Способ бурения скважин Советский патент 1992 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к способам механического разрушения горных пород при бурении.

Известен способ вращательного бурения горных пород, при котором к инструменту прикладывают большую осевую нагрузку и большой крутящий момент. Разрушение породы при этом происходит путем срезания стружки.

Однако вращательный способ бурения весьма энергоемок и требует приложения значительных осевых нагрузок.

Наиболее близким к предлагаемому способу бурения скважин является способ, согласно которому инструменту сообщают планетарное движение по забою скважины.

Недостатком этого способа бурения является его малая производительность при бурении по крепким породам, необходимость приложения больших осевых нагрузок и, связанная с этим, большая динамическая неуравновешенность, испытываемая рабочим инструментом.

Цель изобретения - повышение производительности бурения при одновременном снижении динамических нагрузок на рабочий инструмент.

Поставленная цель достигается тем, что в способе бурения скважин, согласно которому инструменту сообщают планетарное движение, по забою скважины, одновременно вращают корпус вокруг его продольной оси, осуществляя вращение инструмента вокруг оси, расположенной перпендикулярно к продольной оси корпуса, при этом центральной части инструмента придают вращение в сторону, противоположную направлению вращения его периферийной части, причем скорости вращения корпуса и частей инструмента связаны соотношением

п to + d а) raft + d ufc ,

где п - расстояние от оси вращения корпуса до центра плеча центральной части инструмента, м;

сл

с

VI СЛ

О

VI

ся

Г2 расстояние от оси вращения корпуса до центра периферийной части рабочего инструмента, м;

d - диаметр инструмента, м;

ш - угловая скорость центральной час- ти инструмента,

0)2,- угловая скорость периферийных частей инструмента, с ;

ok - угловая скорость корпуса, с .

При скоростях вращения частей рабочего инструмента происходит наиболее равномерная переработка всех частей забоя скважины при бурении, так как интегральная скорость встречи породораэруша- ющих элементов рабочего инструмента с породой получается примерно одинаковой на центральной части рабочего инструмента и на его периферии Кроме того, это обеспечивает более равномерный износ по- родоразрушающих элементов.

I la чертеже представлена схема рабочего инструмента.

Рабочий инструмент состоит из центральной 1 и периферийной 2 частей, разме- щенных на концентричных валах, закрепленных на корпусе 3 и вращающихся вместе с корпусом вокруг его продольной оси 0-0 с угловой скоростью Ok . Кроме того, центральная часть 1 рабочего инструмента вращается вокруг оси OrOi о сторону, противоположную направлению вращения периферийным частям 2 с различными угловыми скоростями а и ад . Скорость соударения рабочего элемента, размещенного на рабочем инструменте в какой-либо точке его рабочей поверхности, будет складываться из двух скоростей - скорости движения этого элемента при вращении корпуса вокруг его продольной оси 0-0 и скорости этого элемента при его вращении вокруг оси Oi-Oi, перпендикулярной к продольной оси корпуса Поскольку для каждой точки рабочей поверхности, т.е. для каждого рабочего элемента скорость от вращения относительно оси 0-0 будет различна, для усреднения действующих усилий можно принять за среднюю величину скорость точки на рабочей поверхности центральной части рабочего инструмента на расстоянии п от оси 0-0;

Тогда на периферийной части рабочего инструмента средняя точка будет расположена на расстоянии тг от той же оси 0-0,

5

Ю

15

0

5

0

5

0

5

0

Если приравнять эти скорости для компенсации динамических усилий на рабочем инструменте, то получится, что угловые скорости вращения корпуса инструмента и частей рабочего инструмента будут связаны соотношением

П Шк + d UJ1 Г2ОД duЈ ,

где п - расстояние от оси вращения корпуса до центра плеча центральной части инструмента, м;

Г2 - расстояние от оси вращения корпуса до центра периферийной части рабочего инструмента, м;

d - диаметр инструмента, м;

ЈWi -угловая скорость центральной части инструмента,

- угловая скорость периферийных частей инструмента, с ,

аде - угловая скорость корпуса, .

Формула изобретения

Способ бурения скважин, согласно которому инструменту сообщают планетарное движение по забою скважины, при этом одновременно вращают корпус вокруг его продольной оси, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности бурения при одновременногл снижении динамических нагрузок на центральную и периферийную части инструмента, вращение инструмента осуществляют вокруг оси, расположенной к продольной оси корпуса, при этом центральной части инструмента придают вращение в сторону, противоположную направлению вращения его периферийной части, причем скорости вращения корпуса и частей инструмента связаны соотношением

п ом + d ал rsufc + duu где п - расстояние от оси вращения корпуса до центра плеча центральной части инструмента, м;

га - расстояние от оси вращения корпуса до центра периферийной части рабочего инструмента, м;

d -диаметр инструмента, м;

ш -угловая скорость центральной части инструмента,

(t)2 - угловая скорость периферийных частей инструмента,

сок - угловая скорость корпуса, .

О

us.

Сущность изобретения: инструменту сообщают планетарное движение по забою скважины Одновременно корпус вращают вокруг его продольной оси. Вращение инструмента осуществляют вокруг оси, расположенной перпендикулярно к продольной оси корпуса. Центральной части инструмента придают вращение в стЪрону, противоположную направлению вращения его периферийной части. При этом скорости вращения корпуса и инструмента связаны между собой определенным соотношением 1 ил.

О,-