ПОГРУЖНОЙ БУРОВОЙ СНАРЯД Российский патент 1994 года по МПК E21C3/24 E21B4/14 

Изобретение относится к горным машинам и может быть использовано для повышения производительности бурения скважин большого диаметра за один проход разного назначения.

Известны устройства для бурения скважин большого диаметра, к ним относится пневмоударный снаряд для бурения скважин диаметром 300. . . 350 мм за один проход, который состоит из пневмоударников П150 и двух буровых коронок долотчатого типа. Это позволяет полностью перекрыть диаметр буримой скважины лезвиями, примыкающими друг к другу, коронок долотчатого типа [1] .

Такой пневмоударный погружной буровой снаряд имеет низкую надежность и производительность бурения, так как скважина большого диаметра калибруется только двумя точками долотчатых коронок, что приводит к быстрому их износу и поломкам. При бурении двумя коронками долотчатого типа контур скважины получается не круглой формы, он имеет вид треугольника с овальными углами. Это ведет к дополнительному сопротивлению при вращении и заклиниванию снаряда в скважине.

Известен также пневмоударный буровой снаряд, предназначенный для бурения скважин большого диаметра за один проход. Этот снаряд состоит из семи серийных пневмоударников, шесть внешних и один центральный с буровыми коронками, имеющими круглую форму забойной части. Ударные механизмы снаряда работают не синхронно, а каждая внешняя буровая коронка контактирует со стенкой скважины только одним уголком твердосплавного лезвия, что резко снижает долговечность коронок. Центральная часть скважины поражается пневмоударником, смонтированным в центре снаряда. Этот пневмоударник по скорости бурения может опережать или отставать от внешних пневмоударников, что может приводить к повышенным нагрузкам и поломкам коронки. Буровой снаряд, состоящий из семи пневмоударников, сложный в изготовлении, имеет большую массу и низкую надежность в работе.

Известен погружной буровой снаряд (прототип), который состоит из центральной буровой коронки, закрепленной в блоке цилиндров, и периферийных коронок. Со стороны внешних боковых поверхностей головки центральной коронки выполнены опорные площадки, а со стороны примыкающей к центральной коронке, на головках периферийных коронок выполнены посадочные выступы. В блоке рабочих цилиндров размещены ударники. Воздухораспределительное устройство снабжено трубкой, которая устанавливается с внешней стороны цилиндрической поверхности клапана. Надклапанная полость сообщается с камерой обратного хода через обводной канал, трубку и через отверстие в блоке цилиндров. Буровые коронки связаны между собой, образуя сплошную забойную часть [2] .

Недостатки этого бурового снаряда следующие.

Конструкция сложна в изготовлении и имеет низкую надежность в работе, так как шесть буровых коронок удерживаются от выпадания одной шпонкой и в подвешенном состоянии бурового снаряда их установить одновременно невозможно.

При бурении по абразивным породам, когда наступает быстрый износ по внешнему диаметру забойной части составных коронок, долговечность их быстро падает, что приводит к возрастанию стоимости бурения 1 м скважины. Это связано с тем, что внешние буровые коронки устанавливаются только в одном положении и имеют одну рабочую выпуклую сторону для обработки контура скважины.

Цель изобретения - упрощение конструкции при одновременном повышении надежности работы.

Для достижения этой цели, в отличие от прототипа, по меньшей мере один из рабочих цилиндров с ударным поршнем имеет увеличенную рабочую площадь, при этом забойная часть буровой коронки, связанной с этим цилиндром, увеличена по площади и охватывает расстояние от внешнего контура до оси бурового снаряда, а воздухоподводящий канал в камеры обратного хода поршней смещен от центра в сторону рабочих цилиндров с ударными поршнями с меньшей рабочей площадью, причем плоский клапан выполнен и установлен на центральном направляющем пояске втулки, которая выполнена в виде эксцентрика, ось верхнего направляющего пояска которого совпадает с осью клапана, а нижняя цилиндрическая поверхность сопрягается с расточкой в корпусе, причем втулка имеет сквозной канал, сопряженный с воздухоподводящим каналом в камеры обратного хода поршней.

Для повышения надежности синхронного запуска ударных поршней и обеспечения их стабильной синхронной работы ударные поршни увеличенного рабочего цилиндра и цилиндров с меньшей рабочей площадью по удельной массе и удельной энергии удара уравновешены.

Такое решение позволяет обеспечить поражение всей площади забоя породоразрушающими элементами буровых коронок при бурении скважин большого диаметра за один проход, упростить конструкцию бурового снаряда, повысить его надежность и производительность бурения. При этом сокращается количества рабочих цилиндров и буровых коронок. За счет применения трех ударных механизмов разной мощности, со стороны забоя скважины образованы дополнительные свободные пространства и продольные пазы между пневмоударными механизмами с увеличенным проходным сечением. Это позволяет уменьшить сопротивление перемещению шлама при удалении его к устью скважины, улучшить очистку забоя и снизить энергоемкость разрушения.

На фиг. 1 изображен буровой снаряд, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид спереди.

Буровой снаряд состоит из корпуса 1, в котором размещены блок рабочих цилиндров, ударные поршни с увеличенной 2 и уменьшенной 3 рабочей площадью, кольцевой клапан 4, установленный на верхнем цилиндрическом направляющем пояске эксцентрика 5 между седлом 6 и коронкой 7. Седло 6 фиксировано штифтом 8, эксцентрик 5 также штифтом 9. На нижней цилиндрической поверхности 10 эксцентрика 5 размещено седло 6. Коробка 7 и седло 6 поджаты переходником 11 через упругий элемент 12. В передней части корпуса 1 установлены буровые коронки с увеличенной головкой 13 и уменьшенной 14 с выпуклыми рабочими внешними сторонами. Коронки 13 и 14 удерживаются от выпадения шпонкой 15.

Воздухоподводящий канал 16 в камере 17 обратного хода поршней 2 и 3 смещен от центра в сторону рабочих цилиндров с ударными поршнями 3 с меньшей рабочей площадью. Ось верхнего направляющего пояска эксцентрика 5 совпадает с осью клапана 4, а нижняя цилиндрическая поверхность 10 сопрягается с расточкой в корпусе 1. Ударные поршни с увеличенной 2 и уменьшенной 3 рабочей площадью блока рабочих цилиндров по удельной массе и удельной энергии удара уравновешены. Для продувки забоя выполнен канал 18.

Погружной буровой снаряд работает следующим образом. При работе бурового снаряда сжатый воздух по ставу штанг подается к воздухораспределительному устройству. Клапан 4 перемещается на верхнем цилиндрическом пояске эксцентрика 5. При положении клапана 4, показанного на фиг. 1, воздух для выполнения обратного хода поршней 2 и 3 поступает от клапанной щели через канал в эксцентрике 5 и канал в корпусе 1, в камеры 17 под ударными поршнями 2 и 3. Для выполнения прямого хода воздух после перекидки клапана 4 проходит через отверстие в седле клапана 6 в камеры над поршнями 2 и 3. Выхлоп воздуха происходит через окна в стенках рабочих цилиндров корпуса 1. Таким образом поршни 2 и 3 наносят удары по буровым коронкам 13 и 14.

Для обеспечения полной, без образования керна обработки забоя скважины буровым снарядом упрощенной конструкции, содержащей три рабочих цилиндра 1, один из рабочих цилиндров с ударным поршнем 2 имеет увеличенную рабочую площадь, а забойная часть буровой коронки 13 перекрывает расстояние от внешнего контура до оси бурового снаряда. При этом воздухоподводящий канал 16 в камеры 17 обратного хода поршней 2 и 3 смещен от центра в сторону рабочих цилиндров с ударными поршнями 3 с меньшей рабочей площадью. Ось верхнего направляющего пояска эксцентрика 5 совпадает с осью клапана 4, а нижняя цилиндрическая поверхность сопрягается с отверстием седла и расточкой в воздухоподводящем канале 16.

Для повышения надежности синхронного запуска ударных поршней и обеспечения их стабильной синхронной работы, ударные поршни 2 и 3 по удельной массе и удельной энергии удара уравновешены.

Продувка забоя скважины осуществляется через воздухоподводящий канал 16 по каналу 18, кроме того, через центральные отверстия в буровых коронках 13 и 14 за счет отбора воздуха из камер 17 обратного хода поршней 2 и 3. (56) Н. Н. Есин, А. Д. Костылев и др. Пневматические машины ударного действия для проходки скважин и шпуров. Новосибирск, Наука, 1986, с. 51.

Авторское свидетельство СССР N 607969, кл. Е 21 С 3/24, 1978.

Использование: изобретение позволяет получить простую и надежную конструкцию из трех механизмов. Сущность изобретения: буровой снаряд содержит блок рабочих цилиндров 1, ударные поршни 2 и 3, кольцевой клапан 4, эксцентрик 5, седло 6 и коробку 7 клапана 4. Седло 6 и эксцентрик 5 фиксированы штифтами 8 и 9. В передней части блока цилиндров 1 установлены буровые коронки 13 и 14, удерживаемые от выпадения шпонкой 15. Ударные поршни 2 и 3 с увеличенной и уменьшенной рабочей площадью по удельной массе и удельной энергии удара уравновешены. Такой буровой снаряд обеспечивает эффективную очистку забоя и вынос шлама к устью скважины. Конструкция позволяет разработать ряд буровых снарядов, предназначенных для бурения скважин за один проход диаметром 220 - 500 мм. Эффективное поражение всей площади забоя достигается за счет увеличения диаметра по меньшей мере одного из рабочих цилиндров с ударным поршнем, забойная часть буровой коронки которых перекрывает расстояние от внешнего контура до оси бурового снаряда. 2 ил.

ПОГРУЖНОЙ БУРОВОЙ СНАРЯД, включающий размещенный в корпусе блок рабочих цилиндров с воздухоподводящим каналом в камеры обратного хода ударных поршней, общий плоский клапан, размещенный между седлом и коробкой, буровые коронки с выпуклыми рабочими сторонами, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции при одновременном повышении надежности в работе, по меньшей мере один из рабочих цилиндров с ударным поршнем имеет увеличенную рабочую площадь, при этом забойная часть буровой коронки, связанной с этим цилиндром, увеличена по площади и охватывает расстояние от внешнего контура до оси бурового снаряда, а воздухоподводящий канал в камеры обратного хода поршней смещен от центра в сторону рабочих цилиндров с ударными поршнями с меньшей рабочей площадью, причем плоский клапан выполнен кольцевым и установлен на центральном направляющем пояске втулки, которая выполнена в виде эксцентрика, ось верхнего направляющего пояска которого совпадает с осью клапана, а нижняя цилиндрическая поверхность сопрягается с расточкой в корпусе, причем втулка имеет сквозной канал, сопряженный с воздухоподводящим каналом в камеры обратного хода поршней.