SU1126680A1

SU1126680A1 - Rotary-percussive drilling tool

Info

Publication number: SU1126680A1
Application number: SU833556627A
Authority: SU
Inventors: Вартан Георгиевич Вартыкян; Давид Иосифович Коган; Юрий Тимофеевич Морозов; Вячеслав Николаевич Савельев
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Методики И Техники Разведки; Специальное Конструкторское Бюро Всесоюзного Промышленного Объединения "Союзгеотехника"
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1984-11-30

Description

Изобретение относитс к буровой технике, а именно снар дам дл сохр нени заданного направлени скважин ((бурени , по заданным траектори м), и может быть использовано по пр мому назначению преимущественно в глу боком геологоразведочном бурении на твердые полезные ископаемые. Известен гидроударннй снар д дл , направленного бурени , содержащий породоразрушающий инструмент, колонковый набор, гидроударник и пере ходник, центрирующие снар д по оси скважины и обеспечивающие вследстви этого благопри тные услови стабили зации заданного направлени скважин чему способствуют также специфи 1еские особенности технологии гидроуда ного бурени : относительно низка .не выше 60 об/мин) частота вращени и удельна осева нагрузка, не превышающа 60 н на 1 мм диаметра 1. Недостатком снар да вл етс мала эффективность при проходке пере межающихс по крепости пород, что обусловлено спецификой ударно-вращательного режима бурени , при кото ром {зазрушение породы на Забое npo исходит в результате суммарного воз действи крут щего момента, осевой нагрузки и ударных импульсов. В перемежающихс по крепости породах при такой схеме разр ушени периодически имеют место неравномерные нагрузки на отдельных участках породоразру1 ающего инструмента, вследствие чего под действием крут щего момента снар д будет отклон тьс от заданной траектории скважины. Креме того, на сохранение заданного направлени скважины неблагопри тное вли ние оказывают обусловленные вращением бурильной колонны крутильные и объемно-спиральные колебани , а также ее сложный продоль ный изгиб., Известен также снар д дл ударно-вращательного бурени , содержащи бурильную колонну, породоразрушающий инструмент и гидроударник, вклю чающий корпус, состо щий из двух, соединенных с возможностью поворота частей, св занных соответственно с породоразрушающим инструментом и . жестко с бурильной колонной, поршень-боек , соединенный с частью корпуса , св занной жестко с бурильной колонной посредством механизма преобразовани поступательного хода движени поршн -бойка во врсвдательное , наковальню и пружину L23. бднако в данном снар де поворот породоразрушающего инструмента происходит при пр мом ходе поршн -бойка , вследствие чего при попадании инструмента в трещину поворот его не осуществл етс . Целью изобретени вл етс повышение надежности работы снар да. Поставленна цель достигаетс тем, что в снар де, дл ударно-вращательного бурени , содержащем бурильную колонну, пopoдopaзpvшaкtttий инструмент и гидроударник, включающий корпус, состо щий из двух сое- диненных с возможностыо поворота частей, св занных соответственно с породоразрушающим инструментом и жестко с бурильной колонной, поршень-боек , соединенный с частью кор-, пуса, св занной жестко с бурильной колонной посредством Мехайизма преобразовани поступательного движени поршн -бойка во вращательное, наковальню и пружину, концы последней жестко св заны соответственно с поршнем-бойком и породоразрушающим инструментом. На фиг.1 показано устройство, общий вид, на фиг.2 - конструктивное исполнение узла вращени нижней части корпуса снар да, на фиг.З - разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2, на фиг.5 - вариант конструктивного исполнени составного породоразрушающего инструмента. Снар д содержит бурильную колонну (не показана ), центрирующие переходники 1, породоразрушающий инструмент , например шарошечнре долото 2; гидроударник, корпус которого включает, верхнюю 3 и нижнюю 4 части , внутри которых помещен гидроударный механизм пр мого действи . Гидроударный механизм включает поршень-боек 5, соединенный через ут желитель б с ударником 7, силовую пружину ударника 8, наковальню 9, жестко св занную со шлицевым штоком 10, шлицевой стакан 11, соединенный с нижней частью корпуса 4. . В верхней части гидроударника расположен узел клапана, включаю1да1й корпус 12, собственно клапан 13, упорные кольца 14 и 15, а также пружину 16. Кроме того, дл обеспечени работоспособности гидроударник снабжен уплотнени ми 17, размещеннь№ и на шлицевом штоке 10, и регулировьчными прокладками 18 и 19. Верхн 3 и нижн 4 части корпуса гидроударника соединены кюжду собой посредством узла вращени . Узел вращени состоит из корпуса 20, переходника 21, соединенного с внутренней неподвижной подвеской 22, зафиксированной стопорной шайбой 23, и наружной подвижной (вра|дгиоиейс ) подвеской 24, смонтированной на подшипниках 25 и соединенной с нижней астью корпуса 4 снар да. В корпу-{ се 20 узла вращени между верхней 3 нижней 4 част ми корпуса гидроударника на подшипниках 26 и 27 установлен механизм преобразовани поступательного движени поршн -бойка 5во вращательное. Механизм состоит из зубчато-храпового колеса 28 на верхнем торце которого выполнены храповые зубь 29, взаимодействующие с собачками 30, установленными в обойме 31 на ос х 32 и поджимаемыми пружинами 33 (Фиг.3). При этом обойма 31 установлена в корпусе 20 неподвижно, например запрессована . Количество собачек определ етс из условий прочности по максимальному моменту, действующему в зацеплении .The invention relates to a drilling technique, namely, projectiles for maintaining a given direction of wells ((drilling, according to predetermined trajectories), and can be used for its intended purpose mainly in deep exploration drilling for solid minerals. directional drilling, containing rock-breaking tools, a column set, a hydraulic hammer and an adapter, centering the projectile along the borehole axis and ensuring, as a result, favorable conditions for stabilizing the target well guidance is also promoted by the specific features of the hydro-drilling technology: relatively low, no higher than 60 rpm) rotational speed and specific axial load not exceeding 60 n per 1 mm of diameter 1. The lack of projectile the inter-strength rocks, due to the specifics of the shock-rotational drilling mode, during which {the destruction of the rock at Zaboy npo results from the total impact of the torque, axial load and impact pulses. In the intermittent rock formations with such a discharge pattern, non-uniform loads periodically take place on individual sections of the rock-breaking tool, as a result of which the torque will cause the projectile to deviate from the desired well trajectory. Moreover, the preservation of a given direction of the well is adversely affected by torsional and volute-spiral oscillations caused by the rotation of the drill string, as well as its complex longitudinal bending. Also known is a projectile for percussion rotary drilling containing a drill string, a rock-breaking tool and a hydraulic hammer comprising a housing consisting of two rotatably connected parts associated respectively with a rock destructive tool and. rigidly with the drill string, a piston-die, connected with a part of the body, which is rigidly connected with the drill string by means of a mechanism for transforming the translational stroke of the movement of the piston — the cushion into the force, the anvil and the spring L23. However, in this projectile, the rock cutting tool rotates during the direct stroke of the piston, so that when the tool hits the crack, it is not rotated. The aim of the invention is to increase the reliability of the projectile. The goal is achieved by the fact that in the detonation, for percussion rotary drilling, there is a drill string, an air tool, and a hydraulic hammer, including a body, consisting of two parts connected with the possibility of rotation, associated respectively with a rock-breaking tool and rigidly with a boring tool. a column, a piston block, connected to a part of the core, a joint rigidly connected to the drill string by means of the Mechanism, converting the translational motion of the piston into a rotary, anvil and spring ends after days are rigidly connected, respectively, to the bristle piston and rock cutting tool. Fig. 1 shows the device, a general view, Fig. 2 shows the design of the rotation unit of the lower part of the shell of the projectile; Fig. 3 shows section A-A in Fig. 2; Fig. 4 shows section B-B in Fig. .2, FIG. 5 shows an embodiment of a composite rock cutting tool. Snar d contains a drill string (not shown), centering adapters 1, rock cutting tool, for example, a chisel 2; hydraulic hammer, the case of which includes the upper 3 and lower 4 parts, inside of which the hydraulic shock mechanism of direct action is placed. The hydropercussion mechanism includes a piston head 5, connected via a preamp b to a drummer 7, a force spring of a drummer 8, an anvil 9 rigidly connected to a spline rod 10, a spline cup 11 connected to the lower part of the body 4.. In the upper part of the hydraulic hammer there is a valve assembly, including a housing 12, valve 13 itself, thrust rings 14 and 15, as well as a spring 16. In addition, to ensure operability, the hydraulic hammer is equipped with seals 17, located on the splined rod 10, and adjusting gaskets 18 and 19. The upper 3 and lower 4 parts of the hammer frame are connected to each other by means of a rotating unit. The rotation assembly consists of a housing 20, an adapter 21 connected to an internal fixed suspension 22, fixed by a lock washer 23, and an external movable (swing) suspension 24 mounted on bearings 25 and connected to the lower part of the shell 4. In the housing {20 of the rotation assembly, between the upper 3 lower 4 parts of the hydraulic hammer housing, on bearings 26 and 27, there is a mechanism for converting the translational movement of the piston - bout 5 rotary. The mechanism consists of a gear-ratchet wheel 28 on the upper end of which is made ratchet teeth 29, interacting with dogs 30, mounted in the casing 31 on the axes 32 and pressed springs 33 (Figure 3). In this case, the yoke 31 is fixed in the housing 20, for example pressed. The number of dogs is determined from the strength conditions based on the maximum torque acting in the engagement.

Внутренн поверхность храпового колеса 28 (фиг.4) снабжена винтовыми канавками 34 преимущественно эвольвентного профил , наход щимис в подвижном зацеплении с ответными винтовыми зубь ми 35, расположенными на наружной поверхности поршн бойка 5.The inner surface of the ratchet wheel 28 (Fig. 4) is provided with helical grooves 34 of a predominantly involute profile, which are in movable engagement with counter helical teeth 35 located on the outer surface of the piston of the striker 5.

Дл Обеспечени работоспособности снар да, сборки и регулировки упорных подшипников 27 в конструкции узла вращени предусмотрены установочный стакан -36, вкладыш 37 И регулировочные прокладки 38. Внутренн полость узла вращени заполнена смазкой и изолирована от рабочих камер гидроударника самоуплотн кхцимис ВОРОТНИ1СОВЫМИ манжетами 3To ensure that the projectile is functioning, assembling and adjusting the thrust bearings 27, an installation cup -36, a liner 37 and adjusting gaskets 38 are provided in the design of the rotation assembly.

С бурильной колонной снар д соедин етс через ве)рхний центрирующий переходник 1. Силова пружина 8 неподвижно св зана своими концами соответстйенно с породоразрушающим инструментом посредством штока 10 шлицевого разъема нижней части корпуса 4 с помощью зажима 10 и с ут желителем б поршн -бойка зажимом 41The drill string is connected to the drill string via a vertical centering adapter 1. The force spring 8 is fixedly connected at its ends with a rock cutting tool by means of a rod 10 of the spline connector of the lower part of the body 4 by means of a clamp 10 and with a piston binder clip 41.

Породоразрушающий инструмент содержит внутренние элементы 42 и наружные 43, причем первые соединены с наковальней 9 гидроударника через шлицевой шток 17, а вторые, представл ющие собой шарошки качени , соединены с нижней частью корпуса 4.The rock-destructive tool contains internal elements 42 and external 43, the first ones being connected to the anvil 9 of the hydraulic hammer through the spline rod 17, and the second ones, which are rolling rollers, are connected to the lower part of the body 4.

Снар д работает следующим образом .,Snar d works as follows.,

В процессе работы гидроударной Мсшшны ее поршень -боек 5 совершает возвратно-поступательные движени . При перемещении поршн -вниз зубчато-храповое колесо 28 проворачиваетс на некоторый угол (величина которого обусловлена длиной хода поршн -бойка 5 и углом наклона зубьев 35) и не преп тствует передачеIn the process of the hydrostatic Mass apparatus, its piston 5 is reciprocating. When the piston is moved down, the gear-ratchet wheel 28 rotates through a certain angle (the value of which is determined by the stroke length of the piston-bounce 5 and the angle of inclination of the teeth 35) and does not interfere with the transmission

ударного импульса; Ъри-обратном ходе поршн -бойка 5 храповое колесо 28 стопоритс собачками 30 через обойму 31 в корпусе 20, вследствие чего косые (винтовые) зубь 35 поршн бойка 5 принуждают последний повернутьс вокруг оси на соответствующий угол; этот поворот через неподвижно закрепленную зажимом 40 на штоке 10 и зажимом 41 на ут желителе 6 силовую пружину 8 и шлицевой разъем 10-11 передаетс нижней части Корпуса 4,-а следовательно, породоразрушающему инструменту 2.shock pulse; In a reverse piston stroke 5, the ratchet wheel 28 is locked by the pawls 30 through the yoke 31 in the housing 20, as a result of which oblique (screw) teeth 35 of the piston of the striker 5 force the latter to rotate around the axis at an appropriate angle; This rotation, through a fixedly fixed clip 40 on the rod 10 and clip 41 on the weel 6, the power spring 8 and the slotted connector 10-11 is transmitted to the lower part of the body 4, and therefore to the rock-breaking tool 2.

Работа гидроударного снар да совершаетс при действии минимальирй осевой нагрузки в 5-7 раз меньшей, чем при вращательном бурении, что значительно снижает тормозные моменты и облегчает поворот инструмента.The operation of the hydrostatic slug is performed under the action of a minimum axial load of 5-7 times less than during rotational drilling, which significantly reduces the braking moments and facilitates the rotation of the tool.

В случае увеличенного внедрени зубьев в породу забо (например при бурении трещиноватых пород/, когда резко возрастает объем лунки разрушени под контуром давлени зубаиндектора , целесообразно примен тьIn the case of increased penetration of the teeth into the bottom of the rock (for example, when drilling fractured rocks /, when the volume of the hole of destruction drastically increases under the pressure profile of the tooth-index, it is advisable to use

комбинированны породоразрушающий инструмент (показан на фиг.5(. В этом инструменте основную работу разрушени под действием силовых импульсов совершают внутренние элементы 42, соединенные со шлицевым штоком 10 гидроударника. Наружные элементы. 43 комбинированного инструмента , соединенные с нижней частью корпуса 4 и представл ющие собойcombined rock cutting tool (shown in Fig. 5 (. In this tool, the main work of destruction under the action of power pulses is performed by the internal elements 42 connected to the splined hammer 10 of the hydraulic hammer. External elements. 43 of the combined tool connected to the lower part of the body 4 and representing

шарошки качени , не выполн ют работы разрушени (или работают в облегченных услови х-),, а предназначены главным образомдл центрировани в скважине, и снижени то1 юзного момента при повороте нижней части корпуса снар ла.rolling rollers, do not perform destructive work (or work in lightweight conditions), and are intended mainly for centering in the borehole, and for reducing the torque from turning the lower part of the casing.

Технико-экономическа эффективность снар да обусловлена устранением необходимости вращени бурильной колонны с поверхности, что обеспечивает наиболее благопри тные услови стабилизации заданного направлени скважины и позвол ет эффективно управл ть ее траекторией.The technical and economic efficiency of the projectile is due to the elimination of the need to rotate the drill string from the surface, which provides the most favorable conditions for stabilizing a given direction of the well and allows you to effectively control its trajectory.

Фиг.22

A-/I A- / I

Vuz.Vuz.

Claims

SHOCK-ROTARY DRILLING APPARATUS, comprising a drill string, a rock cutting tool and a hydraulic hammer, including a housing consisting of two rotatably connected parts connected respectively to a rock cutting tool and rigidly connected to the drill string, a piston hammer connected to a part of the housing connected rigidly to the drill column by means of a mechanism for converting the translational movement of the piston-striker into a rotational, anvil and spring, characterized in that, in order to increase the reliability of the work From the end, the ends of the spring are rigidly connected to the piston hammer and rock cutting tool, respectively. -