WO2018074944A1 - External rotor down-the-hole drill - Google Patents

External rotor down-the-hole drill Download PDF

Info

Publication number
WO2018074944A1
WO2018074944A1 PCT/RU2016/000846 RU2016000846W WO2018074944A1 WO 2018074944 A1 WO2018074944 A1 WO 2018074944A1 RU 2016000846 W RU2016000846 W RU 2016000846W WO 2018074944 A1 WO2018074944 A1 WO 2018074944A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
stator
working fluid
roller
channels
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000846
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Владимир Митрофанович ПАНЧЕНКО
Алексей Петрович СУЗДАЛЕВ
Original Assignee
Владимир Митрофанович ПАНЧЕНКО
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 Владимир Митрофанович ПАНЧЕНКО filed Critical Владимир Митрофанович ПАНЧЕНКО
Publication of WO2018074944A1 publication Critical patent/WO2018074944A1/en

Links

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
    • E21B4/00Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/02Fluid rotary type drives
    • 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
    • E21B25/00Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • 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
    • E21B7/003Drilling with mechanical conveying means
    • E21B7/005Drilling with mechanical conveying means with helical conveying means

Definitions

  • the invention relates to mining and construction business with rotary bottomhole core drilling of vertical, deviated, horizontal wells of medium and large diameter, mining, laying of underground passages and tunnels with the possibility of changing the direction of penetration during the execution of work.
  • the main disadvantages of electric drilling are: high energy consumption with reference to its source :, additional electric motor and equipment for cleaning the bottom: limited borehole diameter and gear inserts, due to the moment of force: vibration, metal consumption, low overhaul period of the electric drill; frequent breakdowns of the conductive cable, the number of which increases with increasing depth of the well; additional and more complex and expensive equipment is required.
  • gerotor downhole motors hydraulic drives
  • hydraulic motors are smaller on average by 3 times in size and 15 times by weight than electric motors of corresponding power.
  • the range of regulation of the rotational speed of the hydraulic motor is much wider: for example, it can range from 2500 rpm to 30-40 rpm, and in some cases, with hydraulic motors of a special design, it reaches 1-4 rpm and less.
  • the start-up and acceleration time of the hydraulic motor is a fraction of a second, which is unattainable for high-power electric motors (several kilowatts). Frequent on-off, shutdown and reverse are not dangerous for the hydraulic motor.
  • the law of motion of the shaft of the hydraulic motor can be easily changed by using means of regulating the hydraulic drive.
  • a downhole hydraulic motor for use in drilling wells.
  • the engine contains turbine sections, a gerotor screw mechanism with a stator fixed in the housing and an eccentrically located rotor with a split torsion bar.
  • a stop element is placed in the upper part of the gerotor mechanism, which is made in the form of a disk-shaped plate with holes in the peripheral part and a glass in the center, in which a ball is placed for periodic interaction with the fifth.
  • the inner diameter of the cup, the outer diameter of the heel and the diameter of the ball are connected certain relations.
  • the gap between the ball and the bottom of the glass is equal to the maximum allowable play in the axial support assembly.
  • the hydraulic drive has inherent disadvantages that limit its use.
  • the main ones are as follows:
  • the working fluid is only a fluid with certain components, taking into account the specificity of the soil. In winter, the applicability of the method limits the freezing of the liquid.
  • Turbodrills of various designs (reactive-turbine drills and rotor-turbine drills), equipped with serial turbine or screw downhole motors.
  • a gear turbo drill for drilling wells and can be used for drilling inclined and horizontal deep wells with high bottomhole temperatures.
  • a turbine and a gearbox connected to the turbine with input and output shafts and gears, as well as a spindle with axial and radial bearings on the shaft are located in the turbodrill housing.
  • the output shaft of the gearbox is connected to the spindle shaft through a torsion shaft.
  • Gearbox and spindle housings are connected by a sub.
  • the torsion shaft is covered with a gap by a protective sleeve forming an annular gap with the inner surface of the sub.
  • the gearbox, torsion shaft and spindle bearings are housed in a common oil-filled chamber sealed with seals. Drilling fluid passes through the annular channel inside the turbine, gearbox, spindle and sub housings. Due to the elastic flexibility, the torsion bar protects shafts and transmission elements from overloads. When using a sub with skewed axes, the shaft-torsion is connected to adjacent shafts by articulated couplings, and the protective sleeve is equipped with sealing elements that allow angular movements cases without leakage. In this case, the torsion bar acts as a propeller shaft, and the gear turbodrill acts as a deflector.
  • the invention allows to reduce the dynamic loads on the shafts and elements of the turbodrill, to increase the ability to control the path of the well, to simplify the design.
  • the diameter of the turbodrill is limited by the size of the wellbore
  • the turbine shaft rotation frequency is set by the drilling mode as applied to the type of bits used and cannot be arbitrarily increased.
  • turbodrills-deflectors this is the impossibility of adjusting the skew angle under drilling conditions, a large distance from the bit to the curvature plane, insufficient rigidity of the spindle shaft. And for all types of turbodrills - the absence of centering elements on the body.
  • the circulation system of the drilling rig has a differential pressure limitation, therefore, the turbodrill must be operated at a reduced flow rate with low mechanical power on the output shaft, the value of which determines the efficiency of the drilling process.
  • the technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the torque due to the rotation of the external rotor from the pressure of a liquid medium, gas (air) or steam with the possibility of rotation of the working fluid, taking into account increased reliability and increased resource due to the simplicity of design, reduction transmission nodes, as well as to increase the efficiency of the device by reducing the volume of rock destruction, when sinking with leaving a large core diameter for its subsequent removal by less expensive mechanized methods while reducing specific metal consumption and energy consumption with the possibility of the presence of people in the face.
  • Loose soil can be loaded directly into vehicles with a loader, and hard rocks are previously destroyed by milling cutters, jack hammers, explosions and other known methods.
  • the technical result of the claimed invention is to increase the torque by increasing the specific power while increasing the reliability and availability of the device, reducing energy consumption and, ultimately, reducing the unit cost of sinking.
  • the external rotary downhole drill containing at least two coaxial rotor sections, and interconnected by an intersection sleeve made with transition channels of the working fluid, and plugs located at the ends of the rotor sections, the plug located on the end part of the rotor section in the direction of the face contains rock cutting elements, and is made with an output channel for the working fluid,
  • each rotor section contains a stator with channels for the working fluid, which is the axis and the outer rotor, with the screws located on the outer surface of the outer rotor,
  • a hollow core receiver housing is installed in the inner part of the stator, while inclined clamps are installed on the inner surface of the outer rotor, in which the rotor roller is mounted, and a radial recess is made on the outer surface of the stator, in which a spring-loaded shutter with a stator roller is located,
  • stator roller and the rotor roller located between the inner surface of the rotor and the outer surface of the stator form a working chamber
  • channels for the working fluid made in the stator are connected to the working chamber of each rotor section by channels for moving the working fluid
  • intersectional sleeve and plugs of the rotor sections are made in the form of an annular part providing tightness, stator-rotor coupling.
  • a liquid medium or gas or steam is used, while the drill is made with the possibility of rotation of the working fluid.
  • the shutter is made in the form of a rectangular trapezoid in cross section.
  • the inclined clamps are made lattice in the form of parallel or zigzag stripes.
  • the inclined clamps are made in the form of a triangle with a roller in one corner and radial grooves on each side of the roller.
  • Figure 1 drill external rotary bottomhole.
  • Figure 2 is a view of BB.
  • the external rotary drill consisting of at least two coaxial rotor sections, each of which contains an internal stator that acts as an axis on which the rotor rotates when the pressure of a liquid, gas or steam with possible rotation of the working fluid according to the invention
  • the rock cutting tool (drill heads, crowns, chisels, cones, milling cutters) is attached directly to the end of the rotor in the direction of the face, and the screws located on the outer surface of the rotors push breed rock or soil towards the mouth, and the spent working fluid removes the pulp, leaving the core in the core receiving case for subsequent extraction of small diameter core using known core tapping machines, and large core and soil for removal by known mechanized methods with the possibility of the presence of people or robots in the tunnel for wall reinforcement with ring segments.
  • the direct autonomous motor in the face providing rotation of the rock cutting tool, displacement of the destroyed rock and core formation, is an external rotary downhole mover consisting of at least two coaxial rotor sections. Possible increase in the number of rotor sections as necessary.
  • Each rotor section contains an internal stator (21), made in the form of a hollow cylinder, and acting as an axis, and an external rotor (10), made in the form of a hollow cylinder of larger diameter.
  • a screw (9) is installed on the outer surface of each external rotor (10) to displace the destroyed rock from the face towards the mouth for removal by a spent working fluid
  • Rotor sections are interconnected by an intersectional sleeve (14).
  • the rotor section extreme to the mouth is connected to the plug (7) from the mouth side.
  • the mouth end cap is connected to an adapter (8).
  • the rotor section closest to the bottom is connected to the plug (16) from the bottom side, while the plug (16) from the bottom side contains fasteners (19) of the rock cutting element with rock cutting elements (20).
  • Intersectional sleeve (14) and plugs (7 and 16) are made in the form of an annular part - a washer, which ensures tightness, stator-rotor conjugation.
  • a core receiver housing (6) in the form of a hollow cylinder is inserted into the inner part of the stator (21).
  • stator roller (1 1) and the rotor roller (25) located between the inner surface of the rotor (10) and the outer surface of the stator (21) form a working chamber (23).
  • channels (4) are made in the walls of each stator (21) in the form of a bore of a cylindrical, oval or other known section for the working fluid.
  • the channels (4) are connected to the working chamber (23) of each rotor section by transition channels (27). At least two channels (input channel and output channel) can be made in one rotary section.
  • the roller (25) of the rotor, being in the inclined clamps (26) of the rotor (10), is driven by the pressure of the working fluid along the outside of the stator (21).
  • the stator roller (11), being in the movable spring-loaded shutter (12), located in the radial groove of the stator (21), is driven by the pressure of the working fluid on one side of the shutter (12) along the inner surface of the rotor (10) and fixed inclined clamps (26 ) a second roller (25) located on the inside of the rotor.
  • the inclined clamps (26) of the second roller (25) prevent dynamic impacts at the contacts of the rollers (1 1 and 26). From the pressure of the working fluid on the roller (25), the rotor (10), made in the form of a hollow cylinder of a larger diameter, begins to rotate.
  • the working fluid can be a liquid medium, gas (air), or steam, while the possibility of rotation of the working fluid during the execution of work is provided. To do this, it is enough to disconnect the input channel (4) for supplying the working fluid from one source and connect this channel to another pressure source using a manifold or other well-known switches: valves, gate valves, connecting heads.
  • the damper (12) is made, as a rule, in the form of a rectangular trapezoid in cross section, but other curved geometric shapes are not excluded.
  • Inclined clamps (26) hold the roller (25) and prevent dynamic impacts.
  • Clips (26) can be lattice, in the form of parallel or zigzag stripes. The most acceptable option is the shape of a triangle with a roller in one corner and radial recesses on each side of the roller.
  • the channels are combined in such a way that initially the working fluid supplied through flexible hoses or through channels in the pipes connected by the adapter to the input channel (4) enters the working chamber (23) of the first rotor section through the transition channel (27), while the working fluid from the working chamber (23) of the first section, at the time of the formation of a dead point in it, through the channel (13) of the intersectional sleeve (14) passes through the inlet channel (4) and the transition channel (27) into the working chamber (23) of the adjacent rotor section.
  • the rotors (10) are axially offset and separated by an intersectional sleeve (14) with channels (13) for transferring the working fluid from one rotary section to another in such a way that at the moment the working fluid begins to exit at a dead point in one section, the working fluid it doesn’t go out under pressure, and the energy returns to another similar rotor section at the time of formation of the working chamber in this adjacent section for reuse in the same process.
  • the casing (2) on the rotor section from the mouth side ensures the integrity of the borehole walls throughout the entire operational period.
  • a lining is mounted as a structural element that directly perceives soil pressure and provides protection from groundwater and quicksand.
  • the working fluid is the pumping fluid supply, the compressor supplying gas, air, engine exhaust gases or steam pressure with the possibility of rotation of the working fluid during the sinking process. In this way, during drilling, simultaneous flushing and purging is ensured.
  • a core receiver housing (6) in the form of a hollow cylinder is inserted into the inner part of the stator (21).
  • Cores (5) of small diameters are extracted by known core tinkers, and large-sized cores, in particular when creating underpasses, tunnels and mining, are extracted mechanically with the possible presence of people or robots in the face (tunnel).
  • the costs are much lower especially compared to phase drilling - expanding production to the required diameter in several passes.
  • the process occurs as follows.
  • the drill is installed with the end part on the mother rock, soil (1) and the working fluid is supplied from the drilling rig through hoses or channels in pipes (not shown in Fig.)
  • the adapter channel (8) and through the plug channel (7) from the mouth passes into combined input channel (4) of the stator (21) of the first section.
  • the working fluid enters the working chamber (23) of the first section.
  • the rotor roller (25) drives the rotor (10) and the screws (9) located on it.
  • the duty cycle in the second section is similar to the process in the first section with the release of the working fluid under pressure at the dead point through the channel (13), to the next rotary section, if any, or to the exhaust channel (17) in the absence of a third rotor section, pushing the rock (3 ), destroyed by rock-destroying elements (20) and displaced by screws (9) through an adapter (8) along the casing (2).
  • a core (5) is formed and held in a core receiving case (6), made in the form of a hollow cylinder inserted into the inner part of the stator (21).
  • a core (5) of small diameters is extracted by known core drills (not shown in FIG.), And a large core (5) is destroyed and removed using known mechanisms with the possible presence of a person or a robot in the face.
  • the less costly core removal method (5) is most effective when arranging pedestrian crossings in cramped conditions and tunneling.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

The invention relates to mining and construction activities, including the rotary core drilling of medium and large diameter vertical, inclined and horizontal boreholes, mineral extraction, and the laying of underground passages and tunnels with the possibility of changing the direction of a passage when work is underway. A drill consists of at least two coaxial rotor sections, each of which comprises a rotor in the form of a hollow cylinder rotating about a stator in the form of a hollow cylinder of a smaller diameter under pressure from water, steam or a gas, wherein the working fluid may be rotated during drilling. Each rotor section comprises a stator with channels for the working fluid, which functions as an axle, and an external rotor with screws arranged on the external surface of the external rotor. A hollow core-receiving body is mounted inside the stator. Inclined clamps with a rotor roller mounted therein are arranged on the internal surface of the external rotor. The outer surface of the stator has a radial groove in which a spring-loaded valve with a stator roller is disposed. The stator roller and the rotor roller are disposed between the internal surface of the rotor and the external surface of the stator and form a working chamber. The working fluid channels provided in the stator are connected to the working chamber of each rotor section by working fluid transfer channels. Use of the invention allows an increase in specific power as a result of increased torque, and also provides increased reliability and operability.

Description

БУР ВНЕШНЕРОТОРНЫЙ ЗАБОЙНЫЙ  DRILL EXTERNAL BOTTOM BOTTOM
Область техники, которой относится изобретение  FIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к горному и строительному делу при вращательном забойном колонковом бурении вертикальных, наклонных, горизонтальных скважин среднего и большого диаметра, добыче полезных ископаемых, прокладке подземных переходов и туннелей с возможностью изменения направления проходки в процессе выполнения работ. Уровень техники  The invention relates to mining and construction business with rotary bottomhole core drilling of vertical, deviated, horizontal wells of medium and large diameter, mining, laying of underground passages and tunnels with the possibility of changing the direction of penetration during the execution of work. State of the art
Известны буровые установки с забойными электродвигателями.  Known drilling rigs with downhole motors.
Основными недостатками электробурения являются: большое потребление электроэнергии с привязкой к её источнику:, дополнительный электродвигатель и оборудование для очистки забоя: ограниченный диаметр скважины и редукторные вставки, обусловленные моментом силы: вибрация, металлоёмкость, невысокий межремонтный период электробура; частые пробои токопроводящего кабеля, число которых увеличивается с увеличением глубины скважины; требуется дополнительное и более сложное и дорогое оборудование.  The main disadvantages of electric drilling are: high energy consumption with reference to its source :, additional electric motor and equipment for cleaning the bottom: limited borehole diameter and gear inserts, due to the moment of force: vibration, metal consumption, low overhaul period of the electric drill; frequent breakdowns of the conductive cable, the number of which increases with increasing depth of the well; additional and more complex and expensive equipment is required.
Известны так же героторные забойные двигатели (гидроприводы). В ряде случаев они имеют существенные преимущества перед электромоторами. В частности гидромоторы меньше в среднем в 3 раза по размерам и в 15 раз по массе, чем электромоторы соответствующей мощности. Диапазон регулирования частоты вращения гидромотора существенно шире: например, он может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин и меньше. Время запуска и разгона гидромотора составляет доли секунды, что для электромоторов большой мощности (несколько киловатт) недостижимо. Для гидромотора не представляют опасности частые включения-выключения, остановки и реверс. Закон движения вала гидромотора может легко изменяться путём использования средств регулирования гидропривода.  Also known are gerotor downhole motors (hydraulic drives). In some cases, they have significant advantages over electric motors. In particular, hydraulic motors are smaller on average by 3 times in size and 15 times by weight than electric motors of corresponding power. The range of regulation of the rotational speed of the hydraulic motor is much wider: for example, it can range from 2500 rpm to 30-40 rpm, and in some cases, with hydraulic motors of a special design, it reaches 1-4 rpm and less. The start-up and acceleration time of the hydraulic motor is a fraction of a second, which is unattainable for high-power electric motors (several kilowatts). Frequent on-off, shutdown and reverse are not dangerous for the hydraulic motor. The law of motion of the shaft of the hydraulic motor can be easily changed by using means of regulating the hydraulic drive.
Например, из патента RU 2112855С1 , Е21 В4/02, опубл.10.06.1998, известен гидравлический забойный двигатель предназначен для использования при бурении скважин. Двигатель содержит турбинные секции, героторный винтовой механизм со статором, закрепленным в корпусе и эксцентрично расположенным ротором с разъемным торсионом. В верхней части героторного механизма размещен упорный элемент, который выполнен в виде дискообразной пластины с отверстиями в периферийной части и стаканом в центре, в котором размещен шар для периодического взаимодействия с пятой. Внутренний диаметр стакана, наружный диаметр пяты и диаметр шара связаны определенными соотношениями. Зазор между шаром и дном стакана равен максимально допустимому люфту в узле осевой опоры. For example, from the patent RU 2112855C1, E21 B4 / 02, published on 10.06.1998, a downhole hydraulic motor is known for use in drilling wells. The engine contains turbine sections, a gerotor screw mechanism with a stator fixed in the housing and an eccentrically located rotor with a split torsion bar. A stop element is placed in the upper part of the gerotor mechanism, which is made in the form of a disk-shaped plate with holes in the peripheral part and a glass in the center, in which a ball is placed for periodic interaction with the fifth. The inner diameter of the cup, the outer diameter of the heel and the diameter of the ball are connected certain relations. The gap between the ball and the bottom of the glass is equal to the maximum allowable play in the axial support assembly.
Гидроприводу присущи и недостатки, которые ограничивают его применение. Основные из них следующие:  The hydraulic drive has inherent disadvantages that limit its use. The main ones are as follows:
1. Наличие в корпусе быстро изнашивающейся обкладки из упругоэластичного материала.  1. The presence in the body of a rapidly wearing lining of elastic material.
2. Изменение вязкости применяемых жидкостей от температуры, что приводит к изменению рабочих характеристик гидропривода и создает дополнительные трудности при эксплуатации гидроприводов как при высоких так и при отрицательных температурах.  2. The change in the viscosity of the applied fluids from temperature, which leads to a change in the operating characteristics of the hydraulic actuator and creates additional difficulties in the operation of hydraulic actuators both at high and at low temperatures.
3. Утечки жидкости из гидросистем, которые снижают КПД привода, вызывают неравномерность движения выходного звена гидропередачи, затрудняют достижение устойчивой скорости движения рабочего органа при малых скоростях.  3. Leaks of fluid from hydraulic systems, which reduce the efficiency of the drive, cause uneven movement of the output link of the hydraulic transmission, make it difficult to achieve a stable speed of movement of the working body at low speeds.
4. Необходимость изготовления многих элементов гидропривода по высокому классу точности для достижения малых зазоров между подвижными и неподвижными деталями, что усложняет конструкцию и повышает стоимость их изготовления.  4. The need to manufacture many hydraulic drive elements in a high accuracy class to achieve small gaps between moving and stationary parts, which complicates the design and increases the cost of their manufacture.
5. Рабочим телом является только жидкость с определёнными компонентами с учётом специфичности грунта. В зимнее время применимость метода ограничивает замерзание жидкости.  5. The working fluid is only a fluid with certain components, taking into account the specificity of the soil. In winter, the applicability of the method limits the freezing of the liquid.
6. Взрыво- и огнеопасность применяемых жидких минеральных рабочих компонентов.  6. Explosion and flammability of used liquid mineral working components.
Известны так же турбинные забойные двигатели (турбобуры) различного конструктивного исполнения (реактивно-турбинные буры и роторно-турбинные буры), комплектуемые серийными турбинными или винтовыми забойными двигателями.  Also known are turbine downhole motors (turbodrills) of various designs (reactive-turbine drills and rotor-turbine drills), equipped with serial turbine or screw downhole motors.
Например, из патента RU 2112856 С1 , Е21 В4/02, опубл.10.06.1998, известен редукторный турбобур предназначен для бурения скважин и может быть использован при бурении наклонных и горизонтальных глубоких скважин с высокими забойными температурами. В корпусе турбобура расположена турбина и связанный с турбиной редуктор с входным и выходным валами и зубчатыми передачами, а также шпиндель с осевыми и радиальными опорами на валу. Выходной вал редуктора связан с валом шпинделя через вал-торсион. Корпуса редуктора и шпинделя соединены переводником. Вал-торсион охватывается с зазором защитной втулкой, образующей с внутренней поверхностью переводника кольцевой зазор. Редуктор, вал-торсион и опоры шпинделя размещены в общей маслонаполненной камере, герметизированной уплотнениями. Буровой раствор проходит по кольцевому каналу внутри корпусов турбины, редуктора, шпинделя и переводника. Торсион за счет упругой податливости предохраняет от перегрузок валы и элементы передачи. При использовании переводника с перекосом осей вал-торсион соединяется с соседними валами шарнирными муфтами, а защитная втулка снабжена уплотнительными элементами, допускающими угловые перемещения корпусов без нарушения герметичности. В этом случае торсион выполняет роль карданного вала, а редукторный турбобур - роль отклонителя. Изобретение позволяет снизить динамические нагрузки на валы и элементы турбобура, увеличить возможность управления траекторией скважины, упростить конструкцию. For example, from patent RU 2112856 C1, E21 B4 / 02, publ. 10.06.1998, a gear turbo drill is known for drilling wells and can be used for drilling inclined and horizontal deep wells with high bottomhole temperatures. A turbine and a gearbox connected to the turbine with input and output shafts and gears, as well as a spindle with axial and radial bearings on the shaft are located in the turbodrill housing. The output shaft of the gearbox is connected to the spindle shaft through a torsion shaft. Gearbox and spindle housings are connected by a sub. The torsion shaft is covered with a gap by a protective sleeve forming an annular gap with the inner surface of the sub. The gearbox, torsion shaft and spindle bearings are housed in a common oil-filled chamber sealed with seals. Drilling fluid passes through the annular channel inside the turbine, gearbox, spindle and sub housings. Due to the elastic flexibility, the torsion bar protects shafts and transmission elements from overloads. When using a sub with skewed axes, the shaft-torsion is connected to adjacent shafts by articulated couplings, and the protective sleeve is equipped with sealing elements that allow angular movements cases without leakage. In this case, the torsion bar acts as a propeller shaft, and the gear turbodrill acts as a deflector. The invention allows to reduce the dynamic loads on the shafts and elements of the turbodrill, to increase the ability to control the path of the well, to simplify the design.
Основными недостатками известных турбобуров являются.  The main disadvantages of known turbodrills are.
1. Сложный профиль лопаток.  1. The complex profile of the blades.
2. Большое число ступеней турбины.  2. A large number of stages of the turbine.
Многоступенчатость турбобура объясняется тем, что ограничены значения трех следующих факторов, от которых в прямой зависимости находится крутящий момент:  The multi-stage turbodrill is explained by the fact that the values of the following three factors are limited, on which torque is directly dependent:
- расход промывочной жидкости не может быть увеличен из - за возрастания давления в циркуляционной системе и на выкиде бурового насоса;  - the flow rate of the flushing fluid cannot be increased due to an increase in pressure in the circulation system and on the mud of the mud pump;
- диаметр турбобура ограничен размером ствола скважины;  - the diameter of the turbodrill is limited by the size of the wellbore;
- частота вращения вала турбины, задается режимом бурения применительно к типу используемых долот и не может быть произвольно увеличена.  - the turbine shaft rotation frequency is set by the drilling mode as applied to the type of bits used and cannot be arbitrarily increased.
3. Неизбежно большая длина турбобуров препятствует их применению для быстрого наращивания кривизны при бурении наклонно-направленных скважин  3. The inevitably large length of the turbodrills prevents their use for rapid buildup of curvature when drilling directional wells
4. Потребление значительно большего количества жидкости, чем требуется для работы долота.  4. Consumption of significantly more fluid than is required for the operation of the bit.
5. Для турбобуров-отклонителей - это невозможность регулировки угла перекоса в условиях буровой, большое расстояние от долота до плоскости искривления, недостаточная жесткость вала шпинделя. И для всех типов турбобуров - отсутствие центрирующих элементов на корпусе.  5. For turbodrills-deflectors - this is the impossibility of adjusting the skew angle under drilling conditions, a large distance from the bit to the curvature plane, insufficient rigidity of the spindle shaft. And for all types of turbodrills - the absence of centering elements on the body.
6. Система циркуляции буровой установки имеет ограничение по перепаду давления, поэтому работу турбобура приходится проводить на пониженном расходе при малой механической мощности на выходном валу, величина которой определяет эффективность процесса бурения.  6. The circulation system of the drilling rig has a differential pressure limitation, therefore, the turbodrill must be operated at a reduced flow rate with low mechanical power on the output shaft, the value of which determines the efficiency of the drilling process.
7. Расположение ротора внутри статора уменьшает крутящий момент.  7. The location of the rotor inside the stator reduces torque.
Прототип предлагаемого изобретения авторам не известен. Нет патента на забойный движитель, роторы которого вращаются вокруг статоров от давления воды, пара или газа с возможной ротацией рабочего тела в процессе бурения.  The prototype of the invention is not known to the authors. There is no patent for a downhole propulsion device, the rotors of which rotate around the stators from the pressure of water, steam or gas with the possible rotation of the working fluid during drilling.
Сущность изобретения SUMMARY OF THE INVENTION
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении крутящего момента, за счет вращения внешнего ротора от давления жидкой среды, газа (воздуха) или пара с возможностью ротации рабочего тела с учётом увеличения надёжности и повышения ресурса за счёт простоты конструкции, сокращения узлов трансмиссии, а так же в повышении эффективности устройства за счёт уменьшения объёма разрушения породы, при проходке с оставлением керна большого диаметра для последующего его удаления менее затратными механизированными способами при уменьшении удельной металлоёмкости и энергопотребления с возможностью присутствия людей в забое. Рыхлый грунт можно грузить непосредственно в транспортные средства погрузчиком, а твёрдые горные породы предварительно разрушаются фрезами, отбойными молотками, взрывами и другими известными способами. The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the torque due to the rotation of the external rotor from the pressure of a liquid medium, gas (air) or steam with the possibility of rotation of the working fluid, taking into account increased reliability and increased resource due to the simplicity of design, reduction transmission nodes, as well as to increase the efficiency of the device by reducing the volume of rock destruction, when sinking with leaving a large core diameter for its subsequent removal by less expensive mechanized methods while reducing specific metal consumption and energy consumption with the possibility of the presence of people in the face. Loose soil can be loaded directly into vehicles with a loader, and hard rocks are previously destroyed by milling cutters, jack hammers, explosions and other known methods.
Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении крутящего момента за счет увеличения удельной мощности при повышении надежности и работоспособности устройства, сокращением энергозатрат и, в конечном итоге, уменьшении удельной себестоимости проходки.  The technical result of the claimed invention is to increase the torque by increasing the specific power while increasing the reliability and availability of the device, reducing energy consumption and, ultimately, reducing the unit cost of sinking.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что бур внешнероторный забойный, содержащий по меньшей мере две соосные роторные секции, и соединенные между собой межсекционной втулкой, выполненной с каналами перехода рабочего тела, и заглушки, расположенные с торцов роторных секций, причем заглушка расположенная на торцевой части роторной секции по направлению забоя содержит породоразрушающие элементы, и выполнена с выходным каналом для рабочего тела,  The technical result of the claimed invention is achieved due to the fact that the external rotary downhole drill, containing at least two coaxial rotor sections, and interconnected by an intersection sleeve made with transition channels of the working fluid, and plugs located at the ends of the rotor sections, the plug located on the end part of the rotor section in the direction of the face contains rock cutting elements, and is made with an output channel for the working fluid,
а заглушка расположенная на торцевой части роторной секции по направлению к устью выполнена с входным каналом для рабочего тела,  and the plug located on the end of the rotor section towards the mouth is made with an input channel for the working fluid,
при этом каждая роторная секция содержит статор с каналами для рабочего тела, являющегося осью и внешний ротор, с расположенными шнеками на внешней поверхности внешнего ротора,  each rotor section contains a stator with channels for the working fluid, which is the axis and the outer rotor, with the screws located on the outer surface of the outer rotor,
во внутренней части статора установлен полый керноприёмный корпус, при этом на внутренней поверхности внешнего ротора установлены наклонные зажимы, в которых установлен ролик ротора, а на наружной поверхности статора выполнена радиальная выточка, в которой расположена подпружиненная заслонка с роликом статора,  a hollow core receiver housing is installed in the inner part of the stator, while inclined clamps are installed on the inner surface of the outer rotor, in which the rotor roller is mounted, and a radial recess is made on the outer surface of the stator, in which a spring-loaded shutter with a stator roller is located,
причем ролик статора и ролик ротора, расположенные между внутренней поверхностью ротора и наружной поверхностью статора образуют рабочую камеру,  moreover, the stator roller and the rotor roller located between the inner surface of the rotor and the outer surface of the stator form a working chamber,
при этом каналы для рабочего тела, выполненные в статоре, соединены с рабочей камерой каждой роторной секции каналами для перехода рабочего тела,  wherein the channels for the working fluid made in the stator are connected to the working chamber of each rotor section by channels for moving the working fluid,
В частном случае реализации заявленного технического решения межсекционная втулка и заглушки роторных секций выполнены в форме кольцевой детали, обеспечивающей герметичность, сопряжения статор-ротор.  In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the intersectional sleeve and plugs of the rotor sections are made in the form of an annular part providing tightness, stator-rotor coupling.
В частном случае реализации заявленного технического решения в качестве рабочего тела используется жидкая среда или газ или пар, при этом бур выполнен с возможностью ротации рабочего тела. В частном случае реализации заявленного технического решения заслонка выполнена в форме прямоугольной трапеции в поперечном сечении. In the particular case of the implementation of the claimed technical solution as a working fluid, a liquid medium or gas or steam is used, while the drill is made with the possibility of rotation of the working fluid. In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the shutter is made in the form of a rectangular trapezoid in cross section.
В частном случае реализации заявленного технического решения наклонные зажимы выполнены решётчатыми, в форме параллельных или зигзагообразных полос.  In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the inclined clamps are made lattice in the form of parallel or zigzag stripes.
В частном случае реализации заявленного технического решения наклонные зажимы выполнены в форме треугольника с роликом в одном углу и радиальными выточками с каждой стороны от ролика.  In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the inclined clamps are made in the form of a triangle with a roller in one corner and radial grooves on each side of the roller.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано: Details, features, and advantages of the present invention follow from the following description of embodiments of the claimed technical solution using the drawings, which show:
Фиг.1 -бур внешнероторный забойный.  Figure 1 - drill external rotary bottomhole.
Фиг.2 - вид Б-Б.  Figure 2 is a view of BB.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции: In the figures, the numbers indicate the following positions:
1 -материнская порода, грунт; 2 - обсадная труба или элементы обделки; 3 - разрушенная порода; 4 - входной канал в статоре; 5 - керн; 6 - керноприемный корпус; 7 - заглушка со стороны устья; 8 - переходник; 9 - шнеки; 10 - ротор; 11 - ролик статора; 12 - заслонка; 13 - вход переходного канала рабочего тела; 14 - межсекционная втулка; 15 - выход переходного канала рабочего тела; 16 -заглушка со стороны забоя; 17 - выходной канал в заглушке; 18 -канал для выхода отработавшего рабочего тела; 19 -крепёжпородоразрушающего инструмента; 20 - породоразрушающие элементы; 21 - статор; 22 - механизм поджима заслонки; 23 - рабочая камера; 24 -камера перехода рабочего тела; 25 - ролик ротора; 26 - наклонные зажимы; 27 - каналы перехода рабочего тела. 1 - mother rock, soil; 2 - casing or lining elements; 3 - destroyed rock; 4 - input channel in the stator; 5 - core; 6 - core receiving housing; 7 - a stub from the mouth; 8 - adapter; 9 - screws; 10 - rotor; 11 - stator roller; 12 - shutter; 13 - input transition channel of the working fluid; 14 - intersectional sleeve; 15 - output transition channel of the working fluid; 16 - plug from the side of the face; 17 - output channel in the plug; 18 -channel for the exit of the spent working fluid; 19 - fasteners of rock destruction tool; 20 - rock cutting elements; 21 - stator; 22 - mechanism for pressing the shutter; 23 - a working chamber; 24 - camera transition of the working fluid; 25 - rotor roller; 26 - inclined clamps; 27 - channels of the transition of the working fluid.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Сущность технического решения заключается в том, что бур внешнероторный, состоящий, по меньшей мере из двух соосных роторных секций, каждая из которых содержит внутренний статор, выполняющий роль оси, на которой от давления жидкости, газа или пара с возможной ротацией рабочего тела вращается ротор при этом, согласно изобретению породоразрушающий инструмент (буровые головки, коронки, долота, шарошки, фрезы) крепится непосредственно к торцу ротора по направлению забоя, а шнеки, расположенные на внешней поверхности роторов, выталкивают разрушенную породу или грунт в сторону устья, и отработавшее рабочее тело удаляет пульпу, оставляя керн в керноприёмном корпусе для последующего извлечением керна малого диаметра с помощью известных кернорвателей, а крупногабаритного керна и грунта для удаления известными механизированными способами с возможностью присутствия людей или роботов в туннеле для укрепления стенок кольцевыми сегментами. The essence of the technical solution lies in the fact that the external rotary drill, consisting of at least two coaxial rotor sections, each of which contains an internal stator that acts as an axis on which the rotor rotates when the pressure of a liquid, gas or steam with possible rotation of the working fluid according to the invention, the rock cutting tool (drill heads, crowns, chisels, cones, milling cutters) is attached directly to the end of the rotor in the direction of the face, and the screws located on the outer surface of the rotors push breed rock or soil towards the mouth, and the spent working fluid removes the pulp, leaving the core in the core receiving case for subsequent extraction of small diameter core using known core tapping machines, and large core and soil for removal by known mechanized methods with the possibility of the presence of people or robots in the tunnel for wall reinforcement with ring segments.
Непосредственным автономным мотором в забое, обеспечивающим вращение породоразрушающего инструмента, вытеснение разрушенной породы и формирование керна, является внешнероторный забойный движитель, состоящий, по меньшей мере, из двух соосных роторных секций. Возможно увеличение количества роторных секций по необходимости.  The direct autonomous motor in the face, providing rotation of the rock cutting tool, displacement of the destroyed rock and core formation, is an external rotary downhole mover consisting of at least two coaxial rotor sections. Possible increase in the number of rotor sections as necessary.
Каждая роторная секция содержит внутренний статор (21), выполненныйв форме полого цилиндра, и выполняющий роль оси, и внешний ротор (10), выполненный в форме полого цилиндра большего диаметра.  Each rotor section contains an internal stator (21), made in the form of a hollow cylinder, and acting as an axis, and an external rotor (10), made in the form of a hollow cylinder of larger diameter.
На внешней поверхности каждого внешнего ротора (10) установлен шнек (9) для вытеснения разрушенной породы из забоя в сторону устья для удаления отработавшим рабочим телом  A screw (9) is installed on the outer surface of each external rotor (10) to displace the destroyed rock from the face towards the mouth for removal by a spent working fluid
Роторные секции соединены между собой межсекционной втулкой (14). При этом крайняя к устью роторная секция соединена с заглушкой (7) со стороны устья. Заглушка со стороны устья соединена с переходником (8). Крайняя к забою роторная секция соединена с заглушкой (16) со стороны забоя, при этом заглушка (16) со стороны забоя содержит крепеж (19) породоразрушающего элемента с породоразрушающими элементами (20).  Rotor sections are interconnected by an intersectional sleeve (14). In this case, the rotor section extreme to the mouth is connected to the plug (7) from the mouth side. The mouth end cap is connected to an adapter (8). The rotor section closest to the bottom is connected to the plug (16) from the bottom side, while the plug (16) from the bottom side contains fasteners (19) of the rock cutting element with rock cutting elements (20).
Межсекционная втулка (14) и заглушки (7 и 16) выполнены в форме кольцевой детали - шайбы, обеспечивающей герметичность, сопряжения статор-ротор.  Intersectional sleeve (14) and plugs (7 and 16) are made in the form of an annular part - a washer, which ensures tightness, stator-rotor conjugation.
Во внутреннюю часть статора (21) вставлен керноприёмный корпус (6) в форме полого цилиндра.  A core receiver housing (6) in the form of a hollow cylinder is inserted into the inner part of the stator (21).
На внутренней поверхности ротора (10) установлены наклонные зажимы (26), в которых установлен ролик (25) ротора. На наружной поверхности статора (21) выполнена радиальная выточка, в которой расположена подпружиненная механизмом поджима (22) заслонка (12) с роликом (1 1) статора. On the inner surface of the rotor (10), inclined clamps (26) are installed in which the rotor roller (25) is mounted. A radial recess is made on the outer surface of the stator (21), in which a shutter (12), spring-loaded by the preload mechanism (22), is located with the stator roller (1 1).
Ролик (1 1) статора и ролик (25) ротора, расположенные между внутренней поверхностью ротора (10) и наружной поверхностью статора (21) образуют рабочую камеру (23).  The stator roller (1 1) and the rotor roller (25) located between the inner surface of the rotor (10) and the outer surface of the stator (21) form a working chamber (23).
При этом в стенках каждого статора (21) выполнены каналы (4) в виде расточки цилиндрического, овального или иного известного сечения для рабочего тела. Каналы (4) соединены с рабочей камерой (23) каждой роторной секции каналами перехода (27). В одной роторной секции может быть выполнено по меньшей мере два канала (канал входа и канал выхода).  Moreover, channels (4) are made in the walls of each stator (21) in the form of a bore of a cylindrical, oval or other known section for the working fluid. The channels (4) are connected to the working chamber (23) of each rotor section by transition channels (27). At least two channels (input channel and output channel) can be made in one rotary section.
Ролик (25) ротора, находясь в наклонных зажимах (26) ротора (10), под давлением рабочего тела обкатывается по наружной стороне статора (21 ). Ролик (11) статора, находясь в подвижной подпружиненной заслонке (12), размещенной в радиальной выточке статора (21), в результате давления рабочего тела на одну сторону заслонки (12) обкатывается по внутренней поверхности ротора (10) и неподвижным наклонным зажимам (26) второго ролика (25), расположенным на внутренней стороне ротора. Наклонные зажимы (26) второго ролика (25) предотвращают динамические удары при контактах роликов (1 1 и 26). От давления рабочего тела на ролик (25) ротор (10), выполненный в форме полого цилиндра большего диаметра, начинает вращательное движение.  The roller (25) of the rotor, being in the inclined clamps (26) of the rotor (10), is driven by the pressure of the working fluid along the outside of the stator (21). The stator roller (11), being in the movable spring-loaded shutter (12), located in the radial groove of the stator (21), is driven by the pressure of the working fluid on one side of the shutter (12) along the inner surface of the rotor (10) and fixed inclined clamps (26 ) a second roller (25) located on the inside of the rotor. The inclined clamps (26) of the second roller (25) prevent dynamic impacts at the contacts of the rollers (1 1 and 26). From the pressure of the working fluid on the roller (25), the rotor (10), made in the form of a hollow cylinder of a larger diameter, begins to rotate.
Рабочим телом может быть жидкая среда, газ (воздух), или пар, при этом предусмотрена возможность ротации рабочего тела в процессе выполнения работ. Для этого достаточно отключение входного канала (4) подачи рабочего тела от одного источника и подключение этого канала к другому источнику давления с помощью коллектора или других известных переключателей: вентиля, задвижки, соединительные головки.  The working fluid can be a liquid medium, gas (air), or steam, while the possibility of rotation of the working fluid during the execution of work is provided. To do this, it is enough to disconnect the input channel (4) for supplying the working fluid from one source and connect this channel to another pressure source using a manifold or other well-known switches: valves, gate valves, connecting heads.
Заслонка (12) выполнена, как правило, в форме прямоугольной трапеции в поперечном сечении, но не исключаются и другие криволинейные геометрические формы. Наклонные зажимы (26) удерживают ролик (25) и исключают динамические удары. Зажимы (26) могут быть решётчатыми, в форме параллельных или зигзагообразных полос. Наиболее приемлемым вариантом является форма треугольника с роликом в одном углу и радиальными выточками с каждой стороны от ролика.  The damper (12) is made, as a rule, in the form of a rectangular trapezoid in cross section, but other curved geometric shapes are not excluded. Inclined clamps (26) hold the roller (25) and prevent dynamic impacts. Clips (26) can be lattice, in the form of parallel or zigzag stripes. The most acceptable option is the shape of a triangle with a roller in one corner and radial recesses on each side of the roller.
Возможно размещение заслонки (12) с роликом (11 ) в выточке ротора, а наклонных зажимов (26) ролика (25) на внешней стороне статора. Но первый вариант предпочтителен с позиции металлоёмкости.  It is possible to place the shutter (12) with the roller (11) in the undercut of the rotor, and the inclined clamps (26) of the roller (25) on the outside of the stator. But the first option is preferable from the perspective of metal.
В стенках статоров (21), в заглушке (7) со стороны устья, в заглушке (16) со стороны забоя и в межсекционных втулках(14) выполнены совмещённые каналы в виде расточек для перехода рабочего тела из одной роторной секции в другую. Каналы в заглушках (7 и 16) выполнены в форме цилиндрического, овального или иного известного сечения. In the walls of the stators (21), in the plug (7) from the side of the mouth, in the plug (16) from the side of the face and in the intersection bushings (14), combined channels are made in the form boring for the transition of the working fluid from one rotor section to another. The channels in the plugs (7 and 16) are made in the form of a cylindrical, oval or other known section.
Каналы совмещены таким способом, что первоначально рабочее тело, подаваемое по гибким шлангам или по каналам в трубах, соединяемых переходником с входным каналом (4), поступает в рабочую камеру (23) первой роторной секции через канал перехода (27), при этом рабочее тело из рабочей камеры (23) первой секции, в момент образования мёртвой точки в ней, через канал (13)межсекционной втулки (14) переходит черезвходной канал (4) и канал перехода (27) в рабочую камеру (23) смежной роторной секции. Для чего роторы (10) смещены по оси и разделены межсекционной втулкой (14) с каналами (13) для перехода рабочего тела из одной роторной секции в другую таким способом, что в момент начала выхода рабочего тела при мёртвой точке в одной секции, рабочее тело под давлением не выходит наружу, а энергия возвращается в другую аналогичную роторную секцию в момент образования рабочей камеры в этой смежной секции для повторного использования в том же технологическом процессе.  The channels are combined in such a way that initially the working fluid supplied through flexible hoses or through channels in the pipes connected by the adapter to the input channel (4) enters the working chamber (23) of the first rotor section through the transition channel (27), while the working fluid from the working chamber (23) of the first section, at the time of the formation of a dead point in it, through the channel (13) of the intersectional sleeve (14) passes through the inlet channel (4) and the transition channel (27) into the working chamber (23) of the adjacent rotor section. For this, the rotors (10) are axially offset and separated by an intersectional sleeve (14) with channels (13) for transferring the working fluid from one rotary section to another in such a way that at the moment the working fluid begins to exit at a dead point in one section, the working fluid it doesn’t go out under pressure, and the energy returns to another similar rotor section at the time of formation of the working chamber in this adjacent section for reuse in the same process.
Возможен аналогичный переход рабочего тела в рабочую камеру (23) следующей роторной секции через переходной канал (13)межсекционной втулки (14). Таким способом осуществляется запуск и устойчивая работа забойного движителя без маховика и синхронизаторов.  A similar transition of the working fluid into the working chamber (23) of the next rotor section through the transition channel (13) of the intersection sleeve (14) is possible. In this way, the launch and stable operation of the downhole mover without a flywheel and synchronizers are carried out.
Отработавшее рабочее тело из последней роторной секции со стороны забоя через выполненный выходной канал (17) в заглушке (16) со стороны забоя удаляет разрушенную породу, вытесняемую шнеками (9), расположенными непосредственно на внешней стороне каждого ротора (10).  The spent working fluid from the last rotor section from the bottom side through the completed output channel (17) in the plug (16) from the bottom side removes the destroyed rock displaced by the screws (9) located directly on the outer side of each rotor (10).
Обсадная труба (2)на секции ротора со стороны устья обеспечивает целостность стенок скважины на всем протяжении эксплуатационного периода. При устройстве туннелей вместо обсадной трубы монтируется обделка, как конструктивный элемент, непосредственно воспринимающий давление грунта и обеспечивающий защиту от подземных вод и плывунов.  The casing (2) on the rotor section from the mouth side ensures the integrity of the borehole walls throughout the entire operational period. When installing tunnels, instead of a casing pipe, a lining is mounted as a structural element that directly perceives soil pressure and provides protection from groundwater and quicksand.
Рабочим телом служит насосная подача жидкости, компрессорная подача газа, воздуха, выхлопные газы двигателей или давление пара с возможностью ротации рабочего тела в процессе проходки. Таким способом при бурении обеспечивается одновременная промывка и продувка.  The working fluid is the pumping fluid supply, the compressor supplying gas, air, engine exhaust gases or steam pressure with the possibility of rotation of the working fluid during the sinking process. In this way, during drilling, simultaneous flushing and purging is ensured.
Во внутреннюю часть статора (21) вставлен керноприёмный корпус (6) в форме полого цилиндра. Керн (5) малых диаметров извлекают известными кернорвателями, а крупногабаритный керн, в частности при создании подземных переходов, туннелей и добыче полезных ископаемых, извлекают механизированным способом с возможным присутствием людей или роботов в забое (туннеле). При этом затраты значительно ниже, особенно по сравнению с фазным бурением - расширением выработки до необходимого диаметра за несколько проходов. A core receiver housing (6) in the form of a hollow cylinder is inserted into the inner part of the stator (21). Cores (5) of small diameters are extracted by known core tinkers, and large-sized cores, in particular when creating underpasses, tunnels and mining, are extracted mechanically with the possible presence of people or robots in the face (tunnel). At the same time, the costs are much lower especially compared to phase drilling - expanding production to the required diameter in several passes.
При работе бура внешнероторного в качестве забойного движителя процесс происходит следующим образом. Бур устанавливается торцевой частью на материнскую породу, грунт (1 ) и рабочее тело подается с буровой установки через шланги или каналы в трубах (не показаны на фиг.) в канал переходника (8) и через канал заглушки (7) со стороны устья переходит в совмещённый входной канал (4) статора (21) первой секции. Через каналы перехода (27) рабочее тело попадает в рабочую камеру (23) первой секции. Под давлением рабочего тела на наклонные зажимы (26), ролик ротора (25) приводит в движение ротор (10) и расположенные на нем шнеки (9). При подаче рабочего тела в рабочую камеру (23) параллельно к действию механизма поджима заслонки(12) пружиной (22), оказывается дополнительное давление рабочего тела на заслонку (12) в радиальном направлении для наиболее полноценного обкатывания ролика (1 1) статора (21) по внутренней поверхности ротора (10). При приближении ролика (25) ротора (10) по камере перехода рабочего тела (24) к каналу (27) статора (21) происходит выход рабочего тела - наступает так называемая мёртвая точка (МТ). В целях преодоления мертвой точки без маховика рабочее тело из первой секции через переходной канал (13) в межсекционной втулке (14) переходит во вторую секцию в момент образования в ней рабочей камеры.  When the external rotor drill operates as a downhole propulsion, the process occurs as follows. The drill is installed with the end part on the mother rock, soil (1) and the working fluid is supplied from the drilling rig through hoses or channels in pipes (not shown in Fig.) Into the adapter channel (8) and through the plug channel (7) from the mouth passes into combined input channel (4) of the stator (21) of the first section. Through the transition channels (27), the working fluid enters the working chamber (23) of the first section. Under the pressure of the working fluid on the inclined clamps (26), the rotor roller (25) drives the rotor (10) and the screws (9) located on it. When the working fluid is fed into the working chamber (23) in parallel to the action of the shutter pressing mechanism (12) by the spring (22), additional working fluid pressure is applied to the shutter (12) in the radial direction for the most complete rolling of the stator roller (1 1) (21) along the inner surface of the rotor (10). When the roller (25) of the rotor (10) approaches the transition chamber of the working fluid (24) to the channel (27) of the stator (21), the working fluid exits - the so-called dead point (MT) sets in. In order to overcome the dead point without a flywheel, the working fluid from the first section through the transition channel (13) in the intersectional sleeve (14) passes into the second section at the moment of formation of the working chamber in it.
Рабочий цикл во второй секции аналогичен процессу в первой секции с выходом рабочего тела под давлением в момент мертвой точки через канал (13), в следующую роторную секцию при её наличии или в выхлопной канал (17) при отсутствии третьей роторной секции, выталкивая породу (3), разрушенную породоразрушающимиэлементами (20) и вытесняемую шнеками (9) через переходник (8) по обсадной трубе (2).  The duty cycle in the second section is similar to the process in the first section with the release of the working fluid under pressure at the dead point through the channel (13), to the next rotary section, if any, or to the exhaust channel (17) in the absence of a third rotor section, pushing the rock (3 ), destroyed by rock-destroying elements (20) and displaced by screws (9) through an adapter (8) along the casing (2).
В процессе вращения известных породоразрушающих элементов (20), таких как, коронки, буроголовки, долота, шарошки, расположенных в крепежах непосредственно на внешнем роторе в торцевой части со стороны забоя, формируется керн (5) и удерживается в керноприемном корпусе (6), выполненным в форме полого цилиндра, вставляемого во внутреннюю часть статора (21). Керн (5) малых диаметров извлекается известными кернорвателями (на фиг.не показаны), а крупногабаритный керн (5) разрушается и удаляется с помощью известных механизмов с возможным присутствием человека или робота в забое. Менее затратный способ удаления керна (5) наиболее эффективен при устройстве пеших переходов в стеснённых условиях и прокладке туннелей.  In the process of rotation of known rock-destroying elements (20), such as crowns, boreheads, chisels, cones located in fasteners directly on the outer rotor in the end part from the bottom side, a core (5) is formed and held in a core receiving case (6), made in the form of a hollow cylinder inserted into the inner part of the stator (21). A core (5) of small diameters is extracted by known core drills (not shown in FIG.), And a large core (5) is destroyed and removed using known mechanisms with the possible presence of a person or a robot in the face. The less costly core removal method (5) is most effective when arranging pedestrian crossings in cramped conditions and tunneling.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Бур внешнероторный забойный, содержащий по меньшей мере две соосные роторные секции, и соединенные между собой межсекционной втулкой, выполненной с каналами перехода рабочего тела, и заглушки, расположенные с торцов роторных секций, отличающийся тем, что 1. Drill external rotary bottomhole, containing at least two coaxial rotor sections, and interconnected by an intersection sleeve made with the channels of the transition of the working fluid, and plugs located at the ends of the rotor sections, characterized in that
заглушка расположенная на торцевой части роторной секции по направлению забоя содержит породоразрушающие элементы, и выполнена с выходным каналом для рабочего тела,  the plug located on the end of the rotor section in the direction of the face contains rock-cutting elements, and is made with an output channel for the working fluid,
а заглушка расположенная на торцевой части роторной секции по направлению к устью выполнена с входным каналом для рабочего тела,  and the plug located on the end of the rotor section towards the mouth is made with an input channel for the working fluid,
при этом каждая роторная секция содержит статор с каналами для рабочего тела, являющегося осью и внешний ротор, с расположенными шнеками на внешней поверхности внешнего ротора,  each rotor section contains a stator with channels for the working fluid, which is the axis and the outer rotor, with the screws located on the outer surface of the outer rotor,
во внутренней части статора установлен полый керноприёмный корпус, при этом на внутренней поверхности внешнего ротора установлены наклонные зажимы, в которых установлен ролик ротора, а на наружной поверхности статора выполнена радиальная выточка, в которой расположена подпружиненная заслонка с роликом статора,  a hollow core receiver housing is installed in the inner part of the stator, while inclined clamps are installed on the inner surface of the outer rotor, in which the rotor roller is mounted, and a radial recess is made on the outer surface of the stator, in which a spring-loaded shutter with a stator roller is located,
причем ролик статора и ролик ротора, расположенные между внутренней поверхностью ротора и наружной поверхностью статора образуют рабочую камеру,  moreover, the stator roller and the rotor roller located between the inner surface of the rotor and the outer surface of the stator form a working chamber,
при этом каналы для рабочего тела, выполненные в статоре, соединены с рабочей камерой каждой роторной секции каналами для перехода рабочего тела,  wherein the channels for the working fluid made in the stator are connected to the working chamber of each rotor section by channels for moving the working fluid,
2. Бур по п.1 , отличающийся тем, что межсекционная втулка и заглушки роторных секций выполнены в форме кольцевой детали, обеспечивающей герметичность, сопряжения статор-ротор.  2. The drill according to claim 1, characterized in that the intersectional sleeve and plugs of the rotor sections are made in the form of an annular part providing tightness, stator-rotor coupling.
3. Бур по п.1 , отличающийся тем, что в качестве рабочего тела используется жидкая среда или газ или пар, при этом бур выполнен с возможностью ротации рабочего тела.  3. The drill according to claim 1, characterized in that the liquid medium or gas or steam is used as the working fluid, while the drill is made with the possibility of rotation of the working fluid.
4. Бур по п.1 , отличающийся тем, что заслонка выполнена в форме прямоугольной трапеции в поперечном сечении.  4. The drill according to claim 1, characterized in that the shutter is made in the form of a rectangular trapezoid in cross section.
5. Бур по п.1 , отличающийся тем, что наклонные зажимы выполнены решётчатыми, в форме параллельных или зигзагообразных полос.  5. The drill according to claim 1, characterized in that the inclined clamps are lattice-shaped, in the form of parallel or zigzag stripes.
6. Бур по п.1 , отличающийся тем, что наклонные зажимы выполнены в форме треугольника с роликом в одном углу и радиальными выточками с каждой стороны от ролика.  6. The drill according to claim 1, characterized in that the inclined clamps are made in the form of a triangle with a roller in one corner and radial grooves on each side of the roller.
PCT/RU2016/000846 2016-10-17 2016-12-02 External rotor down-the-hole drill WO2018074944A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140694A RU2645019C1 (en) 2016-10-17 2016-10-17 Outer rotary downhole drill
RU2016140694 2016-10-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018074944A1 true WO2018074944A1 (en) 2018-04-26

Family

ID=61226929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000846 WO2018074944A1 (en) 2016-10-17 2016-12-02 External rotor down-the-hole drill

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2645019C1 (en)
WO (1) WO2018074944A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11670977B2 (en) 2019-04-24 2023-06-06 Black & Decker Inc. Outer rotor brushless motor stator mount

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113153196B (en) * 2021-01-04 2022-10-21 成都理工大学 Stress-preserving coring intelligent rock core extraction system and method
CN112324374B (en) * 2021-01-04 2021-04-20 成都理工大学 Stress-preserving coring device and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1221308A1 (en) * 1984-08-16 1986-03-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения Auger drill for rotary-percussive core drilling
WO1993008374A1 (en) * 1991-10-18 1993-04-29 Roe, John, Richard, Neville Wing motor
RU2049902C1 (en) * 1989-07-12 1995-12-10 Нагибин Лев Николаевич Positive displacement downhole motor
RU2164999C2 (en) * 1994-01-13 2001-04-10 Лоуренс Харрис Гари Downhole motor, drilling device and drilling unit
RU2012109404A (en) * 2012-03-12 2013-09-20 Владимир Митрофанович Панченко EXTERNAL ENGINE

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1007613C2 (en) * 1997-10-21 1999-04-23 Grup Ir Arnold Willem Josephus Vibration-free roller blade motor and roller blade pump.
RU2224077C2 (en) * 2001-01-31 2004-02-20 Дочерняя компания "Укргазвидобування" Well engine
RU2463455C1 (en) * 2011-02-24 2012-10-10 Владимир Митрофанович Панченко Rotary ball-type engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1221308A1 (en) * 1984-08-16 1986-03-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения Auger drill for rotary-percussive core drilling
RU2049902C1 (en) * 1989-07-12 1995-12-10 Нагибин Лев Николаевич Positive displacement downhole motor
WO1993008374A1 (en) * 1991-10-18 1993-04-29 Roe, John, Richard, Neville Wing motor
RU2164999C2 (en) * 1994-01-13 2001-04-10 Лоуренс Харрис Гари Downhole motor, drilling device and drilling unit
RU2012109404A (en) * 2012-03-12 2013-09-20 Владимир Митрофанович Панченко EXTERNAL ENGINE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11670977B2 (en) 2019-04-24 2023-06-06 Black & Decker Inc. Outer rotor brushless motor stator mount
US11973374B2 (en) 2019-04-24 2024-04-30 Black & Decker Inc. Outer rotor brushless motor having an axial fan

Also Published As

Publication number Publication date
RU2645019C1 (en) 2018-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2405904C2 (en) Drilling assembly for well (versions) and support mechanism and turbine power plant for drilling assembly
EP1430199B1 (en) An inverted motor for drilling
US6047778A (en) Percussion drill assembly
US5957220A (en) Percussion drill assembly
CN103643891B (en) A kind of large-torque combination screw drill
US10161187B2 (en) Rotor bearing for progressing cavity downhole drilling motor
CN108104715B (en) Torsion impactor based on turbine and gear
RU2645019C1 (en) Outer rotary downhole drill
CN102003145B (en) Hole driven type horizontal directional drilling reverse circulation hole dilating drill
CN105927144B (en) Underground speed-raising instrument with axial impact function
CN108798503B (en) Screw type circumferential impact drilling tool
EP2673450B1 (en) Annulus ring hole drill
CN103982134B (en) A kind of reverse circulation drilling well tool
EP2964867B1 (en) Positionable downhole gear box
CN104632072B (en) Underground vibration impact tool based on turbine and double helix ball screw
CN106593296A (en) Underground double-acting accelerator
CN108049803B (en) Impeller type differential torque impact device
CN106894756A (en) A kind of hydraulic blow helicoid hydraulic motor
US5853052A (en) Hydraulic drive for rotation of a rock drill
CN114293913A (en) Downhole friction reducing and resistance reducing tool and method based on mechanical decoupling
CN110056309B (en) Fixed-shaft rotary positive displacement power tool
CN112922530B (en) Air reverse circulation down-the-hole hammer self-rotation drilling tool for directional drilling
CN113738268B (en) Impact rock drilling equipment
CN117365329B (en) Downhole turbine driving sleeve shoe system
CN111075347B (en) Torsion impactor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16919454

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16919454

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1