NO761793L - - Google Patents
Info
- Publication number
- NO761793L NO761793L NO761793A NO761793A NO761793L NO 761793 L NO761793 L NO 761793L NO 761793 A NO761793 A NO 761793A NO 761793 A NO761793 A NO 761793A NO 761793 L NO761793 L NO 761793L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- conical
- drilling
- drill
- drill bit
- axis
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 104
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 24
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 15
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/26—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers
- E21B10/28—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with non-expansible roller cutters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Description
Denne oppfinnelse angår anordninger for boring av rette hull gjennom bergarter, f.eks. ved gruvedrift eller oljeboring.
Ved gruvedrift er det ønskelig å bore et nedadrettet hull som bærer et gruvehode eller en tunnel. En meget snever toleranse av størrelsesorden 450 cm maksimal sideforskyvning er påkrevet, eller et vinkelavvik som ikke er større enn 10 til 15 bueminutter for et hull som er 200 til 250 meter dypt.
Før hullet bores kan et.stort borehode festes til borstrengen ved det nedre nivå, og trekkes oppover for å forstørre hullet, f.eks. for å danne en elevatorsjakt. I slike tilfeller må hullet ikke bare være på rette sted ved bunnen for å presse gruvehodet, men det må også være rett langs hele sin lengde innenfor nedre toleranser for å unngå at elevatoren støter mot veg-gene i sjakten.
For oljebrønner er det ønskelig med en snever toleranse, f.eks. mindre enn 1° totalt vinkelavvik, ved boring av meget dype hull hvor en første dybde, f.eks. 1500 meter, skal fores med en stålrørforing som sementeres på plass, og den neste dybde, f. eks. 3 700 til 6 100 meter, blir deretter boret idet borerøret strekker seg gjennom foringsrøret. Foringsrøret tilveiebringer et volum som kan forsegles fra oversiden i tilfelle boret treffer en gasslomme. Dersom foringsrøret er buet fordi den første dybde er boret skjevt, vil borerøret gnisse mot innsiden av fo-ringsrøret i lang tid under boringen til den endelige dybde. Slik gnissing vil slite hull i foringsrøret. Dersom man treffer en gasslomme med høyt trykk under påfølgende boring til endelig dybde, vil gasstrykket i foringsrøret lekke gjennom det slitte område og oppover langs utsiden av foringsrøret til atmosfæren, slik at gassen ikke kan avstenges og tap av verdifull gass blir resultatet.
For disse og andre anvendelser er det ønskelig å til veiebringe en anordning for boring av hull med snevre retthets-toleranser passende for anvendelsen, idet man også må kunne ar-beide med høye borehastigheter, med lave utstyrskostnader og på en måte som ikke krever vesentlig faglært arbeidskraft.
Vanlig praksis for boring av rette hull ved anvendelse av rullemeiselkroner har vært å prøve å "fylle" hullet i en viss avstand over borkronen med trangt eller tett tilpassede elementer for å stabilisere borkronen. Elementer utstyrt til dette formål har innbefattet rullstabilisatorer, stangstabilisatorer, og kvadratiske borekrager. Et spesielt trekk ved disse elementer er at de beskriver en sylindrisk bane ved omdreining og ikke i vesentlig grad forstørrer hullet i forhold til det hull som frembringes ved hjelp av lede-borkronen, selvom i visse tilfeller slike stabilisatorer kan fjerne noe stenmateriale fra hullveggene. Disse elementer har i virkeligheten ikke vært trangt tilpasset i hullet. Et eksempel vil klargjøre dette punkt. Det antas at det er ønskelig å unngå en krumning av hullaksen som ville føre til et vinkelavvik på 10 bueminutter etter 30 meter boring. Krumningens radius er 1 750 meter. Nå er ét typisk boreelement i en stigeboreoperasjon i gruvedrift av maskindimensjonene begren-set til en lengde på høyden 1,5 meter. Avviket fra en rett linje for dette krumningseksempel er bare 0,111 mm på 1,5 meter. Det vil være klart at ingen sylindrisk anordning som roterer i et borehull i fjell med ujevne vegger kan være så trangt tilpasset, og for den saks skyld kan heller ingen ledeborkrone, ny eller brukt, frembringe et hull med et slikt nøyaktig kontrollert avvik i fjell eller bergart. Faktum er derfor at den "trange" eller "tette" stabilisering ifølge konvensjonell praksis ganske enkelt ikke er tett i den grad som er ønskelig.
Andre forsøk på å bore rette hull har innbefattet bruk av mindre nedadrettet boretrykk enn vanlig, slik at det oppnås mindre søyleutbøyning i borstrengen, idet man derved håpet å opp-nå mindre forskyvning av borkronen og hullet.
Det er videre kjent en konisk stabilisator omfattende en to- eller tretrinns konisk opprømmer som plaseres i borstrengen over den konvensjonelle ledeborkrone.
Ingen av de ovennevnte forslag gir en fullgod løsning på problemene forbundet med boring av rette hull.Hovedformålet ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe løsninger på slike problemer og å tilveiebringe en boreanordning som kan bore rette hull innen snevre toleranser og ved rimelige kostnader, og med mindre prøver og feil enn ved tidligere kjente metoder.
Ifølge oppfinnelsen er der tilveiebragt en anordning for boring i bergarter, for anvendelse i en borstreng over en lede-borkrone med forutbestemt diameter mindre enn den ønskede endelige størrelse av hullet. Boreanordningen omfatter, en liten og en større konisk borkrone som er montert henholdsvis ved øvre og nedre ende av et langstrakt avstandselement. Den største effektive skjærdiameter til hver av de koniske borkroner er minst 10 % større enn den minste effektive skjærdiameter til den respektive borkrone. Videre har avstandselementet et tverrsnitt som motstår bøyning og som virker til å holde de koniske borkroner i en innbyrdes avstand som er minst 5 ganger den største skjærdiameteren på den minste koniske borkrone, for effektivt å lokalisere dreiepunktene som dannes av de to koniske borkroner i en innbyrdes avstand som begrenser anordningens vinkelavvik og for å tilveiebringe en vesentlig momentarm som kan motvirke sidekrefter som anordningen utsettes for gjennom lede-borkronen og borstrengen. Avstandselementet holder imidlertid de koniske borkroner på en innbyrdes avstand som er mindre enn ca. 20 ganger den største skjærdiameter på den nedre koniske borkrone, for å sikre at avstandselementet virker som en bøyefast bjelke for å motvirke vinkelavvik mellom aksen til en av de.koniske borkroner i forhold til den andre når borkronen mottar ujevn sidekraft som følge av uregelmessige skjærforhold rundt borkronens omkrets.
I foretrukne utføringsformer omfatter hver av de koniske borkroner en sirkulær rad av langstrakte rullekutteie med akser som strekker seg langs borstrengens akse, idet aksen til hver av rullene er skråttliggende i forhoid til et plan som løper gjennom borstrengens akse i en retning som frembringer aksielle selvfremdrivende krefter ved omdreining av borstrengen, og hver rull har konisk avkortet form med dens minste ende vendt nedover, og i oppoverretningen skråner rullenes akse utover fra borestrengens akse .
Ovennevnte, samt andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil. forstås av følgende beskrivelse av en foretrukket utfø-ringsform i sammenheng med tegningen, hvor: Fig. 1 skjematisk viser en foretrukket utføringsform av boreanordningen i henhold til oppfinnelsen under bruk for utfor-ming av et ledehull for stigeboring i gruvedrift. Fig. 2 er et riss i større målestokk av anordningen ifølge fig. 1. Fig. 3 er et sideriss i ytterligere forstørret målestokk av den nedre koniske boreenhet på fig. 2. Fig. 4 er et riss lik fig. 3, hvor lede-borkronen og borestrengen er fjernet, og slik vendt at én av kutterrullene er direkte sentrert i risset. Fig. 5 og 6 er skjematiske riss lik fig. 2, som illustrerer forskjellige ikke-sentrerende krefter og anordningens re-aksjon på disse. Fig. 7a, 7b og 7c er skjematiske riss som illustrerer anordningens selvinnrettingseffekt når den passerer gjennom ujevne forhold i bergarten.
På fig. 1 og 2 er en foretrukket boreanordning for rette hull vist festet til borestrengen 2. Anordningen består av en øvre konisk borkrone eller boreenhet 3, et stivt avstandselement 4, en nedre konisk borkrone 5, og en lede-borkrone '6. Den nedre koniske borkrone 5 er dimensjonert for å følge etter i hullet som frembringes av ledekronen 6, f.eks. 200 mm diameter, og forstørre hullet vesentlig, f.eks. til 250 mm diameter. Den øvre koniske borkrone 3 er dimensjonert til å følge i hullet som frembringes av nedre koniske borkrone 5 og forstørre det vesentlig, f.eks. fra 250 mm til 310 mm diameter.
De to stramt stabiliserende koniske borkroner 3 og 5 fikserer boreanordningens akse i en rett linje. Avstandselementet 4 er langt og stivt for maksimalisering av avstanden mellom de koniske borkroner samtidig som man unngår bøyning mellom disse. Den riktige lengde L står i forhold til den maksimale effek-. tive skjær- eller kutterdiameter D^til den nedre borkrone. Man har oppnådd utmerkede resultater med et forhold L/D på omkring 8, men brukbare L/D verdier kan variere fra omtrent 5 til 20.
I den foretrukne viste utføringsform er nedre koniske boreenhet 5 festet umiddelbart over lede-borkronen 6, selvom et avstandsstykke kan plaseres mellom disse to elementer. Likeledes kan ytterligere avstandselementer og ytterligere større koniske boreenheter festes over øvre koniske boreenhet 3, eller andre innretninger kan anvendes i borestrengen over den koniske boreenhet 3 for å begrense borestrengens utbøyning, f.eks. for å hindre utilbørlig spenningskonsentrasjon ved forbindelsespunktet mellom borestrengen og den koniske boreenhet 3.
Fra den øvre koniske boreenhet 3 og nedover holdes boreanordningen meget fast imot sideveis bevegelse.
Som vist omfatter de koniske boreenheter i den foretrukne utføringsform hver en ramme som bærer en rad fritt roter-bare rullekuttersett som danner en konisk omdreiningsflate av en utstrekning som er tilstrekkelig til å frembringe en øvre diameter som er minst 10 % større enn den nedre diameter i det effektive kutterområdet. Disse koniske boreenheter har fortrinnsvis identisk konstruksjon bortsett fra forskjell i størrelse, slik at både øvre og nedre enheter kan bevirke minst 10 % øking i hull-størrelse. Følgelig vil bare én av de koniske boreenheter bli be-skrevet nærmere i det følgende.
Som vist på fig. 3 og 4 består den nedre koniske boreenhet av en hovedramme 10 som ved sin øvre ende via et utvendig gjenget koplingsstykke 12 er forbundet med avstandselementet 4, og ved sin nedre ende via et innvendig gjenget koplingsstykke 16 er forbundet med trerulls lede-borkronen 6. Rammen 10 avsmalner fra topp til bunn langs tre omkretsmessig adskilte stag 20 som strekker seg mellom øvre og nedre rammepartier 22 og 24. De avlange rullekuttere 26, 28 og 30 er anordnet mellom stagene 20.
Hver kutter har tanninnsetninger 32 i en hoveddel 33 som er montert for rotasjon om en aksel 34 med en akse 35 som ikke bare generelt følger avsmalningen til stagene 20, men som også er skråttliggende (f.eks. opp til 2 - 4°, se fig. 4) i forhold til rammens 10 vertikalakse 36. Ved drift bevirker omdreining av rammen 10 at kutterne 26, 28 og 30roterer og forstørrer ledehullet som er dannet av borkronen 6. Kutternes skråstilling frembringer vertikale kraftkomponenter mellom hullveggen og kutterne, hvilket bevirker at anordningen blir i det minste delvis selvfremdrivende.
innretninger for tilførsel av spylefluid (f.eks. luft, rent vann, slam, etc.) fra borestrengen 2 eller avstandselementet 4 festet til øvre koplingsorgan 12 til det nedenunder beliggende element i borestrengen,(f.eks. ledekronen 6 forbundet med nedre koplingsorgan 17) og til kutterne 26, 28 og 30, for bortspyling av den sten som er fjernet under boreprosessen. således kommuniserer en aksiell fluid-innløpskanal 100 med kanaler 108 i hver aksel 34 og en kanal 106 i hvert stag 20. Kanalene 108 avgir spylefluid rundt bunnen av hver kutter, fortrinnsvis i retning oppover, for å spyle borekutt fra det koniske kutterområdet. Kanalene 106 i stagene 20kommuniserer via diagonale kanaler 150 med
med nedre koplingsorgan 17 for levering av spylefluid til neste nedre element i boreanordningen.
I det følgende skal gis en beskrivelse av hvorledes den ovenfor beskrevne anordning motstår de forskjellige tenden-ser til skjevboring, idet beskrivelsen også angår valg av spesielle konstruksjonsdetaljer for spesielle boreforhold.
Figur 5 illustrerer den sannsynlige tilstand hvor boreanordningen utsettes for en tendens til utbøyning på grunn av at ledekronen 6 møter en uensartet bergart. Ledekronen treffer har-dere bergart på høyre side enn på venstre side i fig. 5, hvilket frembringer en siderettet resultantkraft FQsom søker å skyve ledekronen 6 mot venstre og å dreie aksen A til hele borestrengen i retning med urviseren. Denne dreietendens bevirker at den nedre koniske boreenhet 5 begynner å kutte dypere på sin venstre enn på sin høyre side med proporsjonal øking i rekasjonskraften F^på venstre side og en proporsjonal minsking av reaksjonskraften F 2 på høyre side, idet resultantkra f ten fra venstre F-^-F,, motvirker, omdreining av boreanordningensakse A. Det betydelige borearbeid som utføres av nedre koniske boreenhet 5 medfører store krefter, f.eks. i størrelsesorden 5 000 kg hver, og følgelig innebærer en liten prosentvis endring i disse krefter en stor absolutt kraft for motvirking avFQ, idet denne.frembringes med en forholdsvis liten utbøyning mot venstre av den koniske boreenhet. Under disse forhold søker anordningen å dreie seg om den øvre koniske boreenhet 3, samtidig som denne omdreining motvirkes av borestrengen dersom denne er tilstrekkelig stabilisert, eller ved hjelp av en tredje konisk boreenhet i avstand oppad fra boreénheten 3.
I et ekstremt tilfelle hvor boreanordningen ikke yter noen motstand ovenfor øvre koniske boreenhet 3, vil boreénheten dreie om den øvre koniske boreenhet 3. I dette tilfelle er det ønskelig at avstanden L mellom øvre og nedre koniske boreenhet har en betydelig lengde for å minimalisere boreanordningens vinkelavvik eller -utbøyning som følge av en gitt sideveis utbøyning av den nedre del. Den vanlige situasjon er at borestrengen over Øvre koniske boreenhet 3 vil ha en betydelig stivhetsgrad. For å sikre at de momenter som derved oppstår ikke skal bevirke bøyning mellom øvre og nedre koniske boreenhet, bør avstanden mellom disse, selvom den er lang, begrenses i samsvar med stivheten som tilveiebringes av treghetsmomentet i tverrsnittet til avstandselementet 4,
som begrenses av hullets diameter og borefluidets strømningsbetin-
geiser. Fordi bøyemomentet i avstandselementet på grunn av be-lastningen av ledekronen 6 er lik FQx L^, hvor L, er avstanden fra Fq til den nedre koniske boreenhets•effektive midtpunkt, fore-trekkes videre at L, minimaliseres, at den nedre koniske boreenhet kan festes direkte over ledekronen, og at nedre' koniske boreenhet er så kort som mulig fra dens effektive midtpunkt til dens nedre tilkopling.
Fig. 6 illustrerer en annen vanlig årsak til "kroket" hullboring. Ledekronen krever en nedadrettet kraft eller vekt for å trenge gjennom bergformasjonene. Denne vekten bringer borestrengen i kompresjon eller i det minste nedre del av den ved boring av meget dype hull.Borestrengen er mindre enn hullet den befinner seg i, og under trykkbelastning vil følgelig strengen utsettes for en knekningstendens og ligge an mot siden av hullet og derfor utsette boreanordningen for et bøyemoment ved bunnen av hullet. Som vist i fig. 6 søker dette moment M^å dreie boreanordningen om et dreiepunkt som utgjøres av øvre koniske boreenhet og motvirkes av et like stort og motsatt rettet bøyemoment frembragt av kutterenheter under øvre koniske boreenhet. Momentet M20PPstår på grunn av en siderettet kraft-ubalanse, idet F^er større enn F 2 på den nedre koniske boreenhet. Den utvidede lengde L er under disse forhold gunstig idet bøyemomentet F^- F x L derved blir stort. Den tillatelige lengde L har en øvre grense basert på tverrsnittet på grunn av de betraktninger som ovenfor er anført i forbindelse med fig. 5, for å unngå skadelig vinkel-utbøyning mellom aksene til den øvre og nedre koniske boreenhet, og resulterende fremdrift av den nedre koniske boreenhet i en rétning i vinkel med den ønskede hullakse. Der er således igjen både en minimum og maksimum grense for avstanden mellom de koniske boreenheter for oppnåelse av retthet innenfor en valgt snever toleranse.
En av fordelen ved den her viste anordning er at den muliggjør bruk av én lede-borkrone som istedetfor å ha en diameter lik diameteren i det ønskede endelige borehull, slik det er vanlig, har en diameter som er vesentlig mindre enn diameteren til det ønskede borehull.Borestrengen trenger derfor ikke så stor vekt og den øvre del av borestrengen får følgelig mindre tendens til knekning. Videre, dersom den likevel knekker og ligger an mot en side av hullet, blir den aksielle kraft på øvre del av borestrengen mindre av samme grunn, og følgelig reduseres det moment M^som skal motvirkes.- Av samme grunn, under henvisning til fig. 5, minskes enhver sidekraft på ledekronen, tilnærmet i samme forhold som ledekronen reduseres fra den ønskede endelige hullstørrelse.
Fig. 7a, 7b og 7c illustrerer en selvkorrigerende egenskap ved boreanordningen der den møter og avbøyes i sideretningen på grunn av' et distinkt hardt punkt under bore forløpet. (Utbøy-ningen er av illustrasjonsmessige grunner forstørret både lineært og vinkelmessig). I fig. 7a bevirker et distinkt hardt punkt S
på den ene side av den nedre koniske boreenhet en utbøyning idet den koniske boreenhet passerer.Boreanordningen dreier om en øvre koniske boreenhet. som vist (av illustrasjonsgrunner er de foretrukne øvre borestrengstabiHsatorer utelatt slik at der ikke er tilveiebragt noen motstand mot denne omdreining av deler videre oppover i borestrengen, slik at virkningen er vist i forster-ket grad). Etter at boreanordningen har passert det harde punkt fra den stilling som er vist i fig. 7a til den stilling som er vist i fig. 7b følger den en rett linje ved vinkelen a fra den ønskede opprinnelige bane, idet tangens til vinkelen a er — L Som vist i fig. 7b begynner den andre koniske boreenhet å møte samme harde punkt. Som vist i fig. 7c vil deri andre koniske boreenhet, dersom den kutter tilnærmet samme radielle instrument som, den første boreenhet, når den passerer det harde punkt avbøyes i samme retning med tilnærmet samme avstand /\_ som den første boreenhet (fig. 7a), slik at aksen til den av koniske boreenheter bestående boreanordning vender tilbake til en orientering parallelt med den opprinnelig ønskede bane, forskjøvet med en avstand /\.
I praksis kan /\ være en liten brøkdel av en tomme (2,54 cm). Selv om den er forskjøvet er således den nye bane parallel med den opprinnelige bane og forskyvningen er ikke vesentlig. Hvis derimot det opprinnelige vinkelavvik ikke ble korrigert, men til-latt å fortsette over en lang borelengde, kunne dette resultert i en uakseptabel feil.
På bakgrunn av ovenstående betraktninger etableres avstanden mellom den første og andre koniske boreenhet mellom ca. 5 og 20 ganger den maksimale kutterdiameter til den første boreenhet, idet den valgte lengde avhenger av de spesielle boreforhold og spesifiserte hull-utbøyningstoleranser av ovennevnte grunner. I det nedenfor angitte eksempel hvor L/D-forholdet er 8, frembragte boreénheten et rett hull i hard bergart innenfor en ut-bøyning eller et avvik på 10 bueminutter.
Hovedårsaken til kravet om et vesentlig kutt på minst 10 % øking i diameter for hver av de koniske boreenheter er å sikre at de normale kutterkrefter som balanseres mellom rullene i hver koniske rulleenhet er store krefter (dvs. med 18 kg sidekraft pr. cm rull og med ruller som er 15 cm, 20 cm eller lenger for store hullstørreIser, sidekreftene kan være mer enn 5000 kg pr.- rull, frembragt på grunn av reaksjonen fra bergarten som bores) . Under disse forhold bevirker en liten endring i gjennom-trehgningen pr. omdreining av den koniske boreenhet en liten prosentvis endring i kreftene på hver rull, men denne lille pro-sentandel tilsatt en stor basiskraft på 5 000 kg resulterer i en større korrigerende kraft for en meget liten side-utbøyning av den koniske boreenhet.
Fordelen med det foretrukne selvfremdrivende trekk som oppnås ved rullenes skråstilling i den foretrukne utføringsform, er at det selvfremdrivende trekk, under betraktning av en enkelt konisk boreenhet som følger en ledekrone, bokstavelig talt låser den koniske boreenhet aksialt i bergarten og drastisk reduserer eller til og med eliminerer boreenhetens ujevne gang. Dette be-tyr at ved boring av rette hull vil to koniske boreenheter med .selvfremdrivende egenskaper begge låses aksielt slik at anordningen ikke "skumper" eller løsner slik at den kan vandre frem og tilbake i sideretningen under boreprosessen, og slik at begge adskilte referansepunkter (dvs. boreenhetene) som danner hullets akse er fast stabilisert. Den selvfremdrivende egenskap oppnås ved å holde den av den koniske boreenhet dannede konusvinkel liten, f.eks. en halv konusvinkel på 11°, og holde rullenes skråstilling i forhold til et plan gjennom borestrengens akse så stor at forholdet mellom sidekreftene på grunn av det skråttliggende rullar-rangement og de nødvendige sidekrefter for å gjennomtrenge bergarten er så stort som eller større enn tangens til den halve konusvinkel. Tangens til 11° er omtrent 0,2 og en skråvinkel på 2° ved en rull frembringer selvfremdrift.
En spesielt foretrukken utføringsform av oppfinnelsen som har muliggjort boring av rette hull med mindre enn 10 bueminutter vinkelavvik besto av en standard rulle-lede-borkrone med diameter 200 mm. Den første koniske boreenhet hadde en minste effektiv kutterdiameter på 200 mm og en største effektiv kutterdiameter på 250 mm, det av et stålrør bestående avstandsstykke 4 hadde en utvendig diameter på 209 mm, en innvendig diameter på 75 mm eller 100 mm og en lengde på 155 cm, idet den effektive avstand mellom sentrene til kutterne på de to koniske boreenheter var tilnærmet 203 cm, og den øvre koniske boreenhet hadde en minste og største effektiv kutterdiameter på henholdsvis 250 og 310 mm. Over denne anordning var en rekke stangstabilisatorer anordnet med innbyrdes avstand langs borestrengen for å hindre utilbørlige bøye-belastninger på forbindelsen mellom borestrengen og den øvre koniske boreenhet.
Generelt varierer krefter i alle retninger fra bergarten på borekonstruksjonen avhengig av bergartens hardhet, men alle kreftene varierer proporsjonalt. Dvs., i stort sett bløte bergarter er de krefter som trengs for å gjennomtrenge bergarten forholdsvis små i likhet med de krefter som oppstår ved uensartethet i bergarten og de korrigerende krefter som trengs for å holde en rett linje er forholdsmessig små. Stivheten eller anordningens evne til å motstå utbøyning er imidlertid uavhengig av bergartens egenskaper. Dette innebærer at en boreanordningen som oppviser forholdsvis små utbøyninger ved små krefter under boring i bløte bergarter, og som derfor betraktes som en stiv boreanordning for slik bruk, ville oppvise en større utbøyning i harde bergarter. Dette innebærer at avstandsstykkets 4 lengde bør være mindre ved boring i harde bergarter enn i bløte.
For ytterligere detaljer vedrørende en foretrukket konstruksjon av de koniske borkroner henvises til søkerens samtidi-ge US patentsøknad nr. 448 245, innlevert 5. mars 1974 under tittelen "Boring Apparatus".
Claims (7)
1. Anordning for boring av rette hull i bergarter, for bruk i en borestreng over en lede-borkrone med forutbestemt diameter mindre enn den ønskede endelige diameter på hullet,karakterisert vedat den omfatter en liten konisk borkrone (5) og en større konisk borkrone (3), hvilke koniske, borkroner er montert henholdsvis ved øvre og nedre ende av et langstrakt avstandselement (4), at den største effektive kutterdiameter til hver av de koniske borkroner er minst 10 % større enn den minste effektive kutterdiameter til den respektive borkrone, at avstandselementet har et tverrsnitt som motvirker bøy-ning ved de ventede kutterkrefter, at avstandselementet er stivt forbundet med de koniske borkroner for omdreining sammen med disse, samtidig som det holder de to borkroner i en innbyrdes avstand på minst 5 ganger den største kutterdiameter til den minste borkrone, hvorved dreiepunktene som dannes av de to koniske borkroner holdes i innbyrdes avstand for å begrense vinkelforskyvning av anordningen, og hvorved tilveiebringes én betydelig momentarm for å motvirke sidekrefter som virker på anordningen gjennom lede-borkronen og borestrengen, og at avstandselementet holder de koniske borkroner i en innbyrdes avstand som er mindre enn omtrent 20 ganger den største kutterdiameter til den minste koniske borkrone, slik at avstandelementet kan virke som en bøy-ningsfast bjelke for å motvirke vinkelforskyvning av aksen til den ene koniske borkrone i forhold til den andre når den mottar ujevn sidekraft på grunn av uensartede kutterforhold omkring borkronens omkrets.
2. Boreanordning ifølge krav 1,karakterisertved at hver av de koniske boreenheter omfatter en sirkulær rad av langstrakte rullekuttere hvis akser strekker seg langs borestrengens akse.
3. Boreanordning ifølge krav 2,karakterisertved at aksen til hver av rullene er skråstilt i forhold til et plan som løper gjennom borestrengens akse i en retning som frembringer aksielle, selvfremdrivende krefter ved omdreining av borestrengen.
4.Boreanordning ifølge krav 2,karakterisertved at hver rull har konisk avkortet form med den minste ende ret tet nedover, og at aksen til hver av rullene i retning oppover skråner utover fra borestrengen.
5. Boreanordning ifølge krav 1, karakteris, ert ved at den øvre og nedre koniske boreenhet er proporsjonsmessig dimensjonert for å bære tilnærmet like store radielle inkremen-ter.
6. Boreanordning ifølge krav 1,karakterisertved at L/D-forholdet for avstanden L mellom øvre og nedre koniske boreenhet samt den maksimale effektive kuttediameter D til den nedre koniske boreenhet er 8.
7. Boreanordning ifølge krav 6,karakterisertved at hver av de koniske boreenheter omfatter en ramme på hvil-ken er montert en rad med tre rullekuttere, hvilke rullekuttere er montert i vinkel med hullaksen, slik at det dannes en total vinkel på ca. 22° ved omdreining av rammen, og at kutterne er skråstilt i forhold til et plan som løper gjennom hullaksen i en vinkel på ca. 2 og 4° i en retning som frembringer selvfremdrivende krefter på boreanordningen ved omdreining av denne.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/581,379 US4031974A (en) | 1975-05-27 | 1975-05-27 | Boring apparatus capable of boring straight holes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO761793L true NO761793L (no) | 1976-11-30 |
Family
ID=24324967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO761793A NO761793L (no) | 1975-05-27 | 1976-05-26 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4031974A (no) |
| AU (1) | AU499969B2 (no) |
| CA (1) | CA1053659A (no) |
| GB (1) | GB1518616A (no) |
| NO (1) | NO761793L (no) |
| ZA (1) | ZA763109B (no) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4706765A (en) * | 1986-08-11 | 1987-11-17 | Four E Inc. | Drill bit assembly |
| GB8806109D0 (en) * | 1988-03-15 | 1988-04-13 | Anderson C A | Downhole stabilisers |
| DE3942438A1 (de) * | 1989-12-22 | 1991-07-11 | Eastman Christensen Co | Vorrichtung zum bohren einer neben- oder ablenkbohrung eines insbesondere verrohrten bohrlochs |
| NO176528C (no) * | 1992-02-17 | 1995-04-19 | Kverneland Klepp As | Anordning ved borekroner |
| US5497842A (en) * | 1995-04-28 | 1996-03-12 | Baker Hughes Incorporated | Reamer wing for enlarging a borehole below a smaller-diameter portion therof |
| USRE36817E (en) * | 1995-04-28 | 2000-08-15 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for drilling and enlarging a borehole |
| US6123160A (en) * | 1997-04-02 | 2000-09-26 | Baker Hughes Incorporated | Drill bit with gage definition region |
| US6206117B1 (en) | 1997-04-02 | 2001-03-27 | Baker Hughes Incorporated | Drilling structure with non-axial gage |
| US6321862B1 (en) | 1997-09-08 | 2001-11-27 | Baker Hughes Incorporated | Rotary drill bits for directional drilling employing tandem gage pad arrangement with cutting elements and up-drill capability |
| US6173797B1 (en) * | 1997-09-08 | 2001-01-16 | Baker Hughes Incorporated | Rotary drill bits for directional drilling employing movable cutters and tandem gage pad arrangement with active cutting elements and having up-drill capability |
| US6079309A (en) * | 1997-11-24 | 2000-06-27 | Molburg; John C. | Cutting guide with integral supportive clamping and alignment |
| US6386302B1 (en) * | 1999-09-09 | 2002-05-14 | Smith International, Inc. | Polycrystaline diamond compact insert reaming tool |
| CA2288494C (en) | 1999-10-22 | 2008-01-08 | Smith International Canada, Ltd. | One trip milling system |
| US9482055B2 (en) * | 2000-10-11 | 2016-11-01 | Smith International, Inc. | Methods for modeling, designing, and optimizing the performance of drilling tool assemblies |
| US7251590B2 (en) * | 2000-03-13 | 2007-07-31 | Smith International, Inc. | Dynamic vibrational control |
| US6439326B1 (en) * | 2000-04-10 | 2002-08-27 | Smith International, Inc. | Centered-leg roller cone drill bit |
| US6568488B2 (en) | 2001-06-13 | 2003-05-27 | Earth Tool Company, L.L.C. | Roller pipe burster |
| US7954559B2 (en) * | 2005-04-06 | 2011-06-07 | Smith International, Inc. | Method for optimizing the location of a secondary cutting structure component in a drill string |
| WO2007115264A2 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Hill Gilman A | Tapered reamer bit |
| GB0710891D0 (en) * | 2007-06-07 | 2007-07-18 | Anderguage Ltd | Drilling apparatus |
| GB2465505C (en) | 2008-06-27 | 2020-10-14 | Rasheed Wajid | Electronically activated underreamer and calliper tool |
| US8286731B2 (en) * | 2008-10-22 | 2012-10-16 | Ressi Di Cervia Arturo L | Method and apparatus for constructing deep vertical boreholes and underground cut-off walls |
| GB0906211D0 (en) | 2009-04-09 | 2009-05-20 | Andergauge Ltd | Under-reamer |
| GB2486898A (en) | 2010-12-29 | 2012-07-04 | Nov Downhole Eurasia Ltd | A downhole tool with at least one extendable offset cutting member for reaming a bore |
| CA2857841C (en) | 2013-07-26 | 2018-03-13 | National Oilwell DHT, L.P. | Downhole activation assembly with sleeve valve and method of using same |
| WO2016154253A1 (en) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | T2 Tools And Design, Llc | Elevator roller insert system |
| CN114718464A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-07-08 | 中国矿业大学 | 地应力测试一次成孔装置与方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1302058A (en) * | 1913-12-01 | 1919-04-29 | Mahlon E Layne | Drilling apparatus. |
| US1391626A (en) * | 1920-04-27 | 1921-09-20 | Richard J Bequette | Drill-head for well-driling apparatus |
| US1864274A (en) * | 1930-01-22 | 1932-06-21 | Grant John | Collapsible hole straightener |
| US2122863A (en) * | 1936-04-13 | 1938-07-05 | Globe Oil Tools Co | Reamer |
| US3237705A (en) * | 1963-11-13 | 1966-03-01 | Williams Joseph W | Reamer for enlarging and straightening bore holes |
| US3231033A (en) * | 1963-12-04 | 1966-01-25 | Edward B Williams Iii | Reamer with a rolling cutter for enlarging and straightening bore holes |
-
1975
- 1975-05-27 US US05/581,379 patent/US4031974A/en not_active Expired - Lifetime
-
1976
- 1976-05-25 ZA ZA00763109A patent/ZA763109B/xx unknown
- 1976-05-26 NO NO761793A patent/NO761793L/no unknown
- 1976-05-26 CA CA253,311A patent/CA1053659A/en not_active Expired
- 1976-05-27 AU AU14363/76A patent/AU499969B2/en not_active Expired
- 1976-05-27 GB GB22019/76A patent/GB1518616A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4031974A (en) | 1977-06-28 |
| AU1436376A (en) | 1977-12-01 |
| GB1518616A (en) | 1978-07-19 |
| ZA763109B (en) | 1978-01-25 |
| AU499969B2 (en) | 1979-05-10 |
| CA1053659A (en) | 1979-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4031974A (en) | Boring apparatus capable of boring straight holes | |
| US2719026A (en) | Earth boring drill | |
| CA2573888C (en) | Steerable underreamer/stabilizer assembly and method | |
| US7861802B2 (en) | Flexible directional drilling apparatus and method | |
| NO304198B1 (no) | Skiveformet borekrone | |
| US5407022A (en) | Free cutting gage insert with relief angle | |
| CA2081806C (en) | Apparatus for drilling a curved subterranean borehole | |
| RO115746B1 (ro) | Ansamblu pentru foraj curbat | |
| EP1085167B1 (en) | Polycrystaline diamond compact insert reaming tool | |
| NO344530B1 (no) | Fremgangsmåter for boring av et borehull under anvendelse av en bunnhullsammenstilling | |
| NO831219L (no) | Boreinnretning. | |
| NO330003B1 (no) | Hullapner med fast blad og fast kutter | |
| NO20110812A1 (no) | Opprommer | |
| NO337294B1 (no) | Borestabiliserende system, et passivt borestabiliserende system samt en fremgangsmåte for boring av et hovedsakelig konsentrisk borehull | |
| NO343504B1 (no) | Fremgangsmåte og system for boring av et borehull | |
| NO172601B (no) | Fremgangsmaate for oppretting av et borehull som bores skjevt eller buktende samt anordning for gjennomfoering av fremgangsmaaten | |
| NO302770B1 (no) | Innretning til valgfri rett boring eller avviksboring | |
| US7168511B2 (en) | Rotary drill bit having cutting insert with a notch | |
| NO20110693A1 (no) | Anti-virvel borkroner, bronnsted systemer og fremgangsmater for disse | |
| NO820347L (no) | Verktoey for undergrunnsformasjoner | |
| US3285355A (en) | Large diameter well-drilling bit | |
| US2186725A (en) | Straight hole bit | |
| CN118601575A (zh) | 一种竖井扩孔掘进机组合式推进系统 | |
| RU2509860C2 (ru) | Самостабилизирующиеся и сбалансированные от вибраций буровые долота и компоновки низа бурильных колонн и системы для их использования | |
| RU2281370C2 (ru) | Способ бурения вертикальных скважин |