RU2178505C1

RU2178505C1 - Working member of self-contained drilling apparatus

Info

Publication number: RU2178505C1
Application number: RU2000123662/03A
Authority: RU
Inventors: А.М. Азизов; И.М. Асланов; А.Г. Курицын; А.И. Плугин
Original assignee: Азизов Азиз Мустафаевич; Асланов Исфендияр Мехтиевич; Курицын Андрей Григорьевич; Плугин Александр Илларионович
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2002-01-20

Abstract

FIELD: mining and construction industries; making holes and other workings for various purposes. SUBSTANCE: working member contains body in the form of interconnected truncated cones one of which is used for securing the working member in base of self-contained drilling apparatus. Working member body has rod along its axis. Rod base is fastened with the help of pylons in base of working member body. Mounted and tightened on said rod are separate truncated cones having circular nozzle holes in the form of continuous circular nozzle on joined faces-sides. Said separate parts of cone have their pylons and bushings used for installation on central rod. In this case, truncated cone has threaded bushing used for collection and fixing of conical working members of definite sizes and shape. Working member also has separate nozzle and mechanical cutters installed in pairs with them to perform gaging of section of made hole or working. Sections of circular nozzles are regulated quickly with the help of circular shims forming flow area of circular nozzle, its breaking physico-mechanical structure. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии проходки скважин и выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах и касается конструкций рабочих органов автономных бурильных аппаратов для осуществления этой технологии. The invention relates to a technology for sinking wells and workings in sedimentary rocks and frozen soils, and relates to structures of working bodies of autonomous drilling apparatuses for implementing this technology.

В настоящее время известны принципиальные технические решения в этой области, наиболее представительным и наиболее близким из которых является рабочий орган автономного бурильного аппарата, содержащий корпус, выполненный в виде полых конусов, соединенных между собой большими основаниями, расположенные в стенках корпуса породоразрушающие сопла, ориентированные по нормали и под углами к поверхности забоя, а также сопла, ориентированные в сторону, обратную забою, корпус рабочего органа своим основанием соединен с бурильным аппаратом, а его полость соединена с рабочим пространством генератора рабочего агента (а. с. СССР N 300608, E 21 B 7/14, 1971). At present, fundamental technical solutions in this field are known, the most representative and closest of which is the working body of an autonomous drilling apparatus, comprising a housing made in the form of hollow cones interconnected by large bases, rock-cutting nozzles located in the housing walls oriented along the normal and at angles to the surface of the face, as well as nozzles oriented in the direction opposite to the face, the body of the working body with its base is connected to the drilling apparatus, and the first cavity is connected with the working space of the working agent generator (a. s. USSR N 300608, E 21 B 7/14, 1971).

Этот рабочий орган имеет существенные и очевидные недостатки, заключающиеся в его принципиальной конструктивной схеме, которая не позволяет менять его физико-механические параметры и характеристики истекающих струй рабочего агента, что не позволяет оперативно вести выбор процессов взаимодействия этих струй с разрушаемой породой и взаимодействия отходящего потока от забоя и стенок скважины с породой и ее частицами. Эти недостатки снижают эффективность использования рабочего органа и общую эффективность всего аппарата. This working body has significant and obvious drawbacks, consisting in its basic structural scheme, which does not allow changing its physicomechanical parameters and characteristics of the expiring jets of the working agent, which does not allow for prompt selection of the processes of interaction of these jets with destructible rock and the interaction of the effluent from bottom and walls of the well with the rock and its particles. These disadvantages reduce the efficiency of use of the working body and the overall efficiency of the entire apparatus.

Технический результат данного изобретения заключается в улучшении процессов взаимодействия истекающих струй рабочего агента и всего рабочего органа с разрушаемой породой, позволяющих оперативно выбирать наиболее эффективные приемы и режимы операций взаимодействия струй рабочего агента и всего рабочего органа с разрушаемой породой за счет более эффективной конструкции рабочего органа. Этот технический результат в изобретении достигается за счет того, что рабочий орган автономного бурильного аппарата, содержащий корпус, выполненный в виде полых конусов, соединенных между собой большими основаниями, расположенные в стенках корпуса породоразрушающие сопла, ориентированные по нормали и под углами к поверхности забоя, а также сопла, ориентированные в сторону, обратную забою, корпус рабочего органа своим основанием соединен с бурильным аппаратом, а его полость соединена с рабочим пространством генератора рабочего агента, при этом корпус аппарата снабжен установленным на его оси и имеющим винтовую резьбу стержнем, один конец которого закреплен с помощью пилонов в основании корпуса рабочего органа, тело корпуса выполнено из составных частей, формирующих указанные полые конусы, в виде отдельных колец в форме усеченных конусов, закрепленных на пилонах, которые посредством втулок закреплены, в свою очередь, на стержне, стянуты и уплотнены с помощью торцевого усеченного конуса, в котором посредством пилонов закреплена винтовая втулка, посаженная на винтовую резьбу указанного стержня, причем часть сопел выполнена между поверхностями сопряжения указанных усеченных конусов в виде непрерывных по сечению кольцевых сопел, а на торце корпуса, в теле торцевого усеченного конуса, выполнено кольцевое забойное сопло и отдельные забойные сопла, при этом на стенках корпуса дополнительно закреплены механические резцы, калибрующие сечение проходимой скважины. The technical result of this invention is to improve the interaction processes of the expiring jets of the working agent and the entire working body with destructible rock, allowing you to quickly select the most effective methods and modes of operation of the interaction of the jets of the working agent and the whole working body with destructible rock due to the more efficient design of the working body. This technical result in the invention is achieved due to the fact that the working body of an autonomous drilling apparatus, comprising a housing made in the form of hollow cones interconnected by large bases, rock-cutting nozzles located in the housing walls, oriented along the normal and at angles to the face, and also nozzles oriented in the direction opposite to the bottom, the body of the working body with its base is connected to the drilling apparatus, and its cavity is connected to the working space of the working agent generator, the casing of the apparatus is equipped with a rod mounted on its axis and having a screw thread, one end of which is secured with pylons in the base of the body of the working body, the body of the casing is made of components forming these hollow cones, in the form of separate rings in the form of truncated cones, fixed on pylons, which, in turn, are fixed by means of bushes on the shaft, are tightened and sealed by means of an end truncated cone, in which by means of pylons there is fixed a screw sleeve mounted on a screw p the core of the specified rod, and part of the nozzles is made between the mating surfaces of these truncated cones in the form of annular nozzles continuous in cross section, and at the end of the body, in the body of the end truncated cone, an annular downhole nozzle and individual downhole nozzles are made, while mechanical walls are additionally fixed to the walls incisors calibrating the cross section of a drilled well.

При этом указанные механические резцы выполнены в виде дисков и закреплены с возможностью вращения посредством подшипникового узла, а диаметральные плоскости этих резцов наклонены под углом к продольной оси рабочего органа. Moreover, these mechanical cutters are made in the form of disks and are mounted for rotation by means of a bearing assembly, and the diametrical planes of these cutters are inclined at an angle to the longitudinal axis of the working body.

А кольцевые сопла рабочего органа образованы с помощью калибрующих шайб, размещенных на стержне между втулками указанных полых усеченных конусов. And the annular nozzles of the working body are formed with the help of calibrating washers placed on the rod between the bushings of these hollow truncated cones.

Рабочий орган автономного бурильного аппарата раскрывается далее на чертежах, где
на фиг. 1 показан его общий вид с сечением по оси органа;
на фиг. 2 показана деталь конструкции рабочего органа;
на фиг. 3 раскрыта деталь по "А" на фиг. 2.The working body of an autonomous drilling apparatus is further disclosed in the drawings, where
in FIG. 1 shows its general view with a section along the axis of the organ;
in FIG. 2 shows a detail of the design of the working body;
in FIG. 3, detail “A” in FIG. 2.

Рабочий орган автономного бурильного аппарата 1 содержит корпус 2, выполненный в виде двух усеченных полых конусов 3 и 4, соединенных между собой большими основаниями, при этом корпус рабочего органа соединен с корпусом бурильного аппарата 1 посредством конической втулки 5, а полость рабочего органа соединена с рабочим пространством 6 и 7 генератора рабочего агента, при этом по полости 6 генератора может подаваться перегретый газ, а по полости 7 - перегретый пар, полученный при перегреве хладагента в рубашке охлаждения бурильного агрегата. The working body of an autonomous drilling apparatus 1 comprises a housing 2 made in the form of two truncated hollow cones 3 and 4 connected to each other by large bases, while the working body housing is connected to the housing of the drilling device 1 by means of a conical sleeve 5, and the working body cavity is connected to the working body space 6 and 7 of the working agent generator, while overheated gas can be supplied through the cavity 6 of the generator, and overheated steam obtained through the cavity 7 obtained by overheating of the refrigerant in the cooling jacket of the drilling unit.

Основание корпуса рабочего органа оснащено резьбовой втулкой 8, закрепленной с помощью пилонов 9 в узле соединения рабочего органа и бурильного аппарата (фиг. 1), при этом корпус органа 2 снабжен стержнем 10, имеющим винтовую резьбу и своим одним концом закрепленным в указанной резьбовой втулке 8. На стержне 10 посажены втулки 11, выполненные с пилонами 12, задающими размеры и форму рабочему органу 2. На нижнем (по фиг. 1) конце стержня 10 закреплена торцевая часть (вершина) усеченного конуса 13 с резьбовой втулкой 14 и пилонами 15. На всех пилонах 12 и 15 закреплены отдельные части колец усеченных конусов 16, 17, 18, формирующих своими профилированными торцами кольцевые непрерывные по сечению сопла 19, 20, 21 рабочего органа; нижние части усеченного конуса 22 и 23 формируют кольцевые сопла 24 и 25. Таким образом, все сопловые отверстия рабочего органа выполнены кольцевыми, исключение могут составлять только сопла 25, которые могут быть, как кольцевыми, так и в виде отдельных сопел с перемычкой между ними - ввиду расположения этих сопел в вершине конуса 4, в его торцевой части 13. The base of the body of the working body is equipped with a threaded sleeve 8, fixed with pylons 9 in the node connecting the working body and the drilling apparatus (Fig. 1), while the body of the body 2 is equipped with a rod 10 having a screw thread and its one end fixed in the specified threaded sleeve 8 On the rod 10, bushings 11 are mounted, made with pylons 12, which define the size and shape of the working body 2. At the lower (in FIG. 1) end of the rod 10, an end part (top) of the truncated cone 13 with a threaded sleeve 14 and pylons 15 is fixed. all pylons 12 and 15 zak the individual parts of the rings of the truncated cones 16, 17, 18 are replicated, forming continuous continuous nozzle sections 19, 20, 21 of their working body with their profiled ends; the lower parts of the truncated cone 22 and 23 form the annular nozzles 24 and 25. Thus, all the nozzle openings of the working body are made circular, the exception can only be nozzles 25, which can be either annular or in the form of separate nozzles with a jumper between them - due to the location of these nozzles at the top of the cone 4, in its end part 13.

При неоднородных породах в одних и тех же проходимых горизонтах надежно выдерживать сечение проходимой скважины можно с помощью резцов 26, выполненных в виде дисков и закрепленных с возможностью вращения на корпусе рабочего органа (фиг. 2) с помощью консольных осей 27 и подшипникового узла на этой оси вращения резца. With heterogeneous rocks in the same passable horizons, it is possible to reliably maintain the cross section of the passable well with the help of cutters 26 made in the form of disks and fixed with the possibility of rotation on the body of the working body (Fig. 2) using the cantilever axes 27 and the bearing assembly on this axis rotation of the cutter.

Для эффективной обработки всех участков и площади забоя целесообразно придать вращение рабочему органу за счет тангенциального расположения сопел 19 (фиг. 3 - вид по стрелке A на фиг. 1) под углом и к диаметральной и к вертикальной плоскости, что обеспечивает создание усилия вращения "M" рабочему органу вокруг своей оси и более эффективное воздействие всех сопел и резцов на поверхности забоя, а соединение рабочего органа с корпусом аппарата посредством кольцевого подшипникового узла 28 обеспечивает вращение рабочего органа. For effective processing of all sections and the bottom face, it is advisable to give rotation to the working body due to the tangential arrangement of the nozzles 19 (Fig. 3 is a view along arrow A in Fig. 1) at an angle to both the diametric and the vertical plane, which ensures the creation of a rotation force "M "the working body around its axis and more effective impact of all nozzles and cutters on the surface of the face, and the connection of the working body with the housing of the device through the ring bearing assembly 28 provides rotation of the working body.

Калибровка сечений кольцевых сопел может осуществляться как с помощью втулок 29, размещаемых между втулками 11, так и с помощью шайб, и с помощью постановки двух половинок 30 кольцевого сопла, фиксируемых на стержне 10 с помощью втулки 31, соединенной тонкими пилонами с этими кольцами-половинками кольцевого сопла 30. Calibration of the cross sections of the annular nozzles can be carried out both with the help of bushes 29, placed between the bushes 11, and with the help of washers, and by setting two halves 30 of the annular nozzle, fixed on the rod 10 using the bush 31, connected by thin pylons with these half rings annular nozzle 30.

Работа описанного органа бурильного аппарата осуществляется следующим образом. The work of the described organ of the drilling apparatus is as follows.

Бурильный аппарат, оснащенный данным рабочим органом, размещают на забое скважины, подают по каналам 6 и 7 из рабочего пространства аппарата рабочий агент в полость рабочего органа и, истекая из сопел рабочего органа под давлением, кольцевые струи этого агента производят разработку забоя, управляют вращением рабочего органа, как это показано выше, и создают условия для выноса шлама из полости проходимой скважины к ее устью, а резцы при этом подрезают стенки скважины и калибруют сечение скважины по заданному диаметру проходки, который задают верхними (по расположению на фиг. 2) резцами 26 и кольцевым соплом 20, а сопло 19 создает усилие подачи рабочего органа и всего аппарата к забою за счет ориентирования истекающего из него рабочего агента в сторону, противоположную забою. A drilling device equipped with this working body is placed on the bottom of the well, fed through the channels 6 and 7 from the working space of the working agent into the cavity of the working body and, flowing out of the nozzles of the working body under pressure, the ring jets of this agent develop the face, control the rotation of the working body, as shown above, and create conditions for the removal of sludge from the cavity of the well to its mouth, and the cutters cut the walls of the well and calibrate the cross section of the well for a given diameter of penetration, which sets t the upper (as shown in Fig. 2) incisors 26 and the annular nozzle 20, and the nozzle 19 creates a force supplying the working body and the entire apparatus to the slaughter by orienting the working agent flowing from it in the direction opposite to the slaughter.

Таким образом, оригинальное выполнение конструкции рабочего органа автономного бурильного аппарата позволяет более эффективно воздействовать на забой по всей его площади, не оставляя мертвых зон и участков. При этом модульная конструкция рабочего органа позволяет оперативно менять его габариты, длину, диаметр и выбирать, тем самым, более эффективную схему воздействия на забой, выбора сечения скважины и выбора режимов восходящего потока бурового шлама. Thus, the original design of the working body of an autonomous drilling apparatus allows more effective impact on the face over its entire area, without leaving dead zones and sections. Moreover, the modular design of the working body allows you to quickly change its dimensions, length, diameter and, thereby, choose a more effective scheme of impact on the bottom, the choice of the cross section of the well and the choice of modes of upward flow of drill cuttings.

Claims

1. Рабочий орган автономного бурильного аппарата, содержащий корпус, выполненный в виде полых конусов, соединенных между собой большими основаниями, расположенные в стенках корпуса породоразрушающие сопла, ориентированные по нормали и под углами к поверхности забоя, а также сопла, ориентированные в сторону, обратную забою, корпус рабочего органа своим основанием соединен с бурильным аппаратом, а его полость соединена с рабочим пространством генератора рабочего агента, отличающийся тем, что его корпус снабжен установленным на его оси и имеющим винтовую резьбу стержнем, один конец которого закреплен с помощью пилонов в основании корпуса рабочего органа, тело корпуса выполнено из составных частей, формирующих указанные полые конусы, в виде отдельных колец в форме усеченных конусов, закрепленных на пилонах, которые посредством втулок закреплены, в свою очередь, на стержне, стянуты и уплотнены с помощью торцевого усеченного конуса, в котором посредством пилонов закреплена винтовая втулка, посаженная на винтовую резьбу указанного стержня, причем часть сопел выполнена между поверхностями сопряжения указанных усеченных конусов в виде непрерывных по сечению кольцевых сопел, а на торце корпуса в теле торцевого усеченного конуса выполнено кольцевое забойное сопло и отдельные забойные сопла, при этом на стенках корпуса дополнительно закреплены механические резцы, калибрующие сечение проходимой скважины. 1. The working body of an autonomous drilling apparatus, comprising a housing made in the form of hollow cones interconnected by large bases, rock cutting nozzles located in the walls of the housing, oriented normal and at angles to the face, and nozzles oriented in the opposite direction to the bottom , the body of the working body with its base connected to the drilling apparatus, and its cavity connected to the working space of the generator of the working agent, characterized in that its body is equipped with mounted on its axis and and a screw-threaded rod, one end of which is secured with pylons in the base of the body of the working body, the body of the body is made of components forming the specified hollow cones, in the form of individual rings in the form of truncated cones, mounted on pylons, which are fixed by bushings in their in turn, on the rod, are tightened and sealed with the help of an end truncated cone, in which, by means of pylons, a screw sleeve mounted on the screw thread of the specified rod is fixed, and some of the nozzles are made between overhnostyami conjugation of said truncated cone in a continuous section of the annular nozzle, and the housing end in the socket body an annular frustoconical bottom hole nozzle and separate downhole nozzle, while on the walls of the housing additionally fixed mechanical cutters, calibrating traversed by the borehole section.

2. Рабочий орган по п. 1, отличающийся тем, что указанные механические резцы выполнены в виде дисков и закреплены с возможностью вращения посредством подшипникового узла, а диаметральные плоскости этих резцов наклонены под углом к продольной оси рабочего органа. 2. The working body according to claim 1, characterized in that said mechanical cutters are made in the form of disks and rotatably fixed by means of a bearing assembly, and the diametrical planes of these cutters are inclined at an angle to the longitudinal axis of the working body.

3. Рабочий орган по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые сопла образованы с помощью калибрующих шайб, размещенных на стержне между втулками указанных полых усеченных конусов. 3. The working body according to claim 1, characterized in that the annular nozzles are formed using calibrating washers placed on the rod between the bushings of these hollow truncated cones.