Способ бурения горных пород Советский патент 1982 года по МПК E21B7/00 E21B6/00 

Изобретение касается способа бурения горных пород с помощью ударного породоразрушающего инструмента.

Известен способ ударно-вращательного бурения, согласно которому внедрение породоразрушающегося инструмента в породу происходит под одновременньп действием осевой нагрузки, ударов и непрерывного вращения в одном направлении. При этом разрушение породы происходит в результате напряжения сжатия под инструментом при ударах и частичного скалывания при вращении 1.

Однако этот процесс бурения сопровождается большими знергозатратами, вызванными в результате разрушения породы при деформации и разрушении ее сжатием. Кроме того, при этом способе бурения происходит переизмельчение породы и образуется мелкий шлам, трудно поглощаемый пылеулавливающими средствами.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ бурения горных пород, в соответствии с которым породоразрушающий инструмент перемещают в осевом направлении и ему одновременно сообщают

осевые удары и возвратно-поворотные движения вокруг оси 2.

Известная технология бурения предусматривает повороты инструмента произвольно без привязки во времени нанесения удара. Поэтому поворот инструмента в обратном направлении может происходить при любом его положении. Это приводит к повышению энергоемкости разрушения породы и снижению скорости бурения.

Цель изобретения - повышение скорости бурения и снижение энергозатрат процесса бурения путем увеличения размеров скалываемых частиц породы.

Э.та цель достигается тем, что поворот инструмента в обратном направлении осуществляют во время каждого осевого удара.

При этом инструмент в обратном направлении поворачивают на угол, меньший угла поворота в прямом направлении.

На фиг. 1-4 показаны этапы процесса разрушения породы в соответствии с предлагаемым способом; на фиг.5 инструмент, используемый для реализации способа; на фиг. 6 - разрез 30 на фиг. 5.

Предлагаемый способ бурения горных пород осуществляется следующим образом.

Во время бурения породораэрушающий инструмент 1 поворачивают по часовой стрелке и наносят им удары по верхнему основанию 2 уступа 3 забоя скважины (фиг. 1). При нанесении удара инструмент 1 входит в соприкосновение с горной породой. В момент соприкосновения инструмента 1 с породой его вращение прекращается из-за возникшего сопротивления.

Во время внедрения инструмента . ; 1 в породу осуществляют его поворот против часовой стрелки на угол, меньший по величине угла, на который был он повернут при первоначальном его вращении по часовой дтрелке в промежутке между осевыми ударами (фиг.2). При внедрении инструмента 1 в породу и повороте его против часовой стрелки осуществляется скол породы в сторону нижнего основания 4 уступа 3 (фиг. 3). За счет неполного использования энергии удара .происходит отскок инструмента 1 от забоя скважины и поворрт его по часовой стрелке (фиг. 4), далее цикл повторяется. При вышеописанном способе бурения в породе наряду с напряжениями сжатия возникают напряжения сдвига, благодаря которым частицы 5 (фиг. 3) складываются в сторону нижнего основания 4 уступа 3. В результате созания напряжения сдвига в сторону свободной поверхности 6 (фиг. 1) уступа 3 отрыв частиц породы от массива происходит с меньшим усилием, что позволяет бурить шпуры и скваины с меньшими затратами энергии и большей скоростью.

Предлагаемый способ может быть еализован, например, с помощью инструме.нта, представленного На иг. 5 и 6.

Инструмент имеет цилиндр 7, в котором размещены с возможностью осевого перемещения ударный поршень 8 хвостовик 9 коронки 10. На хвостовике 9 выполнены наклонные шлицы 11, входящие в зацепление с наклонными лицами 12, выполненными на внутренней стороне цилиндра 7. Коронка 10 удерживается в цилиндре 7 шпонкой 13, входящей в паз ее хвостовика 9.

Бурение осуществляется следующим образом.

При работе инструмента цилиндр 7 вращается по часовой стрелке. В момент удара поршня 8 по хвостовику 9 коронки 10 она перемещается в осевом направлении к забою скважины и одновременно поворачивается за счет наклонных шлицов 11 и 12 против часовой стрелки. При этом поворот коронки 10 осуществляется на угол,

О меньший угла, полученного при вращении цилиндра 7 между двумя осевыми ударами. Возвращается коронка 10 в исходное положение за счет отскока, а затем процесс повторяется.

5 Размеры выбуриваемых частиц породы при использовании предлагаемого способа оказались в 4-6 раз больше по сравнению с частицами, выбуриваемыми известным ударно-вращательным

0 способом. Это говорит о том, что

энергия при бурении меньше тратится на излишнее измельчение выбуренных частиц породы и она в большей степени расходуется непосредственно на процесс бурения скважины.

Формула изобретения

1.Способ бурения горных пород, в соответствии с которым породоразрушающий инструмент перемещают в осевом направлении и ему одновременно сообщают осевые удары и возвратноповоротные движения вокруг оси, о тличающийся тем, что, с целью повышения скорости бурения и снижения энергозатрат путем увеличения размеров скалываемых частиц породы, поворот инструмента в обратном направлении осуществляют во время каждого осевого удара.

2.Способ по. п. 1, отличащийся тем, что инструмент в обратном направлении поворачивают на угол, меньший угла поворота в

прямом направлении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Иванов К.И. и др. Техника бурения. М., Недра, 1966, с. 12.

2.Патент СССР № 419050,

кл. Е 21 С 1/00, опублик. 1974.