RU2053359C1

RU2053359C1 - Downhole air hammer

Info

Publication number: RU2053359C1
Authority: RU
Inventors: А.С. Курдюков; И.Д. Плеханов; В.В. Глазков; В.П. Якимов; А.А. Осипов; Г.А. Галицков; С.В. Родионов
Original assignee: Кыштымский машиностроительный завод
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: hole drilling. SUBSTANCE: downhole hammer has body with adapter for connecting rod string on one end and adapting bushing with box for connecting drill bit on the other end. Body accommodates three-stage hollow piston-hammer which forms chambers of working and idle strokes and executes reciprocating motion. Stage diameter reduces towards striking end. Stage of small diameter has exhaust hole whose diameter equals 0.45-0.5 of the diameter of this stage. Middle stage has internal bore communicated with working stroke chamber. Diameter of stage with the largest diameter has internal bore communicated with idle stroke chamber. Diameter of bores equals 0.6-0.7 of diameter of respective stages of piston-hammer. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в погружных пневмоударниках, предназначенных для бурения скважин в породах различной крепости. The invention relates to the mining industry and can be used in submersible hammers designed to drill wells in rocks of various strengths.

Известен пневмоударник погружной, содержащий корпус, размещенный в корпусе с образованием камер рабочего и холостого ходов, сообщенных с атмосферой посредством радиальных отверстий в корпусе, и возможностью возвратно-поступательного движения поршень-ударник с центральным каналом и клапан с трубкой, входящей свободным концом в центральный канал поршня-ударника [1]
Недостатком этого пневмоударника является использование в нем системы воздухораспределения, при которой выхлоп из камер рабочего и холостого хода осуществляется через радиальные отверстия корпуса, расположенные выше забоя скважины. При такой системе воздухораспределения на забой скважины поступает только часть идущего через пневмоударник сжатого воздуха, что существенно ухудшает очистку поверхности забоя от разрушенной породы и охлаждение породоразрушающего инструмента. В результате производительность бурения и стойкость инструмента снижаются.Known hammer submersible, containing a housing located in the housing with the formation of the chambers of working and idle, communicating with the atmosphere through radial holes in the housing, and the possibility of reciprocating piston-hammer with a Central channel and a valve with a tube entering the free end into the Central channel hammer piston [1]
The disadvantage of this hammer is the use of an air distribution system in which the exhaust from the working and idle chambers is carried out through the radial openings of the body located above the bottom of the well. With such an air distribution system, only part of the compressed air flowing through the hammer is supplied to the bottom of the well, which significantly impairs the cleaning of the bottom surface of the destroyed rock and the cooling of the rock cutting tool. As a result, drilling performance and tool life are reduced.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является пневмоударник погружной, содержащий корпус, на одном конце которого закреплен переходник для соединения с колонной штанг, а на другом переходная втулка с буксой для присоединения буровой колонки, размещенный в корпусе с образованием камер рабочего и холостого ходов и возможностью возвратно-поступательного движения трехступенчатый полый поршень ударник с уменьшающимся в направлении ударного торца диаметром ступеней, выхлопным отверстием, выполненным в ступени наименьшего диаметра, и двумя последовательно расположенными внутренними расточками, одна из которых выполнена в средней ступени и сообщена с камерой рабочего хода, а вторая в наибольшей по диаметру ступени и сообщена с камерой холостого хода, и жестко закрепленную в переходнике одним концом воздухораспределительную трубку с участком меньшего диаметра на свободном конце, входящим в полость поршня-ударника, глухим осевым каналом и выполненными в стенках трубки радиальными отверстиями, поочередно сообщающими осевой канал с камерами рабочего и холостого ходов через соответствующие расточки поршня-ударника [2]
В этом пневмоударнике использована прямоточная система воздухораспределения, при которой весь проходящий через пневмоударник сжатый воздух поступает на забой, что улучшает очистку забоя от продуктов разрушения и охлаждение буровой коронки.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a submersible hammer, containing a housing, at one end of which an adapter is attached for connecting to a rod string, and at the other, an adapter sleeve with a bush for attaching a drill string, placed in the housing with the formation of working and idle chambers strokes and the possibility of reciprocating movement of a three-stage hollow piston firing pin with a diameter of steps decreasing in the direction of the shock end, an exhaust hole, filled in the step of the smallest diameter, and two consecutively located inner bores, one of which is made in the middle step and communicated with the working chamber, and the second in the largest diameter of the step and communicated with the idle chamber, and an air distribution tube rigidly fixed to the adapter at one end with a portion of a smaller diameter at the free end that enters the piston-drum cavity, a blind axial channel and radial holes made in the tube walls, alternately communicating the axial Anal with cameras working and idle through the corresponding bores of the piston-drummer [2]
In this hammer, a direct-flow air distribution system is used, in which all compressed air passing through the hammer arrives at the face, which improves the cleaning of the face from the products of destruction and the cooling of the drill bit.

Недостаток этого пневмоударника состоит в малой прочности поршня-ударника, что объясняется наличием в теле поршня-ударника зон с повышенной концентрацией напряжений и участков с пониженной прочностью вследствие сложной конфигурации наружного и внутреннего контура поршня-ударника. Неравнопрочность поршня-ударника по длине приводит к его преждевременному разрушению по наиболее опасным сечениям. Особенно опасны в этом отношении участки перехода одной ступени поршня-ударника в другую. The disadvantage of this hammer is the low strength of the piston-hammer, which is explained by the presence in the body of the piston-hammer of zones with a high concentration of stresses and sections with reduced strength due to the complex configuration of the outer and inner contours of the piston-hammer. The unevenness of the piston-striker along the length leads to its premature destruction along the most dangerous sections. Particularly dangerous in this respect are the sections of the transition of one stage of the piston-hammer to another.

Задача изобретения обеспечение равнопрочности поршня-ударника по длине и повышение за счет этого общей работоспособности пневмоударника. The objective of the invention is to ensure the equal strength of the piston-hammer along the length and increase due to this the overall performance of the hammer.

Для этого в известном ударнике погружном, содержащем корпус, на одном конце которого закреплен переходник для соединения с колонной штанг, а на другом переходная втулка с буксой для присоединения буровой коронки, размещенный в корпусе с образованием камер рабочего и холостого ходов и возможностью возвратно-поступательного движения трехступенчатый полый поршень-ударник с уменьшающимся в направлении ударного торца диаметром ступеней, выхлопным отверстием, выполненным в ступени наименьшего диаметра, и двумя последовательно расположенными внутренними расточками, одна из которых выполнена в средней ступени и сообщена с камерой рабочего хода, а вторая в наибольшей по диаметру ступени и сообщена с камерой холостого хода, и жестко закрепленную в переходнике одним концом воздухораспределительную трубку с участком меньшего диаметра на свободном конце, входящим во внутрь поршня-ударника, глухим осевым каналом и выполненными в стенках трубки радиальными отверстиями, поочередно сообщающими осевой канал с камерами рабочего и холостого ходов через соответствующие расточки поршня-ударника, согласно изобретению диаметр выхлопного отверстия составляет 0,45-0,5, а диаметр расточек 0,6-0,7 диаметра соответствующих ступеней поршня-ударника. To do this, in the well-known submersible hammer, containing a housing, at one end of which an adapter is attached for connecting to a rod string, and on the other, a transition sleeve with a axle box for attaching a drill bit, placed in the housing with the formation of working and idling chambers and the possibility of reciprocating motion a three-stage hollow piston-hammer with a step diameter decreasing in the direction of the shock end, an exhaust hole made in the step of the smallest diameter, and two sequentially arranged internal bores, one of which is made in the middle stage and communicated with the working chamber, and the second in the largest diameter of the stage and communicated with the idle chamber, and an air distribution tube rigidly fixed in the adapter at one end with a section of a smaller diameter at the free end that enters inside the piston-hammer, with a blind axial channel and radial holes made in the tube walls, alternately communicating the axial channel with the working and idle chambers through the corresponding bores along shnya-impactor according to the invention the diameter of the exhaust hole is 0.45-0.5, and the diameter of the bore diameter of 0.6-0.7 respective piston-impactor stages.

Указанные соотношения между диаметрами выхлопного отверстия и расточками поршня-ударника и диаметрами его соответствующих ступеней позволяют получить равнопрочный по длине поршень-ударник и тем самым увеличить срок его службы. The indicated ratios between the diameters of the exhaust hole and the bores of the piston-striker and the diameters of its corresponding stages make it possible to obtain a piston-striker of equal strength along the length and thereby increase its service life.

Изобретение поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Пневмоударник содержит корпус 1 с переходником 2 для соединения с колонной штанг на одном конце и с переходной втулкой 3 в комплекте с буксой 4 для присоединения буровой коронки 5 на другом конце. В корпусе 1 размещен с образованием камер рабочего 6 и холостого 7 ходов и возможностью возвратно-поступательного движения трехступенчатый поршень-ударник 8. Диаметр ступеней поршня-ударника уменьшаются в направлении ударного торца, т.е. D₁ > D₂ > D₃. В ступени наименьшего диаметра (D₃) выполнено выхлопное отверстие 9, диаметр которого (d₁) составляет 0,45-0,5 диаметра этой ступени, т.е. d₁ (0,4-0,5D₃). В средней ступени выполнена внутренняя расточка 10, сообщенная посредством боковых наклонных каналов и наружных продольных пазов 12 сообщена с камерой рабочего хода 6. В наибольшей по диаметру ступени выполнена внутренняя расточка 13, сообщенная посредством аналогичных каналов 14 и пазов 15 с камерой холостого хода 7. Диаметр расточек 10 и 13 составляют 0,6-0,7 диаметра соответствующих ступеней поршня-ударника 8, т.е. d₂/D₂= d₃/D₃ 0,6-0,7. В переходнике 2 жестко закреплена воздухораспределительная трубка 16. Свободный конец трубки, который заканчивается участком 17 меньшего диаметра входит в полость поршня-ударника 8. В трубке 16 выполнены глухой осевой канал 18 и боковые радиальные отверстия 19, поочередно сообщающие канал 18 с камерами рабочего 6 и холостого 7 ходов через расточки 10 и 13 поршня-ударника 8.The hammer includes a housing 1 with an adapter 2 for connecting with a rod string at one end and with a transition sleeve 3 complete with axle box 4 for attaching a drill bit 5 at the other end. A three-stage piston-hammer 8. is placed in the housing 1 with the formation of the chambers of the working 6 and idle 7 strokes and the possibility of reciprocating motion. The diameter of the piston-hammer stages decreases in the direction of the shock end, i.e. D ₁ > D ₂ > D ₃ . In the smallest diameter step (D ₃ ), an exhaust opening 9 is made, the diameter of which (d ₁ ) is 0.45-0.5 of the diameter of this step, i.e. d ₁ (0.4-0.5D ₃ ). An inner bore 10 is made in the middle stage, communicated by means of lateral inclined channels and external longitudinal grooves 12 and is connected to the working chamber 6. In the largest diameter step, an internal bore 13 is made, communicated by similar channels 14 and grooves 15 to the idling chamber 7. Diameter bores 10 and 13 are 0.6-0.7 diameters of the corresponding stages of the piston-hammer 8, i.e. d ₂ / D ₂ = d ₃ / D ₃ 0.6-0.7. An air distribution tube 16 is rigidly fixed in the adapter 2. The free end of the tube, which ends with a portion 17 of a smaller diameter, enters the cavity of the piston-hammer 8. The tube 16 has a blind axial channel 18 and lateral radial holes 19, which alternately communicate the channel 18 with the working chambers 6 and idle 7 moves through the bores 10 and 13 of the piston-hammer 8.

Пневмоударник погружной работает следующим образом. The hammer submersible works as follows.

В процессе бурения на буровую коронку 5 передается осевая нагрузка и крутящий момент, а в скважину через колонну штанг подается сжатый воздух. Поступающий в пневмоударник воздух через осевой канал 18 и боковые радиальные отверстия 19 воздухораспределительной трубки 16, расточки 10 или 13, боковые наклонные каналы 11 или 14 и наружные продольные пазы 12 или 15 поршня-ударника 8 поочередно подается в камеры рабочего 6 или холостого 7 ходов. В результате поршень-ударник 8 совершает возвратно-поступательное движение, нанося удары по хвостовику буровой коронки 5. Под действием осевой нагрузки, крутящего момента и ударных импульсов рабочие элементы коронки внедряются в породу и разрушают ее. Отработанный в пневмоударнике сжатый воздух по продувочному каналу коронки поступает на забой скважины для удаления разрушенной породы. In the process of drilling, axial load and torque are transmitted to the drill bit 5, and compressed air is supplied to the well through the rod string. The air entering the hammer through the axial channel 18 and the lateral radial openings 19 of the air distribution tube 16, the bores 10 or 13, the side inclined channels 11 or 14 and the outer longitudinal grooves 12 or 15 of the piston-hammer 8 are alternately fed into the chambers of the working 6 or idle 7 strokes. As a result, the piston-hammer 8 performs a reciprocating motion, striking the shank of the drill bit 5. Under the action of axial load, torque and shock pulses, the working elements of the crown are introduced into the rock and destroy it. The compressed air exhausted in the hammer via the blowdown channel of the crown enters the bottom of the well to remove the destroyed rock.

Благодаря оптимальным соотношениям между диаметрами выхлопного отверстия, расточек и соответствующих ступеней поршня-ударника, обеспечивающим последнему равнопрочность по всей его длине, сводится к минимуму возможность преждевременного разрушения поршня-ударника, чем достигается увеличение срока его службы. Due to the optimal ratios between the diameters of the exhaust hole, the bore and the corresponding stages of the piston-hammer, providing the latter with equal strength along its entire length, the possibility of premature destruction of the piston-hammer is minimized, thereby increasing its service life.

Таким образом при осуществлении изобретения может быть получен технический результат, состоящий в повышении общей работоспособности пневмоударника. Thus, in the implementation of the invention can be obtained a technical result, consisting in increasing the overall health of the hammer.

Claims

SUBMERSIBLE SHOULDER, containing a housing, on one end of which an adapter is mounted for connecting to a rod string, and on the other - an adapter sleeve with a axle box for attaching a drill bit, placed in the housing with the formation of working and idle chambers with the possibility of reciprocating movement of a three-stage hollow piston -the hammer with a step diameter decreasing in the direction of the shock end, an exhaust hole made in the step of the smallest diameter, and two consecutive internal by bores, one of which is made in the middle stage and communicated with the working chamber, and the other in the largest diameter of the stage and communicated with the idle chamber, and an air distribution tube rigidly fixed in the adapter at one end with a section of a smaller diameter at the free end that enters into the cavity of the piston-hammer, with a blind axial channel and radial holes made in the walls of the tube, alternately communicating the axial channel with the chambers of working and idling through the corresponding bores of the piston-hammer ka, characterized in that the diameter of the exhaust hole is 0.45 - 0.5 and the diameter of the bores is 0.6 - 0.7 of the diameter of the corresponding stages of the piston-hammer.