RU2166055C1

RU2166055C1 - Submersible shock machine to drill holes by ring driving

Info

Publication number: RU2166055C1
Application number: RU99127641/03A
Authority: RU
Inventors: А.А. Липин
Original assignee: Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-04-27

Abstract

FIELD: hydrogeology, geological prospecting, mining industry. SUBSTANCE: submersible shock machine includes body, sleeve with discharge path positioned in lower part of body, drilling tool with conduits, slime transporting pipe and distribution rod mounted coaxially and forming power-feeding channel, churn drill with axial duct and bore in its upper part, controllable chamber of working stroke with feeding and discharge device carrying stepped valve with space of reduced pressure and discharge path. Upper sleeve is mounted in body, in zone of location of stepped valve. Discharge path made in it has the form of external longitudinal grooves and radial holes, communicates with discharge path of sleeve installed in lower part of body and with space of reduced pressure of stepped valve that is formed by outer surface of its smaller step and inner surface of upper sleeve. EFFECT: increased operational reliability of shock machine. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин и может найти применение в геологоразведке, гидрогеологии, горной промышленности. The invention relates to a device for drilling wells and may find application in geological exploration, hydrogeology, mining.

Известен кольцевой пневмоударник для бурения скважины, а.с. СССР N 1671836, кл. E 21 B 4/14, 3/24, опубл. в БИ N 31, 1991 г., включающий корпус, ступенчатый ударник со сквозным осевым каналом, камеры холостого и рабочего хода, кольцевой породоразрушающий инструмент, шламотранспортную трубу и распределительный шток, установленные коаксиально и образующие между собой воздухоподводящий канал с системой распределения сжатого воздуха по рабочим камерам. Known annular hammer for drilling wells, and.with. USSR N 1671836, class E 21 B 4/14, 3/24, publ. in BI N 31, 1991, including a housing, a step striker with a through axial channel, idle and working chambers, an annular rock cutting tool, a slurry transport pipe and a distribution rod installed coaxially and forming an air supply channel between them with a compressed air distribution system for working cameras.

Недостатком такого пневмоударника является то, что он может работать только на сухом сжатом воздухе и это значительно ограничивает область его применения по глубине бурения скважины, особенно в сложных геологических структурах с большими водопритоками. Применение другого, более эффективного, энергоносителя, например воды или глинистого раствора, в данном пневмоударнике не представляется возможным, так как в нем использована бесклапанная система распределения энергоносителя, которая обеспечивает нормальную работу машины только на сжатом воздухе. The disadvantage of such a hammer is that it can only work on dry compressed air, and this significantly limits the scope of its application in the depth of well drilling, especially in complex geological structures with large water inflows. The use of another, more efficient energy carrier, such as water or a clay solution, in this hammer is not possible, since it uses a valveless energy distribution system that ensures the normal operation of the machine only in compressed air.

Кроме того, при бурении скважин в сложных геологических условиях с прослоями глины и галечников в шламотранспортной трубе образуются сальниковые пробки, не устраняемые воздухом, что нарушает нормальную работу пневмоударника. In addition, when drilling wells in difficult geological conditions with interlayers of clay and gravel in the sludge transport pipe, stuffing plugs cannot be removed by air, which violates the normal operation of the hammer.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является погружная ударная машина для бурения скважин кольцевым забоем по патенту РФ N 2109124, кл. E 21 B 4/14, E 21 C 3/24, опубл. в БИ N 11, 1998 г., включающая корпус, гильзу, установленную в нижней части корпуса, буровой инструмент, шламотранспортную трубу и распределительный шток, установленные коаксиально и образующие между собой энергоподводящий канал, ударник с осевым каналом и расточкой в верхней его части, управляемые камеры рабочего и холостого хода и систему распределения энергоносителя, содержащую ступенчатый питающе-разрядный клапан с полостью пониженного давления и разрядный тракт, выполненный в виде радиальных отверстий в штоке и шламотранспортной трубе, сообщающий полость пониженного давления ступенчатого клапана с внутренней полостью шламотранспортной трубы. Кроме того, в разрядном тракте установлен обратный клапан, выполненный в виде воротниковой манжеты. The closest analogue in technical essence and the achieved result to the present invention is a submersible percussion machine for drilling wells with an annular face according to the RF patent N 2109124, class. E 21 B 4/14, E 21 C 3/24, publ. in BI N 11, 1998, which includes a body, a sleeve installed in the lower part of the body, a drilling tool, a slurry transport pipe and a distribution rod installed coaxially and forming an energy-supplying channel, a hammer with an axial channel and a bore in its upper part, controlled by working and idle chambers and an energy distribution system containing a stepped feed-discharge valve with a cavity of reduced pressure and a discharge path made in the form of radial holes in the stock and sludge transport pipes Informing the reduced pressure step valve cavity with an internal cavity shlamotransportnoy pipe. In addition, a check valve is installed in the discharge path, made in the form of a collar cuff.

Эта машина, благодаря наличию питающе-разрядного клапана для камеры рабочего хода, работает как на сухом сжатом воздухе, так и на газожидкостной смеси, что существенно расширяет область ее применения. Однако она тоже имеет недостатки. Главным конструктивным недостатком ее является то, что полость пониженного давления ступенчатого клапана, используемого в системе распределения энергоносителя, образована внутренней поверхностью его и наружной поверхностью распределительного штока. При таком исполнении постоянная разрядка полости пониженного давления может быть осуществлена только через внутреннюю полость шламотранспортной трубы. При этом частицы шламового потока, проходя через зону отверстий разрядного тракта, попадают под воротниковую манжету, изнашивают ее, засоряют разрядный тракт и полость пониженного давления ступенчатого клапана, что снижает надежность работы ударной машины. This machine, thanks to the supply-discharge valve for the working chamber, works both on dry compressed air and on a gas-liquid mixture, which significantly expands the scope of its application. However, it also has disadvantages. Its main design drawback is that the cavity of the reduced pressure of the step valve used in the energy distribution system is formed by its inner surface and the outer surface of the distribution rod. With this design, the constant discharge of the cavity of reduced pressure can be carried out only through the internal cavity of the sludge transport pipe. In this case, the particles of the sludge stream passing through the area of the openings of the discharge path fall under the collar cuff, wear it, clog the discharge path and the cavity of the reduced pressure of the step valve, which reduces the reliability of the impact machine.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, - повышение надежности работы машины за счет устранения возможности проникновения шлама в разрядный тракт и в полость пониженного давления ступенчатого клапана питающе-разрядного устройства. The technical problem solved in the present invention is to increase the reliability of the machine by eliminating the possibility of penetration of sludge into the discharge path and into the low pressure cavity of the stepped valve of the supply-discharge device.

Поставленная задача решается посредством того, что в предлагаемой погружной ударной машине для бурения скважин кольцевым забоем, включающей корпус, гильзу со сливным трактом, установленную в нижней части корпуса, буровой инструмент с каналами, шламотранспортную трубу и распределительный шток, установленные коаксиально и образующие между собой энергоподводящий канал, ударник с осевым каналом и расточкой в верхней его части, управляемую камеру рабочего хода с питающе-разрядным устройством, содержащим ступенчатый клапан с полостью пониженного давления и разрядный тракт, согласно предлагаемому решению в корпусе, в зоне размещения ступенчатого клапана, установлена верхняя гильза, а разрядный тракт, выполненный в ней в виде наружных продольных пазов и радиальных отверстий, сообщен со сливным трактом гильзы, установленной в нижней части корпуса, и полостью пониженного давления ступенчатого клапана, которая образована наружной поверхностью его меньшей ступени и внутренней поверхностью верхней гильзы. The problem is solved by the fact that in the proposed submersible percussion machine for drilling boreholes with an annular face including a body, a sleeve with a drain path installed in the lower part of the body, a drilling tool with channels, a slam conveyor pipe and a distribution rod installed coaxially and forming an energy supply channel, drummer with an axial channel and a bore in its upper part, a controlled working chamber with a feed-discharge device containing a step valve with a pony cavity pressure line and discharge path, according to the proposed solution, in the housing, in the zone where the step valve is located, the upper sleeve is installed, and the discharge path made in it in the form of external longitudinal grooves and radial holes is in communication with the drain path of the sleeve installed in the lower part of the housing, and a cavity of reduced pressure of the step valve, which is formed by the outer surface of its smaller stage and the inner surface of the upper sleeve.

Установка в корпусе предлагаемой машины верхней гильзы, размещенной в зоне расположения ступенчатого клапана и снабженной разрядным трактом, который сообщает полость пониженного давления ступенчатого клапана со сливным трактом гильзы, установленной в нижней части корпуса, предотвращает попадание частиц шлама в разрядный тракт, что повышает надежность работы машины. The installation in the body of the proposed machine of the upper sleeve, located in the zone of the step valve and equipped with a discharge path that communicates the reduced pressure cavity of the step valve with the drain path of the sleeve installed in the lower part of the body, prevents the penetration of sludge particles into the discharge path, which increases the reliability of the machine .

Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез погружной ударной машины, выполненный в 3-х частях, а на фиг. 2 - местный вид III зоны размещения ступенчатого клапана и верхней гильзы в увеличенном масштабе. The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design and drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of a submersible impact machine made in 3 parts, and in FIG. 2 is a fragmentary view of an enlarged scale of a zone III for placing a stepped valve and an upper sleeve.

Погружная ударная машина для бурения скважин кольцевым забоем (фиг. 1) состоит из корпуса 1, в котором размещены верхняя гильза 2 с разрядным трактом в виде наружных продольных пазов 3 и радиальных отверстий 4 (фиг. 2) и гильза 5 со сливным трактом в виде радиальных отверстий 6 и продольных каналов 7, установленная в нижней части корпуса 1 (фиг. 1). В верхней части машины размещен приемный переходник 8 с обратным клапаном 9. В центральной части машины размещены шламотранспортная труба 10 и распределительный шток 11, установленные в переходнике 8 коаксиально и образующие между собой кольцевой энергоподводящий канал 12. Коаксиально относительно штока 11 и трубы 10 размещен ударник 13 с осевым каналом 14, расточкой 15 и продольными пазами 16 в верхней его части. Верхний торец ударника 13 ограничивает управляемую камеру 17 рабочего хода, а нижний - камеру 18 холостого хода, постоянно сообщенную с магистралью энергоносителя через кольцевой энергоподводящий канал 12 и осевой канал 14 ударника 13. В нижней части машины размещена муфта 19 с внутренними шлицами 20, которые входят в зацепление с наружными шлицами (поз. не обозначены) хвостовика 21 с закрепленным на нем буровым инструментом 22, имеющим сливные каналы 23. The submersible percussion machine for drilling wells with an annular bottom hole (Fig. 1) consists of a housing 1 in which an upper sleeve 2 with a discharge path in the form of outer longitudinal grooves 3 and radial holes 4 (Fig. 2) and a sleeve 5 with a drain path in the form of radial holes 6 and longitudinal channels 7 installed in the lower part of the housing 1 (Fig. 1). A receiving adapter 8 with a non-return valve 9 is located in the upper part of the machine. In the central part of the machine there is a slurry transfer pipe 10 and a distribution rod 11 installed coaxially in the adapter 8 and forming an annular energy supply channel 12 between themselves. Coaxially relative to the rod 11 and the pipe 10, a hammer 13 is placed with an axial channel 14, a bore 15 and longitudinal grooves 16 in its upper part. The upper end of the striker 13 limits the controlled chamber 17 of the working stroke, and the lower one of the idle chamber 18, which is constantly in communication with the energy carrier through the annular energy supply channel 12 and the axial channel 14 of the striker 13. At the bottom of the machine there is a coupling 19 with internal slots 20, which include meshing with external slots (pos. not indicated) of the shank 21 with a drilling tool 22 fixed thereon having drain channels 23.

Автономное для камеры 17 рабочего хода ударника 13 питающе-разрядное устройство (поз. не обозначено) выделено местным видом III (фиг. 1, 2), содержит ступенчатый клапан 24, установленный на распределительном штоке 11, на наружной поверхности которого выполнены местные командные каналы 25. Полость 26 пониженного давления ступенчатого клапана 24 образована наружной поверхностью его меньшей ступени и внутренней поверхностью верхней гильзы 2 (фиг. 2), которая поджата к переходнику 8 через опорную мембрану 27. Полость 26 пониженного давления ступенчатого клапана 24 постоянно сообщена с забойным пространством и шламотранспортной трубой 10 через сливной тракт: радиальные отверстия 6, продольные каналы 7 гильзы 5, шлицы 20 муфты 19 и сливные каналы 23 бурового инструмента 22, промежуточную полость 28, образованную корпусом 1, гильзой 5, ударником 13 и верхней гильзой 2, и разрядный тракт - продольные пазы 3 и радиальные отверстия 4 верхней гильзы 2. Autonomous for the chamber 17 of the working stroke of the drummer 13, the supply-discharge device (pos. Not indicated) is highlighted with a local view III (Fig. 1, 2), contains a step valve 24 mounted on the distribution rod 11, on the outer surface of which local command channels 25 are made The cavity 26 of the reduced pressure of the stepped valve 24 is formed by the outer surface of its smaller stage and the inner surface of the upper sleeve 2 (Fig. 2), which is pressed against the adapter 8 through the support membrane 27. The cavity 26 of the reduced pressure of the stepped cl Apana 24 is constantly in communication with the bottomhole space and the slurry transport pipe 10 through the drain path: radial holes 6, longitudinal channels 7 of the sleeve 5, splines 20 of the sleeve 19 and drain channels 23 of the drilling tool 22, the intermediate cavity 28 formed by the housing 1, sleeve 5, hammer 13 and the upper sleeve 2, and the discharge path is the longitudinal grooves 3 and the radial holes 4 of the upper sleeve 2.

Машина работает следующим образом. The machine operates as follows.

Энергоноситель в виде аэрированной жидкости или воды с пенообразующими добавками подается в приемный переходник 8 (фиг. 1). Открывается обратный клапан 9 и энергоноситель через кольцевой канал 12 поступает в расточку 15 ударника 13. Далее по осевому каналу 14 ударника 13 энергоноситель постоянно поступает в камеру 18 холостого хода. При этом камера 17 рабочего хода сообщена с затрубным пространством и шламотранспортной трубой 10 через сливной тракт, включающий продольные пазы 16 ударника 13, промежуточную полость 28, отверстия 6 и пазы 7 гильзы 5, шлицы 20 муфты 19 и каналы 23 бурового инструмента 22. Под действием давления энергоносителя в камере 18 холостого хода ударник 13 перемещается назад, совершая обратный ход. При этом ступенчатый клапан 24 находится в крайнем переднем положении (положение "разрядка") и прижата к опорному буртику распределительного штока 11 силой давления энергоносителя напорной магистрали через опорную мембрану 27, а камера 17 рабочего хода сообщена с полостью 26 пониженного давления ступенчатого клапана 24 и через разрядный тракт: радиальные отверстия 4, продольные пазы 3 верхней гильзы 2 (фиг. 1, левая половина) со сливным трактом: радиальные отверстия 6, продольные каналы 7 гильзы 5, установленной в нижней части корпуса 1. Из камеры 17 рабочего хода осуществляется дополнительный слив отработанного энергоносителя, вследствие чего противодействие движению ударника 13 оказывается минимальным. При этом полость 26 пониженного давления и разрядный тракт в гильзе 2 активно очищаются чистым энергоносителем. The energy carrier in the form of aerated liquid or water with foaming additives is fed into the receiving adapter 8 (Fig. 1). The non-return valve 9 opens and the energy carrier through the annular channel 12 enters the bore 15 of the hammer 13. Further along the axial channel 14 of the hammer 13, the energy carrier constantly enters the idle chamber 18. In this case, the working chamber 17 is in communication with the annulus and the slurry transport pipe 10 through a drain path including longitudinal grooves 16 of the hammer 13, intermediate cavity 28, holes 6 and grooves 7 of sleeve 5, splines 20 of coupling 19 and channels 23 of drilling tool 22. Under the action the pressure of the energy carrier in the idle chamber 18, the striker 13 moves backward, making a reverse stroke. At the same time, the step valve 24 is in the extreme forward position (the "discharge" position) and is pressed against the support flange of the distribution rod 11 by the pressure of the pressure carrier energy carrier through the support membrane 27, and the working chamber 17 is in communication with the reduced pressure cavity 26 of the step valve 24 and through discharge path: radial holes 4, longitudinal grooves 3 of the upper sleeve 2 (Fig. 1, left half) with a drain path: radial holes 6, longitudinal channels 7 of the sleeve 5 installed in the lower part of the housing 1. From the camera 17 p bochego stroke by additional draining waste energy source, whereby the resistance to motion of the striker 13 is minimized. In this case, the cavity 26 of reduced pressure and the discharge path in the sleeve 2 are actively cleaned with a clean energy carrier.

Далее по мере продвижения ударника 13 его расточка 15 входит в зону командных каналов 25 распределительного штока 11 и энергоноситель из напорной магистрали через канал 12 (фиг. 2) поступает в камеру 17 рабочего хода, давление в ней резко возрастает, что приводит к торможению ударника 13 и перекидке ступенчатого клапана 24 в верхнее положение (положение "питание"). Принудительная разрядка камеры 17 рабочего хода прекращается и в нее, дополнительно к командному питанию, описанному выше, подается энергоноситель через ступенчатый клапан 24. Ударник 13 совершает рабочий ход. По мере продвижения ударника 13 вперед отсекается командное питание камеры 17 через расточку 15, но энергоноситель продолжает поступать в эту камеру через ступенчатый клапан 24. В конце рабочего хода пазы 16 ударника 13 входят в зону промежуточной полости 28, сообщенной постоянно со сливным трактом, и давление в камере 17 рабочего хода резко падает. В это время ступенчатый клапан 24 под действием магистрального давления энергоносителя на опорную мембрану 27 перемещается вперед до упора в буртик распределительного штока 11 и подача энергоносителя в камеру 17 рабочего хода прекращается. Ударник 13 наносит удар по хвостовику 21 (фиг. 2) и далее цикл повторяется. Further, as the striker 13 moves forward, its bore 15 enters the zone of the command channels 25 of the distribution rod 11 and the energy carrier from the pressure line through the channel 12 (Fig. 2) enters the working chamber 17, the pressure in it increases sharply, which leads to braking of the striker 13 and flipping the stepped valve 24 to the upper position ("power" position). The forced discharge of the working stroke chamber 17 is terminated and, in addition to the command power described above, the energy carrier is supplied through the step valve 24. The hammer 13 makes a working stroke. As the striker 13 moves forward, the command feed of the chamber 17 is cut off through the bore 15, but the energy carrier continues to flow into this chamber through the step valve 24. At the end of the stroke, the grooves 16 of the striker 13 enter the zone of the intermediate cavity 28, which is constantly in communication with the drain path, and the pressure in the chamber 17 of the stroke decreases sharply. At this time, the stepped valve 24 under the influence of the main pressure of the energy carrier on the support membrane 27 is moved forward until it stops in the flange of the distribution rod 11 and the energy supply to the chamber 17 of the stroke stops. The drummer 13 strikes the shank 21 (Fig. 2) and then the cycle repeats.

Разрушенная буровым инструментом 22 порода из забойной зоны подхватывается потоком отработанного энергоносителя, поступающего из каналов 23 (фиг. 1), и выносится наружу через шламотранспортную трубу 10. При этом частицы шлама не могут попасть в полость 26 пониженного давления ступенчатого клапана 24 и разрядный тракт в гильзе 2, так как этот тракт у предлагаемой машины, в отличие от разрядного тракта прототипа, сообщен не с внутренней полостью шламотранспортной трубы 10, а со сливным трактом гильзы 5. Это стало возможным благодаря тому, что в корпусе 1, в зоне размещения ступенчатого клапана 24, установлена верхняя гильза 2 и разрядный тракт выполнен в ней, а полость 26 пониженного давления ступенчатого клапана 24 образована наружной поверхностью его меньшей ступени и внутренней поверхностью верхней гильзы 2, что и повышает надежность работы машины. The rock destroyed by the drilling tool 22 is picked up from the bottomhole zone by the flow of waste energy coming from the channels 23 (Fig. 1), and carried out through the sludge transport pipe 10. At the same time, the sludge particles cannot enter the reduced pressure cavity 26 of the step valve 24 and the discharge path into sleeve 2, since this path of the proposed machine, in contrast to the discharge path of the prototype, is communicated not with the internal cavity of the sludge transfer pipe 10, but with the drain path of the sleeve 5. This became possible due to the fact that ce 1, in the zone where the step valve 24 installed upper shell 2 and a discharge path formed therein and the cavity 26 a reduced pressure step valve 24 is formed at its outer surface and the inner surface of the stage top liner 2, which increases the reliability of the machine.

Claims

Submersible percussion machine for drilling wells with an annular bottom hole, comprising a housing, a sleeve with a drain path installed in the lower part of the housing, a drilling tool with channels, a slurry transport pipe and a distribution rod installed coaxially and forming an energy-supplying channel between themselves, a hammer with an axial channel and a bore in its upper part, a controllable working chamber with a feed-discharge device containing a step valve with a cavity of reduced pressure and a discharge path, characterized in that in the housing the upper sleeve is installed in the zone of the step valve placement, and the discharge path made in it in the form of external longitudinal grooves and radial holes is in communication with the drain path of the sleeve installed in the lower part of the casing and the lower pressure cavity of the step valve, which is formed by the outer surface of its smaller steps and the inner surface of the upper sleeve.