ДВОЙНОЙ КОЛОНКОВЫЙ СНАРЯД Российский патент 1997 года по МПК E21B25/00 

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин с отбором керна и может найти применение преимущественно в геологоразведке и горном деле.

Известен двойной колонковый снаряд (а.с. N 713982), у которого внутренняя керноприемная труба соединена с буровой коронкой посредством резьбового соединения и передает ей крутящий момент, а ударные импульсы передаются на коронку через наружную трубу.

Недостатком этого снаряда является низкая эксплуатационная надежность вследствие того, что прямые и отраженные от забоя ударные импульсы воздействуют на резьбовое соединение и разрушают его. Кроме того, для извлечения керноприемной трубы из снаряда обязательная технологическая операция необходимо отвинтить буровую коронку, затянутую силовым технологическим моментом, что представляет определенные трудности, неудобство в эксплуатации и снижает эффективность использования снаряда.

Наиболее близким к предлагаемому двойному колонковому снаряду является техническое решение по а.с. N 1789655, содержащее наружную трубу, размещенную в ней керноприемную трубу, буровую коронку с центральным сквозным отверстием, головкой с забойным торцем, с центральным сквозным отверстием, головкой с забойным торцем, хвостовиком с наружной шлицезамковой нарезкой, причем коронка подвижно соединена с наружной трубой посредством внутренних выступов наружной трубы, ограничивающих осевое перемещение коронки.

Недостатком данного снаряда является сложность разборки сборки при извлечении и замене керноприемной трубы, обусловленной конструкцией соединения буровой коронки с наружной трубой. При демонтаже коронки необходимо к устройству прикладывать осевое усилие для сжатия специального резинового кольца, упругость которого со временем изменяется, а шлицезамковое соединение буровой коронки с трубой зашламовывается, что делает соединение неразборным, снижает эксплуатационную надежность снаряда и даже непригодным к дальнейшему использованию. Кроме того, сбор шлама в шламоприемную трубу идет только из центральной части, а не всего диаметра буримой скважины.

Технической задачей, решаемой предлагаемым устройством является повышение эксплуатационной надежности и эффективности работы двойного колонкового снаряда.

Это достигается тем, что на наружной поверхности хвостовика коронки, в средней его части, выполнена протяженная, по меньшей мере на величину осевого перемещения коронки, круговая канавка, в которой размещено разрезное пружинное кольцо, охватываемое гайкой, присоединенной к наружной трубе. Кроме того шламопроводные пазы забойного торца коронки выполнены расширяющимися во внутрь, причем задняя стенка пазов, относительно направления вращения коронки, направлена тангенциально, а дно пазов наклонено вверх в сторону центрального отверстия коронки.

Предлагаемое соединение коронки с наружной трубой обеспечивает эксплуатационную надежность снаряда, значительно облегчает разборку сборку его, поскольку гайка совместно с кольцом, ограничивающая осевое перемещение коронки и удерживающие ее от выпадания из снаряда, нагружена не силовым технологическим моментом, а всего лишь моментом трения о стенки скважины. Кроме того, предлагаемая конструкция забойного торца коронки с расширяющимися во внутрь шламопроводными пазами с наклонным дном вверх в сторону центрального отверстия обеспечивает полный сбор разрушенной породы со всего диаметра буримой скважины, направляет ее в керноприемную трубу, что повышает эффективность работы снаряда, так как повышается выход керна, снижается энергоемкость разрушения в виду того, что отсутствует повторное измельчение частиц породы.

На фиг. 1 показан продольный разрез общего вида устройства; на фиг. 2 - вид забойного торца коронки в увеличенном масштабе; на фиг. 3 соединение коронки с наружной трубой в увеличенном масштабе.

Двойной колонковый снаряд, изображенный на фиг. 1, 2 и 3 состоит из переходника 1, к которому на резьбе присоединяется ударная машина 2. Внутри переходника 1 размещен обратный клапан, который состоит из собственно клапана 3, пружины 4 и седла 5 с резиновой втулкой 6. Переходник 1 с помощью шлицев соединен с верхней муфтой 7 наружной трубы, состоящей из собственно трубы 8 и нижней муфты 9. В наружной трубе размещена керноприемная труба 10, которая верхним торцем уперта в переходник 1, а нижним в торец буровой коронки 11 с центральным отверстием 12, хвостовиком 13 и головкой 14 с забойным торцом 15 (фиг. 2), имеющим шламопроводные пазы 16. На наружной поверхности хвостовика 13 коронки в средней его части выполнена круговая канавка 17 (фиг. 3), в которой размещено разрезное пружинное кольцо 18, охватываемое гайкой 19, присоединенной к нижней муфте 9 наружной трубы. Хвостовик 13 коронки (фиг. 1) имеет шлицы 20, которыми он подвижно соединен с нижней муфтой наружной трубы. Шламопроводные пазы 16 (фиг. 2) выполнены с расширением во внутрь, а задняя стенка 21 пазов направлена тангенциально. Дно 22 пазов (фиг. 3) наклонено вверх и в сторону центрального отверстия 12 буровой коронки 11. В стенке переходника 1 выполнены наклонные отверстия 23 (фиг. 1), которые совмещены с отверстиями 24 в верхней муфте 7 наружной трубы. На наружной поверхности переходника 1 выполнены продольные пазы 25, а в нижней муфте 9 наружной трубы радиальные отверстия 26.

Двойной колонковый снаряд работает следующим образом.

Ударная машина 2 наносит удары по переходнику 1. Далее энергия удара от переходника передается по керноприемной трубе 10 буровой коронке 11, воздействующей на забой. Прохождение ударных импульсов по керноприемной трубе способствует более эффективному продвижению керношламового материала в ней. Крутящий момент от ударной машины 2 передается через шлицевое соединение переходника 1 верхней муфте 7 наружной трубы 8 и далее через шлицы 20 нижней муфты 9, буровой коронке 11. Коронка имеет возможность свободно перемещаться в осевом направлении относительно нижней муфты 9 наружной трубы 8. Это перемещение ограничено разрезным пружинным кольцом 18, которое установлено в круговой канавке 17 хвостовика 13 коронки. С наружной стороны это кольцо закреплено гайкой 19, соединенной резьбой с нижней муфтой 9 наружной трубы 8. Поскольку гайка 19 в процессе работы снаряда в скважине не передает силовой технологический крутящий момент, а может быть нагружена только моментом трения ее наружной поверхности о стенки скважины, то демонтаж буровой короки для извлечения керноприемной трубы из снаряда существенно облегчается, что значительно повышает эксплуатационную надежность и эффективность использования снаряда. Под воздействием ударной энергии буровая коронка 11 твердосплавными вставками внедряется в породу и разрушает кольцевую часть забоя. Центральная часть забоя керн, поступает в центральное отверстие 12 коронки и далее в керноприемную трубу 10.

Разрушенная порода в кольцевом забое захватывается задними стенками 21 шламопроводных пазов, расширяющимися во внутрь и по наклонному их дну 22 принудительно направляется в центральное отверстие буровой коронки, тем самым обеспечивается полный сбор породы со всего диаметра буримой скважины и повышается качество опробования. Одновременно энергоноситель под магистральным давлением от ударной машины проходит по продольным каналам 25, кольцевому зазору между наружной и керноприемной трубой, радиальными отверстиями 26 в затрубное пространство, предотвращая приклинивание снаряда к скважине.

При работе ударной машины отработанный энергоноситель воздействует на обратный клапан 3 (фиг. 1), сжимает пружину 4 и через наклонные отверстия 23 и 24 проходит в затрубное пространство. При отключении подачи энергоносителя в ударную машину 2, пружина 4 возвращает клапан 3 в исходное положение и перекрывает сливной тракт, предотвращая зашламовывание ударной машины.

Извлечение керноприемной трубы из снаряда осуществляется следующим образом: отвинчивается гайка 19 от нижней муфты 9 наружной трубы 8. При этом буровая коронка 11 выходит из шлицевого соединения с муфтой и вместе с разрезным пружинным кольцом 18 и гайкой 19 отсоединяется от снаряда, затем под воздействием собственного веса извлекается керноприемная труба 10 с керношламовым материалом.

Сборка снаряда производится в обратном порядке. В наружную трубу устанавливается керноприемная труба, вставляется коронка в шлицевые пазы нижней муфты 9 наружной трубы и навинчивается гайка 19.

Использование: изобретение относится к устройствам для бурения скважин с отбором керна в геологоразведке и горном деле. Сущность изобретения: устройство работает совместно с пневмо- или гидроударной машиной и содержит наружную трубу разгруженную от осевой силы, в которой размещена керноприемная труба с буровой коронкой. Ударная энергия передается коронке через наружную трубу. Керноприемная труба установлена свободно с упором своим верхним торцем в переходник, а нижним в хвостовик буровой коронки, которая соединена подвижно с нижней частью наружной трубы с помощью шлицевого соединения, а осевое перемещение ограничено разрезным пружинным кольцом, охватываемой гайкой, присоединенной к наружной трубе. Шламопроводные пазы забойного торца коронки выполнены расширяющимися во внутрь, причем задняя стенка пазов, относительно направления вращения коронки, направлена тангенциально, а дно пазов наклонено вверх в сторону центрального отверстия коронки. Конструкция снаряда обеспечивает эксплуатационную надежность и эффективность работы за счет легкой разборки -сборки снаряда и сбора керно-шламового материала со всего диаметра буримой скважины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двойной колонковый снаряд, содержащий наружную трубу, размещенную в ней керноприемную трубу, буровую коронку с центральным отверстием, хвостовиком и головкой с забойным торцом, имеющим шламопроводные пазы, подвижно соединенную с нижней частью наружной трубы, и переходник, отличающийся тем, что на наружной поверхности хвостовика коронки, в средней его части выполнена протяженная по меньшей мере на величину осевого перемещения коронки круговая канавка, в которой размещено разрезное пружинное кольцо, охватываемое гайкой, присоединенное к наружной трубе. 2. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что шламопроводные пазы забойного торца коронки выполнены расширяющимися вовнутрь, причем задняя стенка пазов относительно направления вращения коронки направлена тангенциально, а дно пазов наклонено вверх в сторону центрального отверстия коронки.