БУРОВОЙ СНАРЯД Российский патент 1998 года по МПК E21B10/66 

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам для бурения с отбором керна со съемным инструментом.

Известен буровой снаряд, включающий наружную трубу, съемный керноприемник и секторную съемную коронку, в котором для передачи крутящего момента от наружной трубы к секторам коронки на торце наружной трубы выполнены специальные фигурные зубцы под секторы коронки в рабочем положении (см. патент США N 3603413, кл. 175-261, 1971).

Для введения секторов коронки в выемки зубцов в состав конструкции бурового снаряда входит ориентирующее устройство, которое усложняет конструкцию.

Известен также буровой снаряд со съемными коронками, содержащий наружную трубу с ориентирующим устройством и пазами под секторы, расположенные в наружной трубе внутреннюю трубу, пилотную коронку, узел крепления внутренней трубы с пилотной коронкой и раздвижную коронку в виде секторов, расположенных с возможностью охвата пилотной коронки, где узел крепления внутренней трубы с пилотной коронкой выполнен в виде L-образных выступов и пазов, расположенных соответственно на внутренней трубе и пилотной коронке, внутренняя труба на наружной поверхности выполнена со штырями, а раздвижная коронка в верхней части - с крючковидными пазами с возможностью расположения в них штырей при рабочем положении пилотной коронки и крепления раздвижной коронки при ее рабочем положении (авт. св. N 1584464).

Работает буровой снаряд следующим образом.

Съемную часть за грибок опускают в бурильную колонну, при движении вниз в крайнем нижнем положении раздвижная коронка с помощью ориентирующего устройства своими секторами выставляется относительно пазов наружной трубы. При дальнейшем перемещении вниз внутренняя труба вводит секторы раздвижной коронки в пазы наружной трубы, а между секторами коронки - пилотную коронку, с помощью которых формируют скважину и керн, керн периодически поднимают после заполнения им внутренней керноприемной трубы без подъема коронок (до их износа). При бурении секторы раздвижной коронки надежно зафиксированы пилотной коронкой в пазах наружной трубы и керноприемная труба при бурении не вращается, что способствует повышению выхода керна и меньше самозаклином керном, а также не происходит смыкания секторов друг к другу при бурении.

Недостатки снаряда состоят в сложности конструкции: наличие ориентирующего устройства и двух коронок: раздвижной и пилотной. Ввиду сложности конструкции могут быть и отказы в работе, в частности при захвате L-образным выступом внутренней трубы пилотной коронки, так как L-образная выемка пилотной коронки может быть забита шламом.

Наиболее близок предлагаемому известный буровой снаряд, включающий наружную трубу, съемный керноприемник и съемную секторную коронку, в котором на нижнем торце наружной трубы под некоторым углом к наружной поверхности трубы выполнены специальные зубцы; на поверхностях секторов, контактирующих с зубцами наружной трубы, выполнены круговые относительно оси бурового снаряда ребра [1].

Работает буровой снаряд следующим образом.

В бурильную колонну опускают секторную коронку с керноприемником, которые перемещаются до тех пор, пока секторная коронка не зависнет на своих выступах внутри наружной трубы; керноприемник, перемещаясь вниз, вводит секторы их верхними круговыми ребрами в контакт с зубцами наружной трубы. В крайнем нижнем положении керноприемник фиксируется с помощью фиксатора. Затем снаряд ставят на забой и начинают бурение.

Для отрыва керна бурильную колонку немного приподнимают. Извлекают из бурильной колонны керноприемник с керном. Затем, по мере износа, извлекают секторную коронку. Недостаток бурового снаряда заключается в недостаточном выходе керна и ненадежности передачи крутящего момента от наружной трубы к секторам коринки при быстром износе зубцов наружной трубы и поверхности секторов коронки, контактирующих с зубцами. Это обусловлено тем, что зубцы выполнены только на наружной трубе, а на поверхности секторов выполнены круговые относительно оси ребра. Площадь контакта между ними мала: в местах пересечений верхних зубцов и ребер. В процессе бурения в результате ускоренного износа участков контакта будет происходить проскальзывание зубцов наружной трубы относительно секторов коронки по радиусу и по оси снаряда. Это вызовет повышенный износ зубцов наружной трубы и секторов, а значит периодически придется поднимать всю бурильную колонну для замены наружной трубы с зубцами (иначе будет пробуксовка наружной трубы относительно секторов).

Проскальзывание наружной трубы относительно секторов по оси снаряда вниз вызовет в той или иной мере смыкание секторов друг к другу и уменьшение диаметра керна, препятствуя заполнению керноприемника.

Кроме того, часто будет происходить самозаклинивание керна, так как керноприемник вращается вместе с коронкой.

Сущность изобретения состоит в том, что буровой снаряд, содержащий наружную трубу с зубчатым торцем, съемный керноприемник и подвешенную к нему на втулке с держателями раздвижную секторную коронку с выступами взаимодействия с зубцами торца наружной трубы, секторы выполнены с выступами взаимодействия в виде элементов зубчатого зацепления с зубцами торца наружной трубы, причем зубцы торца и элементы зубчатого зацепления выполнены с наклоном для предотвращения перемещения секторов в направлении к продольной оси вращения снаряда при работе последнего.

На фиг. 1 показан буровой снаряд, коронка в транспортном положении; на фиг. 2 - то же, коронка в рабочем положении.

Снаряд включает наружную трубу 1 и съемную часть 2, спускаемую к забою и поднимаемую из наружной трубы 1. В нижней части наружной трубы 1 выполнены внутренние расточки 3, 4, а на нижнем торце (по всему торцу) - зубцы 5. Съемная часть 2 включает раздвижную коронку 6 с секторами 7 и корпусом в виде втулки 8, в котором выполнены упоры 9. В нижней части корпуса 8 выполнены сектородержатели 10 с секторами 7. На сектородержателях 10 выполнены упоры 11. Секторы 7 коронки 6 имеют зубцы 12. В съемную часть снаряда входит также керноприемник 13 с керновательным кольцом 14, фиксирующим устройством 15, ловильным грибком 16 и ловильным элементом 17 в виде кольцевой канавки. Все зубцы 12 секторов 7 выполнены с наклоном их вершин 18 от периферий к продольной оси вращения снаряда. Все зубцы 5 торца наружной трубы 1 выполнены с таким же соответствующим наклоном их поверхностей взаимодействия 19 и вершин 20 и также в сторону этой оси вращения.

Буровой снаряд работает следующим образом.

Коронку 6 корпусом 8 надевают на керноприемник 13 и вся съемная часть 2 за грибок 16 керноприемника 13 с помощью овершота (не показан) опускают в бурильную колонну. После остановки коронки 6 за счет попадания упоров 11 во внутреннюю расточку 3 наружной трубы 1 керноприемник 13 продолжает перемещаться вниз, раздвигая секторы 7 коронки 6 и переводя их в рабочее положение. Керноприемник 13 фиксируется фиксатором 15 относительно наружной трубы 1. Снаряд ставят на забой. Наружная труба 1 зубцами 5 нижнего торца находит на секторы 7. При этом за счет наклонов зубцов секторов 7 и зубцов наружной трубы 1 наружная труба нижним торцом входит в углубления секторов 7, фиксируя их в рабочем положении.

После бурения при заполнении керном керноприемника 13 вращение наружной трубы 1 прекращают и ее немного приподнимают для отрыва керна от забоя. Отрыв керна производят при помощи кернорвательного кольца 14. затем при помощи овершота производят подъем керноприемника 13 за грибок 16. Коронка 6 остается висеть на упорах 11 во внутренней расточке 3 наружной трубы 1. Для извлечения изношенной коронки 6 опускают керноприемник 13 с ловильным элементом 17. При движении керноприемника 13 вниз в крайнем, нижнем положениях керноприемник 13 с ловильным элементом 17 входит в корпус 8 коронки 6. Керноприемник 13 фиксируется фиксирующим устройством 15 относительно наружной трубы 1. Снаряд ставят на забой, начинается бурение. После бурения наружную трубу 1 незначительно приподнимают для отрыва керна. При отрыве керна от забоя между зубцами секторов 7 коронки 6 и зубцами 5 наружной трубы 1 образуется зазор, секторы 7 за счет упругости сектородержателей 10 сводятся вместе и коронка 6 свободно извлекается на поверхность керноприемником 13 с ловильным элементом 17 за счет упругих упоров 9 коронки 6.

Выполнение зубцов торца наружной трубы и элементов сектора с наклоном к продольной оси вращения снаряда обеспечивает при бурении надежную передачу крутящего момента на секторы, керноприемная труба не вращается, не происходит смыкания секторов друг к другу, повышаются выход керна и надежность работы снаряда.

Изобретение применяется для бурения с отбором керна со съемным породоразрушающим инструментом. Буровой снаряд содержит наружную трубу с зубчатым торцем, съемный керноприемник и подвешенную к нему на втулке с держателями раздвижную секторную коронку с выступами взаимодействия с зубцами торца наружной трубы. Секторы выполнены с выступами взаимодействия в виде элементов зубчатого зацепления с зубцами торца наружной трубы. Зубцы торца и элементы зубчатого зацепления выполнены с наклоном для предотвращения перемещения секторов в направлении к продольной оси вращения снаряда при работе последнего. Данная конструкция повышает выход керна и надежность работы снаряда. 2 ил.

Буровой снаряд, содержащий наружную трубку с зубчатым торцом, съемный керноприемник и подвешенную к нему на втулке с держателями раздвижную секторную коронку с выступами взаимодействия с зубцами торца наружной трубы, отличающийся тем, что секторы выполнены с выступами взаимодействия в виде элементов зубчатого зацепления с зубцами торца наружной трубы, причем зубцы торца и элементы зубчатого зацепления выполнены с наклоном для предотвращения перемещения секторов в направлении к продольной оси вращения снаряда при работе последнего.