RU2010961C1

RU2010961C1 - Submersible drilling tool

Info

Publication number: RU2010961C1
Authority: RU
Inventors: Н.А. Беляев
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: drilling. SUBSTANCE: drilling tool has block of working cylinders 1, striking pistons 2 and 3, ring valve 4, eccentric 5, seat 6 and valve box 7. Seat 6 and eccentric 5 are fixed with pins 8 and 9. Drill bits 13 and 14 are mounted in frontal part of working block of cylinders fixed with key 15. Striking pistons 2 and 3 with increased and decreased working areas by specific mass and energy of impact are balanced. Such drilling tool provides for effective cleaning of face and removal of slime to entrance of borehole. Design makes it possible to develop a number of versions of drilling tools intended for drilling of boreholes having diameter 220-500 mm. Effective distraction of whole area of face is achieved thanks to increased diameter of at least one of working cylinders with striking piston face part of drill bit overlaps distance from outer contour to axis of drilling tool. EFFECT: simplified design, improved efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горным машинам и может быть использовано для повышения производительности бурения скважин большого диаметра за один проход разного назначения. The invention relates to mining machines and can be used to increase the productivity of drilling large diameter wells in one pass for various purposes.

Известны устройства для бурения скважин большого диаметра, к ним относится пневмоударный снаряд для бурения скважин диаметром 300. . . 350 мм за один проход, который состоит из пневмоударников П150 и двух буровых коронок долотчатого типа. Это позволяет полностью перекрыть диаметр буримой скважины лезвиями, примыкающими друг к другу, коронок долотчатого типа [1] . Known devices for drilling large diameter wells, these include a pneumatic hammer for drilling wells with a diameter of 300.. . 350 mm in one pass, which consists of P150 hammers and two chisel-type drill bits. This allows you to completely block the diameter of the borehole with blades adjacent to each other, bits of chiselled type [1].

Такой пневмоударный погружной буровой снаряд имеет низкую надежность и производительность бурения, так как скважина большого диаметра калибруется только двумя точками долотчатых коронок, что приводит к быстрому их износу и поломкам. При бурении двумя коронками долотчатого типа контур скважины получается не круглой формы, он имеет вид треугольника с овальными углами. Это ведет к дополнительному сопротивлению при вращении и заклиниванию снаряда в скважине. Such a pneumatic impact submersible drill has low reliability and drilling performance, since a large diameter well is calibrated with only two points of chiselled crowns, which leads to their rapid wear and breakdown. When drilling with two bits of a chiselled type, the contour of the well is not round, it looks like a triangle with oval angles. This leads to additional resistance during rotation and jamming of the projectile in the well.

Известен также пневмоударный буровой снаряд, предназначенный для бурения скважин большого диаметра за один проход. Этот снаряд состоит из семи серийных пневмоударников, шесть внешних и один центральный с буровыми коронками, имеющими круглую форму забойной части. Ударные механизмы снаряда работают не синхронно, а каждая внешняя буровая коронка контактирует со стенкой скважины только одним уголком твердосплавного лезвия, что резко снижает долговечность коронок. Центральная часть скважины поражается пневмоударником, смонтированным в центре снаряда. Этот пневмоударник по скорости бурения может опережать или отставать от внешних пневмоударников, что может приводить к повышенным нагрузкам и поломкам коронки. Буровой снаряд, состоящий из семи пневмоударников, сложный в изготовлении, имеет большую массу и низкую надежность в работе. Also known is a pneumatic hammer drill designed for drilling large diameter wells in one pass. This shell consists of seven serial pneumatic hammers, six external and one central with drill bits having a round bottomhole shape. The impact mechanisms of the projectile do not work synchronously, and each external drill bit contacts the borehole wall with only one corner of the carbide blade, which sharply reduces the longevity of the crowns. The central part of the well is hit by a hammer mounted in the center of the projectile. This hammer, in terms of drilling speed, can be ahead or behind external hammers, which can lead to increased loads and crown breakage. The drill, consisting of seven hammers, difficult to manufacture, has a large mass and low reliability.

Известен погружной буровой снаряд (прототип), который состоит из центральной буровой коронки, закрепленной в блоке цилиндров, и периферийных коронок. Со стороны внешних боковых поверхностей головки центральной коронки выполнены опорные площадки, а со стороны примыкающей к центральной коронке, на головках периферийных коронок выполнены посадочные выступы. В блоке рабочих цилиндров размещены ударники. Воздухораспределительное устройство снабжено трубкой, которая устанавливается с внешней стороны цилиндрической поверхности клапана. Надклапанная полость сообщается с камерой обратного хода через обводной канал, трубку и через отверстие в блоке цилиндров. Буровые коронки связаны между собой, образуя сплошную забойную часть [2] . Known submersible drill (prototype), which consists of a central drill bit fixed in the cylinder block, and peripheral crowns. On the side of the external lateral surfaces of the head of the central crown, support pads are made, and on the side adjacent to the central crown, landing tabs are made on the heads of the peripheral crowns. In the block of working cylinders drummers are placed. The air distribution device is provided with a tube that is installed on the outside of the cylindrical surface of the valve. The valvular cavity communicates with the reverse chamber through the bypass channel, the tube and through the hole in the cylinder block. Drill bits are interconnected, forming a continuous bottomhole part [2].

Недостатки этого бурового снаряда следующие. The disadvantages of this drill are as follows.

Конструкция сложна в изготовлении и имеет низкую надежность в работе, так как шесть буровых коронок удерживаются от выпадания одной шпонкой и в подвешенном состоянии бурового снаряда их установить одновременно невозможно. The design is difficult to manufacture and has low reliability, since six drill bits are prevented from falling out by one key and in the suspended state of the drill they cannot be installed at the same time.

При бурении по абразивным породам, когда наступает быстрый износ по внешнему диаметру забойной части составных коронок, долговечность их быстро падает, что приводит к возрастанию стоимости бурения 1 м скважины. Это связано с тем, что внешние буровые коронки устанавливаются только в одном положении и имеют одну рабочую выпуклую сторону для обработки контура скважины. When drilling through abrasive rocks, when rapid wear occurs along the outer diameter of the bottomhole part of the composite crowns, their durability quickly drops, which leads to an increase in the cost of drilling 1 m of the well. This is due to the fact that external drill bits are installed in only one position and have one working convex side for processing the well contour.

Цель изобретения - упрощение конструкции при одновременном повышении надежности работы. The purpose of the invention is to simplify the design while improving reliability.

Для достижения этой цели, в отличие от прототипа, по меньшей мере один из рабочих цилиндров с ударным поршнем имеет увеличенную рабочую площадь, при этом забойная часть буровой коронки, связанной с этим цилиндром, увеличена по площади и охватывает расстояние от внешнего контура до оси бурового снаряда, а воздухоподводящий канал в камеры обратного хода поршней смещен от центра в сторону рабочих цилиндров с ударными поршнями с меньшей рабочей площадью, причем плоский клапан выполнен и установлен на центральном направляющем пояске втулки, которая выполнена в виде эксцентрика, ось верхнего направляющего пояска которого совпадает с осью клапана, а нижняя цилиндрическая поверхность сопрягается с расточкой в корпусе, причем втулка имеет сквозной канал, сопряженный с воздухоподводящим каналом в камеры обратного хода поршней. To achieve this, unlike the prototype, at least one of the working cylinders with a shock piston has an increased working area, while the bottomhole part of the drill bit associated with this cylinder is increased in area and covers the distance from the outer contour to the axis of the drill and the air supply channel to the piston return chamber is shifted from the center towards the working cylinders with shock pistons with a smaller working area, and the flat valve is made and installed on the central guide belt of the sleeve, to The latter is made in the form of an eccentric, the axis of the upper guide belt of which coincides with the axis of the valve, and the lower cylindrical surface mates with a bore in the body, and the sleeve has a through channel that is interfaced with the air supply channel to the piston return chambers.

Для повышения надежности синхронного запуска ударных поршней и обеспечения их стабильной синхронной работы ударные поршни увеличенного рабочего цилиндра и цилиндров с меньшей рабочей площадью по удельной массе и удельной энергии удара уравновешены. To increase the reliability of the synchronous start of the shock pistons and ensure their stable synchronous operation, the shock pistons of the enlarged working cylinder and cylinders with a smaller working area in terms of specific gravity and specific impact energy are balanced.

Такое решение позволяет обеспечить поражение всей площади забоя породоразрушающими элементами буровых коронок при бурении скважин большого диаметра за один проход, упростить конструкцию бурового снаряда, повысить его надежность и производительность бурения. При этом сокращается количества рабочих цилиндров и буровых коронок. За счет применения трех ударных механизмов разной мощности, со стороны забоя скважины образованы дополнительные свободные пространства и продольные пазы между пневмоударными механизмами с увеличенным проходным сечением. Это позволяет уменьшить сопротивление перемещению шлама при удалении его к устью скважины, улучшить очистку забоя и снизить энергоемкость разрушения. This solution allows you to ensure the defeat of the entire face of the rock-cutting elements of the drill bits when drilling large diameter wells in one pass, to simplify the design of the drill, increase its reliability and drilling performance. This reduces the number of working cylinders and drill bits. Due to the use of three percussion mechanisms of different power, additional free spaces and longitudinal grooves between pneumatic impact mechanisms with an increased passage section are formed from the bottom of the well. This allows you to reduce the resistance to movement of the sludge when removing it to the wellhead, to improve the cleaning of the bottom and reduce the energy intensity of the destruction.

На фиг. 1 изображен буровой снаряд, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид спереди. In FIG. 1 shows a drill, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same front view.

Буровой снаряд состоит из корпуса 1, в котором размещены блок рабочих цилиндров, ударные поршни с увеличенной 2 и уменьшенной 3 рабочей площадью, кольцевой клапан 4, установленный на верхнем цилиндрическом направляющем пояске эксцентрика 5 между седлом 6 и коронкой 7. Седло 6 фиксировано штифтом 8, эксцентрик 5 также штифтом 9. На нижней цилиндрической поверхности 10 эксцентрика 5 размещено седло 6. Коробка 7 и седло 6 поджаты переходником 11 через упругий элемент 12. В передней части корпуса 1 установлены буровые коронки с увеличенной головкой 13 и уменьшенной 14 с выпуклыми рабочими внешними сторонами. Коронки 13 и 14 удерживаются от выпадения шпонкой 15. The drill consists of a housing 1, in which a block of working cylinders, shock pistons with increased 2 and reduced 3 working area, an annular valve 4 mounted on the upper cylindrical guide belt of the cam 5 between the seat 6 and the crown 7. The seat 6 is fixed with a pin 8, the eccentric 5 is also a pin 9. On the lower cylindrical surface 10 of the eccentric 5 there is a saddle 6. The box 7 and the saddle 6 are pressed by the adapter 11 through the elastic element 12. Drill bits with an enlarged head 13 are installed in the front of the housing 1 and the mind nshennoy 14 with convex outer working sides. Crowns 13 and 14 are kept from falling out by a key 15.

Воздухоподводящий канал 16 в камере 17 обратного хода поршней 2 и 3 смещен от центра в сторону рабочих цилиндров с ударными поршнями 3 с меньшей рабочей площадью. Ось верхнего направляющего пояска эксцентрика 5 совпадает с осью клапана 4, а нижняя цилиндрическая поверхность 10 сопрягается с расточкой в корпусе 1. Ударные поршни с увеличенной 2 и уменьшенной 3 рабочей площадью блока рабочих цилиндров по удельной массе и удельной энергии удара уравновешены. Для продувки забоя выполнен канал 18. The air supply channel 16 in the chamber 17 of the reverse stroke of the pistons 2 and 3 is offset from the center towards the working cylinders with shock pistons 3 with a smaller working area. The axis of the upper guide belt of the eccentric 5 coincides with the axis of the valve 4, and the lower cylindrical surface 10 is mated with a bore in the housing 1. Impact pistons with an increased 2 and reduced 3 working area of the working cylinder block are balanced in terms of specific gravity and specific impact energy. Channel 18 was made to purge the face.

Погружной буровой снаряд работает следующим образом. При работе бурового снаряда сжатый воздух по ставу штанг подается к воздухораспределительному устройству. Клапан 4 перемещается на верхнем цилиндрическом пояске эксцентрика 5. При положении клапана 4, показанного на фиг. 1, воздух для выполнения обратного хода поршней 2 и 3 поступает от клапанной щели через канал в эксцентрике 5 и канал в корпусе 1, в камеры 17 под ударными поршнями 2 и 3. Для выполнения прямого хода воздух после перекидки клапана 4 проходит через отверстие в седле клапана 6 в камеры над поршнями 2 и 3. Выхлоп воздуха происходит через окна в стенках рабочих цилиндров корпуса 1. Таким образом поршни 2 и 3 наносят удары по буровым коронкам 13 и 14. Submersible drill works as follows. During the operation of the drill, compressed air is supplied to the air distribution device along the rod set. The valve 4 moves on the upper cylindrical belt of the eccentric 5. With the position of the valve 4 shown in FIG. 1, air for performing the reverse stroke of the pistons 2 and 3 comes from the valve slit through the channel in the eccentric 5 and the channel in the housing 1, into the chambers 17 under the shock pistons 2 and 3. To perform a direct stroke, the air after the valve 4 is thrown passes through the hole in the seat valve 6 into the chambers above the pistons 2 and 3. Air exhaust occurs through the windows in the walls of the working cylinders of the housing 1. Thus, the pistons 2 and 3 strike the drill bits 13 and 14.

Для обеспечения полной, без образования керна обработки забоя скважины буровым снарядом упрощенной конструкции, содержащей три рабочих цилиндра 1, один из рабочих цилиндров с ударным поршнем 2 имеет увеличенную рабочую площадь, а забойная часть буровой коронки 13 перекрывает расстояние от внешнего контура до оси бурового снаряда. При этом воздухоподводящий канал 16 в камеры 17 обратного хода поршней 2 и 3 смещен от центра в сторону рабочих цилиндров с ударными поршнями 3 с меньшей рабочей площадью. Ось верхнего направляющего пояска эксцентрика 5 совпадает с осью клапана 4, а нижняя цилиндрическая поверхность сопрягается с отверстием седла и расточкой в воздухоподводящем канале 16. To ensure complete, without core formation, drilling of the bottom of the well with a drill of a simplified design, containing three working cylinders 1, one of the working cylinders with an impact piston 2 has an increased working area, and the bottom-hole part of the drill bit 13 covers the distance from the external contour to the axis of the drill. In this case, the air supply channel 16 to the return chamber 17 of the pistons 2 and 3 is offset from the center towards the working cylinders with shock pistons 3 with a smaller working area. The axis of the upper guide belt of the eccentric 5 coincides with the axis of the valve 4, and the lower cylindrical surface mates with the hole of the seat and the bore in the air supply channel 16.

Для повышения надежности синхронного запуска ударных поршней и обеспечения их стабильной синхронной работы, ударные поршни 2 и 3 по удельной массе и удельной энергии удара уравновешены. To increase the reliability of the synchronous start of the shock pistons and ensure their stable synchronous operation, the shock pistons 2 and 3 in terms of specific gravity and specific energy of impact are balanced.

Продувка забоя скважины осуществляется через воздухоподводящий канал 16 по каналу 18, кроме того, через центральные отверстия в буровых коронках 13 и 14 за счет отбора воздуха из камер 17 обратного хода поршней 2 и 3. (56) Н. Н. Есин, А. Д. Костылев и др. Пневматические машины ударного действия для проходки скважин и шпуров. Новосибирск, Наука, 1986, с. 51. The bottom hole is blown through the air supply channel 16 along the channel 18, in addition, through the central holes in the drill bits 13 and 14 due to air sampling from the chambers 17 of the reverse pistons 2 and 3. (56) N.N. Esin, A. D Kostylev et al. Pneumatic impact machines for drilling holes and holes. Novosibirsk, Nauka, 1986, p. 51.

Авторское свидетельство СССР N 607969, кл. Е 21 С 3/24, 1978. USSR author's certificate N 607969, cl. E 21 C 3/24, 1978.

Claims

SUBMERSIBLE DRILLING EQUIPMENT, including a block of working cylinders with an air supply channel placed in the housing in the shock piston return chambers, a common flat valve located between the seat and the box, drill bits with convex working sides, characterized in that, in order to simplify the design while increasing reliability in operation, at least one of the working cylinders with a shock piston has an increased working area, while the bottomhole part of the drill bit associated with this cylinder is increased in area di covers the distance from the external contour to the axis of the drill, and the air supply channel to the piston return chamber is shifted from the center towards the working cylinders with shock pistons with a smaller working area, and the flat valve is made annular and mounted on the central guide belt of the sleeve, which is made in the form of an eccentric, the axis of the upper guide belt of which coincides with the axis of the valve, and the lower cylindrical surface mates with a bore in the housing, and the sleeve has a through channel, mating enny with air supply channel in the piston return stroke chamber.