ГИДРОМОНИТОРНАЯ БУРИЛЬНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1997 года по МПК E21B7/18 E21C45/00 

Настоящее изобретение касается гидромониторной бурильной головки, предназначенной для устройств бурения подземного туннеля.

Из уровня техники известна гидромониторная бурильная головка для бурения подземного туннеля с корпусом, соединенным с бурильной установкой с возможностью вращения вокруг центральной оси головки, выполненным с осевым каналом, проходящим вдоль центральной оси, с направляющей поверхностью, на боковой стороне корпуса, скошенной в направлении переднего конца головки, и снабженным, по крайней мере, одним установленным в корпусе, направленным вперед и сообщенным с осевым каналом передним соплом, выпускное отверстие которого расположено вне центральной оси [EP 019559]
Технический эффект заявленной гидромониторной бурильной головки состоит в повышении ее эффективности путем создания гидромониторной головки указанного выше типа, благодаря которой обеспечивается облегчение маневрирования бура при изменении направления бурения, что увеличивает возможность управления буром.

Для достижения этого технического эффекта, гидромониторная бурильная головка снабжена установленным в корпусе на уровне задней концевой части направляющей поверхности направленным назад дополнительным соплом, канал которого сообщен с осевым каналом, а выпускное отверстие расположено снаружи направляющей поверхности для образования за соплом свободного пространства и изменения направления движения бурильной головки.

Сопла должны быть направлены под углом 15^o относительно центральной оси головки в направлении, противоположном поступательному перемещению бурильной головки.

Согласно предпочтительному варианту конструкции бурильной головки имеется несколько дополнительных сопел, направленных против направления поступательного перемещения головки и расположенных на одинаковом угловом расстоянии одно от другого по отношению к центральной оси.

В другом варианте бурильная головка имеет три дополнительных сопла, направленных в направлении, противоположном направлению поступательного перемещения бурильной головки.

Хотя в принципе для бурения с изменением направления бурения вполне достаточно одного направленного вперед сопла, смещенного относительно центральной оси бурильного копья, бурильная головка кроме того может содержать несколько направленный вперед передних сопел, расположенных симметрично на одинаковом угловом расстоянии относительно одного из названных передних сопел.

Если в такой конструкции используются, например, три направленных вперед передних сопла, то при этом каждое из двух передних сопел отстает от центрального переднего сопла на 45^o. В таких конструкциях сопла могут быть направлены вперед под углом примерно от 10^o до 15^o относительно центральной оси головки, а выпускные отверстия передних сопел расположены вне центральной оси направленной ей. В частности, это целесообразно в случае, когда ось канала, по крайней мере, одного из дополнительных сопел направлена против поступательного движения бурильной головки, а ось канала одного из направленных вперед передних сопел лежит в общей плоскости с центральной осью.

Ниже изобретение подробно описано на примере варианта конструкции, иллюстрируемого прилагаемыми чертежами.

Рис. 1 продольное сечение бурильной головки, согласно представленному изобретению.

Рис. 2 вид спереди бурильной головки.

Рис. 3 сечение по линии А-А на рис. 2.

Рис. 4 сечение по линии B-B на рис. 2.

Рис. 5 вид бурильной головки, частично в разрезе по линии C-C на рис. 2, и
Рис. 6 поперечное сечение бурильной головки по линии D-D на рис. 3.

Бурильная головка показана на рис. 1. Через отверстие 13, имеющее форму усеченного конуса, выполненное в центральном канале 10, подается под высоким давлением жидкость. Центральный канал 10 в бурильной головке 1 проходит почти вплоть до передней поверхности 14. Бурильная головка соединена с другим оборудованием, необходимым для бурения. На ее поверхности предусмотрена шпонка 3, фиксирующая бурильную головку в угловом направлении. Бурильная головка 1 снабжена резьбой 12 для соединения бурильной головки с оборудованием, дополнительно требуемым для бурения. Каналы 21, 41 двух систем сопел выходят в концевую область центрального канала 10 рядом с передней поверхностью 14 бурильной головки 1. Первая система сопел содержит направленные вперед сопла 2, выходящие на переднюю поверхность 14 бурильной головки 1 на некотором расстоянии от центральной оси канала 10. Вторая система сопел включает в себя направленные назад сопла 4. Впускные отверстия этих сопел направлены против фактического направления движения бурильной головки 1 под определенным углом к оси центрального канала 10, например, под углом 15^o. В бурильной головке 1 предусмотрена выемка 43, в которой утоплено сопло 4. В обеих системах сопел можно использовать сопла 2, 4 известной конструкции с упрочненной насадкой 22, 42 на конце отверстия сопел Каналы 21 первой системы сопел наклонены под углом, например, 11^o к оси центрального канала 10. На прилагаемых чертежах первая система сопел расположена в области над осью центрального канала 10. Нижняя область скошена в возрастающей степени в сторону передней поверхности 14 и образует управляющую поверхность 11. При изменении направления бурения управляющая поверхность 11 опирается на грунт и улучшает стабилизацию бурильного копья.

На рис. 2 показан вид спереди бурильной головки. На переднюю поверхность 14 бурильной головки 1 выходят три сопла 2, 2', 2''. Два из названных сопел 2' и 2'' расположены под углом 45^o относительно центрального сопла 2. Расположение управляющей поверхности 11 подразумевает, что бурильная головка 1 в этой части имеет эллиптическое поперечное сечение.

На рис. 3 бурильная головка 1 бурильного копья показана в сечении по линии А-А на рис. 2. Вид в разрезе ясно демонстрирует, что оси каналов 21, 41 сопел и ось центрального канала 10 лежит в одной плоскости.

На фиг. 4 приведен разрез бурильного копья по линии B-B на рис. 2. Канал 41' второго сопла 4' второй системы сопел, направленных назад относительно направления бурения, выходит в конце центрального канала 10. Эллептическая форма поперечного сечения бурильной головки 1 подразумевает, что управляющая поверхность в рассматриваемом сечении выполнена сильно скошенной. Такая форма управляющей поверхности 11 определяет предпочтительное направление в ходе бурения.

На рис. 5 бурильное копье изображено частично в разрезе по линии C-C на рис. 2. Шпонка 3, установленная в шпоночной канавке, закрепляет бурильную головку при вращении. Подобно каналом сопел первой системы сопел, канал 21' выходит в нижней области центрального канала 10, но не в конце канала.

На рис. 6 бурильная головка показана в сечении по линии B-B на рис. 2. Три сопла 4, 4' и 4'' расположены на периферии бурильной головки 1 на угловом расстоянии 120^o друг от друга. Такое расположение всех трех сопел 4, 4', 4'' обеспечивает значительные возможности маневрирования при осуществлении изменения направления движения бурильного копья.

Использование: в устройствах для бурения подземных тоннелей. Сущность изобретения: гидромониторная бурильная головка содержит корпус, связанный с бурильной установкой с возможностью вращения вокруг центральной оси головки. Корпус имеет осевой канал, проходящий вдоль центральной оси, с направляющей поверхностью на боковой стороне корпуса, скошенной в направлении переднего конца головки и сообщенный с направленным вперед соплом, выпускное отверстие которого расположено вне центральной оси, и с направленным назад дополнительным соплом, установленным на уровне задней концевой части направляющей поверхности. Впускное отверстие дополнительного сопла расположено снаружи направляющей поверхности для образования за соплом свободного пространства и изменения направления движения бурильной головки. Головка может иметь следующие варианты выполнения: передних сопел может быть несколько, они могут быть расположены симметрично под углом 45^o относительно одного из них, дополнительных сопел также может быть несколько. Дополнительное сопло может быть направлено под углом 15^o относительно центральной оси головки, а передние сопла - под углом 10^o - 15^o. Впускные отверстия передних сопел могут быть расположены вне центральной оси параллельно ей, а ось канала одного из них может лежать в общей плоскости с центральной осью. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Гидромониторная бурильная головка для бурения подземного туннеля, содержащая корпус, связанный с бурильной установкой с возможностью вращения вокруг центральной оси головки, выполненный с осевым каналом, проходящим вдоль центральной оси, с направляющей поверхностью, на боковой стороне корпуса, скошенной в направлении переднего конца головки и снабженный по крайней мере одним установленным в корпусе, направленным вперед и сообщенным с осевым каналом передним соплом, выпускное отверстие которого расположено вне центральной оси, отличающаяся тем, что она снабжена установленным в корпусе на уровне задней концевой части направляющей поверхности направленным назад дополнительным соплом, канал которого сообщен с осевым каналом, а выпускное отверстие расположено снаружи направляющей поверхности для образования за соплом свободного пространства и изменения направления движения бурильной головки. 2. Головка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительное сопло направлено под углом 15^o относительно центральной оси головки в направлении, противоположном поступательному перемещению бурильной головки. 3. Головка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена несколькими дополнительными соплами, направленными против направления поступательного перемещения головки и расположенных на одинаковом угловом расстоянии одно от другого по отношению к центральной оси. 4. Головка по одному из пп. 1 3, отличающаяся тем, что она имеет три сопла, направленных в направлении, противоположном направлению поступательного перемещения бурильной головки. 5. Головка по одному из пп. 1 4, отличающаяся тем, что содержит несколько направленных вперед передних сопел, расположенных симметрично на одинаковом угловом расстоянии относительно одного из названных передних сопел. 6. Головка по п. 5, отличающаяся тем, что содержит три направленные вперед передних сопла, при этом каждое из двух передних сопел отстоит от центрального переднего сопла на 45^o. 7. Головка по одному из пп. 1 6, отличающаяся тем, что передние сопла направлены вперед под углом примерно 10 15^o относительно центральной оси головки, а выпускные отверстия передних сопел расположены вне центральной оси параллельно ей. 8. Головка по одному из пп. 1 7, отличающаяся тем, что ось канала по крайней мере одного из сопел направлена против поступательного движения бурильной головки, а ось канала одного из направленных вперед передних сопел лежит в общей плоскости с центральной осью.