УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 1994 года по МПК E21B7/24 

Устройство относится к буровой технике и может быть использовано при бурении скважин большого диаметра под буронабивные сваи.

Известно устройство для бурения скважин большого диаметра, включающее базовую машину с направляющей, бурильную трубу с приводом и размещенным в ней с возможностью осевого перемещения шнековым буром на конце [1].

Однако подача рабочих органов осуществляется под действием собственных рабочих органов, что недостаточно, особенно при разбуривании твердых пород.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, включающее базовую машину с направляющей, обсадную трубу с подороразрушающим органом и приводами ее вращения и подачи и установленную в обсадной трубе бурильную колонну с породоразрушающим органом и приводами ее вращения и подачи, причем механизм по- дачи выполнен винтовым [2].

В известном устройстве разработка скважины возможна лишь при принудительной подаче рабочих органов винтовыми парами. Однако при разработке мягких пород грунта принудительная подача приведет к чрезмерному наполнению полости трубы грунтом, что в свою очередь вызывает перегрузку приводов рабочих органов, особенно привода подачи бурильной колонны.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и предотвращение перегрузки приводов подачи.

Указанная цель достигается тем, что бурильная колонна выполнена в виде шнека, а каждый привод подачи выполнен из установленного на обсадной трубе или шнеке кронштейна, из размещенных в кронштейне двух обгонных роликовых муфт правого и левого вращения, наружные полумуфты которых закреплены на кронштейне, а внутренние полумуфты выполнены в виде гайки, и из винта, установленного на направляющей с возможностью взаимодействия с гайкой, причем одна из обгонных муфт снабжена механизмом ее отключения, который состоит из установленного на кронштейне привода вращения гайки и из размещенной на гайке с возможностью взаимодействия с ней конусной поверхностью втулки с пазами для размещения роликов муфты и кольцевой проточкой и из шарнирно установленного на наружной полумуфте двуплечего рычага, одно плечо которого размещено в кольцевой проточке втулки, а другое установлено с возможностью взаимодействия посредством гибкого звена и пружины с втулкой при угловом перемещении последней.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема буровой установки, общий вид; на фиг. 2 - устройство управления вертикальными перемещениями бурильной трубы, узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - механизм отключения муфты.

Буровая установка состоит из соосно расположенных между собой бурильной трубы 1 и шнекового буpа 2, которые посредством кронштейнов 3 и 4 присоединены к винтовым парам 5 и 6, закрепленным на направляющей 7, смонтированной к стреле 8 грузоподъемной машины (не показана).

Вращение бурильной трубы 1 и шнекового бура 2 осуществляется индивидуальными приводами 9 и 10. Привод бурильной трубы состоит из двигателя 9 и редуктора 11. Бурильная труба своим внешним квадратным сечением расположена с возможностью свободного осевого перемещения внутри ведомой шестерни (не показана) редуктора 11. Бурильная труба 1 снабжена ковшовым буром 12.

Каждая винтовая пара состоит из винта 13 с приводом на конце (не показан) и гайки 14. На верхнем конце гайки установлен шкив 15 с приводом 16. Последний смонтирован на кронштейне 3. По длине гайки 14 на расстоянии друг от друга расположены обоймы 17 и 18. В пазах 19, образованных между гайкой 14 и обоймами 17 и 18, расположены ролики 20 с пружинами 21, которые в целом представляют собой функциональную обгонную муфту, обладающую самозатягивающим эффектом. В качестве внутренней полумуфты служит гайка 14, а наружной - обоймы 17 и 18. Пазы 19 верхней и нижней муфт имеют противоположные направления сужения.

Поверхности обойм 17 и 18 обхватывают вилочные захваты 22 кронштейна 3. На верхней плоскости нижней обоймы 17 установлен механизм отключения муфты. Он состоит из втулки 23 с фланцем 24. Втулка 23 расположена на гайке 14 и между собой они имеют коническую поверхность контакта. Втулка 23 выполнена разъемной. После установки ее на коническую поверхность гайки 14 места разъема зажимаются захватами (не показано).

Вертикальные перемещения втулки 23 осуществляются вилочным переключателем 25, рычаг которого осевым шарниром присоединен к стойке 26. Основание последней закреплено к обойме 17. Свободный конец рычага 25 посредством тросика 27 и пружины 28 связан с фланцем 24. Тросик 27 запасован через обводные блоки 29. Рычаг 25 в исходном положении удерживается пружиной 30. Фланец 24 выполнен с прорезями 31, в которых расположены хвостовики 32 роликов 20.

Аналогично описанному выполнена винтовая пара 6 для управления вертикальными перемещениями шнекового рабочего органа 2.

Управление вертикальными перемещениями бурильной трубы и ее рабочим процессом по разработке скважины осуществляется следующим образом.

При разработке грунтов твердой категории, например тугопластичных, бурение производится путем приложения к ковшовому буру 12 дополнительного напорного усилия, создаваемого перемещающейся вниз винтовой парой 5. Это усилие возникает при вращении винта 13 по ходу часовой стрелки (вид со стороны привода, расположенного на нижнем конце винта). При этом гайка 14 в начальный момент начинает поворачиваться в ту же сторону, что и винт 13. Вместе с гайкой начинают перемещаться ролики 20 в сторону сужения пазов 19 и заклинивают между собой гайку 14 и верхнюю обойму 18, т.е. происходит их самозатягивание. Нижняя обойма свободна от заклинивания, так как вследствие противоположного направления сужения ее пазов по сравнению с пазами верхней муфты, ролики располагаются в расширяющейся части паза. В последующем при дальнейшем вращении винта 13 гайки 14 вместе с обоймой 18, к которой установлен вилочный захват 22, передают усилие винтовой пары через кронштейн 3 на бурильную трубу 1.

При вращении же винта 13 в противоположном направлении самозаклинивание гайки и обоймы происходит уже в нижней муфте. В этом случае усилия винтовой пары направлены на подъем бурильной трубы из скважины.

Таким образом, самозатягивающиеся в обратных направлениях муфты каждой винтовой пары, соединенные с бурильной трубой, и шнекового бура позволяют осуществлять способ циклического бурения скважин вначале шнековым буром, затем ковшовым.

При бурении скважин в мягких грунтах сопротивления их разработки значительно уменьшаются. Поэтому проходка скважин производится без дополнительного напорного усилия на рабочие органы. Это достигается путем отключения самозатягивающихся муфт на винтовых парах. В этом случае винт 13 неподвижен, а вращается гайка 14 от привода 16. При этом за счет сил трения по боковой конической поверхности, вращение от гайки передается на втулку 23 и фланец 24, а последний в свою очередь посредством хвостовика 32 ролика, расположенного в пазах 31 фланца 24, перемещает ролик 20 нижней муфты в расширенную зону паза 19, отключая тем самым от заклинивания обойму 17 с гайкой 14. Угол поворота фланца ограничивает рычажная система. При повороте фланца 24 происходит натяжение пружины 28 и тросика 27, а последние в свою очередь, поворачивая хвостовик рычага 25 вниз и преодолевая усилие пружины 30, разъединяют между собой от контакта по конической поверхности втулку 23 и гайку 14. Благодаря отключенным муфтам усилия от винтовой пары не передаются на бурильную трубу, а разработка скважины производится только лишь под действием ее собственного веса.

При ослаблении же натяжения пружины 28 втулка 23 под действием усилий возвратной пружины 30 вновь входит в контакт по конусной поверхности с гайкой 14 и передает вращение на фланец 24. Таким образом, рычажная система, втулка с фланцем и ролики работают в автоматическом режиме.

Предотвращение осевого смещения обойм 17 и 18 относительно гайки 14 регулируется скоростью вращения последнего в зависимости от скорости поступательного перемещения бурильной трубы в скважину.

Использование данного устройства позволяет реализовать следующие операции по управлению рабочими органами: принудительная подача в скважину раздельно или совместно каждого рабочего органа или подача под действием их собственного веса; попеременная подача вначале шнекового бура, затем ковшового, но без прекращения транспортировки разработанного грунта из полости трубы.

Использование: в горной и строительной промышленности для бурения скважин. Сущность изобретения: устройство включает обсадную трубу с приводами подачи и вращения и размещенную в ней шнековую колонну с приводами подачи и вращения. С целью расширения функциональных возможностей приводы подачи обсадной трубы и шнековой колонны выполнены из винта, установленного на базовой машине, и гайки, установленной на кронштейне, связанном с обсадной трубой или шнековой колонной. Гайка привода подачи выполнена в виде внутренней полумуфты двух обгонных роликовых муфт, наружные полумуфты которых закреплены на кронштейне. Одна из обгонных муфт снабжена механизмом отключения, который выполнен из привода вращения гайки, из взаимодействующей с гайкой конусной поверхностью втулки и из двуплечего рычага, шарнирно установленного на наружной полумуфте и взаимодействующего одним плечом с втулкой непосредственно, а вторым плечом - посредством гибкого звена и пружины с втулкой при ее угловом перемещении. 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающее базовую машину с направляющей, обсадную трубу с породоразрушающим органом и приводами ее вращения и подачи и установленную в обсадной трубе бурильную колонну с породоразрушающим органом и приводами ее вращения и подачи, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и предотвращения перегрузки приводов подачи, бурильная колонна выполнена в виде шнека, а каждый привод подачи выполнен из установленного на обсадной трубе или шнеке кронштейна, из размещенных в кронштейне двух обгонных роликовых муфт правого и левого вращения, наружные полумуфты которых закреплены на кронштейне, а внутренние полумуфты выполнены в виде гайки, и из винта, установленного на направляющей с возможностью взаимодействия с гайкой, причем одна из обгонных муфт снабжена механизмом ее отключения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм отключения обгонной муфты выполнен из установленного на кронштейне привода вращения гайки, из размещенной на гайке с возможностью взаимодействия с ней конусной поверхностью втулки с пазами для размещения роликов муфты и кольцевой проточкой и из шарнирно установленного на наружной полумуфте двуплечего рычага, одно плечо которого размещено в кольцевой проточке втулки, а другое установлено с возможностью взаимодействия посредством гибкого звена и пружины с втулкой при угловом перемещении последней.