JPH07502086A - Device and method for removing rock debris from drill holes - Google Patents
Device and method for removing rock debris from drill holesInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 11、前記偏向板が軸方向に下向きに中を通って伸びる少なくとも一つの孔を有 し、前記第1の入口と前記集束管入口との間を連絡する通路を形成して前記衝撃 流体混合物の少なくとも幾分かを前記偏向装置にバイパスできるようにしたこと を特徴とする請求項10に記載の発明。[Detailed description of the invention] 11. The deflection plate has at least one hole extending axially downward therethrough. forming a passage communicating between the first inlet and the focusing tube inlet; enabling at least some of the fluid mixture to be bypassed to the deflection device; The invention according to claim 10, characterized by:
12、前記水がOないし10ガロン毎分の速度で注入される請求項2の発明。12. The invention of claim 2, wherein said water is injected at a rate of 0 to 10 gallons per minute.
13.前記空気の流量がi、ooo標準立方フィート毎分と600標準立方フィ ート毎分の間である請求項6に記載の発明。13. The air flow rate is i, ooo standard cubic feet per minute and 600 standard cubic feet per minute. 7. The invention as claimed in claim 6, wherein:
14、空気圧力が100ポンド毎平方インチと300ポンド毎平方インチの間で ある請求項7に記載の発明。14.When the air pressure is between 100 pounds per square inch and 300 pounds per square inch The invention according to claim 7.
15、空気の流量が200標準立方フィート毎分と1,100標準立方フィート 毎分の間である請求項8に記載の発明。15. Air flow rate is 200 standard cubic feet per minute and 1,100 standard cubic feet per minute. 9. The invention according to claim 8, which is for every minute.
16、前記ドリルツールの中に前記異物の除去の前に前記衝撃流体の混合物の少 なくとも幾分かを同時に注入して前記ドリルツールを潤滑する追加の工程を含む 請求項5に記載の発明。16. Adding a small amount of the impact fluid mixture into the drill tool before removing the foreign object. an additional step of simultaneously injecting at least some of the drill tool to lubricate the drill tool; The invention according to claim 5.
17、流体作動衝撃ダウンザホール・ドリルツールによって作られたドリルポー ルから岩石くずを取除く方法であり、前記ドリルツールは、軸方向孔を有するド リルストリングから前記ドリルツールの上端で吊り下げられるようにしてあり、 該方法は、 a)前記ドリルツールの前記上端と前記ドリルストリングの下端との間に分離装 置を置く工程と、 b)前記孔の中に衝撃流体と異物の混合物の流れを注入する工程と、C)前記混 合物を前記ドリルホールの中の前記分離装置に送る工程と、d)前記衝撃流体が 前記ドリルツールに入る前に前記異物の殆どすべてを前記混合物から取除く工程 と、 e)前記分離装置から取除かれた前記異物を前記ドリルポールの中に同時に放出 して前記岩石くずを取除く工程と、f)前記混合物の前記流れが止まったとき前 記ドリルホールがらの前記岩石くずの前記分離装置の中への逆流を同時に防止す る工程とを含むドリルホールから岩石くずを取除く方法。17. Drill ports created by fluid-actuated impact down-the-hole drill tools method for removing rock debris from a drill tool, the drill tool being a drill tool having an axial hole; suspended by the upper end of the drill tool from the drill string; The method includes: a) a separation between the upper end of the drill tool and the lower end of the drill string; The process of placing the b) injecting a flow of a mixture of impact fluid and foreign material into said hole; and C) said mixture. d) feeding the impinging fluid into the separation device in the drill hole; removing substantially all of the foreign material from the mixture before entering the drill tool; and, e) simultaneous discharge of said foreign matter removed from said separation device into said drill pole; f) when said flow of said mixture has ceased; At the same time, the rock debris from the drill hole is prevented from flowing back into the separator. A method for removing rock debris from a drill hole.
18、流体作動衝撃ダウンサホール・ドリルツールによって作られたドリルポー ルから岩石くずを取除く方法であり、前記ドリルツールは、軸方向孔を有するド リルストリングから前記ドリルツールの上端で吊り下げられるようにしてあり、 該方法は、 a)前記ドリルツールの前記上端と前記ドリルストリングの下端との間に分離装 置を置く工程と、 b)前記孔の中に衝撃流体と異物の混合物の流れを注入する工程と、C)前記混 合物を前記ドリルホールの中の前記分離装置に送る工程と、d)前記衝撃流体が 前記ドリルツールに入る前に前記異物の殆どすべてを前記混合物から取除く工程 と、 e)前記分離装置から取除かれた前記異物を前記ドリルホールの中に同時に放出 して前記岩石くずを取除く工程と、f)前記混合物の前記流れが止まったとき前 記ドリルホールからの前記岩石くずの前記分離装置の中への逆流を同時に防止す る工程と、g)前記ドリル工具を潤滑するために前記空気と水との混合物の少な くとも幾分かを前記水を除去する前に前記ドリル工具に同時に注入する工程とを 含むドリルホールから岩石くずを取除く方法。18. Drill port made by fluid operated impact downsahole drill tool method for removing rock debris from a drill tool, the drill tool being a drill tool having an axial hole; suspended by the upper end of the drill tool from the drill string; The method includes: a) a separation between the upper end of the drill tool and the lower end of the drill string; The process of placing the b) injecting a flow of a mixture of impact fluid and foreign material into said hole; and C) said mixture. d) feeding the impinging fluid into the separation device in the drill hole; removing substantially all of the foreign material from the mixture before entering the drill tool; and, e) simultaneous discharge of said foreign matter removed from said separation device into said drill hole; f) when said flow of said mixture has ceased; At the same time, it is possible to prevent backflow of the rock debris from the drill hole into the separator. g) adding a small quantity of said air and water mixture to lubricate said drilling tool; simultaneously injecting at least some of the water into the drill tool before removing the water; How to remove rock debris from a drill hole containing.
明 細 書 ドリルホールの岩石くずを取除く装置と方法発明の背景 本発明は、一般的にいえば、さく岩ドリルに関し、さらに詳しくいえば、穿孔し ようとするドリルホールに挿入されるのに適した型の空気圧作動衝撃ドリルで普 通に「ダウンザホール」ドリル又はrDHDJとして知られているものに関する 。Specification Apparatus and method for removing rock debris from a drill hole Background of the invention FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to rock drilling drills, and more particularly to rock drilling drills. A pneumatically actuated impact drill of the type suitable to be inserted into the drill hole to be drilled. Regarding what is commonly known as a "down-the-hole" drill or rDHDJ .
ダウンザホールドリルを用いる多くの用途では、水やその他の物質の流体をドリ ルの空気供給源に注入して孔の清掃と安定化を向上させることが必要である。Many applications using down-the-hole drills involve drilling fluids of water or other materials. injection into the pore air supply to improve pore cleaning and stabilization.
普通には、注入された液体の量は、約2.0ガロン毎分ないし約15゜0ガロン 毎分の範囲にすることができる。水をDHDに用いる空気の流れの中に注入する と、与えられた圧力に対して穿孔速度がかなり落ちる。穿孔速度の減少は、流体 注入速度と圧力次第で30%ないし60%の範囲にすることができる。流体注入 に関連してハンマー性能を落すことは、DHD生産に悪い影響を与え、多くの場 合にDHDの使用を不適当にする。Typically, the amount of fluid injected is between about 2.0 gallons per minute and about 15.0 gallons per minute. It can be in the range of every minute. Injecting water into the air stream used for DHD Therefore, the drilling speed decreases considerably for a given pressure. The reduction in drilling speed is due to fluid It can range from 30% to 60% depending on injection rate and pressure. fluid injection Reducing hammer performance in relation to This makes the use of DHD inappropriate in some cases.
前述のことは、現在のダウンザホールさく岩技術にあると知られている限界であ る。従って、上述の限界の一つ以上を解消することを目的とした代替品を提供す ることが有益であることは明らかである。それ故に、あとでさらに詳しく説明す る特徴を備える適当な代替品を提供する。The foregoing are known limitations of current down-the-hole rock drilling technology. Ru. Therefore, we would like to offer alternatives that aim to overcome one or more of the above-mentioned limitations. It is clear that it is beneficial to Therefore, I will explain this in more detail later. Provide a suitable replacement with the following characteristics.
発明の概要 本発明の一つの面において、これは、衝撃流体とその他の物質の混合物の流れを ドリルストリングの軸方向孔から受ける衝撃さく岩ツールの最上端に隣接して置 かれたサイクロン分離装置を備えて、ドリルホールからのくずを取除く装置を提 供することによって達成される。分離装置は、衝撃流体から殆どすべての異物を 除いて集め、そのあとで衝撃流体を分離装置を通してドリルツールに運び、同時 に集めた異物と分離装置からの衝撃流体の少なくとも幾分かをくずを取除くため にドリルホールの環状部分に送る。衝撃流体の流れが止まったときに、分離装置 にある逆止め弁が分離装置を密封して岩石くずが分離装置の中に逆流しないよう にする。Summary of the invention In one aspect of the invention, this comprises controlling the flow of a mixture of impact fluid and other materials. Placed adjacent to the top of the rock drilling tool to receive the impact from the axial hole of the drill string. We offer a device for removing debris from the drill hole, equipped with a cyclone separator. This is achieved by providing The separator removes almost all foreign matter from the impact fluid. The impact fluid is then conveyed through a separator to the drill tool and simultaneously to remove debris collected in the separator and at least some of the impact fluid from the separator. into the annular part of the drill hole. When the flow of impact fluid stops, the separation device A check valve in the separator seals the separator to prevent rock debris from flowing back into the separator. Make it.
本発明のもう一つの面において、これは衝撃流体と異物の混合物の流れをドリル ストリングの軸方向孔から受けるために衝撃ドリルツールの最上端に隣接して分 離装置を設置すること、衝撃流体から殆どすべての異物を除いて集め、そのあと で衝撃流体を分離装置を通してドリルツールに送り、同時に集めた異物と分離装 置からの衝撃流体の少なくとも幾分かを岩石くずを取除くためにドリルホールの 環状部の中に送り、また同時に分離装置を密封して、衝撃流体の流れが止まった ときに、岩石くずが分離装置の中に逆流しないようにすることを含む岩石くずを ドリルホールから取除く方法を提供することよって達成される。In another aspect of the invention, this drills a flow of a mixture of impact fluid and foreign matter. Separate adjacent to the top end of the impact drill tool to receive from the axial hole of the string. A separating device should be installed to remove and collect almost all foreign matter from the impact fluid, and then The impact fluid is sent through the separator to the drill tool, simultaneously separating the collected foreign matter and the separator. of the drill hole to remove rock debris from at least some of the impact fluid from the The flow of impact fluid was stopped by sending it into the annulus and simultaneously sealing the separator. Sometimes rock debris removal, including preventing rock debris from flowing back into the separator. This is accomplished by providing a method of removal from the drill hole.
前述及びその他の面は添付図面の各図と一緒に考慮するとき、本発明の以下の詳 細な説明から明らかになる。The foregoing and other aspects will be explained in the following details of the invention when considered in conjunction with the figures of the accompanying drawings. It becomes clear from the detailed explanation.
図面の簡単な説明 図1は、本発明に用いるのに適した流体軌道衝撃ダウンザホール・ドリルツール と共に用いる清掃装置の縦断面である。Brief description of the drawing FIG. 1 shows a fluid trajectory impact down-the-hole drill tool suitable for use with the present invention. It is a longitudinal cross-section of the cleaning device used together with the cleaning device.
図2は、図1の線2−2に沿って見た水平横断面図である。FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG.
図3は、図1の線3−3に沿って見た水平横断面図である。FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view taken along line 3--3 of FIG.
図4は、本発明に適した逆止め弁の幾つかの部分を取除いた縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view with some parts removed of a check valve suitable for the present invention.
図5は、本発明で達成された種々の水注入速度に対する改良さだ穿孔速度を示す 性能のグラフである。FIG. 5 shows the improved drilling speed for various water injection speeds achieved with the present invention. This is a performance graph.
図6は、本発明で達成された種々の水注入速度に対する改良された衝撃流体流量 を示す性能のグラフである。FIG. 6 shows the improved impulsive fluid flow rate for various water injection rates achieved with the present invention. It is a graph of performance showing.
図7は、本発明で達成された種々の衝撃流体圧力に対する改良された穿孔速度を 示す性能のグラフである。FIG. 7 shows the improved drilling speed for various impulsive fluid pressures achieved with the present invention. It is a graph of the performance shown.
図8は、本発明で達成された種々の流体圧力に対する改良された衝撃流体流量を 示す性能のグラフである。FIG. 8 shows the improved impulsive fluid flow rate for various fluid pressures achieved with the present invention. It is a graph of the performance shown.
詳細な説明 図1を参照すると、本発明の方法において用いるのに適したドリルホール清掃装 置が中に置かれているドリルホール1が示されている。清掃装置3は、ねじなど の普通の方法でドリルストリング9の最下端7に接続された上部継手5を備えて いる。下部継手11がねじなどの普通の方法によってダウンザホールドリル13 のバックヘッドに装置3を接続する。等価な方法とI、で、下部継手11は、装 置3がドリルホール1の内部にドリル13に隣接している限り、ドリル13では なく、ドリルストリング9の中の別の部材に接続できる。detailed description Referring to FIG. 1, a drill hole cleaning apparatus suitable for use in the method of the present invention A drill hole 1 is shown in which a holder is placed. The cleaning device 3 is a screw, etc. with an upper fitting 5 connected to the lowest end 7 of the drill string 9 in the usual manner. There is. The lower fitting 11 is drilled down the hole 13 by a conventional method such as screwing. Connect device 3 to the back head of. In the equivalent method and I, the lower joint 11 is As long as the position 3 is inside the drill hole 1 and adjacent to the drill 13, the drill 13 without having to connect it to another member in the drill string 9.
周知のように、流体がドリル13を作動するためにドリルストリング9を貫流さ れる。この場合に、ドリル13は空気などの加圧流体によって作動される衝撃ダ ウンザホールドリルとして知ら狛ている種類のものである。終には、流体は、ド リルヘッドを出て、穿孔から出た岩石くずを運び出すためにドリルホールを」; 昇する。穿孔から出た岩石くずは、穿孔されている地層の粒子、ドリルホールに しみ込む水、及びドリルストリング9を経てドリル13に導入される異物を含む ことがある。As is well known, fluid is passed through the drill string 9 to operate the drill 13. It will be done. In this case, the drill 13 is an impact drill actuated by a pressurized fluid such as air. It is of a type known as an unthe-hole drill. Eventually, the fluid will Drill hole to exit the rill head and transport the rock debris from the borehole”; rise The rock debris that comes out of the drilling is transferred to the particles of the stratum being drilled and to the drill hole. Including water seeping in and foreign matter introduced into the drill 13 via the drill string 9 Sometimes.
岩石くず除去性能を増大するためには、水を流体の中に注入してもよい。浦など の異物をツールヘッドの潤滑のために注入してもよい。なお、ドリルストリング の内部から進出された錆やスケールの粒子などの異物を流体によって運ぶことも できる。従って、衝撃流体は、空気、水、油及び固体粒子を含む異物の混合物で あってもよい。Water may be injected into the fluid to increase rock debris removal performance. Ura etc. Foreign matter may be injected to lubricate the tool head. In addition, the drill string The fluid can also transport foreign substances such as rust and scale particles that have penetrated from inside the can. Therefore, the impact fluid is a mixture of air, water, oil and foreign matter including solid particles. There may be.
本明細書で用いられるように、用語「衝撃」は、地層に貫入するようにドリルヘ ッド衝撃力を加えるために往復動ピストンを用いるトリルの種類をいい、貫入を 生ずるのに回転研磨作用を用いる回転型のドリルのことをいわない。As used herein, the term "impact" refers to the impact on a drill that penetrates a formation. A type of trill that uses a reciprocating piston to apply impact force; This does not refer to a rotary type drill that uses a rotary abrasive action to generate.
また本明細書において用いられるように、用語「衝撃流体」は、ドリルピストン 往復運動の作用を加える加圧流体のことをいう。Also as used herein, the term "impingement fluid" refers to the drill piston A pressurized fluid that exerts a reciprocating action.
縦のケーシング15が溶接によるなどで」二部継手5及び下部継手】、1に固着 されて、それらの間に軸方向に伸びる中空渦室】7を形成する。上部継手5にあ る第1の入[」19がドリルストリングの軸方向孔21と渦室17の間を軸方向 に流体が通じるように]7ている。下部継手11にある第1の出1」23が渦室 17とバックヘッド13の間を軸方向に流体を通じさせる。The vertical casing 15 is fixed to the two-part joint 5 and the lower joint 1, for example by welding. and form an axially extending hollow vortex chamber 7 between them. At upper joint 5 A first inlet 19 extends axially between the axial hole 21 of the drill string and the vortex chamber 17. 7 so that fluid can communicate with it. The first outlet 1''23 in the lower joint 11 is a vortex chamber. 17 and the back head 13 in the axial direction.
総括的に25として示されている偏向装置が第1の人口19に密封状態で固定さ れている。図2及び図3に水平断面で示されているように、入口19はほかの形 の輪郭を用いることもできるが、偏向装置25と同様に円形の輪郭をしている。A deflection device, generally designated 25, is hermetically secured to the first population 19. It is. As shown in horizontal section in FIGS. 2 and 3, the inlet 19 may have other shapes. It has a circular outline, similar to the deflection device 25, although it is also possible to use a contour of .
再び図1−を参照すると、偏向装置25は、渦室17及び孔21の縦軸方向に横 に垂直である平面内で第1の入口19を横切って伸びる偏向板27を備えている 。Referring again to FIG. a deflection plate 27 extending across the first inlet 19 in a plane perpendicular to .
偏向板27のこの平面は、本明細書において「半径」平面又は1半径」方向と呼 んでいる。偏向装置25は、あとで説明するように、衝撃流体と異物の混合物の 流れを下向きの軸方向から半径方向及び接続方向にそらせる。This plane of the deflection plate 27 is referred to herein as the "radial" plane or the "radial" direction. I'm reading. The deflection device 25 deflects the impact fluid and foreign material mixture, as will be explained later. Diverts the flow from the downward axial direction to the radial and connecting directions.
偏向装置25の下にある中空集束管29が渦室17を軸方向に通って伸びて下部 継手1】ど密封できるよう接触している下端31と、集束管人口35の中で偏向 装置25に隣接して終−)でいる上#A33を備えている。集束管29は、ケー シング15の内面39と集束管29の外面41との間に第1の衝撃流体通路37 を形成している。集束管29は、また集束管29の中で渦室17と第1の出口2 3との間に軸方向に連絡する第2の衝撃流体通路43を形成している。A hollow focusing tube 29 below the deflection device 25 extends axially through the vortex chamber 17 to form a lower part. Fitting 1] The lower end 31 is in sealing contact with the deflector in the focusing tube 35. Adjacent to the device 25 is an upper #A33 which ends at the end. The focusing tube 29 A first impingement fluid passage 37 between the inner surface 39 of the thing 15 and the outer surface 41 of the focusing tube 29 is formed. The focusing tube 29 also includes a vortex chamber 17 and a first outlet 2 within the focusing tube 29. 3, a second impact fluid passage 43 is formed which communicates with the second impact fluid passage 43 in the axial direction.
じゃま板45が集束管29の下端47に接続されて第1の衝撃流体通路37の中 に環状に内方に伸びて、内面39から間隔をあけて終り、後述のように衝撃流体 の流れの逆転を生じさせる。A baffle plate 45 is connected to the lower end 47 of the focusing tube 29 within the first impulse fluid passageway 37. extending annularly inwardly and terminating spaced apart from the inner surface 39 for impinging fluid as described below. causing a reversal of the flow.
後述のように、衝撃流体から分離された異物を集める収集ギヤラリ−49が渦室 】7の下端47の中でじゃま板45の下に形成されている。収集ギヤラリ−の出 口51がドリルホールと収集ギヤラリ−49の間を連絡して、中に集められた異 物と衝撃流体の幾分かがドリルホール1の環状部に流出できるようにする。出口 51は開放通路53が中を通っている簡単なrTJ形ニップルであってもよい。As described below, a collection gear rally 49 that collects foreign matter separated from the impact fluid is located in the vortex chamber. ] It is formed below the baffle plate 45 in the lower end 47 of 7. Output of collection gear rally A port 51 communicates between the drill hole and the collection gear rally 49 to collect the waste collected therein. Allow some of the material and impact fluid to escape into the annulus of the drill hole 1. Exit 51 may be a simple rTJ type nipple with an open passageway 53 passing through it.
−・つの出口51が示されているが、渦室17の周りに円周方向に間隔をあけて 配置された複数の出口を用いてもよい。- Two outlets 51 are shown, spaced circumferentially around the vortex chamber 17. Multiple outlets arranged may also be used.
次に偏向装y125を参照すると、偏向板27が第1の入口19の中を軸方向に 上方に伸びる円錐形上側表面54を持っている。図2及び図3示されているよう に、継手5は、複数の孔55が貫通している。孔55は、渦室17の軸方向に対 して半径方向に伸びている。入口19は、水平断面図で見られるように、輪郭が 円形であり、孔55は、入口19の内面57に対して接線方向に伸びている。孔 55は、第1の人口19と第1の流体通路37の間に流体が通じるようしている 。Referring now to the deflection device y125, the deflection plate 27 moves axially through the first inlet 19. It has an upwardly extending conical upper surface 54. As shown in Figures 2 and 3 In addition, a plurality of holes 55 pass through the joint 5. The holes 55 are arranged opposite to each other in the axial direction of the vortex chamber 17. and extends in the radial direction. The inlet 19 is contoured as seen in the horizontal section. It is circular and the hole 55 extends tangentially to the inner surface 57 of the inlet 19 . hole 55 provides fluid communication between the first population 19 and the first fluid passageway 37 .
集束管の入口35を覆って軸方向にはめ込まれ、衝撃流体の混合物が渦室17の 長さを下向きに通り過ぎてじゃま板45のところで方向を反転し終るあとまで衝 撃流体混合物が集束管人口35に入るのを妨げるに十分な距離伸びている中空シ ールド管59が偏向板27から下向きに密封接続して吊り下げられている。単一 孔61が偏向板27を軸方向に下向きに通って伸びて、第1の入口19と集束管 人口35との間を連結する通路を形成して、衝撃流体混合物の少なくとも幾分が が偏向装置をバイパスできて、衝撃流体混合物の少量が潤滑などの目的のために ドリルツールのヘッドに直接に流れることができるようにしている。単一の孔6 1の代りに複数の孔を設けても効果は同じであろう。Fitted axially over the inlet 35 of the focusing tube, the impulse fluid mixture enters the vortex chamber 17. Pass the length downward until it reverses direction at the baffle plate 45. a hollow cylinder extending a sufficient distance to prevent the percussion fluid mixture from entering the focusing tube 35; A field tube 59 is suspended downward from the deflection plate 27 in a sealed connection. single A hole 61 extends axially downwardly through the deflection plate 27 and connects the first inlet 19 and the focusing tube. forming a passageway connecting with the population 35 so that at least some of the impact fluid mixture can bypass the deflection device and a small amount of the impact fluid mixture can be used for purposes such as lubrication. Allows flow directly to the head of the drill tool. single hole 6 The effect would be the same even if a plurality of holes were provided instead of one.
衝撃流体混合物の下向き軸方向流れだけを通過できるようする逆止め弁63が対 1の入口19に密封されて取付けられている。衝撃流体が流れている間、弁63 は通常は開いている。衝撃流体の流れが止まると、弁63が閉じる。弁63が必 要なのは流体の流れが止まったとき、ドリルホールの環状部からの水及びその他 の岩石くずが開いている通路53を通って収集室49の中に逆流するからである 。そのような逆流は、渦室17の中に蓄積して集束管人口35のところまで昇っ て、次にドリルツールに流入し、ドリルが再び動作を開始すると、ドリルに損傷 を与える。この特徴は、操作者が作業をしていない期間、ドリルがドリルホール の中に下がったままになっているので重量である。A check valve 63 is fitted to allow only downward axial flow of the impact fluid mixture to pass. 1 in a sealed manner. While the impact fluid is flowing, the valve 63 is normally open. When the flow of percussion fluid ceases, valve 63 closes. Valve 63 is required. The important thing is that when the fluid flow stops, water and other water from the annular part of the drill hole rock debris flows back into the collection chamber 49 through the open channel 53. . Such backflow accumulates in the vortex chamber 17 and rises to the focusing tube 35. If the water flows into the drill tool and the drill starts working again, it will damage the drill. give. This feature allows the drill to remain in the drill hole during periods when the operator is not working. It's weight because it stays down inside.
弁63が閉していると、衝撃流体は、清掃装[i13の内部に捕えられ、水と岩 石くずが渦室17の内側を玉貸するにつれて、衝撃流体の圧力が逆流に等しくな って逆流が止まるまで衝撃流体が圧縮状態になる。どんな従来の逆止め弁でも十 分であろう。図4はそのような弁の一つの実施例を示している。When the valve 63 is closed, the impact fluid is trapped inside the cleaning device [i13, where water and rocks As the stone chips fill the inside of the vortex chamber 17, the pressure of the impinging fluid becomes equal to the backflow. The impact fluid remains compressed until the backflow stops. Any conventional check valve will suffice It would be a minute. Figure 4 shows one embodiment of such a valve.
図4を参照すると、逆止め弁63は、第1の入口19にある肩66に着脱自在に 載せられた中空管状本体65を備えている。本体65の外表面にある溝に入れら れた環状弾性シール65が入口19の内表面57に接触して密封する。本体65 は、周知のように整合溝71の中に入れられている保持リング69によって所定 の場所に保持される。中空本体65の中には、中空弁棒73が摺動自在に置がれ ている。弁棒73は、本体65にある軸方向入口孔77の方へ軸方向に上向きに 伸びている円錐台形の上端75を持っている。本体65は、その中で下向きに傾 斜のついている円錐台形上端75と同じ形をした密封庫79を備えている。座面 79には、後述のように上端75に押付けて密封と開封を交互行うための弾性シ ール手段81がはめられている。本体65の底フランジ85に載せられた環状弾 性ばね手段83が弁棒73の下端に接触し、弁棒を座面79とシール81に接触 させて密封を行なわせるように上向きに弁棒73を押している。従って、弁63 は、通常は衝撃流体の流れに対して閉じられている。弁棒73の内側には渦室1 7と軸方向に通じている中空入口室87がある。複数の流体通路89が弁棒73 の壁を通して伸びている。通路89は円錐台形表面75の周辺の回りに間隔を 。Referring to FIG. 4, the check valve 63 is removably mounted on a shoulder 66 on the first inlet 19. It has a hollow tubular body 65 mounted thereon. into the groove on the outer surface of the main body 65. An annular resilient seal 65 contacts and seals against the inner surface 57 of the inlet 19. Main body 65 is predetermined by a retaining ring 69 placed in an alignment groove 71 as is well known. is kept in place. A hollow valve rod 73 is slidably placed inside the hollow main body 65. ing. The valve stem 73 extends axially upwardly toward an axial inlet hole 77 in the body 65. It has an elongated truncated conical upper end 75. The main body 65 is tilted downward therein. It has a beveled truncated conical upper end 75 and a sealed storage 79 having the same shape. seat 79 includes an elastic silicone for alternately sealing and unsealing by pressing against the upper end 75 as described later. A roll means 81 is fitted. Annular bullet mounted on bottom flange 85 of main body 65 A spring means 83 contacts the lower end of the valve stem 73 and contacts the valve stem with the seat surface 79 and the seal 81. The valve stem 73 is pushed upward so as to cause sealing. Therefore, valve 63 are normally closed to the flow of impact fluid. There is a vortex chamber 1 inside the valve stem 73. There is a hollow inlet chamber 87 communicating axially with 7. A plurality of fluid passages 89 connect valve stem 73 extending through the wall of The passages 89 are spaced around the periphery of the frustoconical surface 75. .
あけて配置されている。動作時には、衝撃流体が上面75に作用して、弁棒73 を軸方向に下向きに移動させてシール81との密封接触をはずさせ、それによっ て軸方向孔21、入ロア7と入口室87との間の流体通路89を介して通じさせ る。衝撃流体の圧力がドリルが動作していないときのように零であると、ばね8 3が弁棒73を座79と密封係合させるように押込み、それによって弁63を閉 じる。ばね83の弾性特性は、零より大きい残留衝撃流体圧力で渦室17の内部 の圧力と等しいが、それより大きくない作動していないドリルの場合、弁が閉じ たままであるように完全に選択される。It is placed open. In operation, impact fluid acts on top surface 75 and causes valve stem 73 to axially downwardly to remove sealing contact with seal 81, thereby causing The axial hole 21 communicates with the inlet lower part 7 and the inlet chamber 87 through a fluid passage 89. Ru. When the pressure of the impulse fluid is zero, such as when the drill is not operating, the spring 8 3 pushes valve stem 73 into sealing engagement with seat 79, thereby closing valve 63. Jiru. The elastic properties of the spring 83 are such that the interior of the vortex chamber 17 has a residual impact fluid pressure greater than zero. For non-operating drills, the valve closes when the pressure is equal to, but not greater than Completely selected to remain.
許容できる代替案は、入口19の内部の代りに出口51に逆止め弁を置くことで ある。An acceptable alternative is to place a check valve at the outlet 51 instead of inside the inlet 19. be.
動作について説明すると、衝撃流体と異物の混合物は、第1の入口19の中に軸 方向に下向きに流入して上面54に衝突し、渦室17の中に接線方向にかつ半径 方向に外向きにそらされて、ケーシング15の内面39に対して接線方向に衝突 する。そのあとで、衝撃流体の混合物は、渦室17の第1の衝撃流体通路37を 通って渦を描いて下向きに円形に流れ、異物の少なくとも幾分かを衝撃流体の混 合物から分離させる。そのように分離された物質は、ケーシング15の内面39 に沿って下向きに収集ギヤラリ−49の方へ流れる。渦室17の下端において、 衝撃流体の混合物は、じゃま板45に衝突し、その流れを上向き方向に逆にし、 衝撃流体の混合物からより多くの異物を分離させ、収集ギヤラリ−49に集めさ せる。いま移動された異物の殆どすべてを持っている衝撃流体は、集束管人口3 5の方へ集束管29の外面41に沿って上向きに流れ、そのあとでドリルツール のバックヘッド13の中に出口23を通して第2の流体通路43を流れ下りて、 次に普通の通りにドリルホールに通過する。In operation, a mixture of impingement fluid and foreign material is axially injected into the first inlet 19. flow downwards in the direction and impinge on the upper surface 54, tangentially and radially into the vortex chamber 17. is deflected outwardly in the direction and impinges tangentially against the inner surface 39 of the casing 15. do. Thereafter, the mixture of impact fluids passes through the first impact fluid passage 37 of the vortex chamber 17. vortices and flows downward in a circular pattern, dislodging at least some of the foreign material from the impact fluid mix. Separate from the compound. The material so separated is deposited on the inner surface 39 of the casing 15. flows downwardly toward the collecting gear gallery 49. At the lower end of the vortex chamber 17, The impulse fluid mixture impinges on the baffle plate 45, reversing its flow in an upward direction; Separates more foreign matter from the impact fluid mixture and collects it in collection gear rally 49. let The impact fluid, which now has almost all of the foreign matter displaced, is in the focusing tube population 3. 5 along the outer surface 41 of the focusing tube 29, after which the drill tool flowing down the second fluid passageway 43 through the outlet 23 into the back head 13 of the Then pass through the drill hole as normal.
本発明の方法は8158インチ直径、円錐面、ボタンビットを用いるDHD38 0Mという製品名でインガーソルランド・カンパニーによって販売されているダ ウンザホールドリルを用いて試験された。一連の試験孔が水入対速度、衝撃流体 圧力及び衝撃流体流量を種々に組合せて用いて花崗岩の塊の中にあけられ後述の 結果を得た。The method of the present invention uses a DHD38 inch diameter, conical surface, button bit. The product is sold by the Ingersoll Rand Company under the product name 0M. Tested using a down-the-hole drill. A series of test holes allows water entry vs. velocity, impact fluid Various combinations of pressure and percussive fluid flow rates were used to drill into the granite mass, as described below. Got the results.
試験1 図5はガロン毎分(GPM)で表わした種々の水注入速度に対するドリルヘッド のフィート毎時間(FT/HR)で表わした穿孔速度を本発明を用いた場合と用 いない場合について示している。この試験は、200ポンド毎平方インチ(PS l)の固定衝撃流体圧力で行われた。曲線人は、本発明の方法に従わない結果を 示している。水注入速度が増加するにつれて、穿孔速度が非常に迅速に落ちる。Test 1 Figure 5 shows the drill head for various water injection rates in gallons per minute (GPM). The drilling speed in feet per hour (FT/HR) for the present invention and This shows the case where there is no. This test uses 200 pounds per square inch (PS) l) was carried out at a fixed impulsive fluid pressure. Curvy people may experience results that do not follow the method of the present invention. It shows. As the water injection rate increases, the drilling rate drops very quickly.
曲111Bは本発明の方法に従った結果を示している。Song 111B shows the results according to the method of the invention.
本発明の方法を適用した場合、穿孔速度は、本発明によらない場合よりずっと高 いままである。例えば、5GPMにおいて、本発明による穿孔速度は、約61P PMでありこれに比べて本発明を用いない場合は約29PPMである。IOGP Mにおいて、本発明による場合とよらない場合の穿孔速度は、それぞれ約55P PMと20FPMである。同様に、15GPMのときには、穿孔のそれぞれの速 度は、約45PPMと16PPMである。When applying the method of the invention, the drilling speed is much higher than without the invention. It has been till now. For example, at 5 GPM, the drilling speed according to the present invention is approximately 61 P Compared to this, it is about 29 PPM when the present invention is not used. IOGP M, the drilling speed with and without the present invention is about 55P, respectively. PM and 20FPM. Similarly, at 15 GPM, each drilling speed The degrees are approximately 45 PPM and 16 PPM.
試験2 図6は、ガロン毎分(GPM)で表わした種々の水注入速度に対する標準の立方 フィート毎分(SCFM)で表わした衝撃流体流量を本発明の方法に従った場合 と従わない場合を示している。この試験は200ボンド毎平方インチ(PSI) の固定衝撃流体圧力で行われた。直線Aは、本発明の方法に従わない結果を示し ている。水注入速度が大きくなるにつれて、衝撃流体の流量は落ちる。直線Bは 、本発明の方法による結果を示している。本発明の方法を適用した場合、衝撃流 体流量は、本発明を用いない場合よりすべての水注入速度においてずっと高いま まであった。例えば、5GPMにおいて、本発明による衝撃流体流量は、約80 03CFMであり、これに比べて本発明によらない場合は約5003CFMであ る。IOGPMにおいては、本発明による場合とよらない場合の衝撃流体流量は 、それぞれ700SCFMと400SCFMである。同様に、15GPM+、: おいては、ぞれぞれの衝撃流体流量は、約650SCFMと375SCFMであ る。Oの水注入速度ににおいてさえ、本発明の方法は、衝撃流体圧縮装置におけ る同じ設定値に対して、増大した衝撃流体流量を用いることを可能にした。すべ ての水注入速度にわたって衝撃流体流量を大きくすることができることは、それ が操作者にくずの除去量を増大することを達成できるようにするので、操作者に とって重要である。Exam 2 Figure 6 shows the standard cube for various water injection rates in gallons per minute (GPM). Impulse fluid flow rate in feet per minute (SCFM) according to the method of the present invention This shows the case where you do not comply with this. This test is 200 bonds per square inch (PSI) was performed at a fixed impact fluid pressure. Straight line A shows the results not following the method of the invention. ing. As the water injection rate increases, the impact fluid flow rate decreases. Straight line B is , which shows the results of the method of the invention. When applying the method of the present invention, shock flow The body flow rate is much higher at all water injection rates than without the invention. There was even. For example, at 5 GPM, the percussion fluid flow rate according to the present invention is approximately 80 03 CFM, compared to about 5003 CFM without the present invention. Ru. In IOGPM, the impact fluid flow rate with and without the present invention is , 700SCFM and 400SCFM, respectively. Similarly, 15GPM+,: In this case, the respective impact fluid flow rates are approximately 650 SCFM and 375 SCFM. Ru. Even at water injection rates of For the same set point, increased percussion fluid flow rates can be used. Everything The ability to increase the impulsive fluid flow rate over a wide range of water injection rates means that provides the operator with the ability to increase the amount of debris removed. It is important for
試験3 図7は、ポンド毎平方インチ(PSI)で表わした衝撃流体の種々の圧力に対す る穿孔速度(FT/HR)を本発明の方法による場合とよらない場合について示 している。この試験はLOGPMの一定水注入速度で行われた。曲線Aは、本発 明の方法によらない結果を示している。曲線Bは、本発明の方法によった結果を 示している。Exam 3 Figure 7 shows the results for various pressures of the impulsive fluid in pounds per square inch (PSI). The drilling speed (FT/HR) is shown with and without the method of the present invention. are doing. This test was conducted at a constant water injection rate of LOGPM. Curve A is the main This shows results that are not based on the conventional method. Curve B shows the results obtained by the method of the invention. It shows.
本発明の方法を適用した場合、穿孔速度は、本発明によらない場合より衝撃流体 のすべての圧力においてずっと高いままである。例えば、100PSIにおいて は、本発明による穿孔速度は、約15PPMであり、これに比べて本発明によら ない場合は約5PPMである。200PS Iにおいては、本発明による場合と よらない場合の穿孔速度はそれぞれ約50FPM及び25PPMである。同様に 300PS Iにおいては、穿孔速度はそぞれ約85PPMと45PPMである 。When applying the method of the invention, the drilling speed is higher than that of the impact fluid than without the invention. remains high at all pressures. For example, at 100 PSI The drilling speed according to the present invention is about 15 PPM, compared to that according to the present invention. If not, it is about 5 PPM. In 200PS I, the case according to the present invention and The drilling speeds without dependence are approximately 50 FPM and 25 PPM, respectively. similarly At 300PS I, the drilling speed is about 85PPM and 45PPM, respectively. .
試験4 図8は、ボンド毎平方インチ(Psi)で表わした種々の衝撃流体の圧力に対す る衝撃流体流量(SCFM)を本発明によった場合とよらない場合を示している 。この試験はLOGPMの一定水注入速度において行われた。曲線Aは本発明の 方法によらない結果を示している。曲線Bは本発明の方法によった結果を示して いる。Exam 4 Figure 8 shows the pressure of various impulsive fluids in Bond per square inch (Psi). Figure 2 shows the shock fluid flow rate (SCFM) with and without the present invention. . This test was conducted at a constant water injection rate of LOGPM. Curve A is the curve of the present invention. This shows results independent of method. Curve B shows the results according to the method of the invention. There is.
本発明の方法を適用した場合、衝撃流体の流量は、本発明によらない場合よりす べての衝撃流体の圧力においてずっと高いままである。例えば、100PSIに おいては、本発明による衝撃流体流量は、約200SCFMであり、これに比べ て本発明によらないものは約1503CFMである。200PSIにおいて衝撃 流体流量は、それぞれ700SCFMと400SCFMである。同様にして、3 00PS rにおいては衝撃流体流量は、それぞれ約1,200SCFMと80 0SCFMである。When applying the method of the invention, the flow rate of the impingement fluid is much lower than that without the invention. remains high at all impact fluid pressures. For example, to 100 PSI In this case, the percussion fluid flow rate according to the present invention is about 200 SCFM, compared to The amount not according to the present invention is about 1503 CFM. Shock at 200PSI The fluid flow rates are 700 SCFM and 400 SCFM, respectively. Similarly, 3 At 00PS r, the impact fluid flow rates are approximately 1,200 SCFM and 80 SCFM, respectively. 0SCFM.
動作について説明すると、本発明の装置は、ドリルストリング内部からの水、油 及び固体粒子を含む衝撃流体混合物からかなりの量の異物を除去させた。このよ うな除去を行うことは、そのような異物の除去をしないで達成されたものより著 しく改良された穿孔速度をもたらし、一方間時にドリルホールの中に異物の存在 することに帰因するくず除去の利点を保った。In operation, the device of the present invention removes water and oil from inside the drill string. and removed a significant amount of foreign matter from an impact fluid mixture containing solid particles. This way Such removal may result in significantly greater damage than would be achieved without such removal. resulting in improved drilling speed, while eliminating the presence of foreign objects in the drill hole during The benefits of debris removal attributed to this were preserved.
本発明を好ましい実施例に従って例示して説明したが、他の変更態様及び変化態 様を請求の範囲に記載された発明からそれることな(作れると認められる。Although the invention has been illustrated and described in accordance with a preferred embodiment, other modifications and variations may occur. It is recognized that the invention can be made without departing from the claimed invention.
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