NO20140173A1

NO20140173A1 - Drill bit with a device for removing cuttings from the cutting structure of the drill bit.

Info

Publication number: NO20140173A1
Application number: NO20140173A
Authority: NO
Inventors: Øystein Larsen; Sakalima George Sikaneta; Ole Marius Sollied
Original assignee: Badger Explorer Asa
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-08-12
Also published as: WO2015121273A1

Description

Foreliggende oppfinnelse er relatert til en borekrone med en anordning for å fjerne borekaks fra skjærestrukturen til borkronen. The present invention relates to a drill bit with a device for removing drill cuttings from the cutting structure of the drill bit.

NO312110 gjelder en autonom enhet for undergrunnsundersøkelser eller undersøkelser av is, som spesielt skal anvendes ved leting etter hydrokarbon- eller mineralforekomster. Ved hjelp av sin egen vekt, og rotasjon av en borkrone, er en anordning som i en mest forenklet utførelsesform omfatter en borkrone, en bitdrivmotor, en styre- og måleenhet, et kabelmagasin, og eventuelt en kabelutmater, innrettet til å arbeide seg nedover i jordskorpen, samtidig som den mater ut kabel og danner en forbindelse til jordoverflaten. Massen som blir frigjort og males opp av borkronen føres forbi anordningen, eventuelt via en gjennomgående kanal / rør i boreinnretningen, til borehullet bak / over enheten og fyller borehullet samtidig som den danner en fiksering for kabeltilkoblingen matet ut til jordens overflate. NO312110 applies to an autonomous unit for underground investigations or investigations of ice, which is to be used in particular when searching for hydrocarbon or mineral deposits. By means of its own weight, and rotation of a drill bit, a device which in the most simplified embodiment comprises a drill bit, a bit drive motor, a control and measuring unit, a cable magazine, and possibly a cable outlet, is designed to work downwards in the earth's crust, at the same time that it feeds out cable and forms a connection to the earth's surface. The mass that is freed and ground up by the drill bit is led past the device, possibly via a continuous channel / pipe in the drilling device, to the borehole behind / above the device and fills the borehole at the same time as it forms a fixation for the cable connection fed out to the earth's surface.

Denne anordning reiser en rekke utfordringer, inkludert boring med liten eller ingen in-situ fluid tilgjengelig, og helt uten ytre borefluid, for å transportere borekaks bort fra borkronen. Dette kan føre til alvorlig opphopning av borekaks i og rundt borekronen (kronetilklining/bit balling), og gjør det til slutt umulig å skjære formasjonen og fortsette frem. This arrangement raises a number of challenges, including drilling with little or no in-situ fluid available, and no external drilling fluid at all, to transport drill cuttings away from the drill bit. This can lead to serious accumulation of drill cuttings in and around the drill bit (bit balling), and ultimately makes it impossible to cut the formation and continue forward.

En annen utfordring er å kontrollere maksimal størrelse på partikler som genereres av boreprosessen, for å forhindre tilstopping eller brodannelse av etterfølgende systemer. Another challenge is to control the maximum size of particles generated by the drilling process to prevent clogging or bridging of downstream systems.

Problemer med akkumulering av borkaks ved og i nærheten av borkronen kan også oppleves med andre boresystemer. I dette dokumentet er boret beskrevet knyttet til boring i jordskorpen, altså underjordiske formasjoner, hovedsakelig for å lete etter hydrokarboner eller mineraler, men oppfinnelsen er ikke begrenset til dette bruk. Problems with the accumulation of cuttings at and near the drill bit can also be experienced with other drilling systems. In this document, the drill is described in connection with drilling in the earth's crust, i.e. underground formations, mainly to look for hydrocarbons or minerals, but the invention is not limited to this use.

GB 2496907 beskriver et boresystem som samler og lagrer borekaks fra boring. Systemet omfatter en skrue som transporterer borkaks til en lagringskurv. GB 2496907 describes a drilling system that collects and stores cuttings from drilling. The system includes an auger that transports drill cuttings to a storage basket.

Formålet med oppfinnelsen er å transportere borekaks bort fra fremsiden av borkronen, samtidig som eventuelt begrenser den øvre størrelsen av partiklene ved hjelp av mekaniske midler i stedet for væsker. The purpose of the invention is to transport cuttings away from the front of the drill bit, while possibly limiting the upper size of the particles by means of mechanical means instead of liquids.

Formålet med oppfinnelsen oppnås ved hjelp av trekkene i patentkravene. The purpose of the invention is achieved by means of the features of the patent claims.

I en utførelsesform omfatter en borekrone en skjære struktur, i det minste én åpning i borkronen for fjerning av borekaks fra skjærestrukturen, og minst to transportskruer anordnet i forbindelse med åpningen for transport av borekaks inn i åpningen og videre til et sted fjernt fra borekronen. In one embodiment, a drill bit comprises a cutting structure, at least one opening in the drill bit for removing cuttings from the cutting structure, and at least two transport screws arranged in connection with the opening for transporting drilling cuttings into the opening and further to a location remote from the drill bit.

Borekronen kan være en hvilken som helst form for borekrone for å bore inn i en struktur ved å bryte fra hverandre, skjære eller knuse bergformasjoner under boring av et brønnhull, slik som de som bores for å trekke ut vann, gass eller olje. Eksempler på borekroner er «fixed cutter» borekroner og rullemeiselborekroner (roller cone). Skjærestrukturen vil variere i henhold til type borkrone som benyttes, slik som en PDC-borkrone som anvender polykrystallinsk diamantkompakt-(polycrystalline diamond compact, PDC) kuttere til å skjære berg/stein med en kontinuerlig skrapebevegelse, en trikonisk krone (tricone bit) som omfatter tre koniske ruller med tenner som bryter berg når rullene beveger seg rundt, en diamantmatrise, eller andre egnede skjærestrukturer. The drill bit can be any type of drill bit for drilling into a structure by breaking apart, cutting or crushing rock formations during the drilling of a well hole, such as those drilled to extract water, gas or oil. Examples of drill bits are "fixed cutter" drill bits and roller cone drill bits. The cutting structure will vary according to the type of drill bit used, such as a PDC drill bit that uses polycrystalline diamond compact (PDC) cutters to cut rock/stone with a continuous scraping motion, a tricone bit (tricone bit) that includes three conical rollers with teeth that break rock as the rollers move around, a diamond matrix, or other suitable cutting structures.

Transportskruer eller føringsskruer, er roterende skruer arrangert med den ene enden nær skjæreflater i skjærestrukturen for å fange borekaks produsert under boring. Når skruene roterer, blir borkaks transportert langs gjengene og således transporteres langs lengden av skruene. De andre ender av skruene er anordnet i tilknytning til åpningen for videre deponering av borekaks. Conveyor screws, or lead screws, are rotating screws arranged with one end near cutting surfaces in the cutting structure to capture cuttings produced during drilling. When the screws rotate, cuttings are transported along the threads and are thus transported along the length of the screws. The other ends of the screws are arranged adjacent to the opening for further deposition of drilling cuttings.

I én utførelsesform er avstanden/gapet, horisontalt eller vertikalt mellom transportskruene tilpasset den maksimale partikkel størrelse som skal transporteres. Alternativt eller i tillegg kan gjengenes stigning på transportskruene tilpasses til den maksimale partikkelstørrelsen som skal transporteres. In one embodiment, the distance/gap, horizontally or vertically between the transport screws is adapted to the maximum particle size to be transported. Alternatively or in addition, the pitch of the threads on the transport screws can be adapted to the maximum particle size to be transported.

På denne måte kan størrelsen av partiklene av borekaks være begrenset, noe som letter den etterfølgende deponering av borekaks. In this way, the size of the particles of drilling cuttings can be limited, which facilitates the subsequent deposition of drilling cuttings.

I én utførelse er de to transportskruer er innrettet til å bli motroterende. In one embodiment, the two transport screws are arranged to be counter-rotating.

I én utførelse er de to transportskruer er innrettet til å bli ko-roterende. In one embodiment, the two transport screws are arranged to be co-rotating.

Å anordne skruer motroterende, bevirker et høyere trykk i gjengene, og dermed mer løft som forårsaker transport av borekaks. Arranging screws counter-rotating causes a higher pressure in the threads, and thus more lift which causes the transport of drilling cuttings.

Åpningen er anordnet i borkronen og kan være utført i form av en kanal eller et rør, eller forbundet med en kanal eller rør, som går på innsiden eller utsiden av borkronen til et sted fjernt fra skjærestrukturen. I det tilfelle hvor borkronen blir brukt sammen med den autonome anordningen ifølge NO312110, kan åpningen går gjennom hele anordningen og anbringe borekaks bak innretningen. I andre utførelser kan åpningen føre til andre steder, for eksempel langs sidene av boreinnretningen for avhending langs borebanen. The opening is arranged in the drill bit and can be made in the form of a channel or a pipe, or connected with a channel or pipe, which runs on the inside or outside of the drill bit to a place remote from the cutting structure. In the case where the drill bit is used together with the autonomous device according to NO312110, the opening can go through the entire device and place drill cuttings behind the device. In other embodiments, the opening may lead to other locations, for example along the sides of the drilling rig for disposal along the drill path.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i nærmere detalj, og med henvisning til de vedlagte figurer. Figur 1 viser en prinsippskisse av en utførelsesform av en borkrone ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser en utførelsesform av en borkrone med ko-roterende transportskruer. Figur 3 viser en utførelsesform av en borkrone med motsatt roterende transportskruer. Figur 4 viser et eksempel på en utførelsesform av en borkrone som brukes i en undersøkel sesenhet. The invention will now be described in more detail, and with reference to the attached figures. Figure 1 shows a schematic diagram of an embodiment of a drill bit according to the invention. Figure 2 shows an embodiment of a drill bit with co-rotating transport screws. Figure 3 shows an embodiment of a drill bit with counter-rotating transport screws. Figure 4 shows an example of an embodiment of a drill bit that is used in a research unit.

I figur 1 er det prinsipielt vist en borkrone 10. Borkronen 10 omfatter en Figure 1 basically shows a drill bit 10. The drill bit 10 comprises a

skjærestruktur 14 for å bryte fra hverandre, skjære eller knuse bergformasjoner ved boring, minst en åpning 13 i borkronen for å fjerne borkaks fra skjærestrukturen og minst to transportskruer 11, 12 anordnet i forbindelse med åpningen 13 for transport av borekaks inn i åpningen og videre til et sted fjernt fra borekronen. cutting structure 14 for breaking apart, cutting or crushing rock formations when drilling, at least one opening 13 in the drill bit for removing cuttings from the cutting structure and at least two transport screws 11, 12 arranged in connection with the opening 13 for transporting cuttings into the opening and on to somewhere far from the drill bit.

Ytterligere detaljer er vist i figur 2, som viser et utførelseseksempel hvor transportskruene 21, 22 er innrettet til å være ko-roterende. Under bruk, vil rotasjonen av borkronen 20 aktiverer skjærestrukturen 24. Skjærestruktur 24 vil da skjære i og løsgjøre partikler og større deler i grunnen eller annet materiale i hvilket boringen er utført. Disse borekaks vil i første omgang omgi borekronen. I denne utførelse omfatter skjærestrukturen 24 føringsutsparinger 27 som vil føre borekaks fra utsiden av borekronen mot midten av borkronen 20. De to transportskruer 21, 22 er anordnet ved siden av hverandre i borkronen, med en ende nær enden av føringsutsparingene 27, ved den nedre ende av borekronen. Når borkronen roterer, vil borekaks bevege seg langs føringsutsparingene 27 mot transportskruene, og kommer frem til den mottagende overflate av transportskruene. Further details are shown in Figure 2, which shows an embodiment where the transport screws 21, 22 are arranged to be co-rotating. During use, the rotation of the drill bit 20 will activate the cutting structure 24. The cutting structure 24 will then cut into and loosen particles and larger parts in the ground or other material in which the drilling has been carried out. These cuttings will initially surround the drill bit. In this embodiment, the cutting structure 24 comprises guide recesses 27 which will guide cuttings from the outside of the drill bit towards the center of the drill bit 20. The two transport screws 21, 22 are arranged next to each other in the drill bit, with one end near the end of the guide recesses 27, at the lower end of the drill bit. When the drill bit rotates, cuttings will move along the guide recesses 27 towards the transport screws, and arrive at the receiving surface of the transport screws.

I andre utførelsesformer kan borekronen ha en annen utforming, men en mengde av borekaks vil likevel nå den mottagende flaten av transportskruene. Eksempler av borkroneutforminger kan være at borekronen har langsgåene slisser ved sin periferi som rekker fra bunnen og oppover, for eksempel med en høyde tilnærmet halve høyden til borekronen, inn i hvilke borekaks kan strømme og nå transportskruene. In other embodiments, the drill bit may have a different design, but a quantity of cuttings will still reach the receiving surface of the transport screws. Examples of drill bit designs could be that the drill bit has longitudinal slits at its periphery that extend from the bottom upwards, for example with a height approximately half the height of the drill bit, into which drill cuttings can flow and reach the transport screws.

Transportskruene 21, 22 roterer i samme retning (ko-roterende), som i dette eksempel er den motsatte rotasjonsretning av rotasjonen av borekronen. Rotasjonen av transportskruene 21, 22 vil føre til at borekaks føres langs gjengene på transportskruene og mot åpningen 23. Det transporterte borekaks som entrer inn i åpningen 23 vil påføre et trykk på åpningen, og føre til at borekaks blir transportert videre gjennom åpningen 23 og videre bort fra borkronen. The transport screws 21, 22 rotate in the same direction (co-rotating), which in this example is the opposite direction of rotation to the rotation of the drill bit. The rotation of the transport screws 21, 22 will cause cuttings to be carried along the threads of the transport screws and towards the opening 23. The transported cuttings entering the opening 23 will exert pressure on the opening, and cause the cuttings to be transported further through the opening 23 and beyond away from the drill bit.

Figur 3 viser en utførelsesform av borkronen i likhet med utførelsesformen vist i figur 2, men i denne utførelsesformen bringes transportskruene 31, 32 til å rotere i motsatt retning (motroterende). Motroterende bevegelse av transportskruene 31, 32, vil på en måte som ligner den som er beskrevet i figur 2, føre til at borekaks beveger seg langs gjengene 36 av transportskruene og inn i åpningen 33. Den motroterende bevegelse av transportskruer 31, 32, skaper et høyere trykk av borekakset på åpningen 33, og dermed mer løft som forårsaker ytterligere oppadgående bevegelse av borekaks bort fra borkronen 30. Figure 3 shows an embodiment of the drill bit similar to the embodiment shown in Figure 2, but in this embodiment the transport screws 31, 32 are caused to rotate in the opposite direction (counter-rotating). Counter-rotating movement of the transport screws 31, 32, in a manner similar to that described in Figure 2, will cause drill cuttings to move along the threads 36 of the transport screws and into the opening 33. The counter-rotating movement of transport screws 31, 32, creates a higher pressure of the drill cuttings on the opening 33, and thus more lift which causes further upward movement of the drill cuttings away from the drill bit 30.

I figur 4 er vist et eksempel på en utførelse av en borkrone 40 som brukes i en undersøkelsesanordning, for eksempel den innretning som er beskrevet i Figure 4 shows an example of an embodiment of a drill bit 40 that is used in an examination device, for example the device described in

N0312110. Når borkronen 40 borer gjennom en formasjon 49, blir borekakset ført gjennom åpningen 43, og videre gjennom et rør 48. På denne måten kan borkronen i henhold til oppfinnelsen benyttes som et første trin i et transportsystem. Etterfølgende borkronen i et transportsystem av den typen som er beskrevet i N0312110, er en pumpe eller andre fraktemidler som får borekakset til å bli transportert gjennom røret 48 og in i en kompakteringsmodul som kompakterer borekakset og deponerer det kompakterte borekakset bak undersøkelsesanordningen ved enden 46 som en masse 47. Borkronen i henhold til oppfinnelsen kan også benyttes i lignende transportsystemer i andre anordninger. N0312110. When the drill bit 40 drills through a formation 49, the cuttings are led through the opening 43, and further through a pipe 48. In this way, the drill bit according to the invention can be used as a first step in a transport system. Following the drill bit in a transport system of the type described in N0312110 is a pump or other conveying means which causes the cuttings to be transported through the pipe 48 and into a compaction module which compacts the cuttings and deposits the compacted cuttings behind the survey device at the end 46 as a mass 47. The drill bit according to the invention can also be used in similar transport systems in other devices.

Claims

1. Drill bit comprises a cutting structure, at least one opening in the drill bit for removing drill cuttings from the cutting structure, and at least two transport screws arranged in connection with the opening for transporting drilling cuttings into the opening and on to a location remote from the drill bit.

2. Drill bit according to claim 1, where the cutting structure is a PDC cutting structure or a diamond matrix cutting structure.

3. Drill bit according to claim 1 or 2, where the distance/gap between the transport screws is adapted to the maximum particle size to be transported.

4. A drill bit according to any one of the preceding claims, wherein there are two counter-rotating transport screws.

5. Drill bit according to one of claims 1-3, where there are two co-rotating transport screws.

6. Drill bit according to one of claims 1-5, which comprises guide recesses that will lead drilling cuttings from the outside of the drill bit towards one end of the transport screws.

7. Drilling system comprising a drill bit in accordance with one of claims 1-6, further comprising a channel or pipe running on the inside or outside of the drill bit to a location remote from the cutting structure.