NO752475L

NO752475L -

Info

Publication number: NO752475L
Application number: NO752475A
Authority: NO
Inventors: Y Castel
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1974-07-11
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1976-01-13
Also published as: SE7507170L; FR2277968A1; GB1477069A; CA1026315A; DE2529380A1; SE412621B; FR2277968B1; DK300375A; IT1039685B; DE2529380C2; JPS5137001A; JPS595757B2

Description

" Boreverktøy" "Drilling Tool"

Foreliggende oppfinnelse angår et forbedret boreverktøy eller en borkrone. The present invention relates to an improved drilling tool or a drill bit.

Mer bestemt angår foreliggende oppfinnelse et boreverktøy eller en borkrone som skal festes ved nedre ende av et borerør og omfatter i det minste to kutteelementer. Disse elementer kan være koniske ruller som er roterbart montert på ruilelageret hvis More specifically, the present invention relates to a drilling tool or a drill bit which is to be fixed at the lower end of a drill pipe and comprises at least two cutting elements. These elements can be conical rollers which are rotatably mounted on the rolling bearing if

akser danner en vinkel med boreverktøyets akse.axes form an angle with the axis of the drilling tool.

Tidligere har en søkt å forbedre ytelsen til slike verktøy for boring i grunnen ved hjelp av samvirkende stråler av borefluidum som treffer bunnen i hullet eller arbeidsoverflatsn i det frie rom mellom kutteelementene. I høyde med borkronen har borefluidét som vesentligste funksjoner å avkjøle borkronen, rense borkronen og bunnen i hullet, samt hurtig å drive kaks (betegnelse for de partikler som skjæres ut når borkronen roterer mot bunnen) som dannes ved bruk av verktøyet, mot det ringformede rom mellom borerøret og veggene i det borede hull. In the past, it has been sought to improve the performance of such tools for drilling in the ground by means of interacting jets of drilling fluid that strike the bottom of the hole or the working surface in the free space between the cutting elements. At height with the drill bit, the most important functions of the drilling fluid are to cool the drill bit, clean the drill bit and the bottom of the hole, as well as quickly propel cuttings (a term for the particles that are cut out when the drill bit rotates towards the bottom) that is formed when the tool is used, towards the annular space between the drill pipe and the walls of the drilled hole.

I en utføringsform av tidligere kjente verktøy springer fluidumstrålene ut vesentlig over rullenes nivå. Før de når arbeidsoverflaten må strålene derfor løpe gjennom borefluidét med kaks som fyller bunnen i den borede brønn. Følgelig vil strømnings-hastigheten til fluidumstrålene i høyde med arbeidsf&ftten bli vesentlig redusert, hvilket minsker effektiviteten til sliké fluidumstråler. Videre fører fluidumstrålene med seg en del av borefluidét med kaks mot arbeidsoverflaten hvor kaksen oppmales eller knuses av borkronen, slik at det på arbeidsoverflaten dannes et overtrykk som pakker grunnen, og en har funnet at berøringssonen mellom borkronen og hullbunnen hvor kaksen dannes blir utilstrekkelig oversprøytet av spylefluidet. In an embodiment of previously known tools, the fluid jets spring out significantly above the level of the rollers. Before they reach the working surface, the jets must therefore run through the drilling fluid with cuttings that fill the bottom of the drilled well. Consequently, the flow rate of the fluid jets at the height of the working fluid will be significantly reduced, which reduces the efficiency of such fluid jets. Furthermore, the fluid jets carry with them a part of the drilling fluid with cuttings towards the working surface where the cuttings are ground or crushed by the drill bit, so that an overpressure is formed on the working surface which packs the ground, and it has been found that the contact zone between the drill bit and the bottom of the hole where the cuttings are formed is insufficiently oversprayed by the flushing fluid.

Forskjellige forbedringer er tidligere foreslått, særlig er verktøy av ovennevnte type blitt modifisert på en slik måte at spylefluidumstrålene har sitt utspring så nær arbeidsflaten som mulig, og i visse tilfeller har en også benyttet et aksialt rettet stråle. Slike forbedringer har likevel ikke vært helt tilfredsstillende ettersom man hverken har unngått oppmaling av kaksen eller overtrykk ved arbeidsoverflaten. Various improvements have previously been proposed, in particular tools of the above type have been modified in such a way that the jets of flushing fluid originate as close to the working surface as possible, and in certain cases an axially directed jet has also been used. Such improvements have nevertheless not been completely satisfactory, as neither grinding of the cake nor overpressure at the working surface has been avoided.

Hovedformålet ved foreliggende oppfinnelse er følgeligThe main purpose of the present invention is accordingly

å tilveiebringe et boreverktøy av ovennevnte type som ikke opp-viser ulempene ved tidligere kjente verktøy. to provide a drilling tool of the above type which does not exhibit the disadvantages of previously known tools.

Mer bestemt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et boreverktøy som letter fjerningen av kaks, hindrer oppmaling av denne og minsker trykket i nivået ved arbeidsoverflaten. More specifically, the present invention provides a drilling tool which facilitates the removal of cake, prevents grinding of this and reduces the pressure at the level of the working surface.

Effektiviteten til spylefluidumstrålene blir således forbedret, slik at verktøyets kuttevirkning opprettholdes over et maksimalt tidsrom, slik at boreverktøyet gir større ytelse og trenger bedre ned i grunnen, samtidig som det kreves færre ut-skiftinger av verktøy under en boreopprasjon. The effectiveness of the flushing fluid jets is thus improved, so that the tool's cutting effect is maintained over a maximum period of time, so that the drilling tool gives greater performance and penetrates better into the ground, while fewer tool changes are required during a drilling operation.

En utføringsform av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmBre under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 er et perspektivriss av et boreverktøy ifølge oppfinnelsen, An embodiment of the invention will be described below with reference to the drawing, where: Fig. 1 is a perspective view of a drilling tool according to the invention,

Fig. 2 er et riss av dette verktøy sett nedenfra,Fig. 2 is a view of this tool seen from below,

Fig. 3 og 4 er snitt gjennom verktøyet langs henholdsvis linjene III-III og IV-IV i fig. 2, og Fig. 5 viser en modifikasjon av fig. 4, som er spesielt, men ikke utelukkende, anvendbar ved borkroner med stor diameter. Fig. 3 and 4 are sections through the tool along lines III-III and IV-IV in fig. 2, and Fig. 5 shows a modification of fig. 4, which is particularly, but not exclusively, applicable to drill bits with a large diameter.

Boreverktøyet illustrert på tegningen omfatter en hoveddel 1 forsynt méd tre armer 2, 3 og 4, som hver bærer et kutte-element, bestående f.eks. av ruller, spesielt koniske ruller 5, 6 The drilling tool illustrated in the drawing comprises a main part 1 provided with three arms 2, 3 and 4, each of which carries a cutting element, consisting e.g. of rollers, especially conical rollers 5, 6

og 7, som er roterbart montert på rullelageret, ikke vist, hvis aksler f.eks. er skråttliggende i forhold til verktøyets vertikale akse. Hvert av disse roterbare elementer kan være av hvilken som helst kjent type og er forsynt med tenner, som vist i fig. 2, and 7, which is rotatably mounted on the roller bearing, not shown, whose shafts e.g. is inclined in relation to the vertical axis of the tool. Each of these rotatable elements may be of any known type and is provided with teeth, as shown in fig. 2,

eller hvilke som helst andre kutteorganer som kan angripe og nedbryte grunnen i nivået ved arbeidsoverflaten. or any other cutting means which may attack and break down the soil at the level of the working surface.

Det øvre parti 8 på hoveddelen 1 er gjenget for tilkobling av verktøyet til en verktøyholder som er beliggende i verktøyets forlengelse, idet denne verktøyholder driver boreverktøyet i rotasjonsbevegelse. The upper part 8 on the main part 1 is threaded for connecting the tool to a tool holder which is located in the extension of the tool, as this tool holder drives the drilling tool in rotational movement.

Verktøyholderen som er angitt med henvisningstallet 9The tool holder indicated by the reference number 9

i fig. 3, 4 og 5 kan bestå av borerøret i rotasjonsboreprosessen. Når boreverktøyet roteres direkte ved hjelp av an motor ved bunnen av hullet utgjøres verktøyholderen av rotoren i denne, motor. in fig. 3, 4 and 5 can consist of the drill pipe in the rotary drilling process. When the drilling tool is rotated directly using a motor at the bottom of the hole, the tool holder is formed by the rotor in this motor.

I verktøyets hoveddel 1 er utformet en utsparing 10 som direkte kommuniserer med det indre rom i borerøret. Tre åpninger 11, 12 og 13 (to av hvilke er vist på tegningen) kommuniserer med utsparingen 10 og munner ut mellom armene som bærer kutte-elementené. In the tool's main part 1, a recess 10 is designed which directly communicates with the inner space in the drill pipe. Three openings 11, 12 and 13 (two of which are shown in the drawing) communicate with the recess 10 and open out between the arms which carry the cutting elements.

Kanaler eller rør 14, 15 og 16 er i sin ene ende festet på hoveddelen 1 og kommuniserer med utsparingen 10 gjennom henholdsvis åpningene 11, 12 og 13. Ved andre ende av rørene Channels or pipes 14, 15 and 16 are attached at one end to the main part 1 and communicate with the recess 10 through openings 11, 12 and 13 respectively. At the other end of the pipes

14, 15 og 16 er anordnet kalibrerte åpninger 14a, 15a og 16a av grunner som nedenfor skal forklares. 14, 15 and 16 are arranged calibrated openings 14a, 15a and 16a for reasons which will be explained below.

Rørene 14 og 15 har en slik lengde at de kalibrerte åpninger 14a og 16a ligger tett inntil arbeidsoverflaten eller så nær denne som mulig (fig. 3). Videre er disse rør forsynt med sideåpninger 17 (fig. 2) hvis formål skal forklares ved beskrivelse av verktøyets virkemåte. The pipes 14 and 15 have such a length that the calibrated openings 14a and 16a lie close to the work surface or as close to it as possible (fig. 3). Furthermore, these tubes are provided with side openings 17 (fig. 2), the purpose of which will be explained when describing the tool's operation.

I åpningen 12 er anordnet et rørformet element 15 med en kalibrert åpning som munner ut i en retning stort sett parallelt med verktøyaksen, og motsatt retningen til armene 2, 3 og 4 som bærer kutteelementene. A tubular element 15 is arranged in the opening 12 with a calibrated opening opening in a direction largely parallel to the tool axis, and opposite to the direction of the arms 2, 3 and 4 which carry the cutting elements.

Mellom armene er verktøyet forsynt med strømlinjeorganer bestående av plater 18, 19 og 20 som er festet til verktøyets hoveddel ved hjelp av egnede midler, f.eks. ved hjelp av lodding. Between the arms, the tool is provided with streamlined means consisting of plates 18, 19 and 20 which are attached to the main body of the tool by means of suitable means, e.g. using soldering.

Platene 18 og 20 hindrer direkte kommunisering mellom rommet i den umiddelbare nærhet av kutteelementene 5, 6 og 7 og rommet nær det øvre parti på borkronen, mens strømlinjeplaten 19 etablerer en kommunikasjon mellom rommet i nærheten av elementene 5, 6 og 7 og øvre parti på verktøyet, ved mellom armene 3 og 4, The plates 18 and 20 prevent direct communication between the space in the immediate vicinity of the cutting elements 5, 6 and 7 and the space near the upper part of the drill bit, while the streamline plate 19 establishes a communication between the space in the vicinity of the elements 5, 6 and 7 and the upper part of the tool, by between arms 3 and 4,

å avgrense en utløpsåpning 19a med gitt tverrsnitt S som har stort sett samme akse som rørelementet 15. to define an outlet opening 19a with a given cross-section S which has largely the same axis as the pipe element 15.

Som spesielt vist i fig. 1 utgjør de sammensatte plater et skjørt som danner en forlengelse av hoveddele^ Dette skjørt As particularly shown in fig. 1, the composite plates constitute a skirt which forms an extension of the main parts^ This skirt

har en ytre diameter som er noe mindre enn diameteren til den borede brønn, for å unngå stempelhevingseffekt når verktøyet forskyves i brønnen, hvorved hindres skraping av borehullveggen, has an outer diameter that is somewhat smaller than the diameter of the drilled well, to avoid a piston lifting effect when the tool is moved in the well, thereby preventing scraping of the borehole wall,

hvilket ellers, kunne medføre tilstopping av rommet som avgrenses av which could otherwise lead to clogging of the space delimited by

skjørtet når verktøyet gjeninnføres i brønnen, samt for å lette sammenkoblingen av boreverktøyet og verktøyholderen 9 ved hjelp av et spesielt verktøy som kan opplagres på armene 2, 3 og 4. Virkemåten til denne innretning skal beskrives i det følgende med spesiell henvisning til fig. 2, 3 og 4. the skirt when the tool is reintroduced into the well, as well as to facilitate the connection of the drilling tool and the tool holder 9 by means of a special tool which can be stored on the arms 2, 3 and 4. The operation of this device shall be described in the following with special reference to fig. 2, 3 and 4.

Verktøyet ifølge oppfinnelsen er tilkoblet den ende av verktøyholderen 9 som drives i rotasjon. Borefluidum vinder trykk Ægr irrigering av hullbunnen eller arbeidsoverflaten tilføres gjennom borerøret og inn i utsparingen 10 og strømmer i retning av pilene vist i fig. 3. Dette borefluidum strømmer gjennom utsparingen 10 og rørene 14 og 16 i borkronens fremføringsretning og irrigerer herunder arbeidsoverflaten, avkjøler boreverktøyet og driver kaksen inn i rommet som avgrenses av skjørtet mellom The tool according to the invention is connected to the end of the tool holder 9 which is operated in rotation. Drilling fluid gains pressure Ægr irrigation of the bottom of the hole or the working surface is supplied through the drill pipe and into the recess 10 and flows in the direction of the arrows shown in fig. 3. This drilling fluid flows through the recess 10 and the pipes 14 and 16 in the direction of the drill bit's advance and irrigates the working surface, cools the drilling tool and drives the cuttings into the space delimited by the skirt between

armene 2, 3 og 4. Én del av spylefluidet som strømmer gjennom rørene 14 og 16 kastes ut gjennom åpningene 17 som er hensikts-messig orientert slik at de danner fluidumstråler (fig. 2) som renser kuttéelementene når disse ikke berører hullbunnen. the arms 2, 3 and 4. One part of the flushing fluid that flows through the pipes 14 and 16 is thrown out through the openings 17 which are suitably oriented so that they form fluid jets (fig. 2) which clean the cutting elements when they do not touch the bottom of the hole.

Samtidig vil en del av borefluidét©om innføres i verktøyets utsparing 10 evakueres direkte, gjennom rørelementet 15 og utløps-åpningen 19a, inn i det ringformede rom 21 som dannes mellom bore-røret og hullveggen (fig. 4), dvs. i en retning motsatt verktøyets fremføringsretning. Spylevæsken som inneholder kaks som fyller rommet som avgrenses av skjørtet utsettes således for sterk sug-virkning og føres til det ringformede rom 21 gjennom en fcfcnal S hvis tverrsnitt minsker ettersom avstanden fra hullbunnen eller arbeidsoverflaten øker. At the same time, a part of the drilling fluid if introduced into the tool recess 10 will be evacuated directly, through the pipe element 15 and the outlet opening 19a, into the annular space 21 which is formed between the drill pipe and the hole wall (Fig. 4), i.e. in one direction opposite to the tool's feed direction. The flushing liquid containing cake which fills the space delimited by the skirt is thus exposed to a strong suction effect and is led to the annular space 21 through a fcfcnal S whose cross-section decreases as the distance from the bottom of the hole or the working surface increases.

De fordeler som oppnås ved det forebedrede verktøy ifølge oppfinnelsen fremgår klart av ovenstående beskrivelse. The advantages achieved by the improved tool according to the invention are clear from the above description.

For det første, ettersom de kalibrerte åpninger 14a og 16a ligger en kort avstand fra hullbunnen er styrefluidumstråléhe fullt virksomme fordi de ikke nedbremses av væsken med kaks som har overrislet verktøyets roterende elementer og fyller rommet som omkranses av skjørtet. Videre unngår man at det kaks-inneholdende fluidum av strålene drives mot hullbunnen, og kaks vil i liten grad bli oppmalt av de roterende kutteelementer. Firstly, as the calibrated openings 14a and 16a are a short distance from the bottom of the hole, the control fluid jets are fully effective because they are not slowed down by the liquid with cuttings that has sprinkled over the tool's rotating elements and fills the space surrounded by the skirt. Furthermore, it is avoided that the cake-containing fluid is driven by the jets towards the bottom of the hole, and cake will be ground up to a small extent by the rotating cutting elements.

Det skal også bemerkes at rørelementet 15 utgjør sugeorganer for spylefluidet, hvorved man unngår eller i det minste vesentlig minsker overtrykket som dannes av spylestrålene i nivået ved arbeidsoverflaten. It should also be noted that the pipe element 15 forms suction means for the flushing fluid, whereby the overpressure created by the flushing jets at the level of the working surface is avoided or at least significantly reduced.

Selvsagt utvelges tverrsnittet S og den kalibrerte åpning 15a i rørelementet 15 slik at strømningshastigheten til fluidet som suges inn i det ringformede rom 21 er lik, eller noe lavere enn strømningshastigheten til borevæsken som overrisler arbeidsoverflaten. Of course, the cross-section S and the calibrated opening 15a in the tube element 15 are selected so that the flow rate of the fluid that is sucked into the annular space 21 is equal to, or somewhat lower than, the flow rate of the drilling fluid that sprinkles the working surface.

Fig. 5 viser et vertikalt snitt av en alternativ utføringsform av verktøyet ifølge oppfinnelsen, omfattende ytterligere organer for oppsuging av det kaksinneholdende borefluidum. Fig. 5 shows a vertical section of an alternative embodiment of the tool according to the invention, comprising further organs for sucking up the coke-containing drilling fluid.

Disse ytterligere organer består av et element 22 over verktøyet, forsynt med en konvergerende-divergerende dyse 23. Elementet 22 omfatter videre spor 24 for statisk og dynamisk ut-balansering av elementet 22, hvilket hindrer stempelheveeffekt når verktøyet forskyves i borehullet. These further bodies consist of an element 22 above the tool, provided with a converging-diverging nozzle 23. The element 22 further comprises grooves 24 for static and dynamic balancing of the element 22, which prevents piston lifting effect when the tool is displaced in the borehole.

Elementet 22 er festet til verktøyholderen 9 ved hjelp av hvilke som helst egnede midler, f.eks. med skruer, slik at dysen 23 har stort sett samme akse som den kalibrerte åpning 15a i rørelementet 15. På denne måte oppnår man vesentlig bedre suge-effekt på det kaksinneholdende borefluidum. The element 22 is attached to the tool holder 9 by any suitable means, e.g. with screws, so that the nozzle 23 has largely the same axis as the calibrated opening 15a in the pipe element 15. In this way, a significantly better suction effect is achieved on the drilling fluid containing cask.

I praksis er de ytterligere sugeorganer spesielt nød-vendige når boreverktøy med stor diameter benyttes. In practice, the additional suction means are particularly necessary when drilling tools with a large diameter are used.

Endringer kan utføres uten å avvike fra rammen til foreliggende oppfinnelse slik den er ådjfinert i kravene. Spesielt kan antall kanaler eller rør som munner ut i nærheten av arbeidsoverflaten være en eller flere og antall rørelementer 15 som utgjør sugeorganene kan økes. Aksen til strålene som dannes av rørene 14, 15 og 16 behøver ikke nødvendigvis være parallell med verk-tøyets vertikale akse og de ytterligere sugeorganer trenger ikke nødvendigvis være utformet i ett med verktøyholderen. Changes can be made without deviating from the scope of the present invention as defined in the claims. In particular, the number of channels or pipes that open out near the work surface can be one or more and the number of pipe elements 15 that make up the suction means can be increased. The axis of the jets formed by the tubes 14, 15 and 16 need not necessarily be parallel to the vertical axis of the tool and the additional suction means need not necessarily be designed in one with the tool holder.

Claims

1. Drilling tool comprising a rotatable main part (1) formed in one with a tool holder (9), a number of rotation means (5, 6, 7) stored in the main part (1) and provided with cutting elements, flushing means (14frl4a) arranged at a height of the rotational organs to form a jet of flushing fluid largely in the tool's forward direction, characterized in that the tool comprises a skirt (18, 19, 20) in extension of the main part (1) and designed in one with this, which skirt has an outer diameter which is somewhat smaller than the diameter of the drilled well, and which skirt immediately above the rotational organs delimits a space filled with the fluid that has sprinkled the rotational organs, and which skirt has at least one outlet opening for draining the fluid that fills the space in a direction that has at least one component parallel to the forward direction of the drilling tool, as well as means (15, 15a) for sucking the fluid that fills the space through the outlet opening, which suction means (15, 15a) is designed to circulate the fluid in a direction opposite to the tool's forward direction.

2. Drilling tool as stated in claim 1 and with a recess in the main part for receiving a fluid under pressure which is supplied through the tool holder, characterized in that the suction means comprise a pipe element whose one end is attached to the tool holder and communicates with the recess in the main part, and whose free end has a calibrated internal diameter, the free end being close to the outlet opening in the skirt, so that a fluid jet is formed along the axis of the opening largely in the direction opposite to the drilling tool's forward direction, whereby the fluid in the space is exposed to a suction effect.

3. Drilling tool as specified in claim 2, where the rotation means are stored in arms that extend from the main part, characterized in that the flush means comprise at least one pipe element, one end of which is attached to the main part and communicates with the recess and whose free end is located in the space between two neighboring rotators in brief. distance from the working surfaces of the rotary members, which pipe member is provided with side openings which are arranged in such a way that part of a fluid flowing through the pipe element sprinkles over the cutting elements on the rotary members when the latter is not in contact with the ground, the suction means being located in the space between two neighboring arms, the flow rate of the fluid being sucked up by the suction means being at least equal to the flow rate of the fluid supplied through the flushing means.

4. Drilling tools as stated in claim 3, characterized in that it includes additional suction means.

5. Drilling tools as stated in claim 4, characterized in that the further suction means comprise a converging-diverging nozzle with the same axis as the opening in the skirt which communicates directly with the nozzle, and that the nozzle is provided with an element designed in one with the tool holder.