NO137763B

NO137763B - CRUSHING DEVICE FOR USE IN CONNECTION WITH DRILLING TOOLS

Info

Publication number: NO137763B
Application number: NO3294/73A
Authority: NO
Inventors: Elie Condolios; Abel Cortes
Original assignee: Alsthom Cgee; Petroles Cie Francaise
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1973-08-21
Publication date: 1978-01-09
Also published as: DE2342288C2; AR206503A1; NL172265C; US3861478A; BR7306454D0; FR2197325A5; IT993756B; NL7311664A; ES418011A1; JPS5342001B2; JPS4964060A; BE803572A; CH577344A5; NL172265B; GB1438367A; DE2342288A1; CA987663A; AU474852B2; NO137763C; AU5958673A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en knuseanordning for anvendelse i forbindelse' med boreverktdy. The present invention relates to a crushing device for use in connection with drilling tools.

Fra norsk patentansokning nr. 80/73 er det kjent en hydraulisk knuseanordning som. særskilt kan anvendes i forbindelse med et kjerneboreverktoy for nedbrytning av den u.tborede kjerne., idet anordningen omfatter et knusekammer som tilfores det material som skal knuses og som inneholder et visst antall metallkuler. Kulene og materialet rores kraftig om ved hjelp av væskestråler, og på denne måte oppnås nedbrytning av nevnte material ned til en viss korn-storrelse som er bestemt av tverrsnittet av væskeutlbpene fra kammeret. From Norwegian patent application no. 80/73, a hydraulic crushing device is known which. in particular can be used in connection with a core drilling tool for breaking down the undrilled core, as the device comprises a crushing chamber which is supplied with the material to be crushed and which contains a certain number of metal balls. The balls and the material are stirred vigorously by means of liquid jets, and in this way the breakdown of said material is achieved down to a certain grain size which is determined by the cross-section of the liquid discharges from the chamber.

I visse tilfeller når det oppstår vanskeligheter under bpre-prosessen, hender det imidlertid at forholdene nødvendig-gjor stopp av boreverktbyet mens væskestr ommen til bore-hullet bibeholdes i flere titalls timer. Når det gjelder en kuleknuser, vil denne da være i virksomhet uten at det foreligger noe materiale å knuse.Dette vil resultere i. unyttig nedslitning av kulene og av knuseanordningen for-ovrig. In certain cases, when difficulties arise during the bpre process, it happens, however, that the conditions make it necessary to stop the drilling rig while the fluid flow to the borehole is maintained for tens of hours. In the case of a ball crusher, this will then be in operation without any material to crush. This will result in useless wear and tear of the balls and of the crushing device in general.

Da knuseanordningen vanligvis befinner seg under jordens overflate og utskiftning av nedslitte eller knuste kuler gjor det nodvendig å heve verktoyet til jordoverflaten, vil dette bety et vesentlig tap av tid og derfor ekstra drifts-omkostninger. As the crushing device is usually located below the surface of the earth and replacement of worn or broken balls makes it necessary to raise the tool to the surface of the earth, this will mean a significant loss of time and therefore additional operating costs.

På denne bakgrunn av kjent teknikk er det et formål for oppfinnelsen å fremskaffe en knuseanordning for å bryte ned kjernen uten anvendelse av kuler. On this background of known technology, it is an object of the invention to provide a crushing device for breaking down the core without the use of balls.

Oppfinnelsen gjelder således, en knuseanordning for anvendelse i forbindelse med boreverktoy, og som omfatter et knusekammer av langstrakt form anordnet ved den nedre ende av knuseanordningen og ovenfor et kjerneboréverktoy, minst en passasje for foring av borevæske til verktoyet og anordnet mellom innsiden av knuseanordningens yttervegg og utsiden av kammeret, hvis nedre ende er utstyrt med en sentral inngangsåpning for den utborede kjerne og i direkte forbindelse med verktoyéts kjerneåpning, samt minst en kanal med lite tverrsnitt og plassert ved siden av den sentrale åpning for å danne forbindelse mellom nevnte passasje og kammeret, i den hensikt å lede en væskestråle med hoy hastighet og under hoyt trykk inn i kammeret hovedsakelig i akseretningen nedenfra og oppover, og utlopsåpninger fordelt over kammerets sidevegg for utforsel av væske sammen med knust kjernematerial, idet det samlede tverrsnitt av disse utlopsåpninger er tilstrekkelig stort til å ikke gi noe vesentlig trykkfall i forhold til stråletrykket, og tverrsnittet av hver enkelt-utlopsåpning tilsvarer hoyst det maksimalt tillatelige omfang av hver enkelt partikkel av det knuste material. The invention thus relates to a crushing device for use in connection with drilling tools, and which comprises a crushing chamber of elongated shape arranged at the lower end of the crushing device and above a core drilling tool, at least one passage for feeding drilling fluid to the tool and arranged between the inside of the crushing device's outer wall and the outside of the chamber, the lower end of which is provided with a central entrance opening for the drilled core and in direct communication with the core opening of the tool, as well as at least one channel of small cross-section and located next to the central opening to form a connection between said passage and the chamber, with the intention of directing a jet of liquid at high speed and under high pressure into the chamber mainly in the axial direction from below upwards, and outlet openings distributed over the side wall of the chamber for the discharge of liquid together with crushed core material, the overall cross-section of these outlet openings being sufficiently large to not to cause any significant pressure drop in relation to the jet pressure, and the cross-section of each individual outlet opening corresponds at most to the maximum permissible extent of each individual particle of the crushed material.

Knuseanordningens særtrekk i henhoid til oppfinnelsen består herunder i at kammerets nevnte sentrale åpning er utstyrt med et organ som trer i sideinngrep med den borekjerne som trenger inn gjennom sentralkanalen, og derved forårsaker brytning av kjernen til stykker av forut bestemt storrelses-orden -for borekjernen trenger inn i kammeret. The special feature of the crushing device according to the invention consists in the fact that the aforementioned central opening of the chamber is equipped with a device that engages laterally with the drill core that penetrates through the central channel, thereby causing the core to break into pieces of a predetermined order of magnitude - for the drill core needs into the chamber.

Det nevnte nedbrytningsorgan er fortrinnsvis dimensjonert slik at de avbrudte stykker av kjerneprøven vil få en lengde som hoyst er lik det halve eller en tredjedel av knuserens diameter, for å unngå blokkering av belastningsmaterialet i knuseren. De nødvendige krefter for brytning av kjerne-prøven (dreiemoment og vertikalkraft) vil være en funksjon av kjerneprøvens diameter, bruddstykkenes maksimale lengde samt bergartens hårdhet. Dreiemomentet og den oppnåelige vertikale skyvekraft fra boremaskinen vil derfor sette den nedre grense for bruddstykkenes lengde, som imidlertid fore-trekkes å være så liten som mulig. The said decomposition device is preferably dimensioned so that the interrupted pieces of the core sample will have a length that is at most equal to half or one third of the diameter of the crusher, in order to avoid blocking of the load material in the crusher. The necessary forces for breaking the core sample (torque and vertical force) will be a function of the diameter of the core sample, the maximum length of the broken pieces and the hardness of the rock. The torque and the achievable vertical thrust from the drilling machine will therefore set the lower limit for the length of the broken pieces, which, however, is preferred to be as small as possible.

For en kjerneprovediameter på 35 mm vil f..eks. en lengde på 40' mm for bruddstykkene bli valgt, og det behøves da bare små krefter for å bryte kjerneprøvene selv når det gjelder hårde bergarter. For kjer.neprovediametere storre enn 40* mm eller 50- mm, må det tillates stbrre lengder (f.eks. 70 mm), hvis det fremdeles onskes moderate kraft-verdier når det gjelder hårde bergarter.En stor lengde på bruddstykkene av kjernen, vil åpenbart nedsette knuserens kapasitet, siden dette vil tilsvare tilforsel av stbrre kjernestykker til knuseren. For a core sample diameter of 35 mm, e.g. a length of 40' mm for the breaking pieces is chosen, and only small forces are then needed to break the core samples even in the case of hard rocks. For core sample diameters greater than 40* mm or 50- mm, greater lengths (e.g. 70 mm) must be allowed, if moderate force values are still desired in the case of hard rocks. A large length of the broken pieces of the core, will obviously reduce the capacity of the crusher, since this will correspond to the supply of larger core pieces to the crusher.

Efter oppdeling av kjerneprøven i bruddstkykker under en viss stbrste lengde knuses disse stykker i knusekammeret ved innbyrdes påvirkning under innflytelse av nevnte væskestråle med hbyt trykk som rettes inn i kammeret. En sådan knusning ved gjensidig påvirkning mellom bruddstykker kalles ofte "autogen" knusning. After dividing the core sample into broken pieces under a certain length, these pieces are crushed in the crushing chamber by mutual impact under the influence of the aforementioned liquid jet with high pressure which is directed into the chamber. Such crushing by mutual impact between fragments is often called "autogenous" crushing.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart under henvisning til de vedfbyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser et aksialsnitt gjennom en hydraulisk knuseanordning i henhold til oppfinnelsen, og som arbeider i forbindelse med et boreverktoy; The invention will now be explained in more detail with reference to the attached drawings, on which: Fig. 1 shows an axial section through a hydraulic crushing device according to the invention, which works in connection with a drilling tool;

Fig. 2 viser halvdelen av et snitt langs linjen II-II i. Fig. 2 shows half of a section along the line II-II i.

fig. 1; Fig. 3 er et vertikalt snitt langs linjen III-IIl i fig. 4 for en annen utforelsesform av den hydrauliske knuseanordning i henhold til oppfinnelsen, mens fig. 4 viser halvdelen av et horisontalt tverrsnitt langs linjen IV-IV i fig.3. Fig. 1 og 2 viser skjematisk en hydraulisk autogen knuser 1 som er tilsluttet et diamant-boreverktoy 2 som arbeider i et grunnmateriale 3. fig. 1; Fig. 3 is a vertical section along the line III-II1 in fig. 4 for another embodiment of the hydraulic crushing device according to the invention, while fig. 4 shows half of a horizontal cross-section along the line IV-IV in fig.3. Fig. 1 and 2 schematically show a hydraulic autogenous crusher 1 which is connected to a diamond drilling tool 2 which works in a base material 3.

Som vist i fig. 1 danner verktoyet 2 et borehull i grunn-materialet ved anvendelse av sine diamantegger, samtidig som det utborede material fjernes mellom forbindelsesrbret for verktoyet 4 og borehullets vegger. As shown in fig. 1, the tool 2 forms a drill hole in the base material by using its diamond edges, while the drilled material is removed between the connection board for the tool 4 and the walls of the drill hole.

I midten av verktoyet dannes en sentral borekjerne 5 av material som vanskelig kan fjernes gjennom stromningskanalene 6 for bortledning av utboret material. In the middle of the tool, a central drill core 5 is formed of material which can hardly be removed through the flow channels 6 for the removal of drilled material.

Den sentrale borekjerne 5 stiger opp mot den hydrauliske knuser 1 i midten av verktoyets' forbindelsesror 4. The central drill core 5 rises towards the hydraulic crusher 1 in the middle of the tool's connecting rod 4.

Den sylindriske kjerne 5 trenger inn i knuseren 1 mens denne roterer, gjennom den sylindriske åpning 7 og stoter derved mot et skråstilt organ 8 som bevirker brytning av borekjernen. The cylindrical core 5 penetrates into the crusher 1 while it is rotating, through the cylindrical opening 7 and thereby bumps against an inclined member 8 which causes breaking of the drill core.

Organet 8 for brytning av borekjernen er dimensjonert slik The organ 8 for breaking the drill core is dimensioned as follows

at bruddstykkene av kjernen får en lengde som hoyst er lik halvparten eller en tredjedel av knuserens diameter. Disse bruddstykker 20 trenger inn i knusekammeret i knuseren 1, hvori de nedbrytes ved stot mot hverandre under påvirkning av stråler som med hoy hastighet fores inn i knuseren gjennom åpninger 9. that the broken pieces of the core get a length that is at most equal to half or a third of the diameter of the crusher. These broken pieces 20 penetrate into the crushing chamber in the crusher 1, where they are broken down by bumping against each other under the influence of jets that are fed into the crusher at high speed through openings 9.

Borevæsken tilfores gjennom forbindelseroret 4 og strommer gjennom passasjer 10 anordnet mellom kammeret 1 og roret 4. Disse passasjer er fort frem til et ringformet kammer 11 og fordeler fra dette kammer borevæsken mellom knusekammerets innlopsapninger 9 og innlopsåpningene 12 til verktoyets gjennomstromningskanaler 13. The drilling fluid is supplied through the connecting tube 4 and flows through passages 10 arranged between the chamber 1 and the rudder 4. These passages lead to an annular chamber 11 and from this chamber distributes the drilling fluid between the crushing chamber's inlet openings 9 and the inlet openings 12 of the tool's flow channels 13.

Innlopsåpningene 9 er skråstilt i forhold til vertikal-ret-ningen .for å dirigere stråler med meget hoy hastighet i i retning av kammerets akse, for derved å få bruddstykkene av borekjernen til å bevege seg på en sådan måte at de etter å ha slått an mot toppen av kammeret, atter faller tilbake langs kammerets sidevegger mot bunnen av kammeret, hvor de igjen stoter på strålene som bringer dem tilbake i samme-kretslop. Denne; kraftige omroring frembringer tallrike sammenstdt mellom bruddstykkene 20 av kjerneproven, slik at en rask knusning av disse stykker oppnås. Den væske som av strålene fores inn i knuseren 1, fjernes sammen med det ned-brudte materiale fra de knuste kjernestykker gjennom åpninger 14 i knuserens vegg. I det ringformede rom 15 mellom boregrunnen 3 og tilforselsroret 4, strommer knusningsmaterialet sammen med den væske som kommer fra kanalene 6 The inlet openings 9 are inclined in relation to the vertical direction in order to direct jets at a very high speed in the direction of the axis of the chamber, thereby causing the broken pieces of the drill core to move in such a way that after striking against top of the chamber, again fall back along the side walls of the chamber towards the bottom of the chamber, where they again encounter the rays which bring them back into the same circuit. This; vigorous stirring produces numerous compounds between the broken pieces 20 of the core sample, so that a rapid crushing of these pieces is achieved. The liquid which is fed by the jets into the crusher 1 is removed together with the broken down material from the crushed core pieces through openings 14 in the crusher wall. In the annular space 15 between the drilling ground 3 and the supply pipe 4, the crushing material flows together with the liquid coming from the channels 6

på utsiden av verktoyet 2. on the outside of the tool 2.

Fig. 2 viser tilfdrselspassasjene 10 for foring av væske gjennom verktoyet samt for dannelse av stråler innover i knuseren. Denne figur viser også åpninger 14 for foring av det frembragte knusningsmaterialet fra kjernens bruddstykker mot det ringformede rom 15. Disse åpninger 14 har et omfang som tilsvarer den onskede kornstbrrelse for det frembragte knusningsmateriale. Fig. 2 shows the supply passages 10 for feeding liquid through the tool and for forming jets into the crusher. This figure also shows openings 14 for feeding the produced crushing material from the broken pieces of the core towards the annular space 15. These openings 14 have an extent that corresponds to the desired grain size for the produced crushing material.

Drivkraften til den hydrauliske knuser frembringes av en borepumpe på jordoverflaten. The driving force for the hydraulic crusher is generated by a drilling pump on the surface of the earth.

Fig. 3 og 4 viser en utforelsesvariant, hvori all borevæske bringes til å stromme gjennom knusekammeret for derpå å.fores sammen med det frembragte knusningsmateriale inn i bore-verktoyet gjennom knusekammerets utlopsåpninger, for det hele bringes til overflaten gjennom den ringformede passasje langs borehullets vegger. Figs 3 and 4 show an embodiment variant, in which all the drilling fluid is made to flow through the crushing chamber and is then fed together with the produced crushing material into the drilling tool through the crushing chamber's outlet openings, because it is all brought to the surface through the annular passage along the walls of the borehole .

I denne utforelsesvariant strommer den borevæske som til-forés gjennom forbindelsesrbret 4, gjennom passasjene 10 frem til kammeret 11 for forxteling av borevæsken mellom de forskjellige inhlopskanaler 9 til knusekammeret. In this embodiment, the drilling fluid which is supplied through the connecting pipe 4 flows through the passages 10 to the chamber 11 for distribution of the drilling fluid between the various inlet channels 9 to the crushing chamber.

Kanalene 9 er skråstilt i forhold til vertikalaksen for å rette væskestrålene med meget hoy hastighet i retning av kammerets akse, for derved å få borekjernens bruddstykker til å bevegé ség 'på en slik måte at de etter å ha slått an mot toppenav kammeret, faller ned langs kammerets sidevegger til kammerbunnen, der de atter bringes inn i strålenes bane for ét fornyet kretslop.Denne krafige omroring frembringer tallrike innbyrdes sammenstot mellom kjernens bruddstykker 20, hvorved det finner sted en rask knusning av kj ernestykkene. The channels 9 are inclined in relation to the vertical axis in order to direct the liquid jets at a very high speed in the direction of the axis of the chamber, thereby causing the cuttings of the drill core to move in such a way that, after striking the top of the chamber, they fall down along the side walls of the chamber to the bottom of the chamber, where they are again brought into the beam's path for a renewed circuit. This vigorous stirring produces numerous collisions between the broken pieces of the core 20, whereby a rapid crushing of the core pieces takes place.

Væsken og partikkelmaterialet fra den knuste kjerne fjernes fra knuseren 1 gjennom åpningene 14 og fores gjennom passasjen 17 samt verktoyets gjennomstromningskanaler 13, for deretter å heves til jordoverflaten gjennom den ringformede passasje 15 mellom roret.4 og grunnen 3. The liquid and particulate material from the crushed core is removed from the crusher 1 through the openings 14 and fed through the passage 17 as well as the tool's flow channels 13, to then be raised to the ground surface through the annular passage 15 between the rudder 4 and the ground 3.

Fig. 4 viser passasjen 10 for foring av væskestråler inn i knuseren. Denne figur viser også åpningene 14 for fjerning av knusningsmateriai fra de knuste kjernestykker gjennom passasjene 17. Fig. 4 shows the passage 10 for feeding liquid jets into the crusher. This figure also shows the openings 14 for removing crushing material from the crushed core pieces through the passages 17.

Claims

Crushing device for use in connection with drilling tools, and which comprises a crushing chamber (1) of elongated shape arranged at the lower end of the crushing device and above a core drilling tool (2), at least one passage (10) for feeding drilling fluid to the tool and arranged between the inside of the crushing device's outer wall (4) and the outside of the chamber, the lower end of which is equipped with a central entry opening (7) for the drilled core (5) and in direct connection with the tool's core opening, as well as at least one channel (9) with a small cross-section and located next to the central opening to form a connection with said passage (10) and the chamber (1), for the purpose of directing a jet of liquid at high speed and under high pressure into the chamber mainly in the axial direction from below upwards, and outlet openings (14 ) distributed over the side wall of the chamber for the discharge of liquid together with crushed core material, the overall cross-section of these outlet openings being sufficiently large not to give any significant tr drop in relation to the jet pressure, and the cross-section of each individual outlet opening (14) corresponds at most to the maximum permissible extent of each individual particle of the crushed material, characterized in that the aforementioned central opening (7) of the chamber is equipped with an organ (8) which in side engagement with the drill core (5) which penetrates through the central channel, thereby causing breakage of the core into pieces (20) of predetermined size before the drill core penetrates into the chamber (1)