, and for intensifying the destruction of the surface of the well face and increasing the speed of the deepening of the hole of the shaft of the support shaft. of the motor, located along its axis of rotation, are mounted drive downhole motors, on whose rotary shafts are placed the rock-breaking elements of the cutting type - drill bits or crowns performing complicated movement: portable rotary motion of the shaft axes and chisels and relative rotational movement axes relative engines that drives the drill bit (crown).

Description

Корисна модель належить до нафтогазової, геологічної, теплоенергетичної і інших галузей народного господарства, пов'язана зі створенням породоруйнівних інструментів для інтенсифікації буріння свердловин долотами ріжучого типу.The useful model belongs to the oil and gas, geological, heat energy and other branches of the national economy, and is associated with the creation of rock-destructive tools for the intensification of well drilling with cutting-type bits.

Відомі долита ріжучого типу (Справочник инженера по бурению. Под редакцией В.Н.Known cutting-type dowels (Drilling engineer's reference book. Edited by V.N.

Мещевича, И.А. Сидоренко. - М.: Изд-во "Недра", 1973. - Т. 1.), які складаються з циліндричного корпуса, що має різьбове з'єднання для включення в бурильну колону. Торцева і бокова робочі частини долота оснащені твердосплавними різцями спеціальної форми, або алмазними ріжучими елементами для руйнування гірських порід. Розміщення ріжучих елементів вибирається за умови повного перекриття поверхні вибою. В корпусі долота утворені канали для підводу промивної рідини до вибою свердловини, на виході яких закріплені гідромоніторні насадки. Долота забезпечують ефективне руйнування вибою свердловини при бурінні м'яких і середньої твердості порід.Meshchevycha, I.A. Sydorenko. - M.: "Nedra" Publishing House, 1973. - T. 1.), which consist of a cylindrical body with a threaded connection for inclusion in the drill string. The end and side working parts of the bit are equipped with carbide cutters of a special shape, or diamond cutting elements for the destruction of rocks. The location of the cutting elements is selected on the condition that the surface of the hole is completely overlapped. In the body of the bit, channels are formed for the supply of washing liquid to the wellhead, at the exit of which hydromonitoring nozzles are fixed. Bits provide effective destruction of the wellhead when drilling soft and medium-hard rocks.

Недоліком доліт ріжучого типу є те, що при руйнуванні порід ріжучими елементами доліт відносно мала швидкість заглиблення вибою свердловини в порівнянні з використанням шарошкових доліт. Енергоємність руйнування порід на вибої в центральній і периферійних частинах вибою різні. Енергія, що підводиться до вибою розприділяється породоруйнівними елементами по кільцевим траєкторіям, при цьому, ріжучі елементи на периферії зношуються значно швидше, ніж в центральній частині.The disadvantage of the cutting-type bits is that when the rocks are destroyed by the cutting elements of the bit, the speed of deepening of the wellbore is relatively low compared to the use of square bits. The energy intensity of the destruction of rocks in the pit in the central and peripheral parts of the pit is different. The energy supplied to the hole is distributed by rock-destructive elements along circular trajectories, while the cutting elements on the periphery wear out much faster than in the central part.

Відомі шарошкові долота (Справочник инженера по бурению. Под редакцией В.Н.Well-known square bits (Drilling engineer's handbook. Edited by V.N.

Мещевича, И.А. Сидоренко. - М.: Изд-во "Недра", 1973. - Т. 1.), які включають корпус, складений з лап, на яких змонтовані шарошки, що оснащені породоруйнівними елементами (фрезерованими зубцями, твердосплавними вставками) різної форми. Шарошки на підшипниках вільно обертаються на цапфах лап долота. При роботі, створенні осьового навантаження і обертанні долота навкруг осі свердловини, шарошки обертаються шляхом перекочування з зубця на зубець, проходить розподіл енергії долота і низу колони бурильних труб по кільцевим поверхням вибою. Обертання шарошок не є незалежним і пов'язане з кінематикою долота та залежить від геометричної форми рейки, що утворюється на вибої. При руйнуванні вибою частота обертання шарошок залежить від геометричних розмірів шарошок, діаметра долота, а також кількості зубців на периферійних вінцях шарошок.Meshchevycha, I.A. Sydorenko. - M.: "Nedra" publishing house, 1973. - Vol. 1.), which include a body composed of legs on which are mounted sharoschka equipped with rock-destroying elements (milled teeth, carbide inserts) of various shapes. The balls on the bearings rotate freely on the pins of the chisel legs. When working, creating an axial load and rotating the bit around the axis of the well, the balls rotate by rolling from tooth to tooth, the energy of the bit and the bottom of the drill pipe column is distributed along the annular surfaces of the hole. The rotation of the balls is not independent and is related to the kinematics of the bit and depends on the geometric shape of the rail formed on the holes. When breaking a hole, the rotation frequency of the balls depends on the geometric dimensions of the balls, the diameter of the bit, as well as the number of teeth on the peripheral crowns of the balls.

Зо Недоліком таких доліт є те, що їхній ресурс є обмеженим через інтенсивний знос озброєння і опор шарошок, особливо при значних осьових навантаженнях і великих швидкостях обертання.The disadvantage of such ranges is that their resource is limited due to intensive wear of weapons and bearings, especially with significant axial loads and high rotation speeds.

Конструкція доліт не забезпечує рівномірного розподілу енергії низу компоновки і долота в центральній і периферійній поверхнях вибою. Відсутність примусового, незалежного окремого приводу обертання кожної з шарошок долота стримує можливість подальшого збільшення швидкостей руйнування вибою, покращення показників буріння.The design of the bits does not ensure an even distribution of the energy of the bottom of the layout and the bit in the central and peripheral surfaces of the punch. The absence of a forced, independent separate drive for the rotation of each of the layers of the bit restrains the possibility of further increasing the rates of destruction of the hole, improving the drilling performance.

Відомо бурове шарошкове долото-аналог (патент РФ Мо 2451151) та бурове щарошечне долото (патент РФ Мо 2433243) корпусного типу, яке складається з корпуса, різьбового з'єднання для приєднання до бурильної колони. В корпусі вмонтовані опора з замковими з'єднаннями, радіальними підшипниками кочення і ковзання. Осі шарошок паралельні осі обертання долота. Робоча поверхня шарошок армована твердосплавними елементами. При прикладанні осьового навантаження і момента до корпуса долота, в результаті взаємодії породоруйнівних інструментів з породою, проходить обертання бурового долота, руйнування породи, заглиблення долота.There is a known drill bit analog (patent RF Mo 2451151) and drill bit (patent RF Mo 2433243) of the body type, which consists of a body, a threaded connection for connecting to the drill string. The support with locking joints, radial rolling and sliding bearings are mounted in the housing. The axes of the layers are parallel to the axis of rotation of the bit. The working surface of the shells is reinforced with hard alloy elements. When applying an axial load and moment to the body of the bit, as a result of the interaction of the rock-breaking tools with the rock, the rotation of the drill bit, the destruction of the rock, and the deepening of the bit take place.

Недоліком конструкції долота є те, що обертання шарошок долота проходить в результаті перекочування шарошок по деформованій поверхні вибою, яка руйнується. При взаємодії породоруйнівних елементів з породою проходить їх ковзання і вдавлювання в породу та руйнування вибою. Обертання шарошок залежне від форми поверхні вибою, що утворюється при перекочуванні шарошок. Обертання шарошок не є примусовим, так як між обертанням корпуса долота і шарошок відсутній жорсткий силовий зв'язок. Примусове обертання шарошок може змінити силову взаємодію озброєння долота з породою та покращити ефективність і інтенсивність процесів руйнування порід.The disadvantage of the bit design is that the rotation of the bits of the bit takes place as a result of rolling of the bits on the deformed surface of the punch, which is destroyed. During the interaction of rock-destructive elements with the rock, their sliding and pressing into the rock and the destruction of the hole take place. The rotation of the balls depends on the shape of the surface of the punch, which is formed during the rolling of the balls. The rotation of the cones is not forced, since there is no rigid force connection between the rotation of the bit body and the cones. Forced rotation of the bits can change the force interaction of the bit weapon with the rock and improve the efficiency and intensity of rock destruction processes.

Найбільш близьким до запропонованого по технічній суті і досягаємому результату єThe closest to the proposed in terms of technical essence and achievable result is

ГЇУстройство для бурения скважин (вариантьї) патент РФ "2352748, МПК Е21В 4/00, МПК Е21В 10/081, яке включає шарошкове долото з опорою на наддолотну трубу, вузол розгрузки опори в виді плити з кільцевим виступом, що утворює разом з оберненими конусами шарошок фрикційні пари і вузол примусового обертання шарошок, що встановлений в середині наддолотної труби і виконаний в виді осьової турбіни з промивочною плитою.The device for drilling wells (variants) patent of the Russian Federation "2352748, IPC E21B 4/00, IPC E21B 10/081, which includes a square bit with a support on a bit pipe, a support unloading unit in the form of a plate with an annular protrusion that forms together with inverted cones sharoshok friction pairs and a node of forced rotation of sharoshok, which is installed in the middle of the over-chisel pipe and is made in the form of an axial turbine with a washing plate.

Даний пристрій завдяки Ффрикційній передачі осьового навантаження через корпуси шарошок і використання вузла для передачі обертання може забезпечити деяке збільшення 60 показників роботи бурового долота. Але передача обертання шарошок приводить до швидкого зносу калібруючих елементів на обернених корпусах шарошок, що приводить до заклинювання шарошок, зменшення механічної швидкості і проходки на долото.This device, thanks to the frictional transmission of the axial load through the shell casings and the use of a unit for the transmission of rotation, can provide a slight increase in the performance of the drill bit by 60. But the transmission of rotation of the balls leads to rapid wear of the calibrating elements on the inverted housings of the balls, which leads to jamming of the balls, reduction of mechanical speed and penetration on the bit.

В зв'язку з викладеним, технічною задачею корисної моделі є підвищення ефективності роботи озброєння запропонованого турбодолота ріжучого типу за рахунок інтенсифікації процесів примусового руйнування поверхні вибою озброєнням бурових доліт ріжучого типу.In connection with the above, the technical task of the useful model is to increase the efficiency of the armament of the proposed cutting-type turbo bit due to the intensification of the processes of forced destruction of the surface of the hole by the armament of cutting-type drill bits.

На фіг. 1 приведена схема конструкції шарошкового турбодолота ріжучого типу (січення А-In fig. 1 shows a diagram of the construction of a cutting-type shrunk turbo-bit (section A-

А).AND).

На фіг. 2 показано перетин вала турбодолота.In fig. 2 shows the section of the turbo bit shaft.

На фіг. З показано вид Б з сторони вибою.In fig. C shows view B from the side of the hole.

Запропоноване турбодолото ріжучого типу складається з вибійних двигунів (турбобурів, гвинтовий двигун, електробур і інших), які працюють із-за перетворенню енергії гідравлічного потоку промивної рідини в складні обертові рухи породоруйнівних інструментів завдяки незалежному обертанні вала турбодолота і валів, на яких розміщені бурові долота ріжучого типу, породоруйнівні інструменти, що здійснюють складні силові рухи по поверхні вибою: вдавлювання, зсуві та ковзання, просторові кутові і лінійні переміщення.The proposed cutting-type turbo bit consists of downhole engines (turbo drills, screw motors, electric drills and others), which work due to the transformation of the energy of the hydraulic flow of the washing fluid into complex rotary movements of the rock-destruction tools due to the independent rotation of the turbo bit shaft and the shafts on which the cutting drill bits are placed type, rock-destructive tools that carry out complex power movements on the surface of the hole: indentation, shearing and sliding, spatial angular and linear movements.

Забезпечення здвигових складових руху породоруйнівних елементів при вдавлюванні в поверхні породи на вибої покращує ефективність її руйнування, так як критичні напруження породи при зсуві кратно менші, ніж при вдавлюванні.Providing the shear components of the movement of rock-destructive elements when pressing into the surface of the rock at the pits improves the efficiency of its destruction, since the critical stresses of the rock during shearing are many times smaller than during pressing.

Така конструкція турбодолота здійснює розподіл енергії низу компоновки озброєнням по поверхні вибою по епіциклічним траєкторіям.This design of the turbo bit distributes the energy of the bottom of the weapons arrangement along the surface of the hole along epicyclic trajectories.

Турбодолото ріжучого типу, що показано на фіг. 1, включає вибійний двигун - турбобур, корпус 1 якого з'єднаний з валом 2 через радіально-упорні підшипники З і 6. На валу 2 і корпусі 1 встановлені секції статорів 4 і секції роторів 5, які відповідно зафіксовані від провертання шпонками. Між валом 2 і корпусом 1 встановлено ущільнення 7. В тілі вала 2 вмонтовано два, три, чотири, шість вибійних двигунів (турбобури, гвинтові двигуни, електробури і інші).The cutting-type turbo bit shown in fig. 1, includes a reciprocating engine - a turbo drill, whose housing 1 is connected to shaft 2 through radial thrust bearings Z and 6. On shaft 2 and housing 1, sections of stators 4 and sections of rotors 5 are installed, which, respectively, are fixed from turning with keys. A seal 7 is installed between shaft 2 and body 1. Two, three, four, six downhole motors (turbo drills, screw motors, electric drills, etc.) are installed in the body of shaft 2.

В циліндричних отворах 10 вала 2 розміщені радіальні і осьові опори 8 і 11, вали 9, до яких через перехідники 13 приєднані бурові долота 15 з ріжучими елементами 14. Між валами 2 і 9 встановлені ущільнення 12.Radial and axial supports 8 and 11, shafts 9, to which drill bits 15 with cutting elements 14 are connected through adapters 13, are placed in cylindrical holes 10 of shaft 2. Seals 12 are installed between shafts 2 and 9.

На фіг. 2 показано розміщення вибійних двигунів в тілі вала 2, а на фіг. З - вид бурових долітIn fig. 2 shows the placement of reciprocating engines in the body of shaft 2, and in fig. C - the type of drill bits

Зо 15 зі сторони вибою.From 15 on the side of the hole.

Турбодолото ріжучого типу працює наступним чином. Промивна рідина подається по бурильним трубам до вибою свердловини. Вона проходить через корпус 1 турбодолота, через пустотілий вал 2 вибійного двигуна, попадає на робочі елементи двигуна - ротори 5 і статори 4, приводить в обертання вал 2. На виході промивна рідина попадає в середину вала 2 на робочі елементи двигунів, що приводять в обертання долота 15.A cutting-type turbo bucket works as follows. Flushing fluid is supplied through drill pipes to the wellbore. It passes through the body 1 of the turbo bit, through the hollow shaft 2 of the reciprocating engine, enters the working elements of the engine - rotors 5 and stators 4, drives shaft 2 into rotation. At the exit, the washing liquid enters the middle of shaft 2 onto the working elements of the engines, which drive it into rotation chisel 15.

Породоруйнівні елементи такого долота ріжучого типу здійснюють складний рух: переносний обертовий рух осей валів 9 вибійних двигунів навколо осі вала 2 вибійного двигуна; відносний рух доліт 15 відносно осей 9 обертання валів вибійних двигунів.The rock-destroying elements of this bit of the cutting type carry out a complex movement: portable rotary movement of the axes of the shafts 9 of the drilling motors around the axis of the shaft 2 of the drilling motors; the relative movement of the ranges 15 relative to the axes 9 of rotation of the shafts of the reciprocating engines.

Примусове обертання доліт приводить до зміни силової взаємодії породоруйнівних елементів долота з породою на вибої свердловини, змінює ефективність руйнування породи.The forced rotation of bits leads to a change in the force interaction of the rock-breaking elements of the bit with the rock at the bottom of the well, and changes the efficiency of the rock destruction.

Сукупність різних варіантів силової взаємодії долота з вибоєм і ефективності руйнування порід дозволить встановити оптимальні конструктивні і технологічні параметри долота.The combination of various options for the force interaction of the bit with the hole and the efficiency of rock destruction will allow to establish the optimal design and technological parameters of the bit.

При таких схемах розміщення і руху ріжучих елементів змінюється взаємодія озброєння долота з вибоєм, в компоновці колони примусово розприділяється енергія по поверхні вибою по кінематичним і динамічним закономірностям по епіциклоїдам, що приводить до зміни енергоємності руйнування вибою, інтенсифікації процесів руйнування порід і, в цілому, до покращення показників буріння, росту швидкості буріння.With such schemes of placement and movement of the cutting elements, the interaction of the bit weapon with the hole changes, in the arrangement of the column, energy is forcibly distributed over the surface of the hole according to kinematic and dynamic regularities according to epicycloids, which leads to a change in the energy intensity of the destruction of the hole, intensification of rock destruction processes and, in general, to improvement of drilling performance, growth of drilling speed.

Таким чином, використання запропонованого турбодолота ріжучого типу завдяки більш ефективній схемі руйнування породи дозволить збільшити проходку на долото і швидкість буріння, знизити собівартість бурових робіт.Thus, the use of the proposed turbo bit of the cutting type thanks to a more effective scheme of rock destruction will allow to increase the penetration of the bit and the speed of drilling, to reduce the cost of drilling operations.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. A cutting-type turbo bit, which includes a turbo-drill turbine, axial and radial supports, sections of rotors and stators, sealing elements, rock-breaking elements of a cutting type, which is distinguished by the fact that in order to intensify the destruction of the surface of the wellbore and increase the speed of deepening of the wellbore, the supports of forced rotation of the rock-breaking of tools (ends) are made in the body of the shaft of the drilling motor, placed along its axis of rotation, driving drilling motors are installed, on the rotating shafts of which rock-destructive elements of the cutting type are placed - drill bits or crowns, which perform a complex movement: portable rotary movement of the axes of the shaft and bit and relative rotational movements relative to the axes of the motors, which rotate the drill bits (crowns).

2. The cutting-type turbo bit according to claim 1, which differs in that two, three, four, six hydraulic motors are installed in the shaft body of the turbo bit's punching motor in parallel along its axis of rotation to drive the cutting-type drilling bits into rotation.

3. The cutting-type turbo bit according to claim 1, which differs in that the cutting-type drill bits are rotated by a turbo drill or screw and other engines.

4. A cutting-type turbo bucket according to claim 2, which is distinguished by the fact that the flow of washing liquid in the shaft of the drilling motor is fed through channels to each of the bit drive motors (crowns), bypassing the support nodes of each motor, the washing liquid is fed through the nozzles to the rock destruction zones, cleans them and brings the products of destruction to the surface.

5. A turbo bit of the cutting type according to claim 1, which differs in that the vectors of the angular velocities of the shaft of the downhole motor and the drilling bits are directed in different opposite directions, and the cutting elements on the wellbore move along epicycloids.

6. A turbo bit of the cutting type according to claim 2, which differs in that for the destruction of the central part of the hole when using more than two drive motors and rotation of more than two drill bits, the shaft of the turbo bit is reinforced with hard alloy rock-destroying cutting elements on the end surface.

7. A cutting-type turbo bit according to claim 1, which is distinguished by the fact that drill bits, cutting-type drill bits and other rock-destructive tools are fixed on the shafts of the Зо drilling engines.