Кольцевой пневмоударник

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для бурения скважин, и может найти применение в горной промышленности, гидрогеологии и геологоразведке. Техническая задача изобретения - расширение технологических возможностей, заключающихся в обеспечении бурения практически любых пород в нормальных и техногенных условиях. Задача решается благодаря тому, что кольцевой пневмоударник включает ударный механизм с выхлопным трактом на забой, шламотранспортную трубу и буровой инструмент с центральным шламоприемным 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_n ≅ 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. Кроме того, смесительная камера соединена каналами с выхлопным трактом, а перегородка снабжена радиальными пазами, также соединенными каналами с выхлопным трактом. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин и может найти применение в горной промышленности, гидрогеологии и геологоразведке.

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.

Технологическая возможность этого пневмоударника ограничена бурением вечномерзлых пород. При бурении же легкоразрушаемых пластических пород происходит зашламовывание шламоприемного канала.

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.

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.

Техническая задача изобретения расширение технологических возможностей пневмоударника за счет обеспечения бурения практически любых пород.

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.

Кроме того, смесительная камера соединена каналами с выхлопным трактом, а перегородка снабжена радиальными пазами, также соединенными каналами с выхлопным трактом.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Кольцевой пневмоударник работает следующим образом.

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.

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.

Формула изобретения

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.

2. Пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что смесительная камера соединена каналами с выхлопным трактом.

3. Пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что перегородка снабжена радиальными пазами, соединенными каналами с выхлопным трактом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3