УСТРОЙСТВО ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2007 года по МПК E21B4/16 

Изобретение касается устройства для сооружения скважины с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Такого рода устройство известно из публикации WO 97/34070. Несколько инструментов ударного действия при этом связаны непосредственно в инструментальной головке, так что ударная энергия через рабочую среду переносится на погруженные в буровую скважину инструменты и от них - непосредственно на подошву буровой скважины, так что система соединительных штанг при этом остается абсолютно свободной от воздействий. Инструментальная головка связана через систему соединительных штанг с расположенным в большинстве случаев вне буровой скважины приводным агрегатом с вращательным приводом, так что расположенные в инструментальной головке инструменты работают на всегда новых местах подошвы буровой скважины. В первую очередь, с имеющимися в виду устройствами работают в массивной горной породе.

Для практики этот вид бурения имеет все возрастающее значение, так как, с одной стороны, стало лучше качество буровых скважин и почти точно может соблюдаться направление буровых скважин, а, с другой стороны, за счет звукопоглощающего способа ввода инструмента в буровую скважину, без существенного внешнего действия значительно лучше удовлетворяются требования по защите окружающей среды, такие как шумовая нагрузка.

Транспортировка в отвал из буровой скважины материала породы, отбитого или, соответственно, отодранного на поверхности проходки или, соответственно, в подошве скважины, может происходить у таких установок внутри полой системы соединительных штанг в виде так называемой «обратной циркуляции». Например, для этого может использоваться метод воздушного подъемника, при котором воздух вдувается как промывочная среда в буровую штангу поверх инструментальной головки, так что за счет поднимающегося в системе соединительных штанг воздуха возникает разница давлений в системе соединительных штанг между буровой скважиной и поверхностью, которая индуцирует скорость течения в системе соединительных штанг, с которой материал горной породы выводится через систему соединительных штанг наружу.

В известном устройстве находят применение в качестве инструментов молотки ударного действия. Хотя с этим устройством и достигают удовлетворительной скорости бурения, в частности, в твердой горной породе, однако оно имеет тот недостаток, что эффективность бурения ослабевает, в частности, в более мягкой слоистой породе.

Поэтому в основе изобретения лежит задача создать устройство, которое обеспечивает удовлетворительную скорость бурения в самых разных формациях горной породы.

Эта задача решается согласно изобретению, охарактеризованному признаками пункта 1 формулы изобретения. Вследствие того что каждый из инструментов содержит планшайбу с лучевыми резцами и средства, которые в рабочем режиме переводят планшайбу с лучевыми резцами в качательное движение, каждый инструмент на поверхности проходки и, соответственно, на подошве буровой скважины производит одновременно как ударное воздействие, отбивающее твердую горную породу, так и скребковое действие, снимающее отбитую твердую горную породу, а также более мягкие грунтовые формации. Разные формации горной породы могут эффективно разрушаться, таким образом, соответствующим изобретению устройством и выноситься в отвал.

Как средства выемки могут находить применение, в частности, стержни или роликовые диски.

Особенно предпочтительна форма выполнения соответствующего изобретению устройства, при которой предусмотрено, по меньшей мере, одно устройство привода, посредством которого инструментальная головка может приводиться во вращение вокруг продольной оси скважины. Устройство привода может быть расположено и снаружи буровой скважины, и крутящие моменты могут передаваться через систему соединительных штанг. Тем не менее, также возможно устанавливать систему соединительных штанг не вращающейся и предусматривать привод в инструментальной головке или на ней. За счет вращательного движения инструментальной головки гарантируется то, что планшайбы с лучевыми резцами работают каждый раз на разных местах поверхности проходки и, соответственно, подошвы буровой скважины.

Устройство привода для инструментальной головки может быть выполнено так, что вращение происходит в твердо установленном направлении вращения, т.е. либо по, либо против направления часовой стрелки.

Тем не менее, также возможно выполнять устройство привода так, что вращение происходит попеременно, например, с углом поворота между 90° и 270°. Эта форма выполнения имеет преимущество в том, что можно отказаться от дорогостоящих уплотнений вращательных приводов, которые были бы необходимы для подвода текучих сред к инструментальной головке, или от устройств со скользящими контактами, поскольку они были бы необходимы для подвода электрических токов, например, к приводу инструментов. Узлы уплотнения и, соответственно, блоки со скользящими контактами могут заменяться простыми, защищенными от повреждений гибкими проводами.

При особенно предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению устройства предусмотрены средства, которые приводят планшайбу с лучевыми резцами каждого инструмента в рабочем режиме устройства во вращение. Этим мероприятием усиливается счищающее воздействие на отделяемую горную породу, возрастает эффективность бурения. В отношении этих средств речь идет, например, о гидравлических, пневматических или электрических вращательных приводах.

Эксперименты показали, что эффективность бурения особенно высока, если частота вращения планшайбы с лучевыми резцами каждого инструмента меньше, чем ее частота качания. Отношение между частотой вращения и частотой пошатывания составляет предпочтительно от 1:30 до 1:60.

При особенно предпочтительном варианте выполнения соответствующего изобретению устройства каждый инструмент снабжен главным валом с вращательным приводом, который имеет шейку, ось которой образует острый угол с осью главного вала, а также несущей головкой для планшайбы с лучевыми резцами, которая установлена с возможностью вращения вокруг оси шейки главного вала, и область периферийной поверхности, которая прокатывается по области ответной периферийной поверхности. Этим мероприятием планшайба с лучевыми резцами приводится посредством главного вала в движение качания с частотой, которая соответствует частоте вращения главного вала. При прокатывании области периферийной поверхности головки по области ответной периферийной поверхности будет одновременно - от вращения главного вала - приводиться во вращение планшайба с лучевыми резцами, частота вращения которой зависит от конструктивного выполнения областей периферийной поверхности и ответной поверхности. Поэтому можно конструктивно задавать жесткое соотношение частоты качания к частоте вращения планшайбы с лучевыми резцами.

Чтобы иметь возможность, тем не менее, оптимально адаптировать соответствующее изобретению устройство к разным формациям горной породы, особенно желательно, чтобы можно было варьировать отношение частот качания и вращения. Это становится возможным при особенно предпочтительной форме выполнения устройства за счет того, что область ответной поверхности сама может приводиться во вращение. В зависимости от направления вращения области ответной поверхности - при постоянном числе оборотов главного вала - происходит, таким образом, повышение или уменьшение результирующего числа оборотов планшайбы с лучевыми резцами.

Область ответной поверхности и прокатывающаяся по ней область периферийной поверхности головки могут конструктивно выполняться любым образом, который обеспечивает процесс обкатывания в рабочем режиме. Из-за простоты изготовления и надежности в эксплуатации, тем не менее, предпочтительно, если область периферийной поверхности имеет внешнюю зубчатую нарезку, а область ответной поверхности - внутреннюю зубчатую нарезку.

Область ответной поверхности выполнена, предпочтительно, в виде полой шестерни, концентрически расположенной относительно оси главного вала, которая согласно особенно предпочтительной форме выполнения изобретения может приводиться во вращение.

Выяснилось, что отношение частоты качания и частоты вращения, которое достижимо с неповоротной областью ответной поверхности, не оптимально для множества применений. В большинстве случаев для эффективности бурового процесса была бы выгоднее относительно пониженная скорость головки бура. Поэтому предпочтительная форма выполнения соответствующего изобретению устройства предусматривает, чтобы область ответной поверхности приводилась во вращение посредством находящейся в сцеплении с главным валом планетарной передачи. Эта форма выполнения имеет преимущество в том, что не требуется никаких дополнительных приводных двигателей.

Тем не менее, также возможно приводить область ответной поверхности во вращение посредством отдельного привода, независимо от главного вала, т.е. не соединять область ответной поверхности и главный вал. Особенно предпочтительно, если отдельный привод выполнен с возможностью управления или регулировки, вследствие чего в рабочем режиме возможна подгонка отношения между числом оборотов головки бура и частотой качания, соответственно, к виду конкретной горной породы.

На чертежах представлены примеры выполнения соответствующего изобретению устройства. Они показывают:

Фиг.1 - в перспективе, первая форма выполнения конструкции привода соответствующего изобретению устройства;

Фиг.1a - привод вращения, который при форме изготовления узла привода согласно фиг.1 может находить применение альтернативно представленному на фиг.1 вращательному приводу;

Фиг.2 - схематически - принцип действия системы воздушного подъемника в соответствующем изобретению устройстве;

Фиг.3 - схематически - вид сбоку инструментальной головки с несколькими инструментами;

Фиг.4 - вид снизу, согласно фиг.3;

Фиг.5 - конструкция одного из инструментов в продольном сечении;

Фиг.6 - в перспективе - соответствующий фиг.1 вид второй формы выполнения конструкции привода соответствующего изобретению устройства;

Фиг.7 и 8 - две следующие формы выполнения сооружения привода в виде, соответствующем фиг.6;

Фиг.9 - привод колебания, как он может находить применение в конструкции, согласно фиг.8;

Фиг.10 - конструкция следующей формы выполнения инструмента, соответствующего представлению на фиг.5, а также

Фиг.11 - схематически - предпочтительное расположение инструментов по фиг.10 в инструментальной головке.

Фиг.1 показывает первую форму выполнения расположенной вне сооружаемой скважины части соответствующего изобретению устройства. Обозначенная в целом поз.3 конструкция привода устройства укреплена на опорном устройстве 2, которое установлено на рабочей платформе, обозначенной в целом поз.1. На систему 5 соединительных штанг, содержащую связываемые друг с другом сегменты, от которой показана только верхняя часть и которая проходит (обозначено только штрихом) сквозь рабочую платформу 1 в сооружаемую скважину и вплоть до инструментальной головки, воздействует схематически показанная головка 4 вращательного привода. Привод системы 5 соединительных штанг с головкой 4 вращательного привода может происходить обычным, известным из уровня техники способом, например посредством гидравлического двигателя.

Альтернативно, тем не менее, также возможно, вместо расположенной на верхнем конце системы 5 соединительных штанг головки 4 вращательного привода использовать представленный на фиг.1a вращательный привод 4′, как он конструктивно известен по устройствам постанова обсадных труб.

Этот вращательный привод 4′ охватывает фиксированную внешнюю часть 4′′, относительно которой может приводиться во вращение кольцеобразная внутренняя деталь 4′′′, внутренний диаметр которой подогнан к наружному диаметру системы 5 соединительных штанг, и которая выборочно, по меньшей мере, в направлении привода может связываться с ней активным соединением, т.е. c силовым или геометрическим замыканием. Привод может происходить, например, посредством гидравлического двигателя. Вращательный привод 4′ может находиться посредством его фиксированной части 4′′ в активном соединении с предусмотренными в опорном устройстве 2 силовыми генераторами 2′ с переменной длиной, как, например, шпиндели или блоки поршень/цилиндр. Если система 5 соединительных штанг и внутренняя деталь 4′′′ вращательного привода 4′ выполнены так, что в продольном направлении системы 5 соединительных штанг также осуществимо соединение с силовым замыканием между ней и внутренней деталью 4′′′, то через вращательный привод 4′ в систему соединительных штанг могут передаваться как бы тяговые усилия. Тем не менее, также возможно жестко закрепить вращательный привод 4′ на опорном устройстве, а внутреннюю деталь 4′′′ и систему 5 соединительных штанг выполнять так, что система 5 соединительных штанг в ее продольном направлении может перемещаться во внутренней детали 4′′′. В этом случае тяговые усилия нужно вводить в систему соединительных штанг, например, воздействием на описываемую ниже первую вращающуюся соединительную головку 10.

На верхнем конце системы 5 соединительных штанг расположена первая вращающаяся соединительная головка 10, через которую выбуренный в основании скважины материал отводится наружу через выпускную трубу 21, и посредством первого трубопровода 13 подводится сжатый воздух в систему соединительных штанг. Ниже первой вращающейся соединительной головки 10 расположена вторая, в целом обозначенная поз.20, вращающаяся соединительная головка. Опорное устройство 2 установлено с возможностью колебания вокруг горизонтальной оси A и связано с приводами 6, так что оно может наклоняться, и могут буриться также отклоняющиеся от вертикали скважины.

Фиг.2 схематически разъясняет способ, посредством которого отбитая при помощи инструментов 41 инструментальной головки 40 выбуренная порода транспортируется наружу с подошвы 16 частично наполненной водой скважины 9, например, до уровня 9′. Внутреннее пространство системы 5 соединительных штанг образует промывную трубу 8, которая обычно наполнена водой, в которую выше инструментальной головки 40 через впускной клапан 43 вдувается воздух, который сжимался вне буровой установки не показанным здесь компрессором, и проводится вниз через первый ввод 13 в первую вращающуюся соединительную головку 10 и посредством первого трубопровода 12 - вдоль системы 5 соединительных штанг. Закачанный воздух вызывает - из-за различия плотностей между наполненной газовыми пузырьками жидкостью в промывной трубе 8 и внешней жидкостью в скважине 9 - восходящий поток внутри промывной трубы 8, вместе с которым выбуренная порода 7 движется наверх и через выпускную трубу 11 вымывается наружу из устройства. Через второй ввод 23 подводится рабочая среда в показанную как одно целое с первой вторую соединительную головку 20, а также во второй трубопровод 22, и по нему вдоль системы 5 соединительных штанг проводится вниз - к приводу инструментов 41 инструментальной головки 40. В качестве рабочей среды может служить находящаяся под давлением гидравлическая жидкость. Тем не менее, также возможно осуществлять привод инструментов электрически. Вместо второй вращающейся соединительной головки тогда может находить применение блок скользящих контактов для подачи электрической энергии.

На фиг.3 и 4 показана - схематически - инструментальная головка 40, которая предусмотрена, например, для гидравлического привода. Приведенные в действие гидравлической средой инструменты 41 связаны опорами 44 с монтажной платформой 42, которая установлена на нижнем конце системы 5 соединительных штанг. Расположенные на инструментах 41 планшайбы 45 с лучевыми резцами действуют вниз на подошву 10 скважины 9 и разрушают там горную породу. Соответствующее место захвата продвигается вперед при вращении инструментальной головки по окружности. Посредством прикрепления инструментов 41 на разных радиусах может перекрываться все поперечное сечение скважины. Количество и расположение инструментов 41 могут подгоняться к диаметру скважины 9 и подлежащей бурению породе. Инструменты 41 поддерживаются и ориентируются на их нижних концах дискообразной направляющей платформой 46 с диаметром, соответствующим диаметру скважины.

Фиг.5 показывает инструмент 41 в детальном представлении. Он содержит головку 46, к которой прикреплена планшайба 45. Планшайба 45 с лучевыми резцами укреплена на головке 46 несколькими болтами с цилиндрической головкой 47, из которых на чертеже представлен только один.

Планшайба 45 снабжена центральной режущей кромкой 48. Планшайба 45 имеет в представленном примере выполнения три расходящихся радиально наружу лучами кронштейна 50, которые снабжены - как можно видеть на представленном слева на чертеже кронштейне - множеством буровых долот 51.

Головка 46 шарнирно оперта посредством конических роликоподшипников 52, 53 с возможностью вращения на шейке 54 главного вала 55. Являющаяся, по существу, цилиндрической по внешнему периметру шейка 54 вала отформована на главном валу 55 так, что ее ось B составляет с осью вращения AA острый угол w, равный примерно 3°.

Главный вал 55 со своей стороны установлен в конических роликоподшипниках 56, 57 в машинном корпусе 58 с возможностью вращения вокруг оси AA и приводится во вращение от гидравлического двигателя 59, прифланцованного со стороны торца.

Противолежащая планшайбе 45 часть головки 46 выполнена как расположенная концентрически к оси B шейки 54 шестерня, в дальнейшем называемая качающейся шестерней 60, и вместе с тем - как область 61 периферийной поверхности, которая при вращении главного вала 55 прокатывается по действующей в качестве области 62 ответной поверхности внутренней зубчатой нарезки 63.

Внутренняя зубчатая нарезка 63 образована на смонтированной в подшипниках полой шестерне 64, расположенной концентрически к оси главного вала с возможностью вращения относительно нее.

Полая шестерня имеет на противоположном внутренней зубчатой нарезке 63 конце еще одну внутреннюю зубчатую нарезку 65, которая является частью планетарной передачи, обозначенной в целом как 71. Во внутреннюю зубчатую нарезку 65 входят зубцы частей 67 меньшего диаметра планетарных шестерен 66. Части 68 большего диаметра планетарных шестерен 66 входят своими зубцами в зацепление с предусмотренной на главном валу 55 внешней зубчатой нарезкой 69, а также с предусмотренной в машинном корпусе 58 внутренней зубчатой нарезкой 70, так что планетарные шестерни во время привода во вращение главного вала 55 вращаются по окружности вокруг оси AA вращения в том же направлении вращения. При этом полая шестерня 64 приходит в противоположное по направлению вращение по отношению к планшайбе 45 с лучевыми резцами, вращение которой обусловливается прокатыванием качающейся шестерни 60 по внутренней зубчатой нарезке 63. Подразумевается, что выбором отношений в планетарной передаче 71 может устанавливаться скорость вращения полой шестерни 64 относительно главного вала 55 и, таким образом, в результате - отношение частоты качания к частоте вращения планшайбы 45 с лучевыми резцами.

Фиг.6 показывает вторую форму выполнения привода. Функционально соответствующие друг другу элементы снабжены увеличенными на 100 обозначениями. Компоновка в значительной мере соответствует компоновке на фиг.1. Описание к фиг.1 подходит в этом отношении и для данной формы выполнения.

В целом обозначенная как 103 конструкция привода устройства укреплена на опорном устройстве 102, которое укреплено на рабочей платформе, в целом обозначенной как 101. С системой 105 соединительных штанг, которая проходит сквозь рабочую платформу 101 в сооружаемую скважину вплоть до инструмента, входит в зацепление схематически показанная головка 104 вращательного привода. Привод системы 105 соединительных штанг посредством головки 104 вращательного привода может осуществляться обычным, известным из уровня техники способом.

На верхнем конце системы 105 соединительных штанг расположена первая соединительная головка 110, через которую по выпускной трубе 121 отводится наружу выбуренная в основании скважины порода и промывочная жидкость, в большинстве случаев воздух, который посредством первого подвода 113 проводится в систему 105 соединительных штанг. Ниже первой соединительной головки 110 расположена вторая, в целом обозначенная как 120 соединительная головка. Опорное устройство 102 может отклоняться посредством привода 106 качания вокруг горизонтальной оси A, так что могут буриться также отклоняющиеся от вертикали скважины.

При второй форме выполнения привода вторая соединительная головка 120 может в целом совместно вращаться с системой 105 соединительных штанг, и только первая поворотная соединительная головка 110 монтируется фиксировано. Головка 104 вращательного привода выполнена так, что он поворачивает попеременно - то в одну, то в другую сторону - систему 105 соединительных штанг вместе со второй соединительной головкой 120 для среды привода молотков в инструменте на заданный угол вокруг оси вращения системы 105 штанг. Этот перекрывающий угол составляет, как правило, меньше 360° и выбирается в зависимости от количества и расположения лежащих на одном и том же радиусе инструментов 41. При только одном инструменте 41 на радиус - необходим угол поворота 360°, при двух смещенных друг от друга на 180° инструментах на радиус - удовлетворяет поворот в противоположные стороны на 180°. В рамки изобретения, однако, входит также - поворачивать в противоположные стороны инструментальную головку на ограниченный и, тем не менее, больший угол, чем 360°.

При ограниченном угле поворота можно работать с твердо установленной, участвующей в угле поворота линией подачи для среды привода, без использования вращательного уплотнения или блока скользящих контактов. В показанном примере выполнения среда привода посредством гибкого шланга 115 подается во второй ввод 122 системы 105 соединительных штанг. Шланг 115 монтируется между второй линией 123 подачи и вторым подводом 122. Длина шланга 115 выбирается такой, что шланг 115 может следовать за поворотом системы 105 соединительных штанг, не создавая препятствий для нее.

При следующей форме выполнения, представленной на фиг.7, где функционально соответствующие друг другу элементы, в отличие от фиг.1, снабжены увеличенными на 200 обозначениями, линия 223 подачи для рабочей среды, линия 213 подачи для сжатого воздуха, а также выпускная труба 221 выполнены как гибкие шланги. Обе проводящие трубы 213 и 223 связаны ниже вращательного привода 204 на местах 213', 223' через не представленные отдельно фланцевые узлы с проходящими по системе 205 соединительных штанг трубопроводами 212, 222, через которые подается сжатый воздух к входному отверстию (43 на фиг.2) и, соответственно, рабочая среда - к инструментальной головке (40 на фиг.2). Преимущество этой формы выполнения состоит в том, что головка 204 вращательного привода, которая производит, однако в этом случае только движение колебания, содержит лишь опору поворота для системы 205 соединительных штанг, однако можно полностью отказываться от проходных узлов вращения и вращательных уплотнений.

В этой связи можно указать на то, что не настоятельно необходимо связывать гибкие шланги 213, 223 на местах 213′ и 223′ с трубопроводами 212, 222. Скорее возможно также полностью отказываться от жестких трубопроводов 212, 222 и вести шланги 213, 223 до соответствующих, расположенных в скважине мест присоединения на системе соединительных штанг или, соответственно, на инструментальной головке. В дальнейшем подразумевается, что - в зависимости от режима работы инструментов 41 - вместо гибких трубопроводов могут находить применение также гибкие электрокабели.

Вместо находящейся в зацеплении всегда на верхнем конце верхнего сегмента системы 205 соединительных штанг головки 204 вращательного привода возможно также, при этой форме выполнения, предусматривать вращательный привод 4′, который входит в зацепление с системой 205 соединительных штанг снаружи и принцип действия, и функция которого также, по существу, соответствуют им у вращательного привода 4′, однако он вызывает лишь возвратно-поступательное движение системы соединительных штанг.

Следующая форма выполнения соответствующего изобретению устройства представлена на фиг.8. Функционально соответствующие друг другу элементы снабжены, принимая во внимание форму выполнения на фиг.1, увеличенными на 300 обозначениями. При этом полностью исключен верхний монтаж опор в рамках вращательного привода 204 по фиг.7 или вращающейся соединительной головки. Узел привода 304 служит для колебательного привода, который по своей функции соответствует такому же, представленному на фиг.9 и описываемому ниже.

Соединение шланговых трубопроводов 313, 323 с линиями 312, 322 подачи и, соответственно, шлангового трубопровода 321 с внутренней частью системы 305 соединительных штанг происходит с помощью головки фланца 360, расположенной на верхнем конце верхнего сегмента соединительной балки, которая выполнена так, что предусмотренные на ней присоединения для шланговых трубопроводов 313, 323, 321 соединены с линиями 312, 322 подачи и, соответственно, с внутренней частью системы соединительных штанг.

Узел 304 привода опирается в блоке 302 опоры посредством силового генератора 302′ с изменяемой длиной, так что через узел 304 привода - посредством опускания узла 304 привода - также можно передавать тяговую силу на систему соединительных штанг. Если узел 304 привода 304 достиг его нижней позиции, то дальнейшая тяга может осуществляться через «перехватывание», при котором узел ослабляется и снова фиксируется после того, как он был перемещен в более высокую позицию с помощью силового генератора, и процесс начинается снова. Поскольку в этом устройстве не требуется никакого блока опоры, длина которого соответствует, по меньшей мере, длине одного сегмента системы 5 соединительных штанг, эта форма выполнения отличается особенно незначительной монтажной высотой.

Представленный на фиг.9 вращательный привод 304′, который, в частности, известен по машинам для постанова обсадных труб и поэтому не должен описываться подробнее, имеет в своем составе часть 304′′′, приводимую в движение колебания с помощью двух блоков поршень/цилиндр, которая выполнена разъемной по ее периметру и способной по своему периметру раскладываться на несколько частей. Для соединения с системой 305 соединительных штанг насаженная на нее часть 304′′′ замыкается, так что она находится в активном зацеплении с наружной боковой поверхностью системы 205 соединительных штанг.

На фиг.10 представлена следующая форма выполнения одного из инструментов 41. У этого инструмента 72 выведенное как двойной кронштейн несущее устройство для средств извлечения породы осуществляет только движение качания, однако никакого вращательного движения. Поэтому механическая конструкция этого инструмента является, по сравнению с таковой по фиг.5, существенно упрощенной, так как можно отказываться от ответной поверхности, по которой прокатывается периферийная поверхность для создания вращения, и вместе с тем - от всего приводного механизма.

Кроме того, можно отказываться от индивидуальных приводов для создания движения качания в каждом инструменте и предусматривать вместо этого центральный привод, который соединен с инструментами. Центральный привод может содержать приводной механизм с приводными валами для каждого инструмента, чтобы, таким образом, иметь возможность варьировать также частоты качания.

Инструменты согласно фиг.10 расположены в инструментальной головке так, что их двойные кронштейны 72 ориентированы перпендикулярно касательной к окружности и соответственно части окружности, которые они перекрывают за счет вращения инструментальной головки. Кроме того, они расположены - как схематически представлено на фиг.11 - со смещением вбок, так что отдельные режущие инструменты 451 работают в различных полосах проходки.

Таким образом будет добываться более грубая буровая порода по сравнению с установками, при которых на одной полосе проходки вращаются планшайбы с лучевыми резцами инструментов и/или работают несколько режущих инструментов. Энергобаланс за счет более грубой буровой породы становится более благоприятным, так как отпадают необходимые для последующего измельчения энергозатраты.

Выше показывались лишь примеры выполнения соответствующих изобретению устройств, которые подходят для сооружения, по существу, вертикально проходящих скважин. Однако подразумевается, что изобретение не ограничено такими скважинами, а подходит также для проходки туннельных скважин, которые проходят, по существу, в горизонтальном направлении.

Изобретение относится к области бурения, а именно к устройству для сооружения скважин. Устройство имеет агрегат привода с системой соединительных штанг, которая проходит от агрегата привода в скважину и связана на обращенном к поверхности забоя и, соответственно, к подошве конце с инструментальной головкой, а также с несколькими расположенными в инструментальной головке инструментами, работающими на поверхности забоя или на подошве скважины. Каждый инструмент содержит планшайбу с лучевыми резцами и средства, которые в режиме работы приводят планшайбу в движение качания. Обеспечивает удовлетворительные скорости бурения в горных породах различной формации. 22 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для сооружения скважины, с агрегатом (3) привода, который связан с инструментальной головкой (40) и с несколькими расположенными в инструментальной головке (40) инструментами (41), работающими на поверхности забоя или на подошве скважины, отличающееся тем, что каждый инструмент (41) содержит планшайбу (45) с лучевыми резцами и средства для приведения планшайбы (45) в режиме работы в движение качания.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для соединения агрегата (3) привода с инструментальной головкой (40) предусмотрена система (5) соединительных штанг, которая проходит от агрегата (3) привода в скважину и несет на обращенном к поверхности забоя и соответственно к подошве конце инструментальную головку.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что предусмотрено, по меньшей мере, одно устройство (4, 4′, 104, 204, 304) привода для приведения инструментальной головки (40) во вращение вокруг продольной оси А скважины.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство (4, 4′, 104, 204, 304) привода конструктивно выполнено так, что вращение происходит в постоянном направлении вращения.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство (4, 4′, 104, 204, 304) привода конструктивно выполнено так, что вращение происходит с переменным направлением вращения.6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что предусмотрены средства для приведения в режиме работы планшайбы (45) каждого инструмента (41) во вращение.7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что предусмотрены средства для приведения в режиме работы планшайбы (45) каждого инструмента (41) во вращение.8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что средства конструктивно выполнены так, что частота вращения меньше, чем частота качания.9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средства конструктивно выполнены так, что частота вращения меньше, чем частота качания.10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что соотношение между частотой вращения и частотой качания составляет от 1:30 до 1:60.11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что соотношение между частотой вращения и частотой качания составляет от 1:30 до 1:60.12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что каждый инструмент содержит приводимый во вращение главный вал (55), который имеет шейку (54), ось которой (В) образует острый угол (w) с осью АА главного вала (55), и содержит головку (46), которая установлена с возможностью вращения вокруг оси (В) шейки (54) вала и имеет область (61) периферической поверхности, которая прокатывается по области (62) ответной поверхности.13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждый инструмент содержит приводимый во вращение главный вал (55), который имеет шейку (54), ось которой (В) образует острый угол (w) с осью АА главного вала (55), и содержит головку (46), которая установлена с возможностью вращения вокруг оси (В) шейки (54) вала и имеет область (61) периферической поверхности, которая прокатывается по области (62) ответной поверхности.14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что каждый инструмент содержит приводимый во вращение главный вал (55), который имеет шейку (54), ось которой (В) образует острый угол (w) с осью АА главного вала (55), и содержит головку (46), которая установлена с возможностью вращения вокруг оси (В) шейки (54) вала и имеет область (61) периферической поверхности, которая прокатывается по области (62) ответной поверхности.15. Устройство по п.9, отличающееся тем, что каждый инструмент содержит приводимый во вращение главный вал (55), который имеет шейку (54), ось которой (В) образует острый угол (w) с осью АА главного вала (55), и содержит головку (46), которая установлена с возможностью вращения вокруг оси (В) шейки (54) вала и имеет область (61) периферической поверхности, которая прокатывается по области (62) ответной поверхности.16. Устройство по п.10, отличающееся тем, что каждый инструмент содержит приводимый во вращение главный вал (55), который имеет шейку (54), ось которой (В) образует острый угол (w) с осью АА главного вала (55), и содержит головку (46), которая установлена с возможностью вращения вокруг оси (В) шейки (54) вала и имеет область (61) периферической поверхности, которая прокатывается по области (62) ответной поверхности.17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что каждый инструмент содержит приводимый во вращение главный вал (55), который имеет шейку (54), ось которой (В) образует острый угол (w) с осью АА главного вала (55), и содержит головку (46), которая установлена с возможностью вращения вокруг оси (В) шейки (54) вала и имеет область (61) периферической поверхности, которая прокатывается по области (62) ответной поверхности.18. Устройство по п.12, отличающееся тем, что область (62) ответной поверхности может приводиться во вращение.19. Устройство по п.12, отличающееся тем, что область (61) периферийной поверхности имеет внешнюю зубчатую нарезку, а область (62) ответной поверхности - внутреннюю зубчатую нарезку.20. Устройство по п.12, отличающееся тем, что область (62) ответной поверхности образована из расположенной концентрически к оси АА главного вала (55) полой шестерни (64).21. Устройство по п.12, отличающееся тем, что область (62) ответной поверхности может приводиться во вращение посредством находящейся в зацеплении с главным валом (55) планетарной передачи (71).22. Устройство по п.12, отличающееся тем, что область (62) ответной поверхности может приводиться во вращение посредством отдельного привода независимо от главного вала (55).23. Устройство по п.12, отличающееся тем, что отдельный привод может управляться или регулироваться.