Патент на изобретение №2338862

(54) СНАРЯД ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

(57) Реферат:

Изобретение относится к погружным устройствам для бурения скважин ударно-вращательным способом и может найти применение в горной промышленности, геологоразведке и гидрогеологии. Техническая задача – повышение достоверности опробования за счет более полного сбора продуктов разрушения породы со всего забоя скважины и выноса продуктов разрушения через шламоприемный канал для отбора проб и повышение представительности пробы. Снаряд включает ударный механизм и буровой инструмент с центральным шламоприемным каналом и головной частью, снабженной штыревыми породоразрушающими вставками, взаимодействующими с разрушаемым забоем. Указанные вставки расположены по Архимедовым спиралям в направлении против вращения снаряда с радиальным смещением а=0,04÷0,05 м/рад от периферии к центру головной части бурового инструмента. 3 ил.

Техническое решение относится к погружным устройствам для бурения скважин ударно-вращательным способом и может найти применение в горной промышленности, геологоразведке и гидрологии.

Известен двойной колонковый снаряд по патенту РФ №2098595, кл. Е21В 25/00, опубл. в БИ №34, 1997 г., содержащий наружную трубу, размещенную в ней керноприемную трубу, буровую коронку с центральным отверстием, хвостовиком и головкой с забойным торцем, имеющим шламопроводные пазы, подвижно соединенную с нижней частью наружной трубы, и переходник. На наружной поверхности хвостовика коронки в средней его части выполнена протяженная, по меньшей мере на величину осевого перемещения коронки, круговая канавка, в которой размещено разрезное пружинное кольцо, охватываемое гайкой, присоединенной к наружной трубе.

Конструкция снаряда предусматривает сбор разрушенной породы с кольцевого забоя и транспортировку ее в керноприемную трубу с помощью шламопроводных пазов, выполненных на забойном торце коронки. Однако в описанном колонковом снаряде отсутствует местная циркуляционная система, продувающая кольцевой забой скважины, и центральное отверстие в буровой коронке, из-за чего нет гарантии полного сбора выбуренной породы с кольцевого забоя, так как часть ее выносится в скважину и теряется, в результате снижается достоверность опробования буримой породы.

Наиболее близким по технической сущности, совокупности существенных признаков и достигаемому результату является кольцевой пневмоударник по патенту РФ №2067148, кл. Е21В 4/14, Е21С 3/24, опубл. в БИ №27, 1996 г., включающий 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. Диаметр центрального отверстия перегородки, внутренний диаметр шламотранспортной трубы и параметры смесительной камеры выбирают из установленного соотношения.

Этот кольцевой пневмоударник имеет недостаток в том, что часть выбуренной породы в скважине теряется ввиду выноса ее в затрубное пространство, несмотря на то, что в нем предусмотрена система циркуляции и продувки забоя. Частичная потеря выбуренной породы обусловлена тем, что в буровом инструменте данного кольцевого пневмоударника отсутствует механический аппарат сбора и направления выбуренной породы в шламоприемный канал бурового инструмента. В результате не обеспечивается требуемая достоверность опробования выбуренной породы.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом снаряде – повышение достоверности опробования выбуренной породы за счет более полного сбора продуктов ее разрушения, представительности пробы со всего забоя скважины и выноса продуктов ее разрушения через шламоприемный канал для дальнейшего исследования.

Техническая задача решается посредством того, что в снаряде для бурения скважин, включающем ударный механизм и буровой инструмент с центральным шламоприемным каналом и головной частью, снабженной штыревыми породоразрушающими вставками, взаимодействующими с разрушаемым забоем, согласно предлагаемому решению штыревые породоразрушающие вставки расположены по Архимедовым спиралям в направлении против вращения снаряда с радиальным смещением a=0,04÷0,05 м/рад от периферии к центру головной части бурового инструмента.

Достоверность опробования выбуренной породы обуславливается полнотой сбора продуктов разрушения забоя со всей площади забоя буримой скважины и выноса их через центральный шламоприемный канал бурового инструмента. В предлагаемом снаряде, как и в прототипе, имеется циркуляционная система продувки забоя отработанным энергоносителем, способствующая процессу отбора проб. Однако этого недостаточно, так как наиболее тяжелые частицы шлама, например из золота или платины, оседают на забое и не транспортируются воздухом в центральный шламоприемный канал инструмента. Требуется дополнительное средство очистки забоя. В предлагаемом снаряде в качестве этого средства предусмотрено расположение штыревых породоразрушающих вставок на головной части инструмента по Архимедовым спиралям в направлении против вращения снаряда с радиальным смещением a=0,04÷0,05 м/рад от периферии к центру головной части бурового инструмента. При этом штыревые породоразрушающие вставки скользят по забою, собирают осевший на забой шлам и направляют его в центральный шламоприемный канал бурового инструмента с постоянной скоростью, потому что только Архимедова спираль по определению обеспечивает это условие. Совокупность этих признаков обеспечивает более полный сбор выбуренной породы и вынос продуктов ее разрушения через шламоприемный канал, тем самым повышая представительность пробы и, следовательно, достоверность опробования.

Радиальное смещение а=0,04÷0,05 м/рад штыревых породоразрушающих вставок на Архимедовых спиралях выбирают из соображений образования непрерывного «скребка» для сбора шлама и конструктивно-технологических условий крепления и заточки этих вставок в буровом инструменте.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показан общий вид с продольным разрезом нижней части снаряда для бурения скважины, на фиг.2 – вид А на фиг.1. На фиг.3 показана Архимедова спираль и основные ее параметры:

r_i – текущее значение радиусов точек Архимедовой спирали в полярных координатах;

=const – угловое смещение этих точек;

=const – угловая скорость вращения снаряда и ее направление.

Снаряд для бурения скважин (далее – снаряд) состоит из корпуса 1 (фиг.1), гильзы 2, в которой имеются радиальные отверстия 3 для выхлопа отработанного энергоносителя на забой, из ударного мезанизма, включающего ударник 4, центральную шламотранспортную трубу 5 и буровой инструмент 6 с центральным шламоприемным каналом 7. На головной части 8 (фиг.1, 2) бурового инструмента 6 расположены штыревые породоразрушающие вставки 9 (далее – вставки 9) по Архимедовым спиралям 10 (фиг.2, 3), описываемых уравнением:

r=а·=const, м,

где r – приращение радиуса точек Архимедовой спирали;

– радиальное смещение вставок 9 от периферии к центру в направлении против вращения снаряда;

V – радиальная скорость смещения контакта вставок 9 с разрушаемым забоем, м/с.

Циркуляционная система продувки забоя отработанным в снаряде энергоносителем, способствующая процессу отбора проб, представлена в виде продувочных пазов 11, 12 и 13 в буровом инструменте 6 (фиг.1, 2).

Снаряд работает следующим образом. Под действием энергоносителя (сжатого воздуха), подаваемого в снаряд, ударник 4 совершает возвратно-поступательное движение и наносит удар по торцу бурового инструмента 6. Происходит внедрение вставок 9 в разрушаемый забой скважины. Одновременно снаряд вращается вокруг своей оси со скоростью . Отработанный энергоноситель из рабочих камер ударного механизма выхлапывается на забой скважины через радиальные отверстия 3 гильзы 2, продувочные пазы 11, 12, 13 в буровом инструменте 6 (фиг.1, 2), осуществляя продувку головной части 8 бурового инструмента 6 и его центрального шламоприемного канала 7. При этом большая часть разрушенной породы на забое увлекается воздушными потоками и направляется в шламоприемный канал 7 бурового инструмента 6. Более тяжелые фракции с содержанием плотных частиц, например из золота или платины, оседающие на поверхности забоя, захватываются рядами вставок 9, скользящих по поверхности забоя, и направляются в шламоприемный канал 7 бурового инструмента 6 благодаря тому, что при вращении снаряда и, следовательно, бурового инструмента 6 каждая вставка 9 захватывает разрушенную породу, размещенную перед ней, перемещает ее по Архимедовой спирали 10 к другой вставке 9 с постоянной (свойство Архимедовой спирали) радиальной скоростью V от периферии к центру.

Таким образом, вся разрушенная порода на забое скважины без потерь перемещается в шламоприемный канал 7 бурового инструмента 6, благодаря чему достигается более полный сбор разрушенной породы и вынос продуктов ее разрушения через шламоприемный канал 7, тем самым повышается представительность пробы и, следовательно, достоверность опробования.

Формула изобретения

Снаряд для бурения скважин, включающий ударный механизм и буровой инструмент с центральным шламоприемным каналом и головной частью, снабженной штыревыми породоразрушающими вставками, взаимодействующими с разрушаемым забоем, отличающийся тем, что штыревые породоразрущающие вставки расположены по Архимедовым спиралям в направлении против вращения снаряда с радиальным смещением а=0,04÷0,05 м/рад от периферии к центру головной части бурового инструмента.

РИСУНКИ