Способ ударно-вращательного бурения и устройство для его осуществления

 

1. Способ ударно-вращательного бурения, включающий разупрочнение горных пород ударным инструментом за счет образования в них трещин и микротрещин и адсорбционное понижение прочности пород путем.ввода в трещины и микротрещины раствора ПАВ, от личающийся тем, что, с целью повышения скорости бурения, образование трещин и микротрещин в породе производят одновременно с вводом в них раствора ПАВ. 2, Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее двойной колонковый снаряд, наружная и внутренняя трубы которого соединены с S коронками, установленными с возмож ностью осевого перемещения одной от (Л носительно другой и оснащенными породоразрушающнми элементами, и гидс: роударник, взаимодействующий с внутренней колонковой трубой, отличающееся тем, что породоразру-р Шсшзщие элементы коронки внутренней трубы выполнены с выемкой на рабочем торце,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

39 Е21 В 7 00

= Ъдх -.в

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3578429/22-03 (22) 15.04.83 (46) 30.07.84. Бюл. Р 28 (72) Г.В.Арцимович и Л.НеФедоров (71) Институт горного дела СевероЯкутского филиала СО AH СССР (53) 622.243.14(088,8) (56) 1. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах, М ., Наука, 1979, с. 270-320, 2. Гавриленко Н.М, Исследование технологии ударно-вращательного колонкового бурения скважин.с промывкой растворами поверхностно-активных веществ. Автор. дис. на соиск, учен. степени канд, техн. наук. Днепропетровск, 1970 (Днепропетровский горный институт им. Артема) (прототип) .

3. Авторское свидетельство СССР

Р 128822, кл. Е 21 B 4/00, 1959, 4, Авторское свидетельство СССР

9 848563, кл. Е 21 В 10/36, 1979 (прототип) . (54) СПОСОБ УДАРНО-BPMIIATEJIbHOI О БУРЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ...SU„„105596 А (57) 1. Способ ударно-вращательного бурения, включающий разупрочнение rop. ных пород ударным инструментом за счет образования в них трещин и микротрещин и адсорбционное понижение прочности пород путем, ввода в трещины и микротрещины раствора IIAB о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения скорости бурения, образование трещин и микротрещин в породе производят одновременно с вводом в них раствора ПАВ.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее двойной колонковый снаряд, наружная и внутренняя трубы которого соединены с коронками, установленными с возмож- Я ностью осевого перемещения одной относительно другой и оснащенными породоразрушающими элементами, и гидОоудевннн, ввввмодействтюннй с внут- С ренней колонковой трубой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что породоразру-Я шающие элементы коронки внутренней трубы выполнены с выемкой на рабочем торце, 1105596

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к ударно-вращательному способу бурения с применением по верхност но- активных веществ (ПАВ) .

Известно являение адсорбционного понижения прочности горных пород при воздействии на них ПАВ (1g заключающееся в том, что молекулы IIAB покрывая адсорбционной пленкой поверхности трещин в забое, ослабля- 10 ют межмолекулярные связи между стенками трещин в горной породе. Благодаря этому начало раскрытия трещин происходит при меньших механических нагрузках, чем без ПАВ. Данное явление находит применение и в бурении, Известен способ ударно-вращательного бурения, включающий разупрочнение горных пород ударным инструментом за счет образования в них трещин20 и микротрещин и адсорбционное понижение прочности пород путем ввода в трещины и микротрещины раствора .

IIAB (2 g.

Однако возможности адсорбционного понижения прочности горных пород используются неполностью. В связи .с. тем, что под торцом постоянно прижатого инструмента доступ молекул ПАВ в призабойную часть скважины огра30 ничен, начало процесса образования и роста трещин под торцом инструмента происходит без доступа раствора ПАВ.

Известно также, что ядро уплотнения образуется именно под торцом инстру- 35 мента и на это расходуется до 80% энергии, подводимой к инструменту.

Только вслед за перемещением породоразрушающего элемента в устья еще несомкнувшихся трещин проникают молекулы ПАВ. После перемещения породоразрушающего элемента, т.е. после снятия механического напряжения, в этой же зоне забоя начинается процесс смыкания трещин. Поэтому процессы проникания молекул IIAB в трещины и смыкания последних идут навстречу друг другу. Вследствие этого глубина трещин и их раскрытие оказываются незначительными, как и понижение прочности горных пород, Все это не 50 позволяет достигнуть высоких скоростей бурения.

Пель изобретения — повышение скорости бурения.

Поставленная цель достигается тем,55 что согласно способу ударно-вращательного бурения, включающему разупрочнение горных пород ударным инструментом за счет образования в них трещин и микротрещин и адсорбционное пониже-60 ние прочности пород путем ввода в трещины и микротрещины раствора ПАВ, образование трещин и микротрещин в породе производят одновременно с вводом в них раствора ПАВ. 65

Известно устройство для ударновращательного бурения, включающее корпус с радиальными пазами и породоразрущающими элементами на торце и установленное .в полости корпуса с возможностью осевого перемещения долото с рабочими лопастями, размещенными в пазах корпуса (33.

Недостатком данного устройства является неравномерный износ породоразрушающих элементов, что снижает эффективность работы, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для осуществления способа включающее двойной колонковый снаРяд, наружная и внутренняя трубы которого соединены с коронками, установленными с возможностью осевого перемещения одной относительно друЬой и оснащенными породоразрушающими элементами, и гидроударник, взаимодействующий с внутренней колонковой трубой L.4 7, Данное устройство также не обеспечивает повышение эффективности разрушения породы, т ак как клиновая форма его породоразрушающих элементов отжимает раствор IIAB из зоны контакта с забоем, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для осуществления способа, включающем двойной колонковый снаряд, наружная и внутренняя трубы которого соединены с коронками, установленными с возможностью осевого перемещения одной относительно другой и оснащенными породоразрущающими элементами, и гидроударник, взаимодействующий с внутренней колонковой трубой, пороцоразрушающие элементы коронки внутренней трубы выполнены с выемкой на рабочем торце.

На фиг. 1 и 2 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 3 — узел I на фиг. 2 в увеличенном масштабе.

Устройство включает наружную 1 и внутреннюю 2 колонковые трубы с коронками 3 и 4, оснащенными породоразрушающими элементами соответственно 5 и б, Коронки 3 и 4 установлены с воэможностью их относительного осевого перемещения. Внутренняя колонковая труба 2 посредством переходников 7 и 8 и наковальни 9 взаимодейст— вует с гидроударником 10. Породоразрушающие элементы б внутренней коронки

4 выполнены с выемкой 11 на рабочем торце.

Устройство работает следующим образом.

При спуске устройства в скважину внутренняя колонковая труба 2 с коронкой 4 смещаются относительно наружной колонковой трубы 1 и первыми .касаются забоя. Затем забоя касается наружная коронка 3 ° При этом проис1105596

10 фиг, S ходит смыкание шлицевого разъема (не показан), и при прокачивании бурового раствора включается в работу гидроударник 10. Разрушение породы осуществляется путем приложения. к коронкам 3 и 4 осевого усилия, крутящего 5 момента и ударных импульсов. При этом от гидроударника 10 на внутреннюю колонковую трубу 2 с коронкой

4 передаются ударные импульсы, воспринимаемые породоразрущающими элементами 6„ Благодаря выполнению рабочего торца последних с выемкой

11 ударные импульсы передаются как через контактную поверхность породораэрушающих элементов б, так и через раствор IIAB, который находится в выемке 11, Внутренняя коронка 4 не воспринимает осевое усилие, поэтому после каждого динамического воздействия породоразрушающие элементы 6 отражаются от забоя, В связи с этим 20 забой и лезвия коронки 4 смачиваются, а выемка 11 под их торцом заполн я ет с я раствором IIAB.

При последующем воздействии породоразрушающие элементы 6, захватив выемкой 11 раствор IIAB, образуют трещины и микротрещины и одновременно, внедряясь в породу, задавливают в них этот раствор. Образованию трещин и микротрещин способствует также и динамическое воздействие раствора IIAB., находящегося в полости в торце ударного элемента. Токая согласованность механических и физикохимических воздействий IIAB способствует более эффективному протеканию процесса адсорбционного понижения прОчности горных пород.

Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет повысить механическую скорость бурения и снизить стоимость

1 м скважины, 1105596 г.2

Составитель Н.Панин

Редактор М. Петрова Техред Л.Коцюбняк Корректор В ° Гирняк .Л

Заказ 5562/24 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4