SU1571197A1

SU1571197A1 - Method and apparatus for drilling boreholes in sandy and clay grounds

Info

Publication number: SU1571197A1
Application number: SU874268534A
Authority: SU
Inventors: Борис Михайлович Ребрик; Юрий Александрович Арсентьев; Гаррисон Иванович Лукинский
Original assignee: Московский Геологоразведочный Институт Им.Серго Орджоникидзе
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1990-06-15

Abstract

Изобретение относитс к горной промышленности и предназначено дл образовани вертикальных скважин в св зных породах. Цель - повышение эффективности бурени путем сокращени технологических операций. В грунт внедр ют инструмент спиральной формы. Извлекают инструмент на поверхность. Грунт из скважины удал ют поступательным перемещением инструмента вдоль его вертикальной оси без вращени . Устройство дл осуществлени предлагаемого способа содержит буровой став в виде спиральной нити 1, форма поперечного сечени которой в диаметральной плоскости устройства с внешней стороны бурового става представл ет собой полуокружность 4, и породоразрушающий наконечник 2. Последний закреплен на нити 1 с передней стороны бурового става сужающейс частью, направленной в сторону вращени устройства. Наконечник 2 выполнен в виде конуса. Форма поперечного сечени нити с внутренней стороны бурового става выполнена с остроугольной вершиной, направленной в сторону оси устройства, и сторонами по касательной к полуокружности. За один оборот инструмент погружаетс на величину шага и погружение зависит от свойств грунтов. При этом об зательным условием при выборе шага спирального става вл етс исключение перемешивани грунта. Остроугольна форма сечени с внутренней стороны бурового става обеспечивает оптимальные услови дл внедрени его в грунт с минимальным сопротивлением по боковой поверхности. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to the mining industry and is intended to form vertical wells in bonded rocks. The goal is to increase drilling efficiency by reducing manufacturing operations. A spiral-shaped tool is introduced into the ground. Remove the tool to the surface. Soil from the well is removed by moving the tool along its vertical axis without rotation. A device for carrying out the proposed method comprises a drill rod in the form of a spiral thread 1, whose cross sectional shape in the diametral plane of the device on the outside of the drill rod is a semi-circle 4, and a rock-breaking tip 2. The latter is fixed on the thread 1 on the front side of the drill rod by a tapering part directed in the direction of rotation of the device. The tip 2 is made in the form of a cone. The cross-sectional shape of the thread on the inner side of the drill rod is made with an acute-angled apex directed towards the axis of the device and the sides tangential to the semicircle. In one revolution, the tool is immersed by the step size and the immersion depends on the properties of the soil. In this case, the prerequisite for choosing the pitch of the spiral stav is to exclude the mixing of the soil. The acute angle of the cross section on the inner side of the drill rod provides optimal conditions for its penetration into the soil with minimal resistance along the lateral surface. 2 sec. f-ly, 1 ill.

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам образования вертикальных скважин в связных породах и к конструкциям буровых снарядов для вращательного бурения скважин с отбором керна, и также может быть использовано в строительстве при проведении вертикальных выработок специального назначения.The invention relates to the mining industry, in particular to methods of forming vertical wells in cohesive rocks and to designs of drill bits for rotary drilling of wells with coring, and can also be used in construction when carrying out vertical workings for special purposes.

Цель изобретения — повышение эффективности бурения путем сокращения технологических операций.The purpose of the invention is to increase drilling efficiency by reducing technological operations.

Сущность способа заключается в том, что после внедрения инструмента в грунт, удаление грунта из скважины осуществляют поступательным перемещением инструмента вдоль его вертикальной оси без вращения.The essence of the method lies in the fact that after the introduction of the tool into the soil, the removal of soil from the well is carried out by translational movement of the tool along its vertical axis without rotation.

На чертеже показано устройство для реализации способа, общий вид.The drawing shows a device for implementing the method, General view.

Устройство включает буровой сплав в виде спиральной нити 1 и наконечника 2, закрепленного на нити 1 с передней стороны бурового става. Наконечник 2 выполнен в виде конуса и направлен вершиной 3 в сторону вращения устройства. Форма поперечного сечения нити 1 в диаметральной плоскости устройства с внешней стороны бурового става представляет собой полуокружность 4, а с внутренней стороны — выполнена остроугольной вершиной 5 направленной в сторону оси устройства, а сторонами 6 — по касательным к полуокружности 4.The device includes a drill alloy in the form of a spiral thread 1 and a tip 2 attached to the thread 1 from the front of the drill stand. The tip 2 is made in the form of a cone and is directed by the top 3 in the direction of rotation of the device. The cross-sectional shape of the thread 1 in the diametrical plane of the device on the outside of the drill stand is a semicircle 4, and on the inside is made of an acute-angled vertex 5 directed toward the axis of the device, and sides 6 are tangent to the semicircle 4.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Крутящий момент от привода буровой установки передается спиральному буровому стану 1, имеющему грушевидную форму поперечного сечения и оканчивающегося породоразрушающим наконечником 2. При вращении бурового става 1 спиральный став с конусообразным наконечником внедряется в грунт, при этом встречающиеся обломочные включения отодвигаются в сторону. За один оборот инструмент погружается на величину шага и будет зависеть от свойств грунтов, причем обязательным условием при выборе шага спирального става является исключение перемешивания грунта. После заглубления бурового снаряда на полную высоту, его извлекают на поверхность, перемещая спиральный став с содержащимся в его внутренней полости грунтом вверх вдоль оси устройства. Одновременно с извлечением бурового става 1 из скважины осуществляют удаление грунта на поверхность, тем самым формируя ствол скважины с прямолинейными вертикальными стенками.The torque from the drive of the drilling rig is transmitted to a spiral drilling mill 1, which has a pear-shaped cross section and ends with a rock cutting tip 2. When the drill stand 1 rotates, a spiral stand with a cone-shaped tip is introduced into the ground, while the occurring debris inclusions are pushed to the side. For one revolution, the tool is immersed by the step size and will depend on the properties of the soil, and an obligatory condition when choosing the step of the spiral stand is the exclusion of soil mixing. After the drill is deepened to its full height, it is removed to the surface by moving the spiral stand with the soil contained in its internal cavity upward along the axis of the device. Simultaneously with the extraction of the drill string 1 from the well, the soil is removed to the surface, thereby forming a wellbore with straight vertical walls.

Для отрыва от породного массива керна ненарушенной структуры, находящегося во внутренней полости бурового става при его извлечении к ставу прикладывают внешнюю силу Р, направленную вверх, величиной большей, чем усилие Р_н сдвига грунта по наружной боковой поверхности пород ного цилиндра диаметром D\ и соответственно большей, чем 7). усилие разрыва грунта по торцу спирального става.To detach an undisturbed structure located in the inner cavity of the drill string from the rock mass, when it is removed, an external force P is applied to the drill, directed upward, greater than the force P _{n of the} soil shear along the outer side surface of the rock cylinder with a diameter D \ and, accordingly, larger than 7). the force of breaking the soil at the end of the spiral stand.

На основе этого обязательного условия определяется целесообразный размер d спирали (фиг. 1).Based on this prerequisite, the appropriate size d of the spiral is determined (Fig. 1).

VS** Ы, (1), где D — наружный диаметр спирали в грунт, см;VS ** S, (1), where D is the outer diameter of the spiral into the ground, cm;

/ — глубина внедрения спирали в грунт, см;/ Is the depth of spiral penetration into the ground, cm;

%Λβ·^σΡ — соответственно временные сопротивления грунта сдвигу и растяжению, кг/см².% Λβ · ^σ Ρ - respectively, temporary soil resistance to shear and tension, kg / cm ² .

Как следует из формулы (1) величина d зависит от прочностных характеристик грунта, диаметра скважины D, величины заглубления спирали в грунт. Поперечный размер d сечения спирали при заданных параметрах не может быть принят меньше расчетного, так как в этом случае керн не оторвется от массива и извлекаемый спиральный буровой став 1 окажется без керна.As follows from formula (1), the value of d depends on the strength characteristics of the soil, the diameter of the borehole D, and the amount of penetration of the spiral into the soil. The cross-sectional size d of the cross-section for the given parameters cannot be accepted less than the calculated one, since in this case the core will not be torn off from the array and the extracted spiral drilling unit 1 will be without core.

На скорость внедрения спирального бурового става 1 с наконечником 2 существенное влияние оказывает величина суммарного сопротивления, ,которое складывается из двух составляющих — сил трения по наружной поверхности спирали и сил лобового сопротивления. Величина сил трения зависит, в частности, от величины периметра сечения спирали, а лобовых сил — от площади сечения.The rate of introduction of a spiral drill stand 1 with a tip 2 is significantly affected by the value of the total resistance, which consists of two components - friction forces on the outer surface of the spiral and drag forces. The magnitude of the friction forces depends, in particular, on the magnitude of the perimeter of the cross section of the spiral, and the frontal forces on the cross-sectional area.

Остроугольная форма сечения с внутренней стороны бурового става 1 обеспечивает оптимальные условия для внедрения его в грунт с минимальным сопротивлением по боковой поверхности, а также для отрыва грунта от массива и удержание его во внутренней полости спирали за счет того, что сжимающее силовое воздействие спирали на грунт, находящейся во внутренней ее части, направлено во внутрь става. Конусообразная форма наконечника, которым оканчивается буровой став, снижает лобовое сопротивление внедрения, в случае наличия в грунтах обломочных включений.The acute-angled cross-sectional shape on the inside of the drill stand 1 provides optimal conditions for introducing it into the soil with minimal resistance along the lateral surface, as well as for tearing the soil from the array and keeping it in the internal cavity of the spiral due to the compressive force of the spiral on the soil, located in its internal part, is directed inside the stav. The conical shape of the tip, which ends with the drill string, reduces the frontal penetration resistance, in the case of debris in the soil.

Claims

Claim

1. The method of drilling wells in sandy clay soils, including the introduction of a spiral-shaped tool into the soil, removing the tool to the surface and removing soil * from the well, characterized in that, in order to increase drilling efficiency by reducing technological operations, the soil is removed from the well by translational ne1571197 by moving the tool along its vertical axis without rotation.

2. A device for drilling wells in sandy clay soils containing a drill stand in the form of a spiral thread, the cross-sectional shape of which in the diametrical plane of the device on the outside of the drill stand is a semicircle, and a rock cutting tip _1Q nickel fixed to the thread on the front side of the drill string, the tapering part directed towards the rotation of the device, characterized in that the rock cutting tip is made in the form of a cone, and the cross-sectional shape of the thread from the inside of the drill The staw is made with an acute-angled vertex directed toward the axis of the device, and with the sides tangent to the semicircle.