Термомеханическое устройство для бурения скважин Советский патент 1979 года по МПК E21C21/00 E21B7/14 

1

Настоящее изобретение касается конструкции термомехакического устройства для бурения скважин и может быть применено для бурения и разбуривания взрыных скважин на открытых горных работа и строительных площадках.

Известно термомеханическое буровое устройство, обеспечивающее избирательный режим работы либо термический, либо термомеханический. Оно содержит камеру сгорания с сопловым отверстием и распределительной головкой, в которой размещена топливная форсунка и выполнены каналы для прохода окислителя, и размещенный коаксиально корпусу камеры сгорания поршневой ударный механизм, поршень которого совершает возвратнопоступательное перемещение и воздействует на кольцевую буровую коронку.

Движение поршня осуществляется йа счет давления газообразных продуктов сгорания, поступающих в полости цилиндра ударного механизма непосредственно из камеры сгорания. Для этого в стенках корпуса камеры сгорания выполнены каналы, перекрываемые и открываемые поршнем при его движении i. Избирательный режим работы устройства обеспечивается за счет регулирования положения порщня относительно газоподводяших каналов.

Однако конструкция устройства сложна и его эксплуатация в режиме термомеханического бурения затруднительна. Сложность конструкции вызвана наличием ударного поршня и множеством газопод- водящих каналов. При эксплуатации устройства внутрикамерное давление газа снижается, так как часть продуктов сгорания отводится из нее для перемещения порщня ударного механизма.

Более близким к предложенному по технической сущности является термомехани- ческое устройство для бурения сквчжин, содержащее камеру сгорания с сопловь М отверстием и распределительной головкой, в которой закреплена топливная фор.сунка и выполнены каналы для прохода окислителя, и расположенный коаксиально снаружи камеры сгорания механический ударный инструмент, имеющий возможность поступательного перемещения под воздействием давления газа в каме- fje сгорания 2. В этом устройстве, как и в предложенном, ударное перемещение механичес- кого инструмента достигается в результате резкого повышения давления газа в камере сгорания. При этом известное устройство работает периодически то в термическом режиме, то в термомеханическом, но оно не приспособлено к избирательному режиму работы. Цель изобретения - создание термомеханического устройства для бурения скважин простой конструкции, обеспечи- Бающего избирательные реждалы работы. Эта цель достигается тем, что уст- ройство снабжено размещенной в камере сгорания кольцевой перемычкой, находящейся на некотором расстоянии от распределительной головки и жестко соединен ной с ней, а механический ударный инструмент скреплен с камерой сгорания и приспособлен для аксиального перемещения вместе с ней относительно головки с перемычкой, которые имеют возможность установочного перемещения отно- сительно камеры сгорания. На чертеже показано термомеханическое буровое устройство. Термомеханическое устройство для бу рения скважин имеет механический удар- ный инструмент, выполненный в виде коронки 1, и связанного с ней корпуса 2, который телескопически сочленен с буровой штангой (на чертеже не показана). Внутри корпуса 2 размещена соединенная с ним камера 3 сгорания с сопловыми отверстиями 4 и распределительной головкой 5, в которую встроены форсунки 6 для распыливания топлива. Камера 3 сгорания соединена с топливоподводяшей магистралью 7. В корпусе 2 размещены также аэродинамические клапаны 8 в ви-° де трубок для подвода окислителя, прохо дящего через отверстия 9 в крьплке 10. В камере 3 сгорания размещена примы кающая к ее стенкам кольцевая перемычка И, расположенная на некотором рас стоянии от распределительной головки 5 и жестко соединенная с ней стержнями 1 Распределительная головка 5 и связанная с ней кольцевая перемычка 11 могут перемещаться относительно камеры 3 сгорания с помощью силового цилиндра 13, ШТОК 14 которого сочленен с головкой 5. При втянутом штоке 14 распределительная головка 5 с кольцевой перемычкой 11 занимает крайнее верхнее положение, как показано на чертеже, а примыкающая к перемычке 11 часть камеры 3 сгорания является резонансной трубой. При выдвинутом щтоке 14 кольцевая перемычка 11 нижним торцом примыкает к сопловым отверстиям 4, как показано пунктиром на чертеже. На наружной стороне камеры 3 сгорания выполнены продольные ребра 15, образующие с корпусом 2 каналы 16 для прохода охлаждающей жидкости. Выходные отверстия 17 этих каналов расположены на наружной стороне корпуса 2 выще коронки 1. Охлаждающая жидкость подводится к камере 3 сгорания по магистрали 18. В режиме термомеханического бурения устройство работает следующим образом. Распределительная головка 5 с кольцеБОЙ перемычкой 11 устанавливается силовым цилиндром 13 в крайнее верхнее положение. В этом случае камерой сгорания является пространство между головкой 5 и перемычкой 11, а остальная часть камеры 3 сгорания служит нансной трубой. Таким путем образуется система, в которой возникает вибрационное горение, распространяющееся по всей длине трубы и вызывающее знакопеременные продольные ударные импульсы. При направлении импульса вверх корпус 2, соединенный с камерой 3 сгорания и коронкой 1, подбрасываются над забоем буримой скважины. Продукты сгорания выбрасываются на забой, нагревают его, частично разрушают и устремляются в затрубное пространство скважины, унося частицы разрушенной породы. Корпус 2 с камерой 3 сгорания и коронкой 1 под действием собственного веса падает на нагретый слой забоя скважины и разрушает его. Далее цикл повторяется до окончания бурения скважины. В режиме термического, огнеструйного бурения устройство работает следующим образом. Распределительная головка 5 с кольцевой перемычкой 11, цилиндром 13 устанавливается в крайнее нижнее положение, показанное пунктиром. Камера сгорания в этом случае ограничена пространством между головкой 5 и перемычкой 11 и работает как воздущно реактивная горелка; Нагретые до 100О-