RU2067148C1

RU2067148C1 - Circular air hammer

Info

Publication number: RU2067148C1
Application number: RU94016138/03A
Authority: RU
Inventors: А.А. Липин; ницкий Б.Н. Смол; Б.Н. Смоляницкий; В.И. Марус
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1994-05-04
Filing date: 1994-05-04
Publication date: 1996-09-27

Abstract

FIELD: mining, particular, devices for hole drilling applicable in mining, hydrogeology and geological prospecting. SUBSTANCE: circular air hammer includes percussive mechanism with exhaust channel towards hole bottom, drilling cuttings transportation pipe, and drilling tool with central channel for receiving drilling cuttings and having receiving and mixing chambers separated by partition with central hole. Diameter of partition central hole, inner diameter of drilling cuttings transportation pipe and parameters of mixing chamber are taken from the relations d_n≅ d_t = (0.4-0.5)D, L= (1.2-1.5)D, where d_n is diameter of partition central hole; d_t is inner diameter of drilling cuttings transportation pipe; D and L are diameter and length of mixing chamber. Besides, mixing chamber is communicated with exhaust passage by means of channels, and partition has radial recesses also communicated with exhaust passage by means of channels. EFFECT: extended technological capabilities due to drilling, practically, any type of rocks under normal technogenic conditions. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин и может найти применение в горной промышленности, гидрогеологии и геологоразведке. The invention relates to a device for drilling wells and may find application in the mining industry, hydrogeology and exploration.

Известен кольцевой пневмоударник (авт. св. N 1370218), предназначенный для бурения скважин преимущественно в вечномерзлых породах, включающий корпус, ступенчатый ударник со сквозным осевым каналом, кольцевой породоразрушающий инструмент и шламотранспортную трубу, составляющие шламоприемный канал. Known annular hammer (ed. St. N 1370218), designed for drilling wells mainly in permafrost, including a housing, step hammer with a through axial channel, an annular rock cutting tool and a slam-transfer pipe that make up the sludge receiving channel.

Технологическая возможность этого пневмоударника ограничена бурением вечномерзлых пород. При бурении же легкоразрушаемых пластических пород происходит зашламовывание шламоприемного канала. The technological ability of this hammer is limited by the permafrost drilling. During drilling of easily destructible plastic rocks, sludge receiving channel is sludged.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является кольцевой пневмоударник (авт. св. N 1671836), включающий корпус, ступенчатый ударник со сквозным осевым каналом, кольцевой породоразрушающий инструмент и центральную шламотранспортную трубу, составляющие шламоприемный канал. Closest to the technical nature of the present invention is an annular hammer (ed. St. N 1671836), comprising a housing, a step drummer with a through axial channel, an annular rock cutting tool and a central slurry transfer pipe constituting a sludge receiving channel.

Известный кольцевой пневмоударник предназначен для бурения вечномерзлых пород, что технологическая возможность ограничена и при бурении мягких, увлажненных пластических пород происходит зашламовывание шламоприемного канала. Большая масса разрушенной породы не успевает пройти через шламоприемный канал и далее на поверхность. Выхлоп пневмоударника резко перекрывается и его работа прекращается. Во многих случаях (увлажненная глинистая порода) не достигается эффект очистки шламоприемного канала даже при так называемой "расходке", т. е. при отрыве пневмоударника от забоя с целью продувки его каналов магистральным сжатым воздухом. The well-known annular hammer is designed for drilling permafrost, that technological ability is limited and when drilling soft, moist plastic rocks, sludge receiving channel is sludged. A large mass of the destroyed rock does not have time to pass through the sludge receiving channel and further to the surface. The hammer exhaust sharply shuts off and its operation stops. In many cases (humidified clay rock), the effect of cleaning the sludge receiving channel is not achieved even with the so-called "flow rate", that is, when the hammer is separated from the face in order to purge its channels with main compressed air.

Техническая задача изобретения расширение технологических возможностей пневмоударника за счет обеспечения бурения практически любых пород. The technical task of the invention is the expansion of the technological capabilities of the hammer by ensuring the drilling of almost any rock.

Задача решается посредством того, что кольцевой пневмоударник включает ударный механизм с выхлопным трактом на забой, шламотранспортную трубу и буровой инструмент с центральным шламоприемный каналом, который выполнен с заборной и смесительной камерами, разделенными перегородкой с центральным отверстием, причем диаметр центрального отверстия перегородки, внутренний диаметр шламотранспортной трубы и параметры смесительной камеры выбирают из соотношений:
d_п ≅ d_т (0,4 0,5) D;
L (1,2 1,5)D,
где d_n диаметр центрального отверстия перегородки;
d_т внутренний диаметр шламотранспортной трубы;
D и L диаметр и длина смесительной камеры.The problem is solved by the fact that the annular hammer includes a percussion mechanism with an exhaust path to the bottom, a slurry conveyor pipe and a drilling tool with a central slurry receiving channel, which is made with an intake and mixing chambers separated by a partition with a central hole, the diameter of the central opening of the partition and the inner diameter of the slurry transport pipes and parameters of the mixing chamber are selected from the ratios:
d _p ≅ d _t (0.4 0.5) D;
L (1.2 1.5) D,
where d _{n the} diameter of the Central hole of the septum;
d _t inner diameter of the sludge transport pipe;
D and L are the diameter and length of the mixing chamber.

Кроме того, смесительная камера соединена каналами с выхлопным трактом, а перегородка снабжена радиальными пазами, также соединенными каналами с выхлопным трактом. In addition, the mixing chamber is connected by channels to the exhaust tract, and the partition is provided with radial grooves, also connected by channels to the exhaust tract.

С целью расширения технологической возможности кольцевых пневмоударников, которые бы могли бурить не только крепкие породы, но и скважины в мягких и пластических породах, необходимо обеспечить хорошую очистку кольцевого забоя и эффективный вынос разрушенной породы на поверхность. В связи с этим шламоприемный канал в буровом инструменте выполнен из двух камер: заборной и смесительной, разделенных перегородкой с центральным отверстием, которое калибрует шлам по фракциям и обеспечивает свободный проход его в шламотранспортную трубу. Очистку забоя и вынос шлама на поверхность обеспечивает давление выхлапываемого сжатого воздуха. Поэтому в корпусе бурового инструмента выполнены каналы, направляющие сжатый воздух на забой и в смесительную камеру. In order to expand the technological capabilities of annular hammers, which could drill not only hard rocks, but also wells in soft and plastic rocks, it is necessary to ensure good cleaning of the annular face and effective removal of the destroyed rock to the surface. In this regard, the sludge receiving channel in the drilling tool is made of two chambers: intake and mixing, separated by a partition with a central hole, which calibrates the sludge into fractions and ensures its free passage into the sludge transport pipe. Cleaning of the bottom and removal of sludge to the surface provides pressure exhaled compressed air. Therefore, channels are made in the body of the drilling tool, directing compressed air to the face and into the mixing chamber.

Для обеспечения эффективного выноса шлама на поверхность, параметры шламоприемного канала и шламотранспортной трубы должны удовлетворять соотношениям, которые указаны выше. В частности диаметр центрального отверстия перегородки d_п должен быть меньше или равен внутреннему диаметру шламотранспортной трубы d_т. Это соотношение определено тем, что отверстие d_п в перегородке выполняет роль калибратора и в смесительную камеру поступает шлам, размеры частиц которого не превышают размеры внутреннего диаметра шламотранспортной трубы d_т. Кроме того, диаметр смесительной камеры должен быть в два или более раза больше внутреннего диаметра шламотранспортной трубы d_т, а длина смесительной камер должна быть в 1,2 1,5 раза больше ее диаметра. Эти соотношения определены тем, что при бурении мягких пластических пород, через отверстие d_п перегородки в смесительную камеру могут пройти частицы шлама, которые по длине больше диаметра d_т шламотранспортной трубы.To ensure effective removal of sludge to the surface, the parameters of the sludge receiving channel and sludge transport pipe must satisfy the ratios indicated above. In particular, the diameter of the central opening of the partition d _p must be less than or equal to the inner diameter of the sludge transport pipe d _t . This ratio is determined by the fact that the hole d _p in the partition acts as a calibrator and sludge enters the mixing chamber, the particle sizes of which do not exceed the dimensions of the inner diameter of the sludge transport pipe d _t . In addition, the diameter of the mixing chamber should be two or more times greater than the inner diameter of the sludge conveyor pipe d _t , and the length of the mixing chamber should be 1.2 to 1.5 times its diameter. These ratios are determined by the fact that when drilling soft plastic rocks, sludge particles that are longer than the diameter d _{t of the} sludge transport pipe can pass through the hole d _{p of the} partition into the mixing chamber.

Учитывая, что буровой инструмент вращается вместе с пневмоударником и в смесительную камеру постоянной подается выхлапываемый cжатый воздух, в этой камере происходит дополнительное разрушение шлама до размеров, позволяющих ему беспрепятственно пройти а шламотранспортную трубу и далее на поверхность. Considering that the drilling tool rotates together with a pneumatic impact tool and the exhaled compressed air is constantly fed into the mixing chamber, this chamber additionally destroys the sludge to a size that allows it to freely pass through the slurry transport pipe and further to the surface.

Новые конструктивные решения совместно с известными позволили разработать кольцевой пневмоударник, предназначенный для бурения в любых техногенных условиях, т. е. для бурения крепких пород и различных грунтов. New design solutions, together with the well-known ones, made it possible to develop an annular hammer, designed for drilling in any technogenic conditions, that is, for drilling hard rocks and various soils.

На фиг. 1 представлен продольный разрез нижней части кольцевого пневмоударника с цельным буровым инструментом; на фиг. 2 аналогичный разрез с составным буровым инструментом; на фиг. 3 вид пневмоударника со стороны забойной части. In FIG. 1 shows a longitudinal section through the bottom of an annular hammer with a solid drilling tool; in FIG. 2 a similar section with a compound drilling tool; in FIG. 3 view of the hammer from the downhole side.

Кольцевой пневмоударник состоит из корпуса 1, переходника 2, кольцевого ударника 3 со сквозным осевым каналом, внутри которого размещена шламотранспортная труба 4 с внутренним диаметром d_т, входящая нижним концом в центральный канал 5 хвостовика 6, который шлицами 7 через гайку 8 соединен с корпусом 1. К нижнему концу хвостовика 6 с помощью резьбы присоединен буровой инструмент 9, который на фиг. 1 изображен цельным, а на фиг. 2 составным.An annular hammer consists of a housing 1, an adapter 2, an annular hammer 3 with a through axial channel, inside of which there is a sludge conveyor pipe 4 with an inner diameter d _t that enters the lower end into the central channel 5 of the shank 6, which is connected to the housing 1 by splines 7 through a nut 8 A drilling tool 9 is attached to the lower end of the shank 6 by a thread, which in FIG. 1 is shown as one piece, and in FIG. 2 compound.

Составной буровой инструмент содержит корпус 10 и съемную коронку 11. Такой инструмент применяется в пневмоударниках, предназначенных для бурения скважин большого диаметра порядка 300 мм. В буровом инструменте 9 размещен центральный шламоприемный канал, который состоит из заборной 12 и смесительной 13 камер, разделенных перегородкой 14 с центральным отверстием диаметром d_n. Параметры смесительной камеры включают диаметр D и длину L. В корпусе бурового инструмента 9 выполнены каналы 15 выхлопного тракта, который каналами 16 соединен со смесительной камерой 13. Перегородка 14 снабжена радиальными пазами 17, соединенными каналами 18 с каналами 15 выхлопного тракта (фиг. 3). Забойная и сферическая части заборной 12 камеры снабжены твердосплавными вставками 19. На корпусе 1 установлен пакер 20.The composite drilling tool comprises a housing 10 and a removable crown 11. Such a tool is used in hammers designed for drilling large diameter wells of the order of 300 mm. In the drilling tool 9 is placed a Central sludge receiving channel, which consists of a intake 12 and a mixing chamber 13, separated by a partition 14 with a Central hole with a diameter of d _n . The parameters of the mixing chamber include a diameter D and a length L. In the body of the drilling tool 9, channels 15 of the exhaust duct are made, which is connected by channels 16 to the mixing chamber 13. The partition 14 is provided with radial grooves 17 connected by channels 18 to the channels of the exhaust tract (Fig. 3) . The bottomhole and spherical parts of the intake 12 of the chamber are equipped with carbide inserts 19. A packer 20 is installed on the housing 1.

Кольцевой пневмоударник работает следующим образом. Ring hammer works as follows.

К переходнику 2 пневмоударника через буровую колонну подводится сжатый воздух, под действием которого ударник 3 совершает возвратно-поступательное движение и наносит удары по хвостовику 6 бурового инструмента 9. Происходит внедрение твердосплавных вставок 19 в породу. Разрушенная порода, скапливаясь в заборной камере 12, под давлением выхлапываемого воздуха через отверстия d_n перегородки 14 и радиальные пазы 17 поступает в смесительную камеру 15. Размеры частиц породы, поступающей в смесительную камеру 15, ограничены размерами отверстия d_n перегородки 14 и размерами радиальных пазов 17. В противном случае эти частицы дополнительно измельчаются в заборной камере 12. При бурении вязких, пластических пород, в смесительную камеру 15 могут поступать не только частицы, но и кернообразные столбики, размеры которых по длине больше, чем диаметр шламотранспортной трубы d_т. В этом случае столбики при вращении пневмоударника и воздействия потока выхлапываемого воздуха, поступающего по каналам 15, 16 и 18, будут разрушаться в смесительной камере 13 и направляться далее в шламотранспортную трубу 4. Пакер 20 уплотняет пространство между корпусом 1 и скважиной и вся разрушенная порода, собираемая в заборной 12 камере, направляется в смесительную камеру и выносится на поверхность, тем самым обеспечивается 100-ный выход породы и повышается качество опробования при ведении разведочных работ.Compressed air is supplied to the hammer adapter 2 through the drill string, under the influence of which the hammer 3 reciprocates and strikes the shank 6 of the drilling tool 9. Carbide inserts 19 are introduced into the rock. The destroyed rock, accumulating in the intake chamber 12, under the pressure of the expelled air through the holes d _{n of the} partition 14 and the radial grooves 17 enters the mixing chamber 15. The size of the particles of rock entering the mixing chamber 15 is limited by the size of the hole d _{n of the} partition 14 and the dimensions of the radial grooves 17. Otherwise, these particles are additionally crushed in the intake chamber 12. When drilling viscous, plastic rocks, not only particles, but also core-shaped columns, the sizes of which Line larger than the diameter d _t shlamotransportnoy pipe. In this case, the columns during the rotation of the hammer and the impact of the flow of exhaled air entering through the channels 15, 16 and 18 will be destroyed in the mixing chamber 13 and sent further to the sludge transport pipe 4. The packer 20 seals the space between the housing 1 and the well and all the destroyed rock, collected in the intake chamber 12, sent to the mixing chamber and brought to the surface, thereby providing 100-th output of the rock and improves the quality of testing during exploration.

Предлагаемый кольцевой пневмоударник является универсальный буровой машиной, предназначенной для бурения скважин в песчаных и глинистых породах, илистых отложениях, зонах несцементированных песков и других породах, склонных к обрушению и может найти широкое применение в гидрогеологии и геологоразведке, когда необходимо бурить скважины с нулевой отметки. ЫЫЫ2 The proposed annular hammer is a universal drilling machine designed for drilling wells in sandy and clayey rocks, silty sediments, zones of cementless sands and other rocks prone to collapse and can be widely used in hydrogeology and exploration when it is necessary to drill wells from a zero mark. YYY2

Claims

1. Кольцевой пневмоударник, включающий ударный механизм с выхлопным трактом на забой, шламотранспортную трубу и буровой инструмент с центральным шламоприемным каналом, отличающийся тем, что шламоприемный канал выполнен с заборной и смесительной камерами, разделенными перегородкой с центральным отверстием, причем диаметр центрального отверстия перегородки, внутренний диаметр шламотранспортной трубы и параметры смесительной камеры выбирают из соотношений
d_п≅d_т=(0,4-0,5)D;
L=(1,2-0,4)D,
где d_п диаметр центрального отверстия перегородки;
d_т внутренний диаметр шламотранспортной трубы;
D и L диаметр и длина смесительной камеры.1. An annular hammer, including a percussion mechanism with an exhaust path to the bottom, a slurry transfer pipe and a drilling tool with a central sludge receiving channel, characterized in that the sludge receiving channel is made with an intake and mixing chambers separated by a partition with a central hole, the diameter of the central opening of the partition, the inner the diameter of the sludge conveyor pipe and the parameters of the mixing chamber are selected from the relations
d _p ≅d _t = (0.4-0.5) D;
L = (1.2-0.4) D,
where d _{p the} diameter of the Central hole of the septum;
d _t inner diameter of the sludge transport pipe;
D and L are the diameter and length of the mixing chamber.

2. Пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что смесительная камера соединена каналами с выхлопным трактом. 2. The hammer according to claim 1, characterized in that the mixing chamber is connected by channels to the exhaust tract.

3. Пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что перегородка снабжена радиальными пазами, соединенными каналами с выхлопным трактом. 3. The hammer according to claim 1, characterized in that the partition is provided with radial grooves connected by channels to the exhaust tract.