Способ бурения

 

Изобретение относится к горной промышленности и повыщает скорость бурения . При осуществлении способа буре ния в процессе непрерывного вращения рабочего инструмента (РИ) прикладьшают постоянную осевую и периодическую ударную нагрузки. При этом к РИ прикладывают двойную ударную нагрузку для заглубления РИ в одной и той же лунке с последующим прижатием РИ к забою при срезе стружки. Первый удар, наносимый РИ, создает лунку выкола и сеть микротрещин . Второй удар, осуществляемый тем же РИ, заглубляет его на всю глубину лунки выкола и производит дополнительное разрушение породы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК цц4 Е21С 1 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4079180/22-03 (22) 07.05.86 (46) 23.02.89. Бюл. № 7 (71) Кузбасский политехнический институт (72) М. К. Якунин, В. И. Захаров, А. И. Захарова и О. M. Якунин (53) 622.233.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1!13534, кл. Е 21 С 3/24, 1983.

Медведев И. Ф. Режимы бурения и выбор буровых машин.— N. Недра, 1975, с. 150.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам бурения

Цель изобретения — повышение скорости бурения.

На фиг. 1 изображена диаграмма бурения вра щательно-ударным способом с приложением единичных ударов; на фиг. 2 — диаграмма того же способа с приложением двойных ударов.

Сущность способа заключается в том, что в способе вращательно-ударного бурения, включающем постоянную осевую и периодически прикладываемую ударную нагрузку в процессе непрерывного вращения инструмента, к рабочему инструменту прикладывают двойной удар для заглубления рабочего инструмента в той же лунке выкола с последующим прижатием его к забою при срезе стружки.

На фиг. 1 и 2 приняты следующим обозначения: Т вЂ”; Т, — время, в течение которого отсутствует осевая нагрузка на инструмент; Ti — время, в теÄÄSUÄÄ 4 0226 A 1 (54) СПОСОБ БУРЕНИЯ (5?) Изобретение относится к горной промышленности и повышает скорость бурения. При осуществлении способа бурения в процессе непрерывного вращения рабочего инструмента (РИ) прикладывают постоянную осевую и периодическую ударную нагрузки. При этом к РИ прикладывают двойную ударную нагрузку для заглубления РИ в одной и той же лунке выкола с последующим прижатием РИ к забою при срезе стружки. Первый удар, наносимый

РИ, создает лунку выкола и сеть микротрещин. Второй удар, осуществляемый тем же РИ, заглубляет его на всю глубину лунки выкола и производит дополнительное разрушение породы. 2 ил. чение которого долото прижимается к забою шпура с усилием подачи Р„; Т вЂ” время ударного взаимодействия долота с породой при единичном (или первом) ударе Pi,.

Тз — время ударного взаимодействия долота с породой при втором ударе (Р );

Т4 — время прижатия долота к забою шпура силой Р. после приложения ударной нагрузки P2.,h, — толщина срезаемой стружки под действием силы P.; h — заглубление долота при ударе P -, h — заглубление долота при ударе Р2.

Из фиг. 1 видно, что при обычном вращательно-ударном бурении долото в течение времени Ti под действием усилия подачи Р, срезает стружку толщиной h.. Затем к рабочему инструменту прикладывают ударную нагрузку Рь которая заглубляет долото на величину hi. В связи с наличием инерционности подающего механизма осевая нагрузка в течение времени Т„снижается до нуля и долото выходит из заглубления на величину Ah=h i — Ь„составляющую

1460226

Формула изобретения

10 — 15О от Ь . Причем, чем больше частота вращения инструмента, тем больше долото делает холостой пробег и при n=300 об/мин значение Лй=0.

Пример. Долото, вращаясь с частотой

n=300 об/мин, заглубляется в породу под действием ударной нагрузки Р> на величину

hi=2 10 м. Усилие подачи Р,=10000 Н, масса бурильной головки т=120 кг. Средняя скорость заглубления долота при ударе

v„=2,5 м/с.

Определяют время ударного взаимодействия долота с породой:

Tz=h i /о,,=2 ° 10 з/2,5 - 1Оз =0,8 10 бс.

Определяют время отсутствия осевой нагрузки на долоте:.= Ж77;= 7

=6,92 ° 10 с.

Из приведенных расчетов видно, что осевая нагрузка на три порядка отстает от ударной и в течение времени Т,=6,92 10 с ее нет на инструменте. За это время периферийные кромки лезвий при радиусе долота

R=2i 10 м успевают пройти путь

l=2srRnT,/60=2 3,14 ° 21-10 300 6,92Х

Х! 0 /60=4,56 10 м.

Если принять ширину лунки выкола равной ее двойной глубине (Lsr,=4 10 м), то лезвия долота после удара полностью выйдут за ее пределы, что отрицательно скажется на удельной подаче инструмента.

Для устранения указанного недостатка предлагается после приложения первого удара (Pi) и заглубления долота на величину hi прикладывать второй удар (P2) в той же лунке выкола для дополнительного заглубления долота на величину 62 с последующим прижатием его к забою шпура статической нагрузкой Рп, На фиг. 2 показано, что в процессе вращения долото под действием силы P. срезает стружку толщиной h,. Затем к рабочему инструменту, в дополнение к постоянной осевой нагрузке Р„прикладывают ударную

Р, которая заглубляет долото на величину

hi. Вслед за первым ударом прикладывают второй удар — Рг. Если первый удар, наносимый бойком, создает лунку выкола и сеть микротрещин в область, в которую долото за время Т практически не может войти, то второй удар, осуществляемый тем же или другим бойком, заглубляет долото на всю глубину лунки выкола и производит дополнительное разрушение породы. При этом общая глубина лунки выкола составляет 61+62.

Если считать, что общая продолжительность последовательно прикладываемых двух

40 ударов двумя бойками равна 2Т2=2.0,8Х

Х10 6=1,6 10 с, то за это время периферийные кромки долота успевают пройти расстояние

l=2 RnTg/60=2 ° 3,14 21 ° 10 300 1,6Х

Х10 б/60=0,001 ° 10, зм, т.е. долото практически не сдвинется с места.

После приложения второго удара долото мгновенно прижимается к забою шпура силой P- (например, с помощью того же бойка) и удерживается в течение времени Т4, пока усилие подачи Р, не достигнет своего максимума. При этом толщина срезаемой стружки равна двойной глубине лунки выкола (h,=hi+her) и в процессе поворота долото не выходит из своего заглубления.

Если за каждый двойной удар долото будет заглубляться в породу крепостью

f=8 — 10 на величину 3 ° 10 м, то для повышения скорости бурения в два раза потребуется всего лишь два двойных удара за оборот. При этом осевая нагрузка может быть в два раза снижена (срез стружки может осуществляться по замкнутому кругу, без заглубления в породу в процессе вращения), что позволит в четыре раза повысить стойкость режущего инструмента.

Следовательно, при конкретном исполнении к вращающемуся долоту прикладывают постоянную осевую нагрузку и осуществляют срез стружки. С целью более интенсивного заглубления долота в породу сначала к нему прикладывают один удар, потом второй. После этого долото прижимают к забою шпура и производят срез стружки толщиной, равной двойной глубине лунки выкола. После среза стружки снова прикладывают к долоту двойной удар и цикл разрушения повторяется.

При приложении к инструменту двух двойных ударов за оборот с последующим прижатием его к забою шпура скорость бурения возрастает в два раза.

Способ бурения; согласно которому в процессе непрерывного вращения инструмента к нему прикладывают постоянную осевую и периодическую ударную нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости бурения, к рабочему инструменту прикЛадывают двойную ударную нагрузку для заглубления инструмента в одной и той же лунке выкола с последующим прижатием инструмента к забою при срезе стружки.!

460226

Фиг. Z

Составитель М. Неснова

Редактор Е. Папп Техред И. Верес Корректор И.Муска

Заказ 438/31 Тираж:449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101