RU2407875C1

RU2407875C1 - Device for drilling non-circular section wells

Info

Publication number: RU2407875C1
Application number: RU2009129807/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Юнгмейстер (RU); Дмитрий Алексеевич Юнгмейстер; Вадим Сергеевич Свинин (RU); Вадим Сергеевич Свинин; Юрий Васильевич Демидов (RU); Юрий Васильевич Демидов; Владимир Анатольевич Пивнев (RU); Владимир Анатольевич Пивнев; Галина Владимировна Соколова (RU); Галина Владимировна Соколова; Михаил Юрьевич Непран (RU); Михаил Юрьевич Непран; Сергей Анатольевич Игнатьев (RU); Сергей Анатольевич Игнатьев; Геннадий Викторович Руденко (RU); Геннадий Викторович Руденко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Апатит"
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2010-12-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device for drilling non-circular section wells includes the housing of machine with drive devices, rotary mechanism connected to reduction gear including three shafts connected to each other, rock cutting elements; at that, side rock cutting elements are located above central one and differ by the fact that the reduction gear housing is connected to the drilling structure, reduction gear has the stops in upper part, and the shafts of reduction gear, which are located in lower part, are connected to rock cutting elements the distance between axes of which is 0.7 from diametre of side rock cutting element; at that, housing of reduction gear is connected on the side of side rock cutting elements to flexible hoses the opposite ends of which are arranged on the drum connected to dust suction device arranged at the well head.

EFFECT: drilling of non-circular blast holes per one opening without necessity for additional drilling of rock partitions, and effective cleaning of bottom hole from cut products.

4 dwg

Description

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может быть использовано для бурения скважин некруглого сечения (щелевых) на карьерах горнорудной промышленности.The invention relates to the mining and construction industries and can be used for drilling wells of non-circular cross-section (slotted) in the quarries of the mining industry.

Известно буровое долото для бурения скважин в горной породе по патенту №2000107855 (М.кл. Е21 В 10/16, БИ, 2002.01.10), содержащее корпус долота и несколько шарошечных конусов, соединенных с возможностью вращения с корпусом долота, причем каждый шарошечный конус снабжен множеством режущих элементов, расположенных с возможностью вырезания радиальной секции скважины. Недостаток указанного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает бурения скважины некруглого (щелевого) сечения.Known drill bit for drilling wells in rock according to patent No. 20001787855 (M.cl. E21 B 10/16, BI, 2002.01.10), comprising a bit body and several cone cones, rotatably connected to the bit body, each cone the cone is equipped with a plurality of cutting elements arranged to cut the radial section of the well. The disadvantage of this device is that it does not provide drilling wells non-circular (slotted) section.

Известна установка «Мультидрилл» итальянской фирмы «Бенетти Машине» (см. Ю.Г.Карасев, Н.Т. Бака «Природный камень. Добыча блочного и стенового камня». СПб, 1997, стр.56), включающая несколько породоразрушающих элементов (долот), расположенных на разных уровнях по отношению друг к другу, позволяющая выбуривать щелевую скважину. Недостатком данной установки является то, что она обеспечивает бурение на небольшую глубину (до 5-7 м), что обусловлено сложностью полной очистки забоя скважины от буровой мелочи.Known installation "Multidrill" of the Italian company "Benetti Mashine" (see Yu.G. Karasev, NT Baka "Natural stone. Extraction of block and wall stone". St. Petersburg, 1997, p. 56), including several rock-destroying elements ( bits) located at different levels in relation to each other, allowing you to drill a slotted hole. The disadvantage of this installation is that it provides drilling at a shallow depth (up to 5-7 m), due to the difficulty of completely cleaning the bottom of the well from drill trifle.

Известен буровой агрегат, принятый за прототип, позволяющий выбуривать скважину некруглого сечения в высокопрочных породах (см. Ю.Г.Карасев, Н.Т.Бака «Природный камень. Добыча блочного и стенового камня». СПб, 1997, стр.54), включающий корпус станка, ходовую тележку, каретку рабочего органа с приводными устройствами, с установленным на ней комплектом породоразрушающих элементов (перфораторов).A well-known drilling unit, adopted as a prototype, allowing you to drill a non-circular well in high-strength rocks (see Yu.G. Karasev, N.T. Baka "Natural stone. Extraction of block and wall stone." St. Petersburg, 1997, p. 54), comprising a machine case, a running trolley, a carriage of a working body with drive devices, with a set of rock-cutting elements (perforators) installed on it.

Недостатком данного агрегата является то, что он позволяет получить ряд вплотную расположенных друг к другу скважин круглого сечения, разделенных между собой перемычками, которые необходимо дополнительно разбуривать для получения сплошной щели.The disadvantage of this unit is that it allows you to get a number of closely spaced wells of circular cross-section, separated by jumpers, which must be additionally drilled to obtain a continuous gap.

Техническим результатом предложения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение бурения скважин некруглого сечения за один проход без необходимости дополнительного разбуривания перемычек породы, а также эффективной очистки забоя скважины от продуктов разрушения.The technical result of the proposal is to eliminate these drawbacks, namely, ensuring the drilling of non-circular wells in one pass without the need for additional drilling of the rock lintels, as well as effective cleaning of the bottom of the well from the products of destruction.

Технический результат достигается тем, что устройство для бурения скважин некруглого сечения, содержащее корпус станка с приводными устройствами, вращатель, связанный с редуктором, включающим соединенные друг с другом три вала, породоразрушающие элементы, при этом боковые породоразрушающие элементы расположены выше центрального, согласно изобретению корпус редуктора связан с буровым ставом, редуктор в верхней части имеет упоры, а в нижней валы редуктора связаны с породоразрушающими элементами, расстояние между осями которых составляет 0,7 от диаметра бокового породоразрушающего элемента, причем корпус редуктора со стороны боковых породоразрушающих элементов соединен с гибкими шлангами, противоположные концы которых размещены на барабане, связанном с пылеотсасывающим устройством, размещенным у устья скважины.The technical result is achieved by the fact that a device for drilling wells of non-circular cross section, comprising a machine body with drive devices, a rotator associated with a gearbox, including three shafts connected to each other, rock cutting elements, while the side rock cutting elements are located above the central, according to the invention, gear case connected with the drill stand, the gearbox in the upper part has stops, and in the lower gearbox shafts are connected with rock cutting elements, the distance between the axes of which is 0.7 from the diameter of the side rock cutting element, and the gear housing on the side of the side rock cutting elements is connected to flexible hoses, the opposite ends of which are placed on a drum connected with a dust extraction device located at the wellhead.

Такое устройство обеспечивает бурение скважин некруглого сечения (эллиптических и близких к ним) с обеспечением надежной очистки забоя скважины от продуктов разрушения.Such a device ensures the drilling of non-circular cross-section wells (elliptical and close to them) with the provision of reliable cleaning of the bottom of the well from fracture products.

Предлагаемое устройство для бурения скважин некруглого сечения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен общий вид устройства для бурения скважин некруглого сечения. На фиг.2 показан редуктор с породоразрушающими элементами и гибкими полыми шлангами. На фиг.3 приведена принципиальная схема редуктора бурового устройства. На фиг.4 дано сечение готовой скважины.The proposed device for drilling wells of non-circular cross section is illustrated by drawings. Figure 1 shows a General view of the device for drilling wells of non-circular cross section. Figure 2 shows a gearbox with rock cutting elements and flexible hollow hoses. Figure 3 shows a schematic diagram of the gearbox of the drilling device. Figure 4 shows a cross section of the finished well.

Устройство для бурения скважин некруглого сечения (фиг.1) содержит буровой став 1, вращатель 2, корпус станка 3 с приводными устройствами, редуктор 4 бурового устройства с породоразрушающими элементами 5 (например, шарошками), смонтированный на буровом ставе при помощи переходной муфты 6, гибкие полые шланги 7, одним концом соединенные с редуктором 4 и наматываемые на барабан 8, размещенный у устья скважины и связанный с компрессором 9 или устройством пылеотсоса.A device for drilling wells of non-circular cross-section (Fig. 1) comprises a drill stand 1, a rotator 2, a machine case 3 with drive devices, a gear reducer 4 of a drilling device with rock cutting elements 5 (for example, roller cutters) mounted on a drill stand with a transition sleeve 6, flexible hollow hoses 7, one end connected to a gear 4 and wound on a drum 8, located at the wellhead and connected to a compressor 9 or a dust extraction device.

Редуктор бурового устройства (фиг.2) представляет собой замкнутый корпус 10, выполненный из труб, форма которого повторяет форму скважины (фиг.4), причем площадь сечения корпуса меньше сечения скважины с сохранением минимального зазора 3 мм между ними, что обеспечивает свободное перемещение редуктора вдоль скважины при бурении. Корпус закрывается крышкой 11 (фиг.3) при помощи винтов 12. Внутри корпуса редуктора на подшипниках скольжения 13 смонтированы центральный 14 и два боковых 15 вала с закрепленными на них зубчатыми колесами 16 и породоразрушающими элементами 5, например шарошками. Нижние выходные концы центрального и боковых валов имеют разную длину, что обеспечивает отстающее расположение боковых породоразрушающих элементов по отношению к центральному. Для обеспечения равенства угловых скоростей центрального и боковых породоразрушающих элементов диаметры начальных окружностей всех зубчатых колес выполнены одинаковыми. Кроме того, расстояние «а» (фиг.4) между центральным и боковыми ПРЭ выбрано таким образом, чтобы боковые ПРЭ при бурении взаимодействовали с породой не более 0,7 своей рабочей поверхности, а их диаметры D_Б приняты меньшими, чем диаметр D_ц центрального ПРЭ.The reducer of the drilling device (Fig. 2) is a closed casing 10 made of pipes, the shape of which follows the shape of the well (Fig. 4), and the cross-sectional area of the casing is smaller than the cross-section of the well while maintaining a minimum clearance of 3 mm between them, which ensures free movement of the gearbox along the well while drilling. The housing is closed by a cover 11 (FIG. 3) with screws 12. Inside the gear housing, the central 14 and two lateral 15 shafts with gear wheels 16 and rock-cutting elements 5 mounted on them, for example, cones, are mounted on sliding bearings 13. The lower output ends of the central and side shafts have different lengths, which provides a lagging arrangement of the side rock cutting elements relative to the central one. To ensure equality of the angular velocities of the central and lateral rock cutting elements, the diameters of the initial circles of all gears are made the same. In addition, the distance "a" (Fig. 4) between the central and lateral EREs is selected so that the lateral EREs during drilling interact with the rock not more than 0.7 of their working surface, and their diameters D _{B are} taken smaller than the diameter D _c Central EDP.

Собранное буровое устройство при помощи муфты 6 (фиг.1) соединено с буровым ставом 1. К корпусу редуктора со стороны боковых ПРЭ крепят гибкие полые шланги 7, наматываемые на барабан 8, расположенный у устья скважины, и связанные с компрессором 9 или устройством пылеотсоса.The assembled drilling device using the coupling 6 (Fig. 1) is connected to the drill stem 1. To the gear housing on the side of the side ERE fasten flexible hollow hoses 7, wound on a drum 8, located at the wellhead, and connected with a compressor 9 or a dust extraction device.

Корпус редуктора имеет усиленный упор 19 в муфту 6 (фиг.3) бурового става для уравновешивания реакции забоя от осевого усилия подачи.The gearbox housing has a reinforced stop 19 in the coupling 6 (Fig. 3) of the drill stand to balance the reaction of the face from the axial feed force.

Работа бурового устройства происходит следующим образом. Первоначально на рабочем уступе карьера выполняется (например, при помощи отбойного молотка) полость для обеспечения процесса первоначального забуривания.The operation of the drilling device is as follows. Initially, a cavity is made on the working ledge of the quarry (for example, using a jackhammer) to ensure the initial drilling process.

Буровое устройство при помощи соединительной муфты монтируют на буровом ставе и опускают в предварительно обработанную полость, при этом часть корпуса редуктора оказывается в этой полости.Using a coupling, the drilling device is mounted on the drill stand and lowered into a pre-treated cavity, while part of the gear housing is in this cavity.

При включении установки крутящий момент и осевое усилие подачи передаются на центральный вал редуктора с закрепленным на нем центральным ПРЭ. Так как центральный ПРЭ опережает боковые, начинается процесс бурения центрального отверстия скважины диаметром D_ц (фиг.4). При этом корпус редуктора разворачивается относительно оси бурового става в пределах зазора между корпусом и стенками скважины в сторону, противоположную направлению вращения става, упирается своими боковыми поверхностями в стенки скважины, что предотвращает его дальнейшее вращение относительно оси става.When the unit is turned on, the torque and axial feed force are transmitted to the central shaft of the gearbox with the central PRE mounted on it. Since the Central ERA is ahead of the lateral ones, the process of drilling the central hole of the well with a diameter D _c begins (Fig. 4). In this case, the gear housing rotates relative to the axis of the drill stand within the gap between the body and the walls of the well in the direction opposite to the direction of rotation of the stand, abuts its side surfaces against the walls of the well, which prevents its further rotation relative to the axis of the stand.

По мере дальнейшего движения бурового става с редуктором в контакт с породой вступают отстающие боковые ПРЭ, что обеспечивает бурение боковых отверстий диаметром D_Б (фиг.4). При этом, т.к. боковые ПРЭ контактируют с забоем только 0,7 своей поверхности, между отверстиями, обрабатываемыми боковыми и центральным ПРЭ, не остается перемычек породы, а образуется сплошная щелевая скважина некруглого сечения (фиг.4).With the further movement of the drill string with the gear, lagging lateral EREs come into contact with the rock, which ensures the drilling of side holes with a diameter of D _B (Fig. 4). Moreover, since lateral PREs contact only 0.7 of their surface with a face; between the openings processed by the lateral and central PREs, no rock lintels remain, but a continuous slotted hole of non-circular cross section is formed (Fig. 4).

Для успешного удаления из скважины образующихся при бурении продуктов разрушения (буровая мелочь и т.п.) воздух от компрессора бурового станка под давлением подается во внутренний канал 20 (фиг.2) бурового става, откуда поступает к забою скважины и далее выходит по кольцевому зазору между ставом и стенками скважины, при этом должна быть обеспечена достаточная скорость восходящего потока (скорость витания), зависящая от площади поперечного сечения скважины.To successfully remove from the well the fracture products generated during drilling (drill trifle, etc.), air from the compressor of the drilling rig is pressurized into the internal channel 20 (Fig. 2) of the drill stand, from where it enters the bottom of the well and then exits through the annular gap between the well and the walls of the well, in this case, a sufficient upward flow rate (speed of flowing), which depends on the cross-sectional area of the well, must be ensured.

При бурении скважин некруглого сечения площадь скважины оказывается большей, чем при бурении скважины круглого сечения, что ведет к резкому снижению подъемной силы восходящего потока.When drilling non-circular wells, the well area is larger than when drilling circular wells, which leads to a sharp decrease in the upward lift.

В предлагаемой буровой установке компенсация сечения с целью обеспечения достаточной скорости восходящего потока осуществляется следующим образом.In the proposed drilling rig, the compensation of the cross section in order to ensure a sufficient upstream speed is as follows.

По мере продвижения бурового устройства связанные с ним гибкие шланги 7 (фиг.1) заполняются сжатым воздухом от компрессора 9 и перекрывают части скважины, обрабатываемые боковыми ПРЭ, что ведет к эффективной очистке забоя от продуктов разрушения.As the drilling device advances, the associated flexible hoses 7 (Fig. 1) are filled with compressed air from the compressor 9 and block the parts of the well processed by the lateral ERE, which leads to an effective cleaning of the face from the products of destruction.

Предлагаемое буровое устройство обеспечивает бурение скважин некруглого сечения (щелевых) с эффективной очисткой забоя.The proposed drilling device provides for drilling non-circular wells (slotted) with effective cleaning of the bottom.

Claims

A device for drilling wells of non-circular cross section, comprising a machine body with drive devices, a rotator associated with a gearbox including three shafts connected to each other, rock cutting elements, while the side rock cutting elements are located above the central one, characterized in that the gear housing is connected with the drill stand , the gearbox in the upper part has stops, and in the lower gearbox shafts are connected with rock cutting elements, the distance between the axes of which is 0.7 from the diameter of the side rock cutting element, and the gear housing on the side of the rock cutting elements is connected to flexible hoses, the opposite ends of which are placed on a drum associated with a dust extraction device located at the wellhead.