RU2675614C1 - Method of percussion drilling - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: invention relates to the field of mining equipment, to methods of drilling wells for rocks of medium and high fortress in mining and can be used in construction. Method of percussion drilling consists in the fact that the rock cutting tool with a convex downhole part is pressed to the bottom of the well, have a shock effect on it and carries out a reciprocating rotational movement in the longitudinal plane, and removes drilling fines from the well. Reciprocating movement of the rock-cutting tool is carried out by alternate impact on its side parts, at least two impact devices to slaughter.EFFECT: provides the possibility of combining the impact of both the destruction of the rock, and to move the rock-cutting tool, limited only by the pressure of the drill; metal consumption decreases, the set of equipment becomes more mobile, which makes it possible to use it in hard-to-reach places.4 cl, 3 dwg

Description

Техническое решение относится к области горной техники, а именно к способам проходки скважин по породам средней и высокой крепости в горном деле и может найти применение в строительстве.The technical solution relates to the field of mining technology, and in particular to methods of drilling wells for rocks of medium and high strength in mining and can find application in construction.

Известен способ образования щели в массиве (а.с. СССР №269098, кл. Е21с 3/00, E21f 17/10, опубл. 17.04.1970, Бюл. №15), согласно которому разрушение забоя щели с удалением продуктов разрушения осуществляют нанесением ударов по инструменту при колебательном его перемещении относительно продольной оси щели на величину, равную половине расстояния между лезвиями инструмента.A known method of forming a gap in the array (AS USSR No. 269098, class E21s 3/00, E21f 17/10, publ. 04/17/1970, Bull. No. 15), according to which the destruction of the bottom of the gap with the removal of the destruction products is carried out by applying impacts on the tool during its oscillatory movement relative to the longitudinal axis of the slit by an amount equal to half the distance between the tool blades.

Общим признаком с предлагаемым решением является то, что разрушение всей площади забоя осуществляют за счет удара и поперечного перемещения инструмента без его вращения.A common feature with the proposed solution is that the destruction of the entire area of the face is carried out by impact and lateral movement of the tool without rotation.

Недостатком способа является то, что направление удара к плоскости забоя перпендикулярно. Такое направление для разрушения породы наиболее энергозатратно, что не позволяет существенно повышать производительность бурения. Кроме того, для создания колебательного перемещения инструмента относительно продольной оси щели требуется отдельный механизм его реализации, что усложняет технологию бурения и удорожает проведение работ.The disadvantage of this method is that the direction of impact to the face plane is perpendicular. Such a direction for rock destruction is the most energy-consuming, which does not significantly increase drilling productivity. In addition, to create an oscillatory movement of the tool relative to the longitudinal axis of the slit requires a separate mechanism for its implementation, which complicates the drilling technology and increases the cost of work.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков, принятым за прототип, является способ образования щелей в массиве горных пород, описанный в а.с. СССР №381744, кл. Е21с 3/00, Е 21f 17/10, опубл. 22.05.1973. Бюл. №22.The closest analogue in technical essence and the set of essential features adopted for the prototype is the method of formation of cracks in the rock mass described in A.S. USSR No. 381744, class E21s 3/00, E 21f 17/10, publ. 05/22/1973. Bull. Number 22.

Способ заключается в том, что на породоразрушающий инструмент оказывают ударное воздействие и сообщают ему противоположно направленные движения вдоль щели, которым придают возвратно-поворотный характер с одновременным созданием на него осевого усилия.The method consists in the fact that they have a shock effect on the rock cutting tool and give it opposite movements along the slit, which give it a reciprocating character with the simultaneous creation of axial force on it.

Общими признаками с предлагаемым решением является то, что породоразрушающий инструмент имеет выпуклую забойную часть и на него оказывают ударное воздействие, а его движениям придают возвратно-поворотный характер с одновременным созданием на него осевого усилия. Также удаляют буровую мелочь из скважины.Common features with the proposed solution is that the rock cutting tool has a convex downhole part and is impacted by it, and its movements are given a reciprocating character with the simultaneous creation of axial force on it. Also, drill fines are removed from the well.

Недостатком способа является то, что для придания движениям породоразрушающего инструмента возвратно-поворотного характера требуется отдельный механизм реализации, что усложняет технологию бурения. Возвратно-поворотные движения, в данном случае, не обеспечивают полного поражения забоя между инденторами породоразрушающего инструмента, т.к. для этого ему необходимы противоположно направленные движения вдоль щели, что также требует наличия механизма реализации, усложняя процесс бурения. Энергия удара используется лишь для разрушения породы.The disadvantage of this method is that to give the movements of the rock cutting tool reciprocating nature requires a separate implementation mechanism, which complicates the drilling technology. The reciprocating movements, in this case, do not provide complete destruction of the face between the indenters of the rock cutting tool, because To do this, he needs oppositely directed movements along the slit, which also requires an implementation mechanism, complicating the drilling process. Impact energy is used only to destroy the rock.

Таким образом, известный способ ограничен в своем использовании и не обеспечивает достаточной эффективности бурения т.к. связан с необходимостью создания и использования ряда дополнительных устройств для его реализации, а схема приложения ударной нагрузки к забою не обеспечивает снижение энергоемкости разрушения породы.Thus, the known method is limited in its use and does not provide sufficient drilling efficiency since It is associated with the need to create and use a number of additional devices for its implementation, and the scheme of application of the shock load to the bottom does not reduce the energy consumption of rock destruction.

Проблемой, решаемой предлагаемым техническим решением, является повышение эффективности способа ударного бурения за счет уменьшения внешнего воздействия на буровой снаряд и упрощения комплекта бурового оборудования путем более полного использования энергии удара как для разрушения породы, так и для перемещения инструмента, а также за счет снижения энергоемкости разрушения породы.The problem solved by the proposed technical solution is to increase the efficiency of the shock drilling method by reducing the external impact on the drill string and simplifying the set of drilling equipment by making more complete use of impact energy for both rock destruction and tool movement, as well as reducing fracture energy consumption breed.

Проблема решается тем, что в способе ударного бурения, при котором породоразрушающий инструмент с выпуклой забойной частью прижимают к забою скважины, оказывают на него ударное воздействие и осуществляют возвратно-поворотное движение в продольной плоскости, удаляют буровую мелочь из скважины, согласно техническому решению возвратно-поворотное движение породоразрушающего инструмента осуществляют путем попеременного ударного воздействия на его боковые части, по меньшей мере, двумя ударными устройствами.The problem is solved in that in the method of percussion drilling, in which a rock cutting tool with a convex bottomhole portion is pressed against the bottom of the well, it is impacted and rotates in the longitudinal plane, the drill trifle is removed from the well, according to the technical solution, the rotary the movement of the rock cutting tool is carried out by alternating impact on its side parts, at least two impact devices.

Ударное воздействие смещено от центра на боковые части породоразрушающего инструмента и создает крутящий момент, который стремится провернуть породоразрущающий инструмент в продольной плоскости. При этом происходит разрушение породы на забое, а также перемещение породоразрушающего инструмента вдоль продольной оси и его поворот. Это обеспечивает углубление скважины. При совершении сложного движения породоразрушающего инструмента его индентеры наносят косо-направленные удары по породе, что значительно снижает энергоемкость ее разрушения за счет более активного процесса трещинообразования и большего объема выкола.The impact is shifted from the center to the sides of the rock cutting tool and creates a torque that tends to rotate the rock cutting tool in the longitudinal plane. In this case, the rock is destroyed at the bottom, as well as the movement of the rock cutting tool along the longitudinal axis and its rotation. This provides a deepening of the well. When making a complex movement of a rock cutting tool, its indenters inflict oblique directional blows on the rock, which significantly reduces the energy intensity of its destruction due to the more active process of crack formation and a larger volume of puncture.

Возможность сочетания ударного воздействия как для разрушения породы, так и для перемещения породоразрушающего инструмента позволяет ограничиться только прижимом бурового снаряда к забою и для этого использовать легкое и простое оборудование, что, в свою очередь, снижает его металлоемкость, делает комплект оборудования более мобильным, дает возможность его использования в труднодоступных местах, удешевляет производство работ.The possibility of combining impact both for rock destruction and for moving the rock cutting tool makes it possible to confine oneself only to pressing the drill to the bottom and to use light and simple equipment for this, which, in turn, reduces its metal consumption, makes the set of equipment more mobile, makes it possible its use in hard-to-reach places, reduces the cost of work.

Изменение режима работы ударных устройств позволяет включать одно из ударных устройств на более продолжительное время относительно другого, за счет чего возможно искривление траектории скважины и, тем самым, осуществление направленного бурения. Снижение внешнего воздействия на буровой снаряд дает возможность более крутого изменения траектории движения.Changing the operating mode of the percussion devices allows one of the percussion devices to be switched on for a longer time relative to the other, due to which it is possible to bend the trajectory of the well and, thereby, effect directed drilling. Reducing the external impact on the drill makes it possible to more drastically change the trajectory of movement.

Прижим породоразрушающего инструмента к забою скважины можно осуществлять толкателем, расположенным вне скважины, через став штанг. Это оборудование характеризуется простотой и мобильностью.Clamp of the rock cutting tool to the bottom of the well can be carried out by a pusher located outside the well, through the becoming of the rods. This equipment is characterized by simplicity and mobility.

Прижим породоразрушающего инструмента к забою скважины можно также осуществлять при помощи гибкой тяги, пропущенной через пионерную скважину и соединенную с лебедкой, расположенной вне скважины.The rock-cutting tool can be clamped to the bottom of the well using flexible traction passed through a pioneer well and connected to a winch located outside the well.

В этом случае происходит расширение пионерной скважины малого диаметра. Использование пионерной скважины позволяет осуществлять проходку скважины заданного направления.In this case, the expansion of a small diameter pioneer well occurs. Using a pioneer well allows you to drill a well in a given direction.

Породоразрушающий инструмент можно прижимать к забою силой, возникающей при ударе ударного устройства, упертого в распорное устройство, расположенное внутри скважины. В этом случае нет необходимости в располагаемом вне скважины оборудовании для прижима, а буровой снаряд будет бесштанговым и самоходным, обладающим большой степенью автономности.The rock-breaking tool can be pressed against the bottom by the force arising from the impact of a percussion device abutted against a spacer located inside the well. In this case, there is no need for clamping equipment located outside the well, and the drill will be rodless and self-propelled, with a high degree of autonomy.

Все предложенные схемы реализации способа повышают его эффективность.All proposed schemes for implementing the method increase its effectiveness.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа ударного бурения и чертежами фиг. 1-3.The essence of the technical solution is illustrated by an example implementation of the shock drilling method and the drawings of FIG. 1-3.

На фиг. 1 показана схема реализации способа ударного бурения с использованием толкателя. На фиг. 2 показана схема способа с местным разрезом с использованием гибкой тяги, пропущенной через пионерную скважину, и лебедки вне скважины. На фиг. 3 показана схема способа с упором ударных устройств в распорное устройство, расположенное внутри скважины. Стрелки на фиг. 1 показывают направление перемещения породоразрушающего инструмента при попеременном включении ударных устройств. Стрелки на переключателе показывают переменное его передвижение к стенкам скважин.In FIG. 1 shows a diagram of an implementation of a hammer drilling method using a pusher. In FIG. 2 shows a diagram of a method with a local cut using flexible traction passed through a pioneer well and a winch outside the well. In FIG. 3 shows a diagram of a method with an emphasis on percussion devices in a spacer device located inside the well. The arrows in FIG. 1 show the direction of movement of the rock cutting tool when the shock devices are alternately turned on. The arrows on the switch indicate its variable movement to the walls of the wells.

Скважина в поперечном сечении может иметь различную форму -квадратную, прямоугольную (щель), круглую.A well in cross section may have a different shape — square, rectangular (gap), round.

Способ осуществляют следующим образом. При проходке скважины одно из двух ударных устройств 1 (фиг. 1) включают и наносят удары по породоразрушающему инструменту 2 с выпуклой забойной частью, который прижимают к забою до нанесения ударов, по его боковой части 3. При этом породоразрушающий инструмент 2 совершает сложное движение вперед с одновременным поворотом в продольной плоскости на угол, обеспечивающий перемещение выпуклой забойной части породоразрушающего иструмента на расстояние, равное или большее расстояния между лезвиями или инденторами породоразрушающего инструмента 2 для полного поражения площади забоя. При этом движении индентеры передают на забой косонаправленные удары, которые обеспечивают интенсивное разрушение породы. При повороте породоразрушающего инструмента 2 происходит обработка всей площади забоя без необходимости осевого вращения бурового снаряда. При дальнейшем движении работающее ударное устройство 1 занимает положение в скважине, при котором связанный с ним переключатель 4 подвижным концом своего золотника упирается во внутреннюю поверхность салазок 5, скользящих по скважине. При достижении крайнего положения, с использованием энергии энергоносителя, воздействующего на золотник, переключают ударные устройства 1: первое выключают, а другое включают и наносят им удары с его стороны по другой боковой части 3. Работа происходит аналогично работе при включенном первом ударном устройстве 1. При попеременном включении ударных устройств 1 породоразрушающий инструмент 2 совершает возвратно-поворотное движение. При необходимости изменить направление скважины по рукаву 6 на переключатель 4 подают сигнал для изменения времени работы одного ударного устройства 1 относительно другого, что приведет к изменению направления скважины.The method is as follows. When drilling a well, one of the two impact devices 1 (Fig. 1) includes and strikes the rock cutting tool 2 with a convex bottomhole part, which is pressed to the bottom before striking, along its side 3. In this case, the rock cutting tool 2 makes a difficult forward movement with simultaneous rotation in the longitudinal plane by an angle, ensuring the convex bottomhole part of the rock cutting tool is moved a distance equal to or greater than the distance between the blades or indenters of the rock cutting tool and 2 to complete the defeat of the face area. During this movement, indenters transmit oblique hits to the face, which ensure intensive rock destruction. When turning the rock cutting tool 2, the entire face area is processed without the need for axial rotation of the drill. With further movement, the working percussion device 1 occupies a position in the well in which the associated switch 4 rests against the inner surface of the slide 5 moving along the well with the movable end of its spool. When reaching the extreme position, using the energy of the energy acting on the spool, the shock devices 1 are switched: the first is turned off, and the other is turned on and punches them from its side on the other side part 3. The operation is similar to the operation when the first shock device 1 is turned on. alternately turning on the impact devices 1, the rock cutting tool 2 makes a reciprocating motion. If necessary, change the direction of the well along sleeve 6, a signal 4 is applied to switch 4 to change the operating time of one percussion device 1 relative to another, which will lead to a change in the direction of the well.

Для прижатия породоразрушающего инструмента 2 к забою скважины может быть использован толкатель 7 (фиг. 1), расположенный вне скважины и передающий усилие на буровой снаряд через став штанг 8, по которому подают энергоноситель для работы ударных устройств 1 и который служит для извлечения бурового снаряда из скважины.To press the rock cutting tool 2 to the bottom of the well, a pusher 7 (Fig. 1) located outside the well and transmitting force to the drill through the rod 8, through which the energy source for the operation of the impact devices 1 and which serves to extract the drill from wells.

Толкатель может быть выполнен в виде простого пневмо- или гидроцилиндра, который также может служить и для извлечения бурового снаряда из скважины. Поскольку отсутствует вращение бурового снаряда, в скважине может размещаться кабель или рукав для управления режимом работы ударных устройств для возможной корректировки движения бурового снаряда и для направленного бурения.The pusher can be made in the form of a simple pneumatic or hydraulic cylinder, which can also serve to extract the drill from the well. Since there is no rotation of the drill, a cable or sleeve can be placed in the well to control the operating mode of the shock devices for possible adjustment of the movement of the drill and for directional drilling.

Для расширения скважин с использованием предлагаемого способа, буровой снаряд прижимают к забою скважины, используют гибкую тягу 9, пропущенную через пионерную скважину 10 и соединенную с лебедкой 11, расположенной вне скважины (фиг. 2). Энергоноситель в этом случае подают по рукаву 12. Траектория вновь образующейся скважины большего сечения совпадает с точно пробуренной пионерной скважиной 10.To expand the wells using the proposed method, the drill is pressed against the bottom of the well, using a flexible rod 9, passed through the pioneer well 10 and connected to the winch 11 located outside the well (Fig. 2). The energy carrier in this case is fed along the sleeve 12. The trajectory of the newly formed well of larger cross section coincides with the precisely drilled pioneer well 10.

Для повышения автономности бурового снаряда с использованием предлагаемого способа внутрь скважины вводят распорное устройство 13 (фиг. 3), являющееся упором ударных устройств 1 для восприятия реакции на их корпуса при образовании ударного импульса. В этом случае породоразрушаещий инструмент 2 прижимают к забою скважины и осуществляют разрушение породы за счет силы, образующейся при ударе, а периодические удары по корпусу обеспечивают перемещение бурового снаряда в скважине вперед.To increase the autonomy of the drill using the proposed method, a spacer 13 (Fig. 3) is introduced inside the well, which is the focus of the shock devices 1 for sensing the reaction to their bodies during the formation of a shock pulse. In this case, the rock cutting tool 2 is pressed against the bottom of the well and the rock is destroyed due to the force generated by the impact, and periodic impacts on the body allow the drill to move forward in the well.

Есть возможность за буровым снарядом устанавливать буровой пакер и осуществлять вынос буровой мелочи из скважины по отдельному рукаву, что позволяет осуществлять проходку скважин большого сечения без использования большого количества очистного агента.It is possible to install a drill packer behind a drill and carry out drill trifle from a well along a separate sleeve, which allows for drilling large wells without using a large amount of treatment agent.

Есть возможность вводить в скважину аппаратуру для регистрации отклонения траектории движения в процессе бурения.It is possible to introduce equipment into the well to record deviations of the trajectory during the drilling process.

В процессе бурения очистка забоя от буровой мелочи с использованием каналов в породоразрушающем инструменте (на фиг. 1-3 не показаны) и ее вынос из скважины осуществляют отработанным энергоносителем или отдельно подаваемым очистным агентом.During the drilling process, the bottom hole is cleaned of drill trifle using channels in a rock cutting tool (not shown in Figs. 1–3) and its removal from the well is carried out with spent energy or a separately supplied cleaning agent.

Claims (4)

1. Способ ударного бурения, при котором породоразрушающий инструмент с выпуклой забойной частью прижимают к забою скважины, оказывают на него ударное воздействие и осуществляют возвратно-поворотное движение в продольной плоскости, удаляют буровую мелочь из скважины, отличающийся тем, что возвратно-поворотное движение породоразрушающего инструмента осуществляют путем попеременного ударного воздействия на его боковые части, по меньшей мере, двумя ударными устройствами.1. The method of percussion drilling, in which a rock cutting tool with a convex bottomhole portion is pressed against the bottom of the well, have a shock effect on it and rotate in the longitudinal plane, remove drill fines from the well, characterized in that the rotary motion of the rock cutting tool carried out by alternating impact on its side parts, at least two shock devices. 2. Способ ударного бурения по п. 1, отличающийся тем, что породоразрушающий инструмент прижимают к забою толкателем, расположенным вне скважины, через став штанг.2. The method of shock drilling according to claim 1, characterized in that the rock cutting tool is pressed against the bottom by a pusher located outside the well, through the becoming of the rods. 3. Способ ударного бурения по п. 1, отличающийся тем, что породоразрушающий инструмент прижимают к забою при помощи гибкой тяги, пропущенной через пионерную скважину и соединенной с лебедкой, расположенной вне скважины.3. The method of impact drilling according to claim 1, characterized in that the rock cutting tool is pressed against the bottom using a flexible rod passed through a pioneer well and connected to a winch located outside the well. 4. Способ ударного бурения по п. 1, отличающийся тем, что породоразрушающий инструмент прижимают к забою силой, возникающей при ударе ударного устройства, упертого в распорное устройство, расположенное внутри скважины.4. The method of shock drilling according to claim 1, characterized in that the rock cutting tool is pressed against the bottom by the force arising from the impact of a percussion device abutted in a spacer located inside the well.

Images