RU2017922C1

RU2017922C1 - Device for well directional drilling

Info

Publication number: RU2017922C1
Authority: RU
Inventors: Л.Ф. Таракановский; В.С. Кузькин; И.И. Бондаренко
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: well drilling. SUBSTANCE: pipe string with individual drive of feed and rotation has shaft installed in its hollow and having drilling tool on one end, and individual rotary drive, on the other end. Shaft is installed in lower part of pipe string on eccentric bearing for bearing displacement in radial direction. Outer surface of pipe string lower part is bevelled. To drill straight section of well, pipe string and shaft are rotated simultaneously. To drill well section with changing direction, direction of displacement of drilling shaft eccentrically is aligned with direction of required well deflection and shaft is rotated with pipe string feed without its rotation. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при сооружении дренажных систем в сложных гидрогеологических условиях. The invention relates to mining and can be used in the construction of drainage systems in difficult hydrogeological conditions.

Известно устройство для направленного бурения скважин, включающее колонну труб с приводом вращения, установленный в полости колонны труб вал с буровым инструментом, приводом вращения и узел отклонения долота [1]. A device for directional drilling of wells is known, including a pipe string with a rotation drive, a shaft with a drilling tool, a rotation drive and a bit deviation assembly installed in the cavity of the pipe string [1].

Недостатком этого устройства является то, что во время бурения оно развивает большие усилия на стенку скважины. The disadvantage of this device is that during drilling it develops great efforts on the wall of the well.

Известно также устройство для направленного бурения скважин, включающее колонну труб с приводом подачи и вращения, установленный в полости колонны труб вал с буровым инструментом на одном конце и приводом вращения на другом и узел отклонения бурового инструмента, содержащий подшипник, эксцентрично установленный относительно оси колонны труб, промежуточную секцию с переходниками и стабилизаторы [2]. A device for directional drilling of wells is also known, including a pipe string with a feed and rotation drive, a shaft installed in the cavity of the pipe string with a drilling tool at one end and a rotation drive at the other, and a drill tool deflection assembly comprising a bearing eccentrically mounted relative to the axis of the pipe string, intermediate section with adapters and stabilizers [2].

Недостатком этого устройства является отсутствие плавного регулирования интенсивности искривления скважины. The disadvantage of this device is the lack of smooth control of the intensity of the curvature of the well.

Цель изобретения - управление интенсивностью искривления скважины. The purpose of the invention is to control the intensity of the curvature of the well.

Достигается это тем, что известное устройство для направленного бурения скважин, включающее колонну труб с приводом подачи и вращения, установленный в полости колонны труб вал с буровым инструментом на одном конце с приводом вращения на другом и узел отклонения бурового инструмента, содержащий подшипник, эксцентрично установленный относительно оси колонны труб, снабжено узлом смещения подшипника в радиальном направлении, а колонна труб в нижней части по наружной поверхности выполнена со скосом. This is achieved by the fact that the known device for directional drilling of wells, including a pipe string with a feed and rotation drive, a shaft installed in the cavity of the pipe string with a drilling tool at one end and a rotation drive at the other, and a drilling tool deflection assembly comprising a bearing eccentrically mounted relative to the axis of the pipe string is equipped with a bearing displacement unit in the radial direction, and the pipe string in the lower part along the outer surface is made with a bevel.

Достигается это также тем, что узел смещения подшипника выполнен в виде эксцентричной втулки с конической наружной поверхностью, установленной между валом и подшипником большим основанием со стороны бурового инструмента, причем внутренняя поверхность подшипника имеет ответную втулке коническую поверхность, а угол при вершине меньше двойного угла трения пары материалов подшипника и втулки. This is also achieved by the fact that the bearing displacement unit is made in the form of an eccentric sleeve with a conical outer surface mounted between the shaft and the bearing with a large base on the side of the drilling tool, the inner surface of the bearing having a conical surface responding to the sleeve, and the angle at the apex is less than the double friction angle of the pair bearing materials and bushings.

Для достижения цели изобретения возможно выполнение узла смещения подшипника в виде регулируемых ребер, связывающих подшипник с внутренней поверхностью колонны труб. To achieve the objective of the invention, it is possible to perform a bearing displacement assembly in the form of adjustable ribs connecting the bearing to the inner surface of the pipe string.

На фиг. 1 представлено устройство для бурения скважин, общий вид с частичным разрезом; на фиг. 2 - передняя часть колонны труб с буровым инструментом; на фиг. 3 - сечение по А-А на фиг. 2 (колонны труб в месте установки подшипника); на фиг. 4 - втулка подшипника, вид сбоку; на фиг. 5 - вид по стрелке Б на фиг. 4; на фиг. 6 - конструкция подшипника (винтовой вариант выполнения); на фиг. 7 - схема проходки прямолинейного и криволинейного участков скважины. In FIG. 1 shows a device for drilling wells, a General view in partial section; in FIG. 2 - the front of the pipe string with a drilling tool; in FIG. 3 is a section along AA in FIG. 2 (pipe string in the place of installation of the bearing); in FIG. 4 - bearing sleeve, side view; in FIG. 5 is a view along arrow B in FIG. 4; in FIG. 6 - bearing design (screw embodiment); in FIG. 7 is a drawing of straight and curved sections of a well.

Устройство для бурения скважин состоит из станины 1 (фиг. 1) с направляющими 2, ползунов 3, платформы 4, связанной с приводом подачи 5, колонны труб 6 с ее индивидуальным приводом вращения 7, бурового вала 8 с индивидуальным приводом вращения 9, бурового инструмента 10, эксцентрично установленного подшипника 11 и узла 12 смещения этого подшипника в радиальном направлении в виде, например, конической по наружной поверхности втулки 12 (фиг. 2), поддерживающей хвостовик 13 бурового инструмента 10. Подшипник 11 крепится к забойной части колонны трубы 6 посредством ребер 14 эксцентрично так, что продольные геометрические оси 15 и 16 соответственно колонны труб 6 и подшипника 11 отстоят друг от друга на расстоянии 17, равном эксцентриситету l (фиг. 3). На таком же расстоянии 18 (фиг. 4 и 5), равном эксцентриситету l, находятся продольные оси 19 и 20 соответственно конической втулки 12 и ее отверстия 21, что позволяет путем поворота втулки 12 относительно подшипника 11 изменять (регулировать) эксцентриситет 22 бурового инструмента 10, хвостовик 13 которого проходит через отверстие 21, относительно колонны труб 6 в пределах от нуля до 2l. Конусность 23 втулки 12 выбрана меньше угла трения пары материалов втулки 12 и подшипника 11, что обеспечивает неподвижность втулки 12 при бурении. A device for drilling wells consists of a bed 1 (Fig. 1) with guides 2, sliders 3, a platform 4 connected to a feed drive 5, a pipe string 6 with its individual rotation drive 7, a drill shaft 8 with an individual rotation drive 9, a drilling tool 10, of an eccentrically mounted bearing 11 and a radial directional displacement assembly 12 of this bearing in the form, for example, of a sleeve 12 conical over the outer surface of the sleeve 12 (Fig. 2) supporting the shank 13 of the drilling tool 10. The bearing 11 is attached to the bottom of the pipe string 6 via of the ribs 14 is eccentric so that the longitudinal geometric axes 15 and 16, respectively, of the pipe string 6 and bearing 11 are spaced from each other at a distance 17 equal to the eccentricity l (Fig. 3). At the same distance 18 (Figs. 4 and 5), equal to the eccentricity l, there are longitudinal axes 19 and 20, respectively, of the conical sleeve 12 and its bore 21, which allows by turning the sleeve 12 relative to the bearing 11 to change (adjust) the eccentricity 22 of the drilling tool 10 , the shank 13 of which passes through the hole 21, relative to the pipe string 6 in the range from zero to 2l. The taper 23 of the sleeve 12 is selected less than the angle of friction of a pair of materials of the sleeve 12 and the bearing 11, which ensures the immobility of the sleeve 12 during drilling.

Во втором варианте выполнения узла смещения подшипника 11 (фиг. 6) эксцентриситет 18 регулируется тягами 24, взаимодействующими с подшипником 11 посредством резьбового соединения 25. Упоры 26 увеличивают жесткость крепления подшипника 11. Гайки 27 тяг 24 и упоров 26 являются фиксирующими и жестко связаны с колонной труб 6. Буровой инструмент 10 имеет диаметр, превосходящий наружный диаметр труб 6, и устанавливается на подшипнике 11 эксцентрично относительно конца колонны труб 6 так, что с одной стороны он не перекрывает габарит трубы 6 (фиг. 2) (на величину не более толщины трубы), а с противоположной стороны выходит за ее поперечный габарит. Колонна труб 6 имеет на конце скос 28, взаимодействующий со стенкой скважины в режиме криволинейного бурения. Для ориентирования в режиме криволинейного бурения может устанавливаться метка 29, например магнитная. Буровой инструмент 10 закрепляется в подшипнике 11 пружинным кольцом 30 и связан с буровым валом 8 посредством разъемной муфты 31. Система удаления разбуренной породы при горизонтальном бурении шнековая (на чертеже не показано), обеспечивается применением в качестве бурового вала 8 шнековой колонны. При бурении нисходящих скважин применяется типовая система удаления разбуренной породы промывкой. Приводы вращения 7 и 9 вала работают независимо друг от друга. Они жестко связаны с платформой 4. Станина 1 крепится в месте установки так, что остается неподвижной в процессе бурения. In the second embodiment of the bearing displacement assembly 11 (Fig. 6), the eccentricity 18 is controlled by rods 24 interacting with the bearing 11 by means of a threaded connection 25. The stops 26 increase the rigidity of the bearing 11. The nuts 27 of the rods 24 and the stops 26 are locking and rigidly connected to the column of pipes 6. The drilling tool 10 has a diameter exceeding the outer diameter of the pipes 6 and is mounted on the bearing 11 eccentrically relative to the end of the pipe string 6 so that on one side it does not overlap the dimension of the pipe 6 (Fig. 2) (by not more than thickness of the tube), and exits from the opposite side of its transverse dimension. The pipe string 6 has a bevel at the end 28, which interacts with the wall of the well in a curvilinear drilling mode. For orientation in curvilinear drilling mode, a mark 29, for example magnetic, can be set. The drilling tool 10 is fixed in the bearing 11 by a spring ring 30 and connected to the drill shaft 8 by means of a detachable sleeve 31. The screw removal system for horizontal drilling is auger (not shown in the drawing), provided by the use of a screw column 8 as a drill shaft. When drilling downhill wells, a typical system for removing drilled rock by flushing is used. The rotation drives 7 and 9 of the shaft operate independently of each other. They are rigidly connected to the platform 4. The bed 1 is mounted at the installation site so that it remains stationary during drilling.

Устройство работает следующим образом. После включения приводов 9 и 7 вращения соответственно бурового вала 8 и колонны труб 6, а также привода подачи 5 создается режим бурения прямолинейной скважины: буровой инструмент 10 внедряется во впереди его расположенную породу и, разрушая ее, формирует скважину, стенки которой защищаются от обвалов перемещающейся вместе с буровым инструментом колонной труб 6. Разбуренная порода попадает внутрь колонны 6, через которую она удаляется системой удаления разбуренной породы (на чертеже не показано). The device operates as follows. After turning on the rotation drives 9 and 7 of the drill shaft 8 and the pipe string 6, as well as the feed drive 5, a straight-line well drilling mode is created: the drilling tool 10 is embedded in front of its located rock and, destroying it, forms a well whose walls are protected from collapses moving together with the drilling tool, the pipe string 6. The drilled rock enters the column 6 through which it is removed by the drilled rock removal system (not shown in the drawing).

В процессе бурения под действием привода подачи 5 вместе с буровым инструментом 10, буровым валом 8 и колонной труб 6 перемещается также платформа 4 с установленными на ней приводами вращения 7 и 9. Прямолинейность перемещения платформы обеспечивается ползунами 3, движущимися по направляющим 2. По достижении платформой 4 своего предельного положения колонны труб 6 и буровой вал 8 освобождаются от удержания соответственно приводами 7 и 9 и платформа 4 перемещается назад в крайнее положение. Далее наращиваются колонны труб 6 и буровой вал 8 и производится новый цикл бурения. During drilling, under the action of the feed drive 5, together with the drilling tool 10, the drill shaft 8 and the pipe string 6, the platform 4 also moves with the rotation drives 7 and 9 installed on it. The linearity of the platform movement is ensured by sliders 3 moving along the guides 2. Upon reaching the platform 4 of their extreme position, the pipe string 6 and the drill shaft 8 are released from being held by the actuators 7 and 9, respectively, and the platform 4 is moved back to the extreme position. Then, pipe columns 6 and drill shaft 8 are built up and a new drilling cycle is being carried out.

В данном режиме бурения формируется прямолинейный участок 32 скважины (фиг. 7) диаметром D_скв, превосходящим диаметр бурового инструмента D_би на величину двойного эксцентриситета установки подшипника 11, т.е.In this drilling mode, a rectilinear section of the well 32 is formed (Fig. 7) with a diameter of D _SLE , exceeding the diameter of the drilling tool D _bi by the amount of double eccentricity of the bearing 11, i.e.

D_скв = D_би + 2l . (1) Для бурения участка 33 скважины с изменяющимся направлением бурения (криволинейного участка скважины) колонна труб 6 устанавливается так, что направление смещения эксцентрично расположенного бурового инструмента совпадает с направлением необходимого искривления скважины.D _SLE = D _bi + 2l. (1) For drilling a section of a well 33 with a varying direction of drilling (a curved section of the well), the pipe string 6 is set so that the displacement direction of the eccentrically located drilling tool coincides with the direction of the required curvature of the well.

Бурение производится без вращения колонны труб 6 при работающих приводах вращения колонны бурового вала 9 и подачи 5. При этом скважина бурится диаметром D'_скв., равным диаметру бурового инструмента, т.е. D'_скв. = D_би. , с учетом зависимости (1) D'_скв. < D_скв. Искривление скважины происходит за счет того, что скос 28 колонны обсадных труб 6, взаимодействуя со стенкой 34 скважины, создает силу, отклоняющую буровой инструмент 10 в направлении оси 16 бурового вала 8.Drilling is carried out without rotation of the pipe string 6 with operating drives for rotating the string of drill shaft 9 and feed 5. In this case, the well is drilled with a diameter D 'of a _borehole equal to the diameter of the drilling tool, i.e. D ' _well = D _bi . , taking into account the dependence (1) D ' _SLE. <D _well The curvature of the well occurs due to the fact that the bevel 28 of the casing string 6, interacting with the wall 34 of the well, creates a force deflecting the drilling tool 10 in the direction of the axis 16 of the drill shaft 8.

После того, как необходимое искривление будет обеспечено, включается привод вращения 7 колонны труб 6 и устройство переходит в режим бурения прямолинейного участка 35 скважины. After the necessary curvature is provided, the rotation drive 7 of the pipe string 6 is turned on and the device goes into the drilling mode of the straight section 35 of the well.

Радиус искривления криволинейного участка скважины определяется по приближенной формуле
R=

(2) где R - радиус искривления криволинейной части скважины, м;
a - минимальное расстояние от режущей кромки 36 бурового инструмента до точки 37 скоса колонны 6, взаимодействующей со стенкой скважины в процессе бурения искривленного участка скважины, м.The curvature radius of the curved section of the well is determined by the approximate formula
R =

(2) where R is the radius of curvature of the curved part of the well, m;
a - the minimum distance from the cutting edge 36 of the drilling tool to the point 37 of the bevel of the column 6, interacting with the wall of the well during drilling of a curved section of the well, m

x - минимальное расстояние между точкой 37 скоса трубы 6, взаимодействующей со стенкой скважины, и линией габарита трубы 6, м. x is the minimum distance between the bevel point 37 of the pipe 6 interacting with the wall of the well and the dimension line of the pipe 6, m

Угол искривления криволинейного участка 33 скважины определяется по приближенной формуле
α=

(3) где α - угол искривления криволинейного участка 33 скважины, град.The angle of curvature of the curved section 33 of the well is determined by the approximate formula
α =

(3) where α is the curvature angle of the curved section 33 of the well, deg.

L - длина участка 33 скважины, м. L is the length of the plot 33 wells, m

Из зависимостей (2) и (3) следует, что угол искривления скважины в большой степени зависит от параметров a и x, которые в свою очередь определяются величиной эксцентриситета 22 бурового инструмента 10. Поэтому для обеспечения заданной интенсивности искривления скважины необходимо иметь возможность тонкой регулировки эксцентриситета 22 бурового инструмента 10. Это обеспечивается конструктивными решениями подшипника 11. From dependences (2) and (3) it follows that the angle of curvature of the well largely depends on the parameters a and x, which in turn are determined by the eccentricity value 22 of the drilling tool 10. Therefore, to ensure a given intensity of curvature of the well, it is necessary to be able to fine-tune the eccentricity 22 of the drilling tool 10. This is ensured by the design of the bearing 11.

При использовании устройства для соединения между собой водосборных колодцев дренажных систем (на чертеже не показано) по завершению бурения скважины буровой инструмент 10 попадает в водосборный колодец, откуда он извлекается вместе с передней трубой колонны 6 для повторного использования. When using the device for connecting drainage wells of drainage systems (not shown) to the end, after completion of drilling, the drilling tool 10 enters the drainage well, from where it is removed together with the front pipe of the column 6 for reuse.

Claims

1. DEVICE FOR DIRECTED DRILLING OF WELLS, including a pipe string with a feed and rotation drive, a shaft installed in the cavity of the pipe string with a drilling tool at one end and a rotation drive at the other, and a drilling tool deflection assembly comprising a bearing eccentrically mounted relative to the axis of the pipe string, characterized in that, in order to control the intensity of the curvature of the well, it is equipped with a bearing displacement unit in the radial direction, the pipe string in the lower part along the outer surface is made with bevelled.

2. The device according to claim 1, characterized in that the bearing displacement unit is made in the form of an eccentric sleeve with a conical outer surface mounted between the shaft and the bearing with a large base on the side of the drilling tool, the inner surface of the bearing having a conical surface corresponding to the sleeve, and the angle at the top of the cone is less than double the angle of friction of a pair of materials of the bearing and the sleeve.

3. The device according to claim 1, characterized in that the bearing displacement unit is made in the form of adjustable ribs connecting the bearing with the inner surface of the pipe string.