RU2015323C1 - Method for rotary-percussion drilling of wells and machine for its realization - Google Patents
Method for rotary-percussion drilling of wells and machine for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2015323C1 RU2015323C1 SU5014287A RU2015323C1 RU 2015323 C1 RU2015323 C1 RU 2015323C1 SU 5014287 A SU5014287 A SU 5014287A RU 2015323 C1 RU2015323 C1 RU 2015323C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sleeve
- discharge valve
- drilling tool
- chamber
- housing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к горному делу, а именно к способам и устройствам для бурения скважин, и может найти применение в горной промышленности и геологоразведке. The invention relates to mining, and in particular to methods and devices for drilling wells, and may find application in the mining industry and exploration.
Известен способ ударно-вращательного бурения скважин с использованием в качестве энергоносителя газожидкостной смеси (ТЖС) в виде туманов с коэффициентом аэрации 1000, подаваемой в обычный пневмоударник. Однако работа пневмоударника на этой смеси приводит к снижению ударной мощности машины снижению эффективности бурения, проявляющейся в снижении скорости и глубины бурения (авт. св. СССР N 108651, кл. Е 21 С 3/24, 1954). A known method of rotary shock drilling using a gas-liquid mixture (TGS) as an energy carrier in the form of mists with an aeration coefficient of 1000 supplied to a conventional hammer. However, the work of a hammer on this mixture leads to a decrease in the shock power of the machine and a decrease in drilling efficiency, which is manifested in a decrease in the speed and depth of drilling (ed. St. USSR N 108651, class E 21 C 3/24, 1954).
Известна гидроударная машина (Граф Л.Э. и Коган Д.И. Гидроударные машины и инструменты. М.: Недра, 1972, с. 59-63), содержащая корпус, присоединяемый к колонне бурильных труб, в котором встроен верхний клапан, дифференциальный поршень-ударник с встроенным обратным клапаном с пружиной и наковальня с центральным каналом, преобразование энергоносителя в ударные импульсы в которой осуществляется посредством возбуждения гидроудара. Known hydropercussion machine (Graf L.E. and Kogan D.I. Hydropercussion machines and tools. M .: Nedra, 1972, p. 59-63), containing a housing that is attached to the drill pipe string, in which the upper valve, differential an impactor piston with a built-in non-return valve with a spring and an anvil with a central channel, the conversion of energy into shock pulses in which is carried out by exciting a water hammer.
Недостатком этой машины является непроизводительный расход жидкости во время разгона энергоносителя, обуславливающий низкий КПД, и невозможность обеспечения высокой энергии единичного удара с целью снижения энергоемкости разрушения горных пород при ударно-вращательном способе бурения. The disadvantage of this machine is the unproductive flow of fluid during acceleration of the energy source, which leads to low efficiency, and the inability to provide high energy of a single impact in order to reduce the energy intensity of rock destruction during the rotational shock method of drilling.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ударное устройство, содержащее корпус с гильзой, ударник, разделяющий полость корпуса на рабочие камеры прямого и обратного хода, буровой инструмент и систему распределения энергоносителя по рабочим камерам, содержащую верхний питающеразрядный клапан, питающий сливной разрядный и командный тракты камеры прямого хода (авт.св. СССР N 1654564, кл. E 21 C 3/24, 1989). Closest to the proposed technical essence is a percussion device containing a housing with a sleeve, a hammer that separates the cavity of the housing into working chambers for forward and reverse motion, a drilling tool and an energy distribution system for working chambers containing an upper feed-discharge valve supplying a discharge discharge and command paths forward-facing cameras (ed. St. USSR N 1654564, class E 21 C 3/24, 1989).
Недостатком этого устройства является малая энергонасыщенность, недостаточное использование мощности потока энергоносителя и низкий КПД машины. The disadvantage of this device is the low power saturation, insufficient use of power flow of the energy carrier and low efficiency of the machine.
Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет повышения энергонасыщенности, улучшение использования мощности потока энергоносителя и увеличение КПД машины. The aim of the invention is to increase the efficiency of drilling by increasing energy saturation, improving the use of power flow energy and increasing the efficiency of the machine.
Поставленная цель достигается тем, что в способе ударно-вращательного бурения подают в ударную машину аэрированную жидкость с коэффициентом аэрации 1-50 и преобразуют ее в ударные импульсы, воздействующие на забой. Ударная машина включает корпус с гильзой, ударник, разделяющий полость корпуса на рабочие камеры прямого и обратного хода, буровой инструмент и систему распределения энергоносителя по рабочим камерам. This goal is achieved by the fact that in the method of rotary shock drilling, an aerated liquid with an aeration coefficient of 1-50 is fed into the impact machine and converted into shock pulses affecting the face. The percussion machine includes a body with a sleeve, a drummer dividing the body cavity into working chambers of forward and reverse motion, a drilling tool and an energy distribution system for the working chambers.
Камера обратного хода снабжена нижним управляемым питающеразрядным клапаном, размещенным в корпусе в зоне взаимодействия бурового инструмента и ударника, образующего с гильзой командный канал нижнего питающеразрядного клапана. Кроме того, нижний питающеразрядный клапан выполнен в виде втулки с внутренней расточкой и буртиком, между внутренней поверхностью которого и буровым инструментом образован кольцевой разрядный канал, при этом нижний питающеразрядный клапан установлен в корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с гильзой. The reverse chamber is equipped with a lower controlled feed-discharge valve located in the housing in the zone of interaction between the drilling tool and the hammer, which forms the command channel of the lower feed-discharge valve with the sleeve. In addition, the lower feed-discharge valve is made in the form of a sleeve with an internal bore and a shoulder, an annular discharge channel is formed between the inner surface of which and the drilling tool, while the lower supply-discharge valve is installed in the housing with the possibility of axial movement and interaction with the sleeve.
Предлагаемые способ и устройство обладают "существенными отличиями". The proposed method and device have "significant differences".
На фиг. 1 изображен общий вид ударной машины, работающей на аэрированной жидкости в момент соударения ударника с буровым инструментом; на фиг. 2 - то же, с положением ударника в конце обратного хода (начало прямого хода). In FIG. 1 shows a general view of a percussion machine operating on aerated fluid at the moment of impact of a hammer with a drilling tool; in FIG. 2 - the same, with the position of the striker at the end of the reverse stroke (the beginning of the forward stroke).
Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.
В ударную машину подают энергоноситель в виде аэрированной жидкости, преобразуют его в ударные импульсы, воздействующие на забой. При этом используется аэрированная жидкость с коэффициентом аэрации а = Vв/Vж= 1-50, где Vв - объемное содержание газа в смеси; Vж - объемное содержание жидкости в смеси.An energy carrier is supplied to the shock machine in the form of an aerated liquid, and it is converted into shock pulses acting on the face. In this case, an aerated liquid with an aeration coefficient of a = V in / V w = 1-50 is used, where V in is the volumetric gas content in the mixture; V W - volumetric liquid content in the mixture.
Использование аэрированной жидкости в специально сконструированной ударной машине позволяет повысить эффективность бурения путем повышения энергонасыщенности, улучшения использования мощности потока энергоносителя и увеличения КПД машин. The use of aerated fluid in a specially designed percussion machine can increase drilling efficiency by increasing energy saturation, improving the use of energy flow and increasing the efficiency of machines.
Ударная машина состоит из корпуса 1 (см. фиг. 1), гильзы 2, приемного переходника 3, передней буксы 4, ударника 5 с центральным сливным каналом 6 и трубкой 7, разделяющей полость корпуса 1 на камеру 8 прямого хода и камеру 9 обратного хода, бурового инструмента 10, закрепленного в передней буксе 4, и системы распределения энергоносителя, содержащей верхний и нижний клапанные устройства, обеспечивающие питание и разрядку камер 8 и 9. Верхнее клапанное устройство включает шток 11, установленный в задней стенке гильзы 2 и имеющий разрядные осевой 12 и радиальные 13 каналы. На штоке 11 расположен верхний питающеразрядный клапан 14, образующий со штоком 11 разрядный тракт в виде кольцевого 15 и торцевого 16 каналов, а с задней стенкой гильзы 2 - верхний питающий тракт в виде расточки 17, продольных каналов 18 и торцевого канала 19. The impact machine consists of a housing 1 (see Fig. 1), a
Нижнее клапанное устройство включает нижний питающеразрядный клапан 20, выполненный в виде втулки с внутренней расточкой 21 и буртиком 22, установленный между гильзой 2 и буксой 4, образующий с буровым инструментом 10 кольцевой разрядный канал 23, а с буксой 4 торцевой канал 24, составляющие с проточкой 25 в инструменте 10, радиальными каналами 26, проточкой 27 в буксе 4 и окнами 28 в корпусе 1 нижний разрядный тракт. При этом нижний питающеразрядный клапан 20 образует с гильзой 2 торцевой канал 29, составляющий с наружными продольными пазами 30, радиальными окнами 31 и 32, продольными пазами 33, выполненными в гильзе 2, нижний питающий тракт. The lower valve device includes a lower feed-
Сливные тракты камеры 8 прямого хода и камеры 9 обратного хода образованы центральным каналом 6 ударника 5 и центральным сливным каналом 34 бурового инструмента 10. Командные тракты образованы проточкой 35 ударника 5 местными выборками 36 и 37 по концам гильзы 2 и распределительными верхними 38 и нижними 39 поясками ударника 5. The drain paths of the
Ударная машина работает следующим образом. The shock machine operates as follows.
Энергоноситель в виде аэрированной жидкости с коэффициентом аэрации, например, а = 25 подается в приемный переходник 3 (см. фиг. 1) и далее по продольным пазам 30, радиальным окнам 31 в проточку 35 ударника. Из нее по радиальным окнам 32, продольным пазам 33, торцевому каналу 29, образованному ходом нижнего питающеразрядного клапана 20, поступает в камеру 9 обратного хода. При этом разрядный тракт этой камеры перекрыт нижним питающеразрядным клапаном 20, а сливной тракт - трубкой 7. Камера 9 обратного хода сообщена также с магистралью через нижний командный тракт - местная выборка 37 и проточка 35. Камера 8 хода сообщена с затрубным пространством через сливной тракт - каналы 6 и 34. An energy carrier in the form of an aerated liquid with an aeration coefficient, for example, a = 25, is supplied to the receiving adapter 3 (see Fig. 1) and then along the
Под действием давления аэрированной жидкости ударник 5 начинает перемещаться вверх, совершая обратный ход. По мере его перемещения он перекрывает своим нижним пояском 39 нижний командный тракт. Питание камеры 9 продолжается через питающий тракт - проточка 35, окно 32, пазы 33 и торцевой канал 29. При дальнейшем перемещении ударника назад перекрывается сливной тракт камеры 8 прямого хода. В то же время камера 8 остается сообщенной с затрубным пространством через верхний разрядный тракт - продольные каналы 18, расточка 17, кольцевой канал 15, торцевой канал 16, радиальные 13 и осевой 12 каналы. После выхода трубки 7 из бурового инструмента 10 камера 9 обратного хода сообщится с затрубным пространством через сливной канал 34. Давление в ней резко падает, поскольку аэрированная жидкость - малорасширяющийся энергоноситель (по сравнению со сжатым воздухом). При этом под действием магистрального давления аэрированной жидкости на нижний питающеразрядный клапан 20 вследствие разности сил, действующих на него снизу и сверху из-за разности рабочих площадей, последний перемещается вверх до упора в гильзу 2. Питание камеры 9 обратного хода прекращается с перекидкой питающеразрядного клапана 20 (см. фиг. 2), камера 9 обратного хода сообщается дополнительно с затрубным пространством через нижний разрядный тракт - кольцевой канал 23, торцевой канал 24, внутренняя расточка 21, в клапане 20 проточка 25, в инструменте 10 радиальные окна 26, проточка 27 в буксе 4 и окна 28. Ударник 5 продолжит движение назад по инерции. По мере его дальнейшего перемещения верхний поясок 38 входит в зону местной выборки 36 гильзы 2. В камеру 8 прямого хода подается команда на перекидку верхнего питающеразрядного клапана 14 из положения "Разрядки" в положение "Питание". Аэрированная жидкость из проточки 35 находится постоянно под магистральным давлением, через выборку 36 поступает в камеру 8 прямого хода и несмотря на временный слив через верхний разрядный тракт создаст быстро нарастающее давление в этой камере. Вследствие разности сил, действующих на верхний питающеразрядный клапан 14 со стороны магистрального давления и давления камеры 8 прямого хода, обусловленных разностью рабочих площадей питающеразрядного клапана 4, последний перекидывается из нижнего положения (см. фиг. 1) в верхнее положение (см. фиг. 2). При этом верхний разрядный тракт перекрывается, открывается питающий тракт - торцевой канал 19, обусловленный ходом питающеразрядного клапана 14, расточка 17 и продольные каналы 18. Ударник 5 резко тормозится и меняет ход с обратного на прямой. Вначале прямого хода командное питание камеры 8 прямого хода перекрывается ударником 5, а питание ее продолжится через питающеразрядный клапан 14. Камера 9 обратного хода на всем протяжении хода ударника 5 вперед остается сообщенной с затрубным пространством через нижний сливной тракт и далее до момента подачи команды на срабатывание нижнего питающеразрядного клапана 20 - через разрядный тракт. Это необходимо для снятия противодавления и нежелательного торможения ударника 5 со стороны камеры 9 обратного хода, так как аэрированная жидкость - слабосжимаемый энергоноситель. Under the influence of the pressure of the aerated fluid, the
В момент, предшествующий соударению ударника 5 и бурового инструмента 10, шток 11 выходит из сливного канала 6 и сообщает камеру 8 прямого хода с затрубным пространством. Давление в камере 8 резко падает практически без расширения и в силу разности давлений, действующих на верхний питающеразрядный клапан 14, последний перекидывается из верхнего положения (см. фиг. 2) в нижнее (см. фиг. 1), перекрывая питание камеры 8 и открывая разрядный тракт. Далее в непосредственной близости ударника 5 от бурового инструмента 10 ударник 5 входит своим нижним пояском 39 в зону выборки 37 и подает команду на перекидку нижнего питающеразрядного клапана 20. При этом аэрированная жидкость из проточки 35 поступает в выборку 37 и далее в камеру 9 обратного хода. Давление в ней резко нарастает и нижний питающеразрядный клапан 20 перекидывается из верхнего положения (фиг. 2) в нижнее положение (см. фиг. 1), соответствующее положению "Питания" камеры 9 обратного хода. После этого аэрированная жидкость из проточки 35 через окна 32 и продольные пазы 33, составляющие с торцевым каналом 29, обусловленным ходом нижнего питающеразрядного клапана 20, питающий тракт, наполняет камеру 9 обратного хода. В этот момент происходит соударение ударника 5 с буровым инструментом 10 практически без торможения последнего. Далее цикл повторяется. At the time preceding the collision of the
Поскольку в предлагаемую машину подают энергоноситель в виде аэрированной жидкости - слабосжимаемое рабочее тело, то в ударной машине для преобразования напора аэрированной жидкости в ударные импульсы необходимо камеру 9 обратного хода снабдить распределительным устройством, обеспечивающим разряд этой камеры на всем протяжении прямого хода ударника 5 до соударения с буровым инструментом 10 без противодавления. В качестве такого устройства предложен нижний питающеразрядный клапан 20 с соответствующей командой на перекидку от ударника 5 в отличие от пневмоударных машин, в которых подача сжатого воздуха в камеру 9 обратного хода производится задолго до удара (с большим упреждением) без существенного проявления в камере 9 обратного хода, так как сжатый воздух - легко сжимаемое рабочее тело. Аэрированная жидкость в предлагаемом способе и устройстве является слабосжимаемым рабочим телом, поэтому упреждение питания камеры 9 обратного хода недопустимо, так как быстро нарастающее давление этого энергоносителя преждевременно тормозится ударником 5 и удара не происходит. Аэрированная жидкость как энергоноситель по сравнению со сжатым воздухом обладает более высокой энергонасыщенностью, а ударная машина, работающая на этом энергоносителе, преобразует его в ударные импульсы с более высоким КПД. Since the proposed machine is supplied with an energy carrier in the form of an aerated fluid — a slightly compressible working fluid, in a percussion machine to convert the pressure of aerated fluid into shock pulses it is necessary to provide a
Claims (4)
a = = 1-50,
где Vв - объемное содержание газа в смеси;
Vж - объемное содержание жидкости в смеси.1. The method of shock-rotary drilling of wells, which consists in feeding the shock carrier an energy carrier in the form of a mixture of gas and liquid and converting it into shock pulses acting on the bottom, characterized in that the mixture is fed with an aeration coefficient
a = = 1-50,
where V in - volumetric gas content in the mixture;
V W - volumetric liquid content in the mixture.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5014287 RU2015323C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Method for rotary-percussion drilling of wells and machine for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5014287 RU2015323C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Method for rotary-percussion drilling of wells and machine for its realization |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015323C1 true RU2015323C1 (en) | 1994-06-30 |
Family
ID=21590414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5014287 RU2015323C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Method for rotary-percussion drilling of wells and machine for its realization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2015323C1 (en) |
-
1991
- 1991-07-08 RU SU5014287 patent/RU2015323C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 108651, кл. E 21C 3/24, 1954. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR960007355B1 (en) | Hydraulic down-the hole rock drill | |
US6994175B2 (en) | Hydraulic drill string | |
US4312412A (en) | Fluid operated rock drill hammer | |
US4660658A (en) | Hydraulic down-the-hole rock drill | |
KR100770673B1 (en) | Percussive down-the-hole hammer for rock drilling, and a drill bit used therein | |
US3599730A (en) | Pressure fluid operated percussion tool | |
US4709768A (en) | Annular air hammer apparatus for drilling wells | |
GB1585086A (en) | Down-the-hole percussion drills | |
US4718500A (en) | Reversible percussion device for percussion tool | |
RU2015323C1 (en) | Method for rotary-percussion drilling of wells and machine for its realization | |
GB1437420A (en) | Method and apparatus for drilling in an earth formation | |
RU2166057C2 (en) | Hole drilling machine | |
SU1348509A1 (en) | Submersible pneumatic percussive tool | |
RU2097520C1 (en) | Down-the-hole shock machine | |
RU2109906C1 (en) | Immersible percussive machine | |
RU2059783C1 (en) | Shock machine | |
RU2090730C1 (en) | Downhole pneumatic percussion mechanism | |
RU2026935C1 (en) | Gear to form boreholes in ground | |
RU2502856C1 (en) | Downhole air-driven hammer | |
SU1084437A1 (en) | Submersible pneumatic percussive mechanism | |
RU2255195C1 (en) | Pneumo-striker | |
SU1315608A1 (en) | Submersible pneumatic percussive tool for earth-drilling | |
SU991040A1 (en) | Submersible pneumatic percussive tool | |
SU1700227A1 (en) | Submersible air hammer | |
SU1550122A1 (en) | Drilling head |