Устройство для колонкового бурения скважин большого диаметра Советский патент 1991 года по МПК E21D1/06 

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для бурения скважин большого диаметра и шахтных стволов с отбором керна, и может быть использовано на горных предприятиях черной и цветной металлургии, в геологоразведке и строительстве.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства в любом диапазоне горных пород.

На фиг. 1 изображено устройство для колонкового бурения скважин большого диаметра, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг, 1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг 1.

Устройство состоит из следующих основных элементов: корпуса 1, коронки 2 с породоразрушающим инструментом, приводной бурильной колонны 3, центральной

трубы 4, ударников 5, пуансонов 6 и 7, полого цилиндра 8, клапана 9 и заряда 10.

В корпусе 1 выполнены каналы 11, связанные с полостью 12 бурильной колонны 3 и выходящие в атмосферу. Коронка 2 представляет собой кольцо, связанное с корпусом 1, оснащенное резцами 13 и чередующимися с ними нагревательными элементами 14, питание к которым подводится по проводам кабеля 15. Центральная труба 4 выполнена составной. Отдельные ее элементы соединены посредством резьбы и имеют окна 16 и 17, в которых размещены без зазоров соответственно пуансоны 6 и 7, и окна 18, в которых без зазора установлены ударники 5. Ударники 5 снабжены фиксаторами 19, а каждый пуансон - фиксатором 20. Верхняя секция центральной трубы 4 присоединена к корпусу 1 и в ней выполнены окна 18 для ударников 5. В последующих секциях, расположенных между секцией с ударниками 5 и секцией с пуансонами 6, установлены симметрично относительно продольной оси устройства, а также перпендикулярно направлению перемещения ударников 5 пуансоны 7. Полости всех секций центральной трубы 4 соединены между собой, а полость центральной трубы в целом соединена с полостью полого цилиндра 8, который присоединен к нижнему торцу центральной трубы 4. Заряд 10 помещен в полости полого цилиндра 8 и имеет воспламенитель 21 с токОподводящим проводом 22. Клапан 9 установлен в торцовой части полого цилиндра 8 и подпружинен пружиной 23. Ударники 5 внутренними поверхностями, обращенными к оси центральной трубы 4, образуют полость 24, в которой размещается провод 22 (последний проходит также через внутренние полости всех остальных секций центральной трубы 4), а также упираются в упор

25,выполненный на корпусе 1 и удерживающий связанные вместе фиксаторами 19 ударники 5 от выпадания из окон 18 центральной трубы 4 и перемещения в них при бурении.

В торце коронки 2 выполнены гнезда

26,в которые входят резцы 13 и выходные отверстия 27 каналов 11. Фиксаторы 19 выполнены в виде стержней, на концах имеются утолщения в виде головок 28. Стержни без зазоров входят в сквозные отверстия, выполненные в ударниках 5. Нагревательные элементы 14 размещены во внутренней полости коронки 2 так, что со стороны ее торца и внутренней стенки находятся по два нагревательных элемента 14, из которых один - общий. В зависимости от выполняемой операции могут включаться одновременно нижняя или боковая пара нагревательных элементов. Токоподводящий провод 22 может быть одним из проводов кабеля 15 или же может иметь самостоятельную связь с поверхностью.

Устройство работает следующим образом.

Устройство опускают центральной трубой 4 в пилот-скважину, пробуренную ранее

0 по оси скважины большего диаметра. После посадки резцов 13 коронки 2 на забой включают в работу нагревательные элементы 14 (нижнюю пару), для чего по кабелю 15 подают электроэнергию, и с началом термиче5 ского разрушения горной породы на забое начинают рейсовую углубку скважины большего диаметра с одновременной передачей на резцы 13 вращения и осевой нагрузки через приводную бурильную колонну 3.

0 Резцы 13 выбуривают в ослабленной термическим разрушением породе кольцевую щель с образованием столбика керна большого диаметра, заполняющего по мере уг- лубки внутренний обьем корпуса 1 В

5 процессе бурения скважины большого диаметра к забою с поверхности подают очистной агент, например воздух, проходящий через полость 12 бурильной колонны 3 в каналы 11 в корпусе 1 и выходящий в гнезда

0 26 через отверстия 27. После того, как керн полностью заполнит корпус 1, углубку скважины прекращают. По проводам 22 к воспламенителю 21 подводят необходимое электрическое напряжение, под действием

5 которого воспламенитель 21, нагреваясь, инициирует заряд 10. В результате инициирования заряд 10 сгорает с образованием большого количества газов, приводящих к увеличению давления в полом цилиндре 8 и

0 центральной трубе 4. Под действием этого давления на торцы пуансонов 6 и 7 и ударников 5 действуют возрастающие по величине усилия, приводящие к разрушению (срезанию) фиксаторов 20 и 19 и перемеще5 нию пуансонов и ударников к стенке пилот- скважины с оказанием в конце их хода динамического воздействия на породу. Пуансоны 6 и 7 внедряются в породу с образованием лунок выкола, ослабляющих керн в

0 продольном (в плоскости пуансонов 7) и радиальном (на уровне пуансонов 6) сечениях. Ударники 5 разбивают керн на две части, при этом плоскости отделения проходят по ослабленным пуансонами 6 и 7 сечениям.

5 Отставание во времени воздействия на керн ударников 5 и пуансонов 6 и 7 достигается путем установки на них фиксаторов, срабатывающих при разном давлении газов в полости центральной трубы. Фиксаторы 20 срезаются при меньшем давлении, чем фиксаторы 19. Для большего ослабления связи керна с массивом до начала инициирования заряды 10 включают боковые нагревательные элементы 14, которые нагревают керн с внешней боковой стороны, создавая в нем действующие в его основании растягивающие напряжения. Обе половинки керна после отделения прижимаются к внутренним стенкам корпуса 1 ударниками 5, так как давление в полости центральной трубы 4 продолжает оставаться высоким ввиду того, что ударники и пуансоны полностью не выходят из окон центральной трубы и установлены в них без зазоров. При извлечении устройства из скважины находящиеся в корпусе 1 обе половинки керна опираются на пуансоны 6, окна которых могут быть выполнены также с небольшим наклоном вверх от оси центральной трубы к ее наружной боковой поверхности. Перед извлечением керна из корпуса 1 выравнивают давление в центральной трубе 4 с атмосферным путем установки последней на клапан 9.

Формула изобретения Устройство для колонкового бурения скважин большого диаметра, включающее

цилиндрический корпус с породоразрушаю- щим инструментом, соединенную с корпусом бурильную колонну, размещенную внутри корпуса центральную трубу с окнами

5 на боковой поверхности, пуансоны, размещенные симметрично относительно продольной оси устройства в окнах на уровне породоразрушающего инструмента с возможностью перемещения в них, и полый

0 цилиндр с размещенным в нем зарядом и клапаном, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства в любом диапазоне горных пород, оно снабжено двумя полуцилиндрическими

5 ударниками, соединенными между собой по вертикали посредством срезных фиксаторов, и дополнительными пуансонами, размещеннымивплоскости, перпендикулярной направлению переме0 щения ударников, между основными пуансонами и ударниками, при этом ударники и пуансоны размещены в окнах центральной трубы без зазоров и имеют срезные фиксаторы, полый цилиндр прикреплен к нижне5 му торцу центральной трубы, а полости их сообщены.

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано на горных предприятиях и в строительстве. Цель - повышение надежности работы уст-ва. Устр-во включает цилиндрический корпус (К) 1 с породоразрушающим инструментом, соединенную с К 1 бурильную колонну 3, размещенную внутри К 1 центральную трубу (ЦТ) 4 с окнами, в которых размещены пуансоны 6 и 7, и окна, в которых установлены ударники 5. Ударники 5 имеют фиксаторы 19, а каждый пуансон 6, 7 - фиксаторы 20. Полости всех секций ЦТ 4 соединены между собой, а полость ЦТ 4 соединена с полостью полого цилиндра 8, который присоединен к нижнему торцу ЦТ 4. Заряд 10 помещен в полости полого цилиндра 8 и имеет воспламенитель 21 с токоподводящим проводом 22. После насадки резцов 13 коронки 2 на забой включает в работу нагревательные элементы 14. Резцы 13 выбуривают в ослабленной термическим разрушением породе кольцевую щель с образованием керна, заполняющего внутренний объем К 1. Кроме того, инициируют заряд 10, который сгорает, образуя большее количество газов. Под действием увеличения давления на торцы пуансонов 6, 7 и ударников 5 срезаются фиксаторы 20 и 19 и пуансоны 6, 7 внедряются в породу. Ударники 5 разбивают керн на две части, при этом плоскости отделения проходят по ослабленным пуансонами 6,7 сечениям. Перед извлечением керна из К 1 выравнивают давление в ЦТ 4 с атмосферным путем установки последней на клапан 9. 5 ил.

А-А

Фиг. 2

W

U 22

Фиг 4

Б-В

Фиг. 3

Фиг. 5