Способ ударно-вращательного бурения и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 Ш Е 21 В 7 00 ае ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ъ е Ее те й-еЯДфдфтцНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт горного дела СевероЯкутского Филиала СО АН СССР(56) 1. Ребиндер П.А. Поверхностныеявления в дисперсных системах, М.,ффНаука 1, 1979, с. 270-320,2. Гавриленко Н,М, Исследованиетехнологии ударно-вращательного колонкового бурения скважин.с промывкой растворами поверхностно-активных веществ, Автор. дис. на соиск,учен, степени канд, техн, наук. Днепропетровск, 1970 (Днепропетровскийгорный институт им. Артема) (прототип) .3. Авторское свидетельство СССРР 128822, кл. Е 21 В 4/00, 1959,4, Авторское свидетельство СССР9 848563, кл . Е 21 В 10/36, 1979(57) 1. Способ ударно-вращательного бурения, включающий разупрочнение гор ных пород ударным инструментом за счет образования в них трещин и микротрещин и адсорбционное понижение прочности пород путем, ввода в трещины и микротрещины раствора ПАВ, о т л и ч а ю щ и й с я 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 гидроудерннн, вввнмодействуюннй 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, 1105596Изобретение относится к горной промышленности, в частности к ударно-вращательному способу бурения с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ).Известно являение адсорбционного понижения прочности горных пород при воздействии на них ПАВ 11, заключающееся в том, что молекулы ПАВ, покрывая адсорбционной пленкой поверхности трещин в забое, ослабля 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 буренииИзвестен способ ударно-вращательного бурения, включающий разупрочнение горных пород ударным инструментом за счет образования в них трещин 20 и микротрещин и адсорбционное понижение прочности пород путем ввода в трещины и микротрещины раствора . ПАВ Г 2 1. Однако возможности адсорбционного понижения прочности горных породиспользуются неполностью. В связи,с.тем, что под торцом постоянно прижатого инструмента доступ молекул ПАВ в призабойную часть скважины ограЗОничен, начало процесса образования и роста трещин под торцом инструментапроисходит без доступа раствора ПАВ, Известно также, что ядро уплотненияобразуется именно под торцом инструмента 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 ПАВ 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.1Цель 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 понижение 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, включающеекорпус с радиальными пазами и породоразрущающими элементами на торцеи установленное .в полости корпуса свозможностью 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 техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для осуществления способавключающее двойной колонковый снаряд, наружная и внутренняя трубы которого соединены с коронками, установленными с возможностью осевогоперемещенця одной относительно друЬой и оснащенными породоразрушающимиэлементами, и гидроударник, взаимодействующий с внутренней колонковой трубой .4 ,Данное устройство также не обеспечивает повышение эффективности разрушения породы, так как клиновая форма его породоразрушающих элементовотжимает раствор ПАВ из зоны контакта с забоем,Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для осуществленияспособа, включающем двойной колонковый снаряд, наружная и внутренняятрубы которого соединены с коронками, установленными с возможностьюосевого перемещения одной относительно другой и оснащенными породоразрущающими элементами, и гидроударник,взаимодействующий с внутренней колон"ковой 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 1 нафиг. 2 в увеличенном масштабе.Устройство включает наружную 1 ивнутреннюю 2 колонковые трубы скоронками 3 и 4, оснащенными породоразрушающими элементами соответственно 5 и б, Коронки 3 и 4 установлены с воэможностью их относительногоосевого перемещения. Внутренняя колонковая труба 2 посредством переходников 7 и 8 и наковальни 9 взаимодейст -вует с гидроударником 10. Породоразрушающие элементы б внутренней коронки4 выполнены с выемкой 11 на рабочемторце.Устройство работает следующим образом.При спуске устройства в скважинувнутренняя колонковая труба 2 с коронкой 4 смещаются относительно наружной колонковой трубы 1 и первыми .касаются забоя. Затем забоя касаетсянаружная коронка 3При этом происходит смыкание шлицевого разъема (не показан), и при прокачивании бурового раствора включается в работу гидро- ударник 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 ПАВ, 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 смачивают 10 ся, а выемка 11 под их торцом заполняется раствором ПАВ.При последующем воздействии породоразрушающие элементы 6, захватив выемкой 11 раствор ПАВ, образуют трещины и микротрещины и одновременно, внедряясь в породу, задавливают в них этот раствор. Образованию трещин и микротрещин способствует также и динамическое воздействие раствора ПАВ, находящегося в полости в торце ударного элемента, Токая согласованность механических и физико- химических воздействий ПАВ 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,.Л одписно СР д. 4 Филиал ППП Патент , г.Ужгород, ул. Проектная,Закаэ 5562/24 ВНИИПИ Го по дела 113035, МТираж дарствен изобрете ква, Ж565 Пго комитета ССй и открытий Раушская наб,