RU2068067C1

RU2068067C1 - Device for hole drilling and installation of polymer well points

Info

Publication number: RU2068067C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Осипов; В.Д. Лебеденко; В.К. Самышин
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов (ВНИИ-1)
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1996-10-20

Abstract

FIELD: mining industry and construction; applicable in drilling of thawing frozen rocks. SUBSTANCE: device for hole drilling and installation of polymer well points has mast with cross-bar and winch, vibration- rotation carriage with through spindle, hydraulic cartridges and power hydraulic cylinders, cross-piece with elevator, swivel with brake unit, extensible drilling toll. Drilling tool consists of outer barrel with crown bit and inner pipe with bushing. Hole is formed due to combined motion of outer barrel and inner pipe. Upon completion of hole formation, outer barrel with crown bit are left in hole, and inner pipe is withdrawn with bushing preliminarily disconnected from crown bit. After withdrawal of inner pipe with bushing, side hole in elevator lower part is freed and well point is introduced through this hole into hollow of outer barrel. Then, outer barrel with crown bit is withdrawn from the hole. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин и установки в них полимерных гидроигл и может быть использовано в горнодобывающей промышленности и строительстве при оттаивании мерзлых пород. The invention relates to a device for drilling wells and installing a polymer hydroneedle in them and can be used in the mining industry and construction during thawing of frozen rocks.

Известно устройство для бурения скважин и погружения полимерных гидроигл [1] включающее вибровращательную каретку, на шпиндель которой последовательно навинчены: узел для заправки гидроигл, штанга с переходником и коронкой с каналами для пропуска воды при промывке скважины и ввода гидроиглы в скважину. A device is known for drilling wells and immersing polymer hydroneedles [1] including a vibratory rotation carriage, the spindle of which is sequentially screwed: a node for refueling a hydroneedle, a rod with an adapter and a crown with channels for water passage when washing the well and introducing the hydroneedle into the well.

Недостатком известного решения являются частые случаи застревания полимерной гидроиглы в торцевом отверстии коронки при извлечении штанги из скважины. Причиной является то, что единственное отверстие для пропуска воды при промывке забоя скважины и для ввода гидроиглы расположено в торце коронки эксцентрично между ее центром и наружной окружностью, а также наличием наклонного канала. Для увеличения усилия проталкивания гидроиглы давлением воды на верхний ее торец устанавливают пробку, которую в дальнейшем снимают. К недостаткам устройства следует отнести и то, что оно выполнено по шпиндельной схеме присоединения бурового снаряда к вращателю, что ограничивает глубину бурения скважины длиной хода подачи бурового агрегата, а операции по наращиванию буровой трубы и штанги являются сложными и требуют значительных затрат времени и ручного труда. A disadvantage of the known solution is the frequent cases of sticking of the polymer hydroneedle in the end hole of the crown when removing the rod from the well. The reason is that the only hole for water passage when washing the bottom of the well and for introducing a water needle is located in the end face of the crown eccentrically between its center and outer circumference, as well as the presence of an inclined channel. To increase the force of pushing the hydroneedle by the pressure of water, a plug is installed on its upper end, which is removed later. The disadvantages of the device include the fact that it is made according to the spindle pattern of connecting the drill to the rotator, which limits the depth of drilling of the well by the stroke length of the drilling unit, and the operations to build up the drill pipe and rod are complex and require significant time and manual labor.

Известно устройство для бурения скважин и установки полимерных гидроигл [2] включающее мачту с ригелем и лебедкой, вибровращательную каретку со сквозным шпинделем, траверсу, установленную между ригелем и кареткой, вертлюг, закрепленный на траверсе и снабженный тормозом, буровую штангу, размещенную внутри обсадной трубы, имеющей в верхней части прорезь; шпиндель каретки нижним концом соединен с обсадной трубой, а верхним с вращающейся частью вертлюга, которая соединена с буровой штангой; невращающаяся часть вертлюга соединена с канатом лебедки. Этот аналог принят за прототип. A device for drilling wells and installing a polymer hydraulic needle [2] including a mast with a crossbar and a winch, a vibratory rotation carriage with a through spindle, a crosshead installed between the crossbar and the carriage, a swivel mounted on the crossarm and equipped with a brake, a drill rod located inside the casing, having a slot in the upper part; the carriage spindle with the lower end connected to the casing, and the upper end to the rotating part of the swivel, which is connected to the drill rod; the non-rotating part of the swivel is connected to the winch rope. This analogue is taken as a prototype.

К недостаткам устройства следует отнести то, что последнее выполнено по шпиндельной схеме присоединения бурового снаряда к вращателю, что ограничивает глубину бурения скважины длиной хода подачи бурового агрегата, а операции по наращиванию буровой трубы и штанги являются сложными и требуют значительных затрат времени и ручного труда. The disadvantages of the device include the fact that the latter is carried out according to the spindle pattern of connecting the drill to the rotator, which limits the depth of drilling of the well by the stroke length of the feed of the drilling unit, and the operations to build up the drill pipe and rod are complex and require significant time and manual labor.

Целью изобретения является повышение эффективности его использования. The aim of the invention is to increase the efficiency of its use.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем мачту с ригелем и лебедкой, вибровращательную каретку со сквозным шпинделем, траверсу, расположенную между ригелем и кареткой, внутреннюю трубу, имеющую втулку и расположенную внутри буровой трубы, у которой боковое отверстие выполнено в верхней части и коронка в нижней части, вертлюг, вращающаяся часть которого снабжена тормозом и соединена с внутренней трубой, а невращающаяся часть соединена с канатом лебедки, согласно изобретению устройство снабжено силовыми гидроцилиндрами, штоки которых связаны с кареткой, шпиндель каретки снабжен гидравлическими патронами, буровая труба соединена с траверсой посредством элеватора в виде отрезка трубы, коронка буровой трубы выполнена с отверстиями и разрушающим наконечником и с возможностью взаимодействия с коронкой буровой трубы, а боковое отверстие буровой трубы выполнено в нижней части элеватора. This goal is achieved by the fact that in the known device, including a mast with a crossbar and a winch, a vibratory rotation carriage with a through spindle, a crosshead located between the crossbar and the carriage, an inner pipe having a sleeve and located inside the drill pipe, in which the side hole is made in the upper part and a crown in the lower part, the swivel, the rotating part of which is equipped with a brake and connected to the inner pipe, and the non-rotating part is connected to the winch rope, according to the invention, the device is equipped with power g idro cylinders whose rods are connected to the carriage, the carriage spindle is equipped with hydraulic chucks, the drill pipe is connected to the traverse by means of an elevator in the form of a pipe segment, the drill pipe crown is made with holes and a destructive tip and can interact with the drill pipe crown, and the side hole of the drill pipe is made at the bottom of the elevator.

Как видно из таблицы соответствия заявляемое техническое решение имеет отличительные признаки от прототипа, и, следовательно, соответствует критерию изобретения "новизна". As can be seen from the table of conformity, the claimed technical solution has distinctive features from the prototype, and, therefore, meets the criteria of the invention of "novelty."

При изучении других технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающая заявляемое изобретение от прототипа, не была выявлена и потому она обеспечивает ему соответствие критерию изобретения "существенные отличия". When studying other technical solutions in this technical field, the totality of features that distinguish the claimed invention from the prototype was not identified and therefore it ensures that it meets the criteria of the invention "significant differences".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для бурения скважин и установки полимерных гидроигл, общий вид, в процессе бурения скважины; на фиг.2 то же, перед установкой полимерной гидроиглы; на фиг. 3 выносной элемент 1, увеличено. The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a device for drilling wells and installing polymer hydroneedles, a general view of a well being drilled; in Fig.2 the same, before installing the polymer hydro-needle; in FIG. 3 extension element 1, enlarged.

Устройство для бурения скважин и установки полимерных гидроигл содержит вибровращательную каретку 1 с механизмами вибратора и вращателя, присоединенную пружинами 2 к подрессоренной площадке 3, перемещающейся в направляющих усилием силового гидроцилиндра 4 на длину хода его штока. На шпинделе вибровращательной каретки 1 установлены гидравлические патроны 5, закрепляющие наружную буровую трубу 6. Наружная буровая труба 6 присоединена к элеватору 7, в нижней части которого выполнено боковое отверстие 8 для пропуска гидроиглы 9 (такое выполнение бокового отверстия позволяет значительно повысить эффективность, т.к. теперь отпадает необходимость выполнения бокового отверстия в верхней части каждой трубы при ее замене в случае выхода из строя). Элеватор 7 выполнен в виде отрезка трубы и присоединен к траверсе 19 с блоками 11, которые также перемещаются в направляющих мачты. К буровой трубе 6 присоединена коронка 12 с центральным отверстием 13 для пропуска гидроиглы 9. В коронке 12 выполнена внутренняя кольцевая проточка 14. В наружной буровой трубе 6 размещена внутренняя труба 15, соединенная с вращающейся частью вертлюга 16, которая в свою очередь выполнена с тормозным узлом 17. Траверса 10 и вертлюг 16 расположены и перемещаются между вибровращательной кареткой 1 и ригелем 18. Внутренняя труба 15 снабжена втулкой 19, которая имеет отверстия 20 для подачи воды для промывки забоя скважины и имеет разрушающий наконечник 21. К невращающейся части вертлюга 16 присоединен канат 22, огибающий блоки 23, закрепленные на ригеле 18, и блоки 11, закрепленные на траверсе 10, и соединенный с барабаном 24 канатной лебедки. Коронка 12 выполнена с внутренней резьбой, а втулка 19 - с наружной резьбой, благодаря чему буровая труба 6 с внутренней трубой 16 могут представлять единый буровой снаряд в определенные технологические циклы работы станка. A device for drilling wells and installing a polymer hydraulic needle includes a vibratory rotation carriage 1 with vibrator and rotator mechanisms, connected by springs 2 to the sprung platform 3, which moves in the guides by the force of the power hydraulic cylinder 4 for the length of its rod stroke. Hydraulic chucks 5 are mounted on the spindle of the vibratory rotation carriage 1, securing the outer drill pipe 6. The outer drill pipe 6 is connected to the elevator 7, in the lower part of which there is a side hole 8 for the passage of the hydraulic needle 9 (this embodiment of the side hole can significantly increase efficiency, because . now there is no need to make a side hole in the upper part of each pipe when it is replaced in case of failure). The elevator 7 is made in the form of a pipe segment and is attached to the traverse 19 with blocks 11, which also move in the guide masts. A crown 12 is connected to the drill pipe 6 with a central hole 13 for passing a hydroneedle 9. An inner annular groove 14 is made in the crown 12. An inner pipe 15 is placed in the outer drill pipe 6, which is connected to the rotating part of the swivel 16, which, in turn, is made with the brake assembly 17. The traverse 10 and the swivel 16 are located and move between the vibrational carriage 1 and the crossbar 18. The inner tube 15 is equipped with a sleeve 19, which has holes 20 for supplying water for washing the bottom of the well and has a destructive tip 21. K evraschayuscheysya portion of the swivel 16 is connected the rope 22, a circumferential blocks 23 fixed to the girder 18 and the blocks 11, fixed to the cross member 10 and connected to the drum 24, the cable winch. The crown 12 is made with an internal thread, and the sleeve 19 is with an external thread, so that the drill pipe 6 with the inner pipe 16 can represent a single drill in certain technological cycles of the machine.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В начале рабочего цикла траверса 10 с элеватором 7 и вертлюг 16 занимают на мачте крайнее верхнее положение. В это же время втулка 19 ввинчена в коронку 12, благодаря чему внутренняя труба 15 оказывается неподвижно зафиксирована относительно буровой трубы 6, и они представляют собой единый буровой снаряд. Тормозной узел 17 разомкнут. At the beginning of the working cycle of the traverse 10 with the elevator 7 and the swivel 16 occupy the highest position on the mast. At the same time, the sleeve 19 is screwed into the crown 12, so that the inner pipe 15 is fixedly fixed relative to the drill pipe 6, and they represent a single drill. The brake assembly 17 is open.

Подают воду в канал вращающейся части вертлюга 16, которая по внутренней трубе 15 поступает через отверстия 20 втулки 19 в кольцевую проточку 14 коронки 12 и по каналам (не показаны на черт.) поступает в забой скважины для очистки от разрушенной породы. Water is supplied to the channel of the rotating part of the swivel 16, which through the inner pipe 15 enters through the openings 20 of the sleeve 19 into the annular groove 14 of the crown 12 and through the channels (not shown in the drawing) enters the bottom of the well to clean from the destroyed rock.

Включают механизмы вибратора и вращателя вибровращательной каретки 1, подают давление на поршни цилиндров 5 для захвата буровой трубы 6 и на поршни цилиндров 4 для перемещения каретки вниз. По мере натяжения каната автоматически включается канатная лебедка 24 на опускание бурового агрегата. При соприкосновении коронки 12 с почвой начинается процесс проходки скважины. Разбуренная мелочь водой вымывается в затрубное пространство и по нему выдается на поверхность. При проходке скважины на глубину, равную длине хода штока силового цилиндра 4 гидравлические патроны 5 разжимаются и вибровращательная каретка 1 с подрессоренной рамой 2 перемещается в верхнее положение на высоту, равную длине хода штока силового цилиндра 4. Патроны 5 сжимаются и захватывают буровую трубу 6, процесс бурения возобновляется и повторяется до проходки скважины на заданную глубину. The mechanisms of the vibrator and rotator of the vibratory rotation carriage 1 are turned on, pressure is applied to the pistons of the cylinders 5 to capture the drill pipe 6 and to the pistons of the cylinders 4 to move the carriage down. As the rope pulls, the rope hoist 24 is automatically turned on to lower the drilling unit. When the crown 12 is in contact with the soil, the process of sinking the well begins. A drilled trifle is washed with water into the annulus and is discharged to the surface through it. When the well is drilled to a depth equal to the stroke length of the ram 4, the hydraulic chucks 5 are unclenched and the vibratory rotation carriage 1 with the sprung frame 2 moves to the upper position to a height equal to the stroke length of the ram 4. The cartridges 5 are compressed and capture the drill pipe 6, process drilling is resumed and repeated until the well is drilled to a predetermined depth.

После бурения скважины на заданную глубину элеватор 7, выполненный в виде отрезка трубы (из которой изготовлена буровая труба 6), входит в полый (сквозной) вал шпинделя-вращателя и боковое отверстие 8, выполненное в нижней части элеватора, располагается под нижним патроном 5. Процесс бурения останавливают. Замыкают тормозной узел 17, чем тормозят вращающуюся часть вертлюга 16 вместе с внутренней трубой 15. Включают вращатель в обратном направлении в результате чего труба 15 вывинчивает втулку 19 из коронки 12, т. е. теперь возможно взаимное перемещение относительно друг друга трубы 6 и трубы 15. Выключают подачу воды. Включают барабан 24 канатной лебедки на подъем вертлюга 16, который увлекает за собой вверх внутреннюю трубу 15 и втулку 19 из полости наружной буровой трубы 6. При положении втулки 19 выше бокового отверстия 8 подъем внутренней трубы 15 останавливают, а положение вертлюга 16 фиксируют. After drilling a well to a predetermined depth, the elevator 7, made in the form of a pipe segment (from which the drill pipe 6 is made), enters the hollow (through) shaft of the spindle-rotator and the side hole 8, made in the lower part of the elevator, is located under the lower cartridge 5. The drilling process is stopped. The brake assembly 17 is closed, which inhibits the rotating part of the swivel 16 together with the inner pipe 15. The rotator is turned on in the opposite direction, as a result of which the pipe 15 unscrews the sleeve 19 from the crown 12, i.e., it is now possible to move the pipe 6 and the pipe 15 relative to each other . Turn off the water supply. The drum winch drum 24 is turned on to raise the swivel 16, which carries up the inner pipe 15 and the sleeve 19 from the cavity of the outer drill pipe 6. When the sleeve 19 is above the side hole 8, the rise of the inner pipe 15 is stopped and the position of the swivel 16 is fixed.

Во внутреннюю полость наружной трубы 6 вводят предварительно отмеренный отрезок полимерной гидроиглы 9 таким образом, чтобы ее верхний торец разместился под втулкой 19, а нижний вошел в центральное отверстие 13 коронки 12. Цикл ввода полимерной трубы 9 во внутреннюю полость наружной трубы 6 завершен. A previously measured segment of the polymer needle 9 is inserted into the inner cavity of the outer tube 6 so that its upper end is placed under the sleeve 19 and the lower end fits into the central hole 13 of the crown 12. The cycle of introducing the polymer tube 9 into the inner cavity of the outer tube 6 is completed.

Разжимают патроны 5, что ведет к свободному перемещению трубы 6 с коронкой 12. Включают на подъем барабан 24 канатной лебедки, канат которой, огибая блоки 11 траверсы 10 и блоки 23 ригеля 18, принуждает к извлечению из скважины наружной буровой трубы 6, т.к. при сматывании каната 22 на лебедку 24 происходит перемещение вверх траверсы 10 с элеватором 7, которые и обеспечивают подъем трубы 6. При этом полимерная труба 9 надежно удерживается в скважине, т.к. ее возможному извлечению препятствует втулка 19. После подъема наружной буровой трубы 6 в крайнее верхнее положение отключают барабан 24 канатной лебедки. Зажимают патроны 5, фиксирующие наружную буровую трубу 6; замыкают тормозной узел 17, исключающий проворачивание внутренней трубы 15 с втулкой 19. Включают на прямое вращение вращатель вибровращательной каретки 1, в результате чего происходит свинчивание коронки 12 с втулкой 19, т.е. внутренняя труба 15 и труба 6 вновь оказываются надежно зафиксированы друг относительно друга и представляют собой единый буровой снаряд. Вращатель выключают. Погруженную в скважину полимерную гидроиглу 9 соединяют резинотканевым рукавом с насосом и начинается ее "отстой" нагнетание воды в мерзлый массив. Станок перемещается к месту образования новой скважины. Unload the cartridges 5, which leads to the free movement of the pipe 6 with the crown 12. Turn on the lift drum 24 of the rope winch, the rope of which, bending around the blocks 11 of the crosshead 10 and blocks 23 of the crossbar 18, forces the outer drill pipe 6 to be removed from the well, because . when winding the rope 22 onto the winch 24, the crosshead 10 is moved upward with the elevator 7, which provide the lifting of the pipe 6. In this case, the polymer pipe 9 is held securely in the well, because the sleeve 19 prevents its possible removal. After raising the outer drill pipe 6 to its highest position, the cable winch drum 24 is turned off. Clamp the cartridges 5, fixing the outer drill pipe 6; the brake assembly 17 is closed, which prevents the inner tube 15 from turning with the sleeve 19. The rotator of the vibratory rotation carriage 1 is turned on for direct rotation, as a result of which the crown 12 is screwed with the sleeve 19, i.e. the inner pipe 15 and pipe 6 are again securely fixed relative to each other and represent a single drill. The rotator is turned off. The polymer hydro-needle 9, immersed in the well, is connected with a rubber-fabric sleeve to the pump and its "sludge" injection of water into the frozen massif begins. The machine moves to the place of formation of the new well.

Использование предлагаемого устройства для бурения скважин и установки полимерных гидроигл обеспечивает по сравнению с известными устройствами высокую эффективность его использования, заключающуюся в том, что отсутствует необходимость в межтрубном пространстве для пропуска пульпы (что имело место в прототипе, где пульпа выдавалась на поверхность через боковое отверстие по межтрубному пространству), в результате чего обеспечивается максимальное приближение диаметра полимерной гидроиглы к внутреннему диаметру наружной трубы, что позволяет экономить дефицитные буровые трубы за счет использования более тонких; стало возможным использование обычных буровых труб, т. к. все они теперь выполняются без боковых отверстий в верхней части, чем исключаются затраты на производство (а боковое отверстие выполняют один раз в нижней части элеватора); повышена устойчивость и надежность эксплуатации бурового станка, т.к. малый вес вертлюга позволяет применить облегченную и более высокую мачту; осевое усилие и вращающий момент, прилагаемые к буровому снаряду и к устью скважины минимальны, а силовые цилиндры подачи при подъеме бурового снаряда позволяют преодолевать значительные сопротивления его извлечению; а также возможность использования обычных стальных (не буровых) труб для изготовления внутренней трубы. ТТТ1 ТТТ2 ЫЫЫ2 The use of the proposed device for drilling wells and installing polymer hydroneedles provides, in comparison with the known devices, high efficiency of its use, which consists in the fact that there is no need for annular space for passing the pulp (which was the case in the prototype, where the pulp protruded to the surface through the side hole annulus), which ensures the maximum approximation of the diameter of the polymer hydro needle to the inner diameter of the outer pipe, which saves scarce drill pipes by using thinner ones; it became possible to use conventional drill pipes, since all of them are now performed without side openings in the upper part, thereby eliminating production costs (and the side opening is performed once in the lower part of the elevator); increased stability and reliability of the drilling rig, as light weight of the swivel allows the use of a lighter and higher mast; the axial force and torque applied to the drill and to the wellhead are minimal, and the feed cylinders when lifting the drill allow to overcome significant resistance to its extraction; as well as the ability to use conventional steel (non-drill) pipes for the manufacture of the inner pipe. TTT1 TTT2 YYY2

Claims

A device for drilling wells and installing polymer hydroneedles, including a mast with a crossbar and a winch, a vibratory rotation carriage with a through spindle, a crosshead located between the crossbar and the carriage, and an inner pipe with a sleeve located inside the drill pipe having a side hole and a crown in the upper part bottom part, characterized in that, in order to increase the efficiency of its use, it is equipped with power hydraulic cylinders, the rods of which are connected to the carriage, the spindle of the carriage is equipped with hydraulic chucks, drilling Rube connected to the crosspiece by means of an elevator in the form of a tube, the crown of the drill pipe is formed with an inner annular groove and the sleeve of the inner tube is provided with holes and deplete lug and to cooperate with a crown of the drill pipe, with the side opening of the drill pipe is made in the bottom of the elevator.