RU2640605C2 - Water thermodrill for drilling wells in ice bodies - Google Patents

Water thermodrill for drilling wells in ice bodies Download PDF

Info

Publication number
RU2640605C2
RU2640605C2 RU2015140366A RU2015140366A RU2640605C2 RU 2640605 C2 RU2640605 C2 RU 2640605C2 RU 2015140366 A RU2015140366 A RU 2015140366A RU 2015140366 A RU2015140366 A RU 2015140366A RU 2640605 C2 RU2640605 C2 RU 2640605C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tip
bush
conical
conical surface
liner
Prior art date
Application number
RU2015140366A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015140366A (en
Inventor
Валентин Андреевич Морев
Виктор Витальевич Харитонов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ")
Priority to RU2015140366A priority Critical patent/RU2640605C2/en
Publication of RU2015140366A publication Critical patent/RU2015140366A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2640605C2 publication Critical patent/RU2640605C2/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/008Drilling ice or a formation covered by ice
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C39/00Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: device contains a hollow body in the form of a pipe, to the upper end of which is attached a drill hose, supplying a hot water to the body, a drill bit is attached to the lower end of the body. The drill bit consists of a tip and a bush. The tip has a small parabolic sharpening about one centimetre in length from the outside and a conical bore inside. The bush with an axial hole along its entire length has a conical groove outside at the bottom and a conical groove inside, on the outside of the conical surface of the bush the rectangular grooves are cut in the form of thread. The tip is attached to the body by means of a thread. The bush is mounted coaxially in the tip. The conical surface of the bush enters the cone hole of the tip so that their ends are flush at the same level, while the grooves on the conical surface of the bush form channels for discharging water from the bit in the form of spread, swirling jets. The bush is pressed against the tip by means of a spring held in place by a nut screwed into the upper part of the tip and has a free move upward with increasing clearance between its outer conical surface and the inner conical surface of the tip.
EFFECT: sensitivity is increased to determine the position of the boundaries and the dimensions of voids in ice piles while maintaining a high drilling speed.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для теплового бурения скважин во льду и может быть использовано для исследования ледников и нагромождений морского льда - торосов и стамух. Известен способ определения структуры торосов и стамух, свойств льда и границы льда и грунта путем теплового бурения скважин [4].The invention relates to devices for thermal drilling of wells in ice and can be used to study glaciers and piles of sea ice - hummocks and ham. A known method for determining the structure of hummocks and hammers, the properties of ice and the boundary of ice and soil by thermal drilling of wells [4].

Известно керновое и бескерновое бурение электротермобурами, разработанными в Арктическом и Антарктическом НИИ [1, 2], которые используются для исследования ледников и морского льда с 1970 г. Достоинством электротермобуров являются сравнительно небольшой вес, возможность бурения скважин на всю глубину торосов, возможность определения величины и расположения пустот во льду с высокой точностью. Недостатком является низкая скорость бурения льда.It is known that core and coreless drilling with electrothermoburas developed in the Arctic and Antarctic Research Institute [1, 2], which have been used to study glaciers and sea ice since 1970. The advantages of electrothermobuers are its relatively light weight, the ability to drill wells to the entire depth of hummocks, the ability to determine the size and location of voids in ice with high accuracy. The disadvantage is the low speed of drilling ice.

Известно устройство для водяного бурения скважин во льду [3], представляющее собой теплоизолированную трубу, через которую с помощью насоса по резиновым шлангам подается горячая вода на забой. Вода растапливает лед, и труба под действием своей тяжести опускается. По мере углубления в лед труба, имеющая резьбовое соединение, наращивается. Недостатком устройства является большой расход воды и невысокая производительность, т.к. за счет свободного вытекания горячей воды образуется широкая скважина.A device for water drilling of wells in ice [3] is known, which is a thermally insulated pipe through which hot water is delivered through a rubber hose to a bottomhole. Water melts the ice, and the pipe falls under the influence of its gravity. As it goes deeper into the ice, a pipe having a threaded connection builds up. The disadvantage of this device is the high water consumption and low productivity, because due to the free flow of hot water, a wide well is formed.

Наиболее близким, принятым прототипом является водяной бур [5], в котором горячая вода по шлангу подается в корпус бура и выпускается через отверстие в носке буровой коронки, полый корпус которой выполнен в форме параболоида. Такие устройства широко использовались в исследованиях ледников для бурения скважин различного назначения. На фигуре 1 изображена схема водяного бура. Устройство состоит из полого корпуса 1, к верхнему концу которого подключен буровой шланг 2, на нижнем конце корпуса находится буровая коронка 3. Достоинство этого водяного термобура заключается в высокой скорости бурения. Недостатком является то, что при использовании его для исследования внутреннего строения крупных ледяных образований, когда наличие или отсутствие пустот определяется по скорости погружения бура, невозможно зафиксировать пустоты, размер которых менее 10-15 см, из-за большой длины параболической коронки термобура, на которой происходит зависание снаряда при выходе бура в пустоту. Плавление стенок скважины продолжается горячей параболической частью бура, и движение бура замедляется до последующего повала в пустоту или упора в расположенный ниже блок льда. При малых размерах пустоты провала бура не происходит, и наличие пустоты не фиксируется. К тому же, во время зависания бура вода, струящаяся из коронки, расплавляет расположенный под полостью блок льда, образуя в нем каверны.The closest adopted prototype is a water drill [5], in which hot water is supplied through a hose to the drill body and discharged through an opening in the nose of the drill bit, the hollow body of which is made in the form of a paraboloid. Such devices have been widely used in glacier research for drilling wells for various purposes. The figure 1 shows a diagram of a water drill. The device consists of a hollow body 1, a drill hose 2 is connected to its upper end, and a drill bit 3 is located at the lower end of the body. The advantage of this water thermal drill is its high drilling speed. The disadvantage is that when using it to study the internal structure of large ice formations, when the presence or absence of voids is determined by the speed of immersion of the drill, it is impossible to fix voids smaller than 10-15 cm, due to the large length of the parabolic crown of the thermal drill, on which the shell freezes when the drill leaves the void. Melting of the walls of the well continues with the hot parabolic part of the drill, and the movement of the drill slows down until it subsequently falls into the void or stops in the ice block located below. With small sizes of emptiness, the failure of the drill does not occur, and the presence of emptiness is not fixed. Moreover, during the hang of the drill, water flowing from the crown melts the block of ice located under the cavity, forming caverns in it.

Цель изобретения - повышение чувствительности при использовании устройства для определения положения границ и размеров пустот в ледяных нагромождениях при сохранении высокой скорости бурения.The purpose of the invention is to increase the sensitivity when using a device for determining the position of the boundaries and sizes of voids in ice piles while maintaining a high drilling speed.

Технический результат достигается уменьшением параболической части коронки термобура до длины около одного сантиметра, дающей оптимальное соотношение скорости бурения и разрешающей способности термобура при фиксировании пустот во льду, дополнительном выпуске ряда расходящихся закрученных струй воды и возможности увеличения зазора и, соответственно, расхода воды для очистки каналов от загрязнений.The technical result is achieved by reducing the parabolic part of the crown of the thermal drill to a length of about one centimeter, giving the optimum ratio of drilling speed and resolution of the thermal drill when fixing voids in ice, the additional release of a number of diverging swirling jets of water and the possibility of increasing the gap and, accordingly, the water flow for cleaning the channels from pollution.

На фигуре 2 изображена схема буровой коронки термобура. Буровая коронка состоит из наконечника 4, вкладыша 5, втулки 6, гайки 7, жиклера 8, колец 9 и 10 и пружины 11. Втулка 6 содержит резьбу на верхнем конце для крепления к корпусу бура. На нижнем конце наконечника 4 сделана параболическая заточка снаружи, формирующая забой, и коническая проточка внутри для установки в нее и фиксирования вкладыша 5. Вкладыш 5 имеет в нижней части конусную форму снаружи и конусную форму внутри с осевым отверстием в верхней части, диаметр которого определяется жиклером 8. На наружной конусной поверхности вкладыша 5 нарезаны прямоугольные пазы в виде резьбы с большим шагом. Вкладыш 5 устанавливается в наконечник 4 соосно. В верхней части втулки 6 сделана резьба для установки гайки 7, которая фиксирует пружину 11, прижимающую вкладыш 5 к внутренней конусной поверхности наконечника 4 так, чтобы торцы наконечника 4 и вкладыша 5 находились на одном уровне заподлицо. При этом пазы на конической поверхности вкладыша 5 образуют каналы для выпуска воды из коронки в виде расходящихся закрученных струй. Фигура 3 иллюстрирует внешний вид резьбовой части вкладыша 5.Figure 2 shows a diagram of a drill bit of a thermal drill. The drill bit consists of a tip 4, an insert 5, a sleeve 6, a nut 7, a nozzle 8, rings 9 and 10 and a spring 11. The sleeve 6 contains a thread at the upper end for attachment to the drill body. At the lower end of the tip 4, a parabolic sharpening is made outside, forming a face, and a conical groove inside for installation in it and fixing the liner 5. The liner 5 has a conical shape on the outside and a conical shape on the inside with an axial hole in the upper part, the diameter of which is determined by the nozzle 8. On the outer conical surface of the liner 5, rectangular grooves are cut in the form of a thread with a large pitch. The liner 5 is installed in the tip 4 coaxially. A thread is made in the upper part of the sleeve 6 to install a nut 7, which fixes a spring 11 that presses the insert 5 against the inner conical surface of the tip 4 so that the ends of the tip 4 and the insert 5 are flush at the same level. In this case, the grooves on the conical surface of the insert 5 form channels for discharging water from the crown in the form of diverging swirling jets. Figure 3 illustrates the appearance of the threaded portion of the liner 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Центральная струя горячей воды и расходящиеся закрученные струи образуют во льду кольцевидный забой, при этом центральная часть нерасплавленного льда на забое в виде острого выступа попадает в коническую полость вкладыша 5, где расплавляется струей воды из центрального отверстия жиклера 8. Диаметр забоя получается чуть больше диаметра бура, что устраняет зависание бура при выходе его из плотного льда в полость. При этом не происходит разрушения струями воды льда, расположенного за полостью, и скорость бурения соответствует наличию или отсутствию льда.The operation of the device is as follows. The central jet of hot water and diverging swirling jets form an annular face in the ice, while the central part of the molten ice on the face in the form of a sharp protrusion falls into the conical cavity of the liner 5, where it is melted by a stream of water from the central nozzle hole 8. The diameter of the face is slightly larger than the diameter of the drill , which eliminates the hang of the drill when it leaves the dense ice in the cavity. In this case, there is no destruction by the water jets of ice located behind the cavity, and the drilling speed corresponds to the presence or absence of ice.

Для оперативной очистки пазов от случайных загрязнений предусмотрена возможность увеличения зазора между наконечником 4 и вкладышем 5. Под внешним усилием вкладыш 5 утапливается внутрь наконечника 4, зазор увеличивается, и, соответственно, через коронку увеличивается расход воды, которая производит промывку пазов вкладыша 5. После снятия усилия пружина 11 возвращает вкладыш 5 на место.To quickly clean the grooves from accidental contamination, it is possible to increase the gap between the tip 4 and the insert 5. Under external force, the insert 5 is recessed inside the tip 4, the gap increases, and, accordingly, the flow rate increases through the crown, which flushes the grooves of the insert 5. After removal the force of the spring 11 returns the liner 5 into place.

Такое устройство прошло испытания при бурении торосов, где была подтверждена его высокая эффективность и надежная работа.Such a device was tested during hummock drilling, where its high efficiency and reliable operation were confirmed.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. А.С. №350945, БИ №27, опубл. 13.11.72 г.1. A.S. No. 350945, BI No. 27, publ. 11/13/72

2. А.С. №439601, БИ №30, опубл. 15.08.74 г.2. A.S. No. 439601, BI No. 30, publ. 08/15/74

3. Астафьев В Н., Сурков Г.А., Трусков П А. Торосы и стамухи Охотского моря. - Санкт-Петербург: Пресс-Погода, 1997. - 208 с.3. Astafyev V. N., Surkov G. A., Truskov P. A. Toros and the hamlets of the Sea of Okhotsk. - St. Petersburg: Press Weather, 1997. - 208 p.

4. Патент России №2153070 от 20.07.2000. Бюллетень №20.4. Patent of Russia No. 2153070 dated July 20, 2000. Bulletin No. 20.

5. Taylor Ph. L. A Hot Water Drill for Temperate Ice. CRREL Special Report 84-34, 1984. p. 105-117.5. Taylor Ph. L. A Hot Water Drill for Temperate Ice. CRREL Special Report 84-34, 1984. p. 105-117.

Claims (2)

1. Устройство для бурения скважин во льду, содержащее полый корпус в виде трубы, к верхнему концу которого присоединен буровой шланг, подводящий горячую воду к корпусу, к нижнему концу корпуса присоединена буровая коронка, отличающееся тем, что буровая коронка состоит из наконечника и вкладыша: наконечник имеет небольшую параболическую заточку длиной около одного сантиметра снаружи и конусную расточку внутри, вкладыш с осевым отверстием по всей длине имеет в нижней части конусную проточку снаружи и конусную проточку внутри, на наружной конусной поверхности вкладыша нарезаны прямоугольные пазы в виде резьбы, наконечник с помощью резьбы присоединяется к корпусу, вкладыш установлен в наконечник соосно, при этом конусная поверхность вкладыша входит в конусное отверстие наконечника так, чтобы их торцы находились на одном уровне заподлицо, при этом пазы на конической поверхности вкладыша образуют каналы для выпуска воды из коронки в виде расходящихся закрученных струй.1. Device for drilling wells in ice, containing a hollow body in the form of a pipe, to the upper end of which is connected a drill hose that supplies hot water to the body, a drill bit is attached to the lower end of the body, characterized in that the drill bit consists of a tip and an insert: the tip has a small parabolic sharpening about one centimeter long on the outside and a conical bore inside, the liner with an axial hole along the entire length has a conical groove on the outside on the outside and a conical groove on the inside, on the outside to rectangular grooves in the form of a thread are cut into the liner surface, the tip is attached to the body with the help of the thread, the liner is aligned coaxially with the cone, the conical surface of the liner enters the cone hole of the tip so that their ends are flush at the same level, while the grooves on the conical the liner surfaces form channels for discharging water from the crown in the form of diverging swirling jets. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вкладыш прижат к наконечнику с помощью пружины, удерживаемой вкрученной внутрь верхней части наконечника гайкой, и имеет свободный ход перемещения вверх с увеличением зазора между его наружной конусной поверхностью и внутренней конусной поверхностью наконечника.2. The device according to p. 1, characterized in that the liner is pressed against the tip by means of a spring held by a nut screwed into the upper part of the tip and has a free travel upward movement with an increase in the gap between its outer conical surface and the inner conical surface of the tip.
RU2015140366A 2015-09-22 2015-09-22 Water thermodrill for drilling wells in ice bodies RU2640605C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015140366A RU2640605C2 (en) 2015-09-22 2015-09-22 Water thermodrill for drilling wells in ice bodies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015140366A RU2640605C2 (en) 2015-09-22 2015-09-22 Water thermodrill for drilling wells in ice bodies

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015140366A RU2015140366A (en) 2017-03-28
RU2640605C2 true RU2640605C2 (en) 2018-01-10

Family

ID=58505167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015140366A RU2640605C2 (en) 2015-09-22 2015-09-22 Water thermodrill for drilling wells in ice bodies

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2640605C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2029938A5 (en) * 1969-01-31 1970-10-23 Commissariat Energie Atomique Neutronic humidimeter for measuring glac - iers density variations
SU1262021A1 (en) * 1985-05-29 1986-10-07 МГУ им.М.В.Ломоносова Heat-accumulating ice drill
RU2013514C1 (en) * 1991-05-23 1994-05-30 Научно-исследовательский институт буровой техники Method and device for electric thermal drilling
RU77630U1 (en) * 2008-05-16 2008-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) DRILLING COMPLEX
RU2360095C2 (en) * 2004-04-01 2009-06-27 Мирсултан Исмаил оглы Гашимов Method of thermal drilling vertical boreholes in earth crust and solid-propellant bore of gashimov for implementation of this method, also method of borehole steam generation using deep heat of earth

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2029938A5 (en) * 1969-01-31 1970-10-23 Commissariat Energie Atomique Neutronic humidimeter for measuring glac - iers density variations
SU1262021A1 (en) * 1985-05-29 1986-10-07 МГУ им.М.В.Ломоносова Heat-accumulating ice drill
RU2013514C1 (en) * 1991-05-23 1994-05-30 Научно-исследовательский институт буровой техники Method and device for electric thermal drilling
RU2360095C2 (en) * 2004-04-01 2009-06-27 Мирсултан Исмаил оглы Гашимов Method of thermal drilling vertical boreholes in earth crust and solid-propellant bore of gashimov for implementation of this method, also method of borehole steam generation using deep heat of earth
RU77630U1 (en) * 2008-05-16 2008-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) DRILLING COMPLEX

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Taylor Ph. L. A, Hot Water Drill for Temperate Ice, CRREL Special Report 84-34, 1984, стр. 105-117. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015140366A (en) 2017-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104806169A (en) Hole expanding drill bit
CN108590622B (en) Natural gas hydrate underground separation device with vortex generator
BR112012015439A2 (en) object drilling method and jet drilling system
CO6571919A2 (en) Tool for clearing obstructions in hole orifice and method to use
CN102373894B (en) Feeding and refloating integrated type plunger tool and working method thereof
PE20200115A1 (en) TOOL TO MEASURE CORROSION IN OIL WELLS AND METHOD OF MEASURING CORROSION
RU2640605C2 (en) Water thermodrill for drilling wells in ice bodies
RU2550119C1 (en) Hydraulic impact device
CN101655084B (en) Vortex effluent conveyer in natural gas exploitation
CN205100896U (en) Formula case can be bored and coupling is floated
CN110565954A (en) method and plug for preventing concrete template screw perforation from leaking slurry
CN105443150A (en) Self-drilling anchor rod capable of rapidly mounting
US3370659A (en) Drill rod and bit including one-way valve structure therein
RU164818U1 (en) DEVICE FOR ELECTROTHERMAL DRILLING OF WELLS IN COLD ICE
CN104564115A (en) Sleeve-type inside anchor
RU156921U1 (en) DUST CATCHING PLANT FOR THERMOCHEMICAL DRILLING MACHINES AND THERMAL EXPANSION OF WELLS
CN103233688A (en) Safe efficient type high-pressure water cutting connecting sleeve for mining drill bit
CN207278199U (en) A kind of fluid well drill bit pup joint
CN209855729U (en) Dry type drilling orifice dust removing device for underground coal mine
RU2693082C1 (en) Rock cutting tool
CN202249883U (en) Integrated delivery and fishing plunger tool
CN204126559U (en) Spiral automatic mud scraper
CN203978377U (en) The mud grouting float collar float plug that a kind of oil well cementing is used
RU2013101331A (en) BORING INJECTION PIL WITH INCLINED LOCAL EXPANSIONS
CN105888672B (en) Freeze pipe device under a kind of oblique freezing hole external clamping

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171224