RU2018655C1

RU2018655C1 - Circuit air hammer for hole drilling

Info

Publication number: RU2018655C1
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Смоляницкий; А.А. Липин; М.Е. Сыкчин; А.Т. Сырямин; Б.Б. Данилов; А.А. Зеленцов
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: equipment for geological exploration, mining and construction. SUBSTANCE: air hammer has body consisting of cylinder 1 and sleeve 2, stepped air hammer 3, air distribution pipe 4, core-cuttings receiver 5, nut 6, rock cutting tool 7, upper bushing 10, lower bushing 8 and distributing bushing 9, and locking ring 13. Compressed air is supplied to air inlet duct 14 of air hammer through annular gap between barrels 11 and 12 of double core barrel string. Rated amount of compressed air is fed to inner barrel 11 of double core barrel string to create zone of low pressure. Main part of compressed air performs starting of air hammer through channel 16. Rock cutting are entrained by flow of exhaust air and due to locking ring 13 and rush into zone of low pressure. When passing channel 15, cuttings mixture is imparted additional speed momentum due to energy of air jet and directed to surface through inner barrel of double core barrel string. When air hammer is withdrawn from hole bottom, air from air line acts on hole bottom thus additionally cleaning it of cuttings. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области геологоразведочной, горной и строительной техники и может с наибольшей эффективностью использоваться при бурении скважин в вечномерзлых породах. The invention relates to the field of exploration, mining and construction equipment and can be most effectively used when drilling wells in permafrost.

Известны кольцевые геологоразведочные пневмоударники (например, по авт. св. N 1133388 или по авт.св. N 1671836), предназначенные для бурения геологоразведочных скважин в вечномерзлых породах с непрерывным выносом керношламового материала на поверхность по осевому каналу пневмоударника и внутренней трубе двойной бурильной колонны. Они состоят из корпуса, соединенного с ним с возможностью передачи крутящего момента породоразрушающего инструмента, установленных в корпусе кольцевого ударника, ступенчатой воздухораспределительной трубки и керношламоприемной трубы. Кольцевой пневмоударник соединен с двойной буpильной колонной, которая передает ему крутящий момент и осевую нагрузку. Кроме того, по межтрубному пространству к пневмоударнику поступает сжатый воздух, а по внутренней трубе транспортируется керношламовый материал. Known annular exploration hammers (for example, according to auth. St. N 1133388 or auth. N 1671836), designed for drilling exploration wells in permafrost with continuous removal of core material to the surface along the axial channel of the hammer and the inner pipe of the double drill. They consist of a casing connected to it with the possibility of transmitting the torque of the rock cutting tool installed in the casing of the annular impactor, a stepped air distribution tube, and a sludge collection pipe. An annular hammer is connected to a double drill string, which transmits torque and axial load to it. In addition, compressed air flows through the annulus to the hammer, and core material is transported through the inner pipe.

Недостатком пневмоударного механизма по авт.св. N 1133388 является то, что выхлоп сжатого воздуха из рабочих камер производится в полость керношламоприемной трубы, минуя призабойное пространство. По этой причине вследствие недостаточной очистки забоя от разрушенной поpоды имеется большая вероятность образования шламовых пробок в осевом отверстии породоразрушающего инструмента и в шламоприемной трубе. В этом случае прекращается вынос шлама и дальнейшее бурение становится невозможным из-за остановки пневмоударника. Кроме того, в этом устройстве не предусмотрена очистка шламопровода от шламовых пробок, что усложняет бурение в талых и мягких породах. The disadvantage of the pneumatic impact mechanism on ed.St. N 1133388 is that the exhaust of compressed air from the working chambers is made into the cavity of the sludge-receiving pipe, bypassing the bottom hole. For this reason, due to the insufficient cleaning of the face from the destroyed rock, there is a high probability of formation of slurry plugs in the axial hole of the rock cutting tool and in the sludge receiving pipe. In this case, the removal of sludge stops and further drilling becomes impossible due to the stop of the hammer. In addition, this device does not provide for cleaning the sludge pipe from sludge plugs, which complicates drilling in thawed and soft rocks.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является кольцевой пневмоударник для бурения скважин по авт.св. N 1671836, содержащий корпус, установленный в нем ступенчатый ударник со сквозным осевым каналом, кольцевой породоразрушающий инструмент, воздухораспределительную трубку и керношламоприемную трубу, установленные коаксиально с зазором, являющимся воздухоподводящим каналом. Closest to the proposed invention by technical essence is an annular hammer for drilling wells according to auth. N 1671836, comprising a housing, a step striker installed therein with a through axial channel, an annular rock cutting tool, an air distribution tube, and a sludge collection tube installed coaxially with a gap being an air supply channel.

Применение этого пневмоударника обеспечивает высокую производительность бурения, однако в его конструкции площадь керношламоприемного канала соизмерима с площадью затрубного пространства, в результате чего часть отработанного воздуха, а следовательно, и шлама, выхлапывается в затрубное пространство, что является недопустимым для геологоразведочного бурения, ввиду искажения геологической информации. В то же время увеличение диаметра пневмоударника сопряжено с повышением изнашиваемости корпуса и увеличением прилагаемых внешних усилий при бурении скважин. Кроме того, производительность бурения снижается из-за того, что шлам, скапливаясь в затрубном пространстве, при движении ударника вверх попадает вновь в призабойную зону и подвергается вторичному размельчению. The use of this hammer provides high drilling performance, however, in its design, the area of the sludge receiving channel is comparable with the area of the annulus, as a result of which part of the exhaust air, and therefore the sludge, is vented into the annulus, which is unacceptable for exploration drilling, due to distortion of geological information . At the same time, an increase in the diameter of the hammer is associated with an increase in the wear of the body and an increase in the applied external forces when drilling wells. In addition, drilling performance is reduced due to the fact that the sludge accumulating in the annulus, when the striker moves upward, falls back into the bottomhole zone and is subjected to secondary grinding.

Цель изобретения - повышение производительности бурения за счет более эффективного выноса шлама. The purpose of the invention is to increase drilling productivity due to more efficient removal of cuttings.

Для достижения поставленной цели в кольцевом пневмоударнике, включающем корпус, ударник со сквозным осевым каналом, кольцевой поpодоразрушающий инструмент, воздухораспределительную трубку и керношламоприемную трубу, установленные коаксиально с зазором, являющимся воздухоподводящим каналом, выполнен по меньшей мере один канал, соединяющий воздухоподводящий канал с шламотранспортной магистралью. С целью образования канала двумя строго спрофилированными коаксиальными поверхностями, позволяющими создать расчетное сечение канала, в пневмоударнике между шламоприемной трубой и двойной бурильной колонной, размещены верхняя и нижняя втулки. Для обеспечения регулировки расхода подаваемого в шламотранспортную магистраль воздуха между торцевыми поверхностями втулок размещена распределительная втулка. Для достижения наиболее полного эффекта от использования канала за счет того, что максимально используется периметр шламотранспортной магистрали, канал выполнен кольцевым. Размещение в хвостовой части пневмоударника канала, соединяющего воздухоподводящий канал с шламотранспортной магистралью с целью повышения производительности бурения за счет более эффективного выноса шлама, авторам не известно. To achieve this goal, in an annular pneumatic hammer, which includes a body, a hammer with a through axial channel, an annular rock cutting tool, an air distribution tube, and a sludge collection pipe, installed coaxially with a gap, which is an air supply channel, at least one channel is made connecting the air supply channel to the main slurry drain. In order to form the channel with two strictly profiled coaxial surfaces, allowing to create a calculated section of the channel, the upper and lower bushings are placed in the hammer between the sludge receiving pipe and the double drill string. To ensure adjustment of the flow rate of air supplied to the sludge conveyor, a distribution sleeve is placed between the end surfaces of the bushings. To achieve the most complete effect from the use of the channel due to the fact that the perimeter of the sludge transport line is used to the maximum, the channel is made circular. The authors do not know the placement in the tail part of the hammer of the channel connecting the air supply channel to the sludge conveyor in order to increase drilling productivity due to more efficient removal of cuttings.

На чертеже изображен продольный разрез пневмоударника. The drawing shows a longitudinal section of a hammer.

Кольцевой пневмоударник для бурения скважин содержит корпус, состоящий из цилиндра 1 и гильзы 2, кольцевой ступенчатый ударник 3 со сквозным осевым каналом, воздухораспределительную трубку 4, внутри которой установлена керношламоприемная труба 5, гайку 6 и породоразрушающий инструмент 7, соединенный с гильзой 2 при помощи шлицевого соединения. На цилиндре 1 перед породоразрушающим инструментом 7 установлено запирающее кольцо 13. В хвостовой части пневмоударника закреплена двойная бурильная колонна, наружная труба 12 которой соединена с гайкой 6, а внутренняя труба 11 - с верхней втулкой 10. Распределительная втулка 9 размещена между торцевыми поверхностями нижней втулки 8 и верхней втулки 10, боковые, коаксиально размещенные поверхности которых образуют кольцевой канал 15. Нижняя втулка 8 соединена с керношламоприемной трубой 5. Полость, образованная гайкой 6 и верхней втулкой 10, является воздухоподводящим каналом 14, а кольцевой зазор между гайкой 6 и шламоприемной трубой 5 - каналом 16. An annular hammer for drilling wells comprises a housing consisting of a cylinder 1 and a sleeve 2, an annular step hammer 3 with a through axial channel, an air distribution tube 4, inside which a core-sampling tube 5 is installed, a nut 6, and a rock cutting tool 7 connected to the sleeve 2 by means of a slotted connections. A locking ring 13 is installed on the cylinder 1 in front of the rock cutting tool 7. A double drill string is fixed in the rear part of the hammer, the outer pipe 12 of which is connected to the nut 6, and the inner pipe 11 to the upper sleeve 10. The distribution sleeve 9 is located between the end surfaces of the lower sleeve 8 and the upper sleeve 10, the side, coaxially placed surfaces of which form an annular channel 15. The lower sleeve 8 is connected to the core-sludge collection tube 5. The cavity formed by the nut 6 and the upper sleeve 10 is air supply channel 14, and the annular gap between the nut 6 and sludge collection pipe 5 - channel 16.

Кольцевой пневмоударник работает следующим образом. Ring hammer works as follows.

Сжатый воздух по пространству между трубами 11 и 12 двойной бурильной колонны поступает в канал 14, в котором давление всегда равно магистральному. Затем через кольцевой канал 15, ширина раскрытия которого регулируется распределительной втулкой 9, расчетная часть сжатого воздуха поступает в шламотранспортную магистраль, а основная часть по каналу 16 наполняет камеру холостого хода и производит запуск пневмоударника. Сжатый воздух, пройдя через канал 15, устремляется во внутреннюю трубу 11 двойной бурильной колонны, создавая за собой в шламотранспортной магистрали область пониженного давления. Под действием ударов ударника по породоразрушающему инструменту 7 происходит разрушение породы. Разрушенная порода подхватывается потоком выхлапываемого воздуха и благодаря запирающему кольцу 13, препятствующему попаданию керношламовой смеси в пространство между пневмоударником и стенкой скважины, устремляется через осевое отверстие породоразрушающего инструмента 7, а затем через полость керношламоприемной трубы 5 в область пониженного давления шламотранспортной магистрали. При прохождении канала 15 керношламовая смесь получает дополнительный импульс скорости за счет энергии воздушной струи, истекающей из канала 15 и через внутреннюю трубу 11 двойной бурильной колонны выносится на поверхность. При отрыве пневмоударника от забоя породоразрушающий инструмент 7 перемещается в осевом направлении вниз. В результате этого происходит соединение магистрали сжатого воздуха с атмосферой. Работа пневмоударника прекращается и воздух из магистрали поступает на забой, очищая его от шлама. Для перевода в рабочий режим его прижимают к забою. Compressed air in the space between the pipes 11 and 12 of the double drill string enters the channel 14, in which the pressure is always equal to the main. Then, through the annular channel 15, the opening width of which is regulated by the distribution sleeve 9, the calculated part of the compressed air enters the sludge conveyor, and the main part through the channel 16 fills the idle chamber and starts the hammer. Compressed air, passing through the channel 15, rushes into the inner pipe 11 of the double drill string, creating a low pressure region in the slurry main line. Under the influence of impacts of the hammer on the rock cutting tool 7, the rock is destroyed. The destroyed rock is picked up by the flow of exhaled air and, thanks to the locking ring 13, which prevents the core-slurry mixture from entering the space between the hammer and the wall of the well, rushes through the axial hole of the rock cutting tool 7, and then through the cavity of the core-slurry pipe 5 into the low-pressure region of the sludge transport line. When channel 15 passes, the core slurry mixture receives an additional velocity impulse due to the energy of the air stream flowing from channel 15 and is carried to the surface through the inner pipe 11 of the double drill string. When the hammer is separated from the bottom, the rock cutting tool 7 moves axially downward. As a result of this, the compressed air line is connected to the atmosphere. The hammer stops and air from the line enters the face, clearing it of sludge. To transfer it to the operating mode, it is pressed to the face.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет создать направленное и ускоренное движение выхлапываемого воздуха, а вместе с ним и разрушенной породы по осевому отверстию пневмоударника, что обеспечивает более эффективный вынос шлама из призабойной зоны и, следовательно, повышение производительности бурения на 10%. Thus, the proposed technical solution allows you to create directional and accelerated movement of the ejected air, and with it the destroyed rock along the axial hole of the hammer, which provides a more efficient removal of cuttings from the bottomhole zone and, therefore, increase drilling productivity by 10%.

Claims

1. A RING SHOULDER FOR DRILLING WELLS, including a housing associated with a double drill string, a hammer with a through axial channel, an annular rock cutting tool, an air distribution pipe and a core pipe installed coaxially with a gap being an air supply channel, characterized in that the drilling process due to more efficient removal of sludge, it is equipped with upper and lower bushings located in the cavity formed by the sludge receiving pipe, double minutes drill string and the casing of the hammer ring, wherein the upper and lower side surfaces of the sleeve form at least one annular channel connecting with the inlet air channel shlamotransportnoy backbone.

2. The hammer according to claim 1, characterized in that it is equipped with a distribution sleeve located between the end surfaces of the upper and lower bushings.