Колонковый пневмоударный бур

Колонковый пневмоударный бур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАИИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АЗТОРСМОМУ СВ ТИЛЬСТВУ

Союз Сеаетскмк

Социалистически»

Республик

pii863530 (61) Дополнительное к аат. саид-ву(53)И К 3 (22) Заявлено 220679 (21) 2784479/22-03

Е 21 В 7/24

Е 21 D 1/06 с присоединением зеваки МГосударственный аоинтет

СССР но леаам нзобветеннй н отнрытлй (23) ПриоритетОпубликовано 070981, бюллетень ЙВ 33

РЩ ЧВ 622.

24 0 88.8) Дата опубликования описания 07.0981 (72) Аатерь изобретения

A.Í.Ñåëèâàíoà и A.È.Ðÿ@í

Отделение экспериментальных исследо научно-исследовательского геопогора цветных и благородны (73) Заявитель (54) КОЛОНКОВЫЙ ПНЕВМОУДАРНИЙ БУР изобретение относится к средствам бурения шурФов н скважин большого диаметра с получением керна.

Известен колонковый пневмоударный бур для бурения скважин большого диаметра с отбором керна, включающий корпуст керноприемную камеру, пневмоудариики и долота, в котором корпус ие герметизирован и имеет выхлопные окна неограниченного размера, распо" ложенные со стороны стенки скважины в местах прилегання пневмоударников . (Ц. такой бур не обеспечивает качестаенной очистки забоя скважины от !5 шлама, так как основная часть отработанного в пневмоударниках воздуха теряется через окна в зазорах между буром и стенкой скважины, не дохо« дя до забоя; снижается надежность 2О конструкции, так как иэ-за негерметичности корпуса и неограниченности размеров выхлопных окон давление воздуха внутри. корпуса незначительно отличается от давления в скважине, что 2 ведет к проникновению шлама внутрь корпуса, повышенному износу н заклиниванию внутренних деталей бура.

Известен также колонковый пневмо ударный бур, содержащий корпус,керно- 30 приемиув камеру, невмоударникн и долота, в котором частично устранены указанные кедест@тки эа счет герметизации корпуса путем выполнения его в виде сплсеаной воздухонепроницаемой оболочки со сПециальиыми выхлопными . окнами для иааравлетцея отработанного воздуха со аторойы керноприемной трубы. Этот Пнеаиоудариый бур наиболее близок ао технической сущности и достигаемому результату к изобретениюМ.

Недостаток этого бура заключается в том, что выклоплые окна размещены со стороны керЭЭщНМмиой трубы, в результате чего отработанный в пневмоударнии@х воздух, имеющий пульсирующий характер изменения расхода и давления, непосредственно воздействует иа кери, нар имая его структуру, особенно при бУрении рыхлых многолетних мерзлых пород. Воздух распределяется по всему кольцевому зазору между керном.и керноприемной трубой, в результате чего его скорость во всем сечении, образуемом торцом бура и забоем скважины, равномерно распределена по периметру бура и, как правило, недостаточна для выноса в кольцевой зазор между буром и стенкой скважины крупных частиц шлама, полу8б1530

Колонковый пневмоударный бур содержит корпус 1, пневмоударники 2 с выхлопными отверстиями 3 и долота 4.

Корпус выполнен в виде сплошной воздухонепроницаемой оболочки, а в его торцовой нижней части имеются выхлопные..окна 5 для направления отработанного воздуха, расположенные на минимальном расстоянии от долот 4 со стороны, противоположной направлению движения долот 4 при вращении бура, (показано стрелками), и направленные в зону контакта долот с забоем скважины., Очистка забоя от шлама осуществляется следующим образом.

15 Отработанный в пневмоударниках 2 воздух, из выхлопных отверстий 3 поступает сначала в корпус 1, а затем через выхлопные окна 5 направляются в зону контакта долот 4 с забоем сква26 жины со стороны, противоположной направлению вращения ° Выхлопные окна 5 выполняются ограниченного размера из расчета получения скорости истечения воздуха из них, обеспечивающей необ2р ходимый скоростной напор в зоне контакта долота с- забоем скважины, и создания требуемого перепада давлений воздуха между внутренней частью бура и скважиной.

Скорость истечения воздуха должна обеспечивать перемещение частиц разрушенной долотом породы в кольцевой зазор между корпусом бура и стенкой скважины и определяется из условия (см. Лактионов A.Т. Основы теории и техники бурения скважин с очисткой забоя воздухом и газом. Гостоптехиз.дат 1961) 9

Fg

Д 1 у 9 2g

3Ч 1" .

G - весовой расход воздуха через окно; 45 ,и - коэффициент расхода;

g — ускорение свободного падения; — удельный вес воздуха на забое скважины;

Р - давление воздуха в корпусе бура;

Р†давление воздуха на забое скважины; дР - минимальйо допустимый перепад

МИН давления воздуха между корпусом бура и забоем скважины; поправочный множитель, на расширение струи воздуха, зависящий от расстояния между выхлопным окном и линией контакта долота с забоем скважины- ф)

Ч - коэффициент скольжения; d - размер частиц шлама; у. - удельный вес частиц шлама.

На чертеже показан предлагаемыйбур. .65 чаемых при ударных способах разрушв ния.

Отсутствие качественной очистки забоя приводит к накоплению шлама, непроизводительным затратам энергии на его переизмельчение, осложнениям в процессе бурения, частым остановкам для продувки скважин и тем самым к снижению производительности бурения.

Отсутствие ограничений на размер сечений выхлопных окон не позволяет создать достаточный перепад давления между внутренней частью корпуса бура и скважиной, что приводит-к зашламо ванию внутренних частей корпуса бура через эти окна, повышенному износу и заклиниванию внутренних деталей б. ра.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки забоя скважины от шлама.

Укаэанная цель достигается тем, что в известном пневмоударном буре, имеющем корпус в виде сплошной кольцевой вохдухонепроницаемой оболочки с выхлопными окнами со стороны керноприемной камеры для направления отработанного воздуха, пневмоударники и долота, выхлопные окна выполнены в торцовой части корпуса на минимальном расстоянии от долот со стороны, противоположной направлению движения долот при вращении бура, и направлены в сторону долота, а суммарная площадь сечений выхлопного окна ограничена соотношением

F< C 5 < F 4 F> где S — - площадь сечения выхлопного окна.;

gF откуда получают значение первого граничного условия для определения размеров сечения выхлопных <экон

-" — г-- =-. (2 я

q 3iva,т.т6

В этой формуле поправочный множитель а на расширение струи воздуха. зависит от расстояния между выхлопным окном и линией контакта долота с забоем скважины. Чем больше это расстояние, тем больше величина с и тем меньше скорость воздушного потока в месте контакта долота с забоем скважины. Поэтому для получения наилучшего эффекта очистка забоя величину расстояния от выхлопного окна до долота необходимо выбирать минимальной.

С другой стороны, площадь сечения выхлопных окон необходимо ограничить условиями получения максимально допустимого перепада давления воздуха при его истечении из выхлопных окон.

При определении максимального допустимого перепада 4 маис — (6 РВ

rl давление воздуха в корпусе бура Р „ 861530

Формула изобретения где F1 Π— минимально

° (2) — минимально но допустимое значение суммарной пло40 щади сечений выхлопных окон, обеспечивающее создание скоростного напора промывочного агента в зоне контакта долота с забоем. при этом 6 « весовой расход возду45 ха через окна;

- коэффициент распада; — ускорение свободного падения;

7 вЂ, удельный вес воздуха

2 на забое скважины;

Р „ — давление воздуха в корпусе бура;

Р8 — давление воздуха на забое скважины; а - поправоччйыймножитель на расширение струи воздуха, зависящий от расстояния между. выхлопным окном и линией контакта долота с забоем скважины.

AplnlhH- минимально дойустимый перепад давления воздуха между корпусом бура и забоем скважины;

М вЂ” коэффициент скольжения;

Р

° Я определяется разностью давления воздуха в сети Р и перепадам давления

ЬРпн, необходимого для эффективной работы пневмоударника Р „ Р— а РП„, а давление воздуха на забое скважины

Р > расчитывается по известным методикам (см. Лактионов А.Т.Основы теории и техники бурения скважин с очисткой забоя : воздухом и газом. Гостоп-.. техиздат, 1961.) на основе определения потерь давления воздуха в скважине в результате выноса шлама от эа- боя до устья, и различные потери на этом участке.

Исходя из известной формулы истечения газа через отверстие, получают значение второго граничного условия tS для определения размеров сечения выхлопных окон бура: ! и

5 )

+ % В2(Е„ ) 26

При определении минимально допустимого перепада и Рмин необходимо .исходить из условия создания избыточного давления в корпусе бура по сравнению с давлением в скважине, гаран- 25 тирующего предотвращение проникновения в него шлама и пыли. Значение третьего граничного условия для определения размеров сечения выхлопных окон

Я (6

Из соотношений (1),(2) и (3) полу- чают соотношение для расчета размеров З5 выхлопных окон пневмоударного бура:

F> (q) где 1

FgВыпуск всего воздуха в торцовой части бура способствует сохранности керна. Соблюдение соотношений (2) и (3) обеспечивает нормальную работу пневмоударников и защиту внутренних частей бура от зашламования. о

Все это позволяет значительно повысить эксплуатационную надежность бура и улучшить сохранность керна.

Применение такого бура при проходке шурфов и скважин большого диаметра на геологоразведочных работах позволит получить экономический эффект ф) около 10 тыс. руб. на один комплект, что (при общем объеме шурфовочных работ по Министерству геологии СССР около 300 тыс.м) составит годовой экономический эффект более 1 млн.руб. Я

Колонковый пневмоугарный бур, включающий корпус, выполненный в виде. воздухонепроницаемой оболочки с выхлопными окнами со стороны кернопрнемной камеры, пневмоударники и долота, о тл и ч а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения эффективности очистки забоя скважины от шлама, выхлопные окна выполнены в торцовой части корпуса со стороны, противопох.ожной направлению движения долот при вращении бура, и направлены в сторону долота, а суммарная площадь сечений выхлопного окна ограничена соотношением

Я 3

I допустимое значение суммарной площади сечений выхлопных окон, обеспечивающее предохранение пыли и шлама внутрь бура за счет создания перепада давлений между забоем скважины и внутренней полостью кольцевой воздухонепроницаемой ОбоЛочКи: и

Fgр допустимое значение суммарной площа;ди сечений выхлопных окон, обеспечивающее перепад давления сжатого воздуха на входе в пневмоударники и на его выхлопе; р а

"3- максималь-.

С

861530

Составитель A.×åðåëåíêèíà

Редактор Г.Вельская Техред Н. Келушак Корректор М.Шароши

Заказ 6476/13 Тираж 627 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.,Ужгород, ул. Проектная, 4 д„ - размер частиц шлама; у - удельный вес частиц шлама.

Источники:информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 341936, кл. Е 21 С 13/12., 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 564418, кл. Е 21 С 13/12, 1976.