Способ ударно-вращательного бурения и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК E21B7/00 E21B4/14 E21B6/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к ударно-врс1щательному способу бурения с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ). Известно являение адсорбционного понижения прочности горных пород пр воздействии на них ПАВ l, заключающееся в том, что молекулы ПАВ, . покрывая адсорбционной пленкой поверхности трещин в забое, ослабляют межмолекулярные связи между стен ками трещин в горной породе. Благо даря этому начало раскрытия трещин происходит при меньших механических нагрузках, чем без ПАВ. Данное явле ние наход55т применение и в бурении. Известен способ ударно-вращатель ного бурения, включающий разупрочне ние горных пород ударным инструментом за счет образования в них трещ и микротрещин и адсорбционное пони жение про.чности пород путем ввода в тречщны и микротрещины раствора ; ПАВ 2, Однако возможности адсорбционного понижения прочности горных пород используются неполностью. В связи ,с тем, что под торцом постоянно прижа того инструмента доступ молекул ПАВ в призабойную часть скважины огр ничен, начало процесса образования роста трещин под торцом инструмента происходит без доступа раствора ПАВ Известно также, что ядро уплотнения образуется именно под торцом инстру мента и на это расходуется до 80% энергии, подводимой к инструменту. Только вслед за перемещением породо разрушающего элемента в устья еще несомкнувшихся трещин проникают молекулы ПАВ. После перемещения породо разрушающего элемента, т.е. после снятия механического напряжения, в этой же зоне забоя начинается процес 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 позволяет достигнуть высоких скоростей бурения. Цель изобретения - повышение скорости бурения. Поставленная цель достигается тем что согласно способу ударно-вращател ного бурения, включающему разупрочне ние горных пород ударным инстр ументом за счет образования в них трещин и кмкротрещин и адсорбционное пониже ние прочности пород путем ввода в трещи,ны и микротрещины раствора ПАВ, образование трещин и микротрещин в породе производят одновременно с вво дом в них раствора ПАВ, 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 З. 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 ко:торого соединены с коронками, установленными с возможностью осевого перемещения одной относительно /дру1х)й и оснащенными породоразрушающими элементами, и гидроударник, взаимодействующий с внутренней колонковой трубой .4}, Данное устройство также не обеспечивает повышение эффективности разрушения породы, так как клиновая форма его породоразрушающих элементов отжимает раствор ПАВ 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,, породоразрушающие элементы коронки внутренней трубы выполнены с выемкой на рабочем торце. На фиг. 1 и 2 приведен-а 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 возможностью их относительного осевого перемещения. Внутренняя колонковая труба 2посредством переходников 7 и 8 и наковальни 9 взаимодействует 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 происходит смыкание шлицевого разъема (не показан), и при прокачивании буровог раствора включается в работу гидроударник 10. Разрушение породы осуществляется путем приложения.к коронкам 3 и 4 осевого усилия, крутящего 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 породоразрушающих элементов 6, 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 забой и лезвия коронки 4 смачиваются, а выемка 11 под их торцок заполняется раствором ПАВ.

При последующем воздействии породоразрушающие элементы б, захватив выемкой 11 раствор ПАВ, образуют трещины и микротрещины и одновременно, внедряясь в породу, залавливают в них этот раствор. Образованию трещин и микротрещин способствует также и динамическое воздействие раствора ПАВ, находящегося в полости в торце ударного элемента. Токая coi-ласованность механических и физикохимических воздействий ПАВ способствует более эффективному протеканию процесса адсорбционного понижения пр(Очности горных пород.

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

1 М СКВсЙСИНЫ,

.J

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,