Устройство для бурения скважин Советский патент 1981 года по МПК E21B21/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к буровой .технике и может быть использовано на станках, предназначенных для бурения шарошечными долотами взрывных скважин на карьерах. Известно устройство для бурения скважин с продувкой воздушно-водяной смесью, включающее долото и размещенную над долотом колонку буровых штанг ГО . Недостатком этого устройства является то, что при его использовании пыледавление осуществляется водой непосредственно на забое скважин.Присут ствие на забое воды приводит к образо ванию жидкого шлама, который плохо удаляется с поверхности забоя и легко проникает в опоры долота, вызывая заклинивание шарошек. Все это существенно снижает скорость бурения (до 50%) и проходку на долото (до 2-х раз и более). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являе-ся устройство для бурения скважин с продувкой воздушно-водяной смесью, содержащее долото, соединенную с долотом штангу, встроенный в штангу влагоотделитель инерционного типа, состоящий из патрубка с отверстиями и закрепленного на нем отражателя, кольцевой зазор между которыми служит : входгалч стлом сепаратора, резервуар для сбора воды и каналы для подачи последней в скважину выше долота. Устройство позволяет улучшить технико-экономические показатели работы долота за счет уменьшения количества воды, поступа ющей на забой скважины с воздухом, что достигается отделением с помоцэю влагоотделителя воды от воздуха и подачей ее. в скважину выше долота 123. к; недостатку известного устройства относится явление повторного вовле- чения отсепарированной воды в воздушный поток, в результате чего на забой попадает значительное количество воды Объясняется это, в первую очередь, большой разницей в размерах площадей поперечного входного сопла влагоотделителя и проходного сечения штанги в месте размещения отражателя влагоотделителя. Поскольку первая площадь значительно меньше второй, скорость воздуш ного потока на входе в сопло влагоотделителя существенно больше скороети воздушно-водяной смеси в момент ее выхода из зазора между внутренней поверхностью штанги и наружной поверхностью отражателя. Разница в скоростях встречных потоков приводит к тому, что на входе влагоотделителя создается зона пониженного разрежения (зона пониженного давления) и отсепарированная после прохождения смеси в зоне отражателя вода начинает эжектировать в воздух, который поступает в сопло влагоотделителя и далее назабой скважины. Кро ме того, влагоотделитель в известном устройстве размещен в непосредственной близости от торца ниппеля долота образующего дно резервуара для сбора воды, т.е. в зоне динамического торможения потока, где выделившаяся из смеси вода:вновь интенсивно перемешивается с воздухом и часть ее поступает на забой скважины через входное сопло влагоотделителя. Необходимо отметить, что при таком Ззазмещении влагоотделителя не исключено поднятие уровня отсепарированной воды до нижнего среза входного сопла влагоотделителя, вследствие чего количество поступающей на забой воды ещ больше увеличивается. Перечисленные вьште факторы ограничивают возможность повьш1ения скорости бурения и стойкост долота при использовании известного устройства. Цель изобретения - повышение скорости бурения и стойкости долота за счет более полного отделения воды от воздуха. Эта цель достигается тем, что площадь поперечного сечения кольцевого зазора между патрубком и отражателем равна площади поперечного сечения кольцевого зазора между отражателем и внутренними стенками штанги, при этом влагоотделитель размещен в верхней части штанги. На фиг. 1 изображен общий вид устройства для бурения скважин, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I. Устройство для бурения скважин соержит долото 1 с центральным продувочным каналом 2 и каналами 3 для проувки опор, соединенную с долотом тангу 4, коаксиально размещенную внутри штанги трубу 5 и установленный на трубе в верхней части штанги влагоотделитель инерционного типа, состоящий из патрубка 6 с отверстиями 7 закрепленного на нем отражателя 8, кольцевой зазор 9 между которыми слуит входным соплом влагоотделителя. Влагоотделитель выполнен таким образом, что площадь S сечения кольцевогО зазора между отражателем и внутренними стенками штанги 4 в месте расположения отражателя 8 равна площади $2 поперечного сечения кольцевого зазора 9. Штанга 4 и размещенная внутри нее труба 5 образует резервуар 10 для сбора воды, который посредством каналов I1 сообщен с затрубным пространством скважины. При бурении воздушно-водяная смесь, поступает во внутреннюю полость штанги 4, где с помощью отражателя 8 происходит выделение воды из потока. Отсепарированная вода по внутренней стенке штанги стекает в резервуар и оттуда с частью воздуха подается через каналы Ii в затрубное пространство скважины выше долота, создавая сплошной водяной заслон на пути движения пыле-воздушного потока и осуществляя пыледавление на некотором удалении от забоя. Осушенный воздух через входное сопло и отверстия 7 влагоотделителя поступает во внутренню а полость трубы 5, а затем через центральный канал 2 долота 1 подается на забой, обеспечивая его очистку от продуктов разрушения. Часть воздуха по каналам 3 поступает в опоры долота для их продувки. В силу равенства площадей S и 5 скорость потока на выходе из зазора между отражателем и штангой практически равна (или даже больше, т.к. объем воздуха, идущего на продувку скважины, меньше объема подаваемой в штангу воздушно-водяной смеси, поскольку вода с частью воздуха поступает в скважину выше долота) скорости встречного потока на выходе сопла, в результате чего на выходе сопла не будет создаваться разрежение и выделенная из потока вода не будет эжектировать в проходящий через влагоотде литель осушенный воздух.

Вынос влагоотделителя из зоны динамического торможения потока (где происходит интенсивное перемешивание отсепарированной воды и воздуха) и удаление его на значительное расстояние от дна резервуара (что позволяет увеличить емкость резервуара и предотвратить подъем воды в нем до уровня входного сопла влагоотделителя) обеспечивает подачу всей вьвделенной из потока воды в затрубное проЬтранство скважины вьппе долота,

Такое вьтолнение устройства практически исключает попадание воды на забой скважины и позволяет повысить за счет этого скорость бурения и стойкость долота.

Формула изобретения

Устройство для бурения скважин, включающее долото, штангу и влагоотделитель, состоящий из патрубка и отражателя, установленных..-с кольцевым зазором между собой и ;внутренними стенками штанги, отличающеес я тем, что, с целью повьш1ения стойкости долота и скорости бурения за счет увеличения степени отделения влаги от воздуха, площадь поперечного сечения кольцевого зазора между патрубком и отражателем равна площади поперечного сечения кольцевого зазора между отражателем и внутренними стенками штанги, при этом влагоотделитепь размещен в верхней части штанги.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидительство СССР № 361280, кл. Е 21 С 15/00, 1970.