КОМПОНОВКА БЫСТРОРАЗЪЕМНОГО БУРОВОГО ДОЛОТА С ПОГРУЖНЫМ УДАРНИКОМ Российский патент 2018 года по МПК E21B17/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к компоновке ударного бурения и, в частности, хотя не исключительно, к компоновке с погружным ударником, в которой буровое долото аксиально соединено с приводным компонентом с помощью быстроразъемного соединительного устройства, которое обеспечивает быстрое и удобное аксиальное открепление бурового долота от приводного компонента.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Методика ударного бурения с погружным ударником включает в себя подачу текучей среды под давлением через бурильную колонну на буровое долото, расположенное на забое ствола скважины. Текучая среда приводит в действие ударник бурения и осуществляет промывку от пыли и мелких обломков, полученных в результате породоразрушения, подавая их назад через буровой ствол для оптимизации породоразрушения впереди.

Обычно бурильная компоновка содержит корпус, проходящий между верхним переводником и буровым долотом, который, в свою очередь, разъемно соединен с приводным компонентом (обычно называемым зажимным патроном или ведущим переводником). Бурение обычно получают посредством комбинация вращении и аксиального перемещения бурового долота. Вращении передается на буровое долото с ведущего переводника через промежуточные входящие в зацепление шлицы. Аксиальное ударное действие долота получают посредством поршня, выполненного с функциональной возможностью челночного перемещения аксиально между верхним переводником и буровым долотом и приводимого в действие текучей средой под давлением для нанесения удара по заднему служащему наковальней концу долота. Нижний клапан проходит аксиально назад от бурового долота для стыковки с поршнем в самом переднем положении его хода для управления как обратным ходом, так и для обеспечения выпуска текучей среды под давлением из головной части бурового долота, смывающей назад породу, выбуренную на поверхности ствола. Примеры бурильных компоновок с погружным ударником описаны в публикации WO 2008/051132 и публикация WO 2013/104470.

Обычно, буровое долото удерживается на компоновке и в контакте с ведущим переводником с помощью удерживающего кольца, включенного в состав компоновки. Вместе с тем, вследствие значительных нагрузок, прикладываемых к буровому долоту, обычным для головной части бурового долота является срезание от хвостовика долота. Данное создает значительные перерывы в буровых работах, поскольку бурение можно возобновить только после извлечения открепленной головной части долота, которая до извлечения представляет непреодолимый барьер для продолжения бурения и, если не извлечено, вызывает серьезное повреждение сменного бурового долота. Патенты GB 2385869; US 2010/0263932; публикация WO 2009/124051 и US 7,117,939 раскрывают соединения погружного привода, выполненные с возможностью удержания открепленной или 'отпавшей' бурильной головной части в компоновке так, что головную часть можно убрать с бурильной колонной, для предотвращения проблем при извлечении. В частности, удерживающая муфта проходит аксиально между ведущим переводником и головной частью долота для 'залавливания' и удержания головной части в случае открепления.

Вместе с тем, данные обычные устройства приводных муфт имеют ряд недостатков. Принципиально, величина крутящего момента, передаваемого между ведущим переводником и корпусом ударника, создает значительные трудности для удаления ведущего переводника и 'раскрепленной' компоновку без специальных инструментов, которые могут отсутствовать на площадке работ. Устройства существующей техники обычно нацелены на удержание открепленной головной части долота, и в свою очередь приводят к усложнению и задержке в удалении долота и установке сменного бурового долота, что обычно требует частичного демонтажа компоновки.

Дополнительная проблема с обычными соединительными компоновками состоит в ускоренном износе всех или части соединительных компонентов, что может в свою очередь ускорять износ или обуславливать повреждение других компонентов компоновки. В частности, удерживающие муфты, описанные в документах GB 2385869 и US 2010/0263932, блокируются с возможностью вращения на ведущем переводнике. Вследствие конфигурации данных соединительных муфт изношенные компоненты нельзя заменить без раскрепления ведущего переводника и столкновения с упомянутыми выше проблемами. Соответственно, существует необходимость создания соединительного устройства для бурового долота, которое решает указанные выше проблемы и обеспечивает удобное и быстрое удаление бурового долота и его замену на приводной компоновке.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание приводной муфты для компоновки ударно-вращательного бурения, в которой буровое долото разъемно удерживается на компоненте вращательного привода компоновки посредством устройства, которое обеспечивает удобную и быструю замену буровых долот, не требуя демонтажа или отсоединения дополнительных и не являющихся необходимыми компонентов, образующих часть компоновки. Дополнительно специфической задачей является создание соединительного устройства, в котором соединительные компоненты изолированы, насколько возможно, от трансмиссии крутящего момента между приводными компонентами и буровым долотом и/или от сжимающих и растягивающих сил, являющихся результатом действия бурильного ударника.

Задачи решаются с помощью следующего I) удерживающей муфты, установленной вокруг и проходящей аксиально между буровым долотом и компонентом приводной трансмиссии (называется в данном документе 'ведущим переводником'), которая изолирована от крутящего момента во время эксплуатации и II) соответствующих удерживающих соединений (альтернативно именуемых удерживающими конструкциями в данном документе) созданных на ведущем переводнике, муфте и буровом долоте. Элементы аксиально соединяют и блокируют буровое долото в компоновке, при этом, обеспечивая удобное и быстрое аксиальное отсоединение долота (посредством аксиально переднего отделения бурового долота от компоновки), не требуя отсоединения ведущего переводника от остальной части компоновки, обычно корпуса поршня. В частности, удерживающие конструкции дополнительно обеспечивают удобное и быстрое отсоединение удерживающей муфты на ведущем переводнике посредством соответствующего аксиального перемещения вперед для отсоединения. Согласно конкретным вариантам реализации, данное аксиальное рассоединение бурового долота и муфты получается с помощью простого поворота муфты и/или бурового долота относительно остальной части компоновки. В частности, представленные цели достигаются, поскольку буровое долото соединено с ведущим переводником исключительно удерживающими конструкциями, представленными на ведущем переводнике, удерживающей муфте и буровом долоте. То есть, представленное соединительное устройство лишено какого-либо дополнительного удерживающего долото компонента, такого, например, как муфты, кольца, разрезные кольца, шайбы и т.п., которые в ином случае действуют, залавливая аксиально буровое долото в компоновке, что является общепринятым для обычных соединительных устройств типа, описанного в патентах GB 2385869 и US 2010/0263932. Дополнительно, предложенное муфтовое устройство содержит удерживающие конструкции, которые удобно выходят из зацепления с ведущим переводником посредством аксиально переднего отсоединительного перемещения муфты относительно ведущего переводника. Данное является отличием от вышеупомянутых удерживающих компоновок, в которых муфта содержит соответствующие упорные зоны на своем заднем конце, которые сцепляются с ведущим переводником и обеспечивают отсоединение исключительно с помощью перемещения муфты в противоположном аксиально заднем направлении к бурильной колонне.

Соответственно обычным ведущим переводникам требуется отсоединение от бурильной колонны для обеспечения указанного.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена бурильная компоновка с погружным ударником, имеющая аксиально передний породоразрушающий конец и аксиально задний прикрепительный конец для соединения с бурильной колонной, причем компоновка содержит буровое долото, установленное на породоразрушающем конце, имеющее породоразрушающую головную часть и хвостовик, причем радиально обращенная наружу часть хвостовика содержит первые удерживающие соединения, удлиненный корпус для создания кожуха для поршня с функциональной возможностью челночного перемещения аксиально вперед и назад для нанесения удара по заднему служащему наковальней концу хвостовика; кольцевой ведущий переводник, предусмотренный на аксиально переднем конце обсадной колонны, причем хвостовик размещен в ведущем переводнике и проходит аксиально через него, радиально обращенная наружу часть ведущего переводника содержит вторые удерживающие соединения; удерживающую муфту, имеющую первый конец, установленный поверх части хвостовика, и второй конец, установленный поверх части ведущего переводника, причем муфта содержит третьи и четвертые удерживающие соединения на радиально обращенной внутрь части для создания совместного сцепления соответственно с первыми и вторыми удерживающими соединениями для аксиального соединения бурового долота с ведущим переводником; отличающаяся тем, что первые и третьи соединения выполнены с возможностью выхода из зацепления друг с другом аксиально и обеспечивают аксиальное отсоединение бурового долота от муфты посредством аксиального перемещения вперед бурового долота относительно ведущего переводника; причем вторые и четвертые соединения выполнены с возможностью выхода из зацепления друг с другом аксиально и обеспечивают аксиальное отсоединение муфты от ведущего переводника посредством аксиального перемещения вперед муфты относительно ведущего переводника; так что аксиальное соединение бурового долота с ведущим переводником создается исключительно посредством сцепления между соответствующими первыми и третьими и вторыми и четвертыми удерживающими соединениями.

Если необходимо, радиально обращенная наружу часть ведущего переводника содержит пятые удерживающие соединения, и радиально обращенная внутрь часть обсадной колонны содержит шестые удерживающие соединения, которые совместно сцепляются с пятыми удерживающими соединениями и разъемно соединяют аксиально ведущий переводник с обсадной колонной. Такое устройство является предпочтительным для обеспечения замены изношенного ведущего переводника, имеющего отличающийся эксплуатационный ресурс, на удерживающей муфте и буровом долоте.

Согласно связанному изобретению, аксиальное расцепление первых и третьих и вторых и четвертых удерживающих соединений возможно с исключением требования аксиального отсоединения пятых и шестых удерживающих соединений. Соответственно, связанное изобретение является предпочтительным для исключения потребности в специальных инструментах для раскрепления ведущего переводника и корпуса и для обеспечения быстрой и удобной замены изношенных буровых долот на площадке работ буровой бригадой. То есть, буровое долото можно просто отсоединять посредством простого поворота и аксиального сдвига.

Дополнительно, настоящее муфтовое устройство является предпочтительным для обеспечения независимого аксиально переднего отсоединения муфты, поскольку скорость износа муфты обычно больше, чем у ведущего переводника и, таким образом, обслуживающему персоналу нет необходимости без нужды демонтировать ведущий переводник. Данное достигается, поскольку по меньшей мере часть четвертых и, если необходимо, вторых удерживающих соединений являются 'открытыми' в аксиально переднем направлении для обеспечения прохода заднего конца муфты аксиально по аксиально переднему концу ведущего переводника во время соединения и отсоединения.

Если необходимо первые и третьи удерживающие соединения представляют собой байонетные соединения, выполненные, как устройства с канавками и выступами. Если необходимо, вторые и четвертые удерживающие соединения представляют собой байонетные соединения, выполненные, как устройства с канавками и выступами. Если необходимо, первые и третьи удерживающие соединения содержат винтовые резьбы. Если необходимо, вторые и четвертые удерживающие соединения содержат винтовые резьбы.

Предпочтительно, каждая канавка содержит первый аксиально проходящий канал, закрытый на каждом аксиальном конце, и второй аксиально проходящий канал, закрытый на первом конце и открытый на втором конце, причем первый и второй каналы отнесены друг от друга по окружности и соединены между собой проходящим по окружности проходом, выступ выполнен возможностью скольжения в проходе и первых и вторых каналах. Такое устройство представляет соединение байонетного типа, в котором выступ выполнен с возможностью перемещения в профиле в виде канавки для обеспечения удобного и быстрого разъединения двух компонентов.

Предпочтительно, компоненты компоновки содержат множество выступов и канавок, распределенных по окружности вокруг продольной оси, проходящей через компоновку.

Предпочтительно, компоновка дополнительно содержит первые шлицы, созданные на радиально обращенной наружу зоне хвостовика, и вторые шлицы, созданные на радиально обращенной внутрь зоне ведущего переводника для сцепления с первыми шлицами, для обеспечения передачи вращательного привода с ведущего переводника на буровое долото.

Если необходимо, буровое долото соединено аксиально с ведущим переводником исключительно посредством упора между каждым выступом и закрытыми концами соответствующих первых каналов. Соответственно, муфта выполнена, как износная часть и может легко заменяться, когда изношена, не требуя отсоединения ведущего переводника от корпуса, эксплуатационный ресурс которого обычно больше. Альтернативно, буровое долото может соединяться аксиально с ведущим переводником исключительно посредством упора между каждым выступом и закрытыми концами соответствующих первых каналов первых и третьих соединений и между винтовыми резьбами вторых и четвертых соединений.

Предпочтительно, представленная компоновка лишена какого-либо дополнительного удерживающего кольца, установленного радиально между корпусом и хвостовиком для иного аксиального удержания бурового долота на ведущем переводнике (такое устройство является обычным для компоновок существующей техники). Относительные размеры представленного бурового долота, удерживающей муфты и ведущего переводника выполнены обеспечивающими скольжение бурового долота аксиально от ведущего переводника, когда удерживающими соединениями манипулируют, перемещая в соответствующие положения отсоединения.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложено бурильное устройство для ударного бурения горной породы, содержащее бурильную колонну, выполненную из множества, соединенных концами бурильных труб, и бурильной компоновки, заявленной в данном документе, разъемно прикрепленной на аксиально переднем конце бурильной колонны.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Конкретная реализация настоящего изобретения описана ниже только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показано продольное сечение бурильной компоновки с погружным ударником согласно конкретной реализации настоящего изобретения.

На фиг. 2 показан в изометрии с сечением рабочий конец бурильной компоновки фиг. 1, в которой буровое долото удерживается в компоновке удерживающей муфтой и соответствующими удерживающими конструкциями, созданными на муфте, буровом долоте и ведущем переводнике.

На фиг. 3 показана дополнительно в изометрии с сечением компоновка фиг. 2 с буровым долотом в аксиально переднем нерабочем положении.

На фиг. 4 показана в изометрии компоновка фиг. 2, со снятой для целей иллюстрации удерживающей муфтой.

На фиг. 5 показана в изометрии с сечением часть удерживающей муфты фиг. 2.

На фиг. 6 показан в изометрии с сечением рабочий конец бурильной компоновки фиг. 1, в которой буровое долото удерживается в компоновке удерживающей муфтой и соответствующими удерживающими конструкциями, созданными на муфте, буровом долоте и ведущем переводнике согласно дополнительной конкретной реализации.

На фиг. 7 дополнительно показана в изометрии с сечением компоновка фиг. 6 с буровым долотом в аксиально переднем нерабочем положении.

На фиг. 8 показана в изометрии компоновки фиг. 6, со снятой для целей иллюстрации удерживающей муфтой.

На фиг. 9 показана в изометрии с сечением часть удерживающей муфты фиг. 6.

На фиг. 10 показан в изометрии с сечением рабочий конец бурильной компоновки фиг. 1, в котором буровое долото удерживается в компоновке удерживающей муфтой и соответствующими удерживающими конструкциями, созданными на муфте, буровом долоте и ведущем переводнике согласно дополнительной конкретной реализации.

На фиг. 11 показана дополнительно в изометрии с сечением компоновка фиг. 10 с буровым долотом в аксиально переднем нерабочем положении.

На фиг. 12 показана в изометрии компоновка фиг. 10 со снятой для целей иллюстрации удерживающей муфтой.

На фиг. 13 показана в изометрии с сечением часть удерживающей муфты фиг. 10.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Как показано на фиг. 1, бурильная компоновка 100 с погружным ударником содержит, по существу, пустотелый цилиндрический корпус, 101, имеющий аксиально задний конец 101a и аксиально передний конец 101b. Верхний переводник 102 по меньшей мере частично размещен в заднем конце 101a корпуса 101, а буровое долото 105 по меньшей мере частично размещено в переднем конце 101b корпуса. Буровое долото 105 содержит удлиненный ствол 106, имеющий внутренний проход 116. Головная часть 107 бурового долота оборудована на переднем конце ствола 106 и содержит множество износостойких режущих твердосплавных штырей 108. Аксиально задняя поверхность 117 ствола 106 представляет собой служащий наковальней конец бурового долота 105.

Распределительный цилиндр 121 проходит аксиально в корпусе 101 и находится в контакте с обращенной внутрь, по существу, цилиндрической поверхность 112 корпуса, которая образует аксиально проходящую внутреннюю полость. Удлиненный, по существу, цилиндрической поршень 103 проходит аксиально в цилиндре 121 и корпусе 101 и выполнен с функциональной возможностью челночного перемещения вперед и назад вдоль центральной продольной оси 109 проходящей через компоновку 100. Поршень 103 содержит аксиально задний конец 114 и аксиально передний конец 115. Внутренний канал 113 проходит аксиально между концами 114, 115.

Нижний клапан 104 выступает аксиально назад от служащего наковальней конца ствола 106 бурового долота и имеет в общем цилиндрическую конфигурацию с задним концом 119 и передним концом 122. Внутренний проход 118 проходит аксиально между концами 119, 122, осуществляя сообщение текучей средой прохода 116 бурового долота и канала 113 поршня. В частности, аксиально передняя зона нижнего клапана 104 заделана и заблокирована в аксиально задней зоне служащего наковальней конца ствола 106 бурового долота. В частности, просто более половины аксиальной длины нижнего клапана 104 проходит назад от служащего наковальней конца 117.

Корпус 101 и распределительный цилиндр 121 образуют внутреннюю камеру, имеющую аксиально заднюю зону 111a и аксиально переднюю зону 111b. Поршень 103 выполнен с возможностью возвратно-поступательного аксиального челночного перемещения в зонах 111a, 111b камеры. В частности, текучая среда под давлением подается в бурильную компоновку 100 через бурильную колонну (не показано), соединенную с верхним переводником 102. Распределительный цилиндр 121 и верхний переводник 102 управляют подачей текучей среды в зоны 111a, 111b камеры. В частности, что разъяснено ниже, при подаче текучей среды в аксиально заднюю зону 111a, поршень 103 подается силой давления аксиально к буровому долоту 105, при этом передний конец 115 поршня наносит удар по служащему наковальней концу 117 долота для обеспечения действия ударно-поворотного бурения режущими твердосплавными штырями 108. Текучая среда затем подается в зону 111b передней полости для перемещения силой давления поршня 103 аксиально назад к верхнему переводнику 102. Когда поршень 103 находится в аксиально самом переднем положении, нижний клапан 104 стыкуется в канале 113 поршня для изоляции и закрытия сообщения текучей средой между проходом 116 бурового долота и зоной 111b полости. Когда поршень 103 смещается аксиально назад, конец 115 поршня деблокирует нижний конец 119 клапана для обеспечения прохода текучей среды под давлением в проход 116 бурового долота и выхода из головной части 107 бурового долота через промывочные каналы 120. Соответственно, распределенная подача текучей среды в зоны 111a, 111b полостей создает быстрое возвратно-поступательное челночное перемещения поршня 103 что, в свою очередь, вследствие повторяющегося стыковочного контакта с нижним клапаном 104, создает пульсирующий выброс текучей среды под давлением на головной части 107 бурового долота, как часть действия ударно-поворотного бурения.

Ведущий переводник 110 (альтернативно именуемый приводным патроном) установлен на породоразрушающем конце компоновки 100 и в частности окружающим ствол 106 долота. Ведущий переводник 110 содержит аксиально передний конец 110a, установленный в направлении к головной части 107 долота и аксиально задний конец 110b размещенный в аксиально передней зоне корпуса 101. Ведущий переводник 110 в виде муфты стыкуется в контакт с валом 106 долота с помощью множества сцепляющихся между собой шлицов (показано на фиг. 2), которые проходят как аксиально, так и радиально на радиально обращенной наружу поверхности 204 ствола 106 долота и радиально обращенной внутрь поверхности 205 ведущего переводника 110. Когда компоновка 100, присоединена на аксиально переднем конце бурильной колонны (не показано) вращательный привод на головную часть 107 долота передается через корпус 101 и ведущий переводник 110 на буровое долото 105.

Буровое долото 105 удерживается аксиально в компоновке 100 с помощью удерживающей муфты 123, которая проходит вокруг ствола 106 долота и аксиально передней зоны ведущего переводника 110. В частности, аксиально задний конец 123b муфты 123 установлен в контакте с передним концом 101b корпуса и аксиально передний конец 123a муфты установлен в контакте с головной частью 107 долота.

На фигурах 2-5 показан предпочтительный вариант осуществления связанного изобретения, в котором буровое долото аксиально удерживается в компоновке 100 множеством удерживающих конструкций (созданных на буровом долоте 105, муфте 123 и ведущем переводнике 110), выполненных, как соединения байонетного типа. В частности, аксиально задняя зона 207 головной части 107 долота является, по существу, цилиндрической и содержит множество распределенных по окружности канавок. Канавки разделены на множество аксиально проходящих каналов 202, имеющих закрытые передние концы 305 и задние концы 304. Проходящий по окружности проход 403 создает сообщение между каждым каналом 202 и соседним вторым аксиально проходящим каналом 401. Канал 401 закрыт на аксиально переднем конце 406, но открыт на аксиально заднем конце 404.

Аналогично, наружная поверхность на аксиально передней зоне ведущего переводника 110 содержит соответствующие канавки, представленные множеством аксиально проходящих каналов 203, имеющих закрытые передние концы 307 и задние концы 306. Проход 402 создает сообщение с вторым аксиально проходящим каналом 400, имеющим закрытый задний конец 405 и открытый передний конец 404. Каналы 202, 401 долота выставлены соосно с соответствующими каналами 203, 400 ведущего переводника так, что открытые концы 404 каждого из каналов 400, 401 стыкуются для совмещения с созданием непрерывного канала, проходящего от головной части 107 долота на ведущий переводник 110.

Удерживающая муфта 123 содержит первую группу радиально выступающих выступов 200, распределенных по окружности и проходящих радиально внутрь от обращенной внутрь поверхности 500 муфты. Выступы 200 созданы на переднем конце 123a муфты. Соответствующая вторая группа выступов 201 создана на аксиально заднем конце муфты 123b, при этом две группы выступов 200, 201 выставлены на одинаковых позициях по окружности на поверхности 500. Каждый передний выступ 200 выполнен с возможностью приема и скольжения в каналах 202, 401 долота и проходе 403.

Аналогично, каждый задний выступ 201 выполнен с возможностью приема и скольжения в каналах 203, 400 ведущего переводника и проходе 402 ведущего переводника.

Кольцевой гребень 206 выступает радиально наружу от наружной поверхности ведущего переводника 110 и установлен аксиально приблизительный в средней зоне между передним и задним концами 110a, 110b. Гребень 206 выполнен для позиционирования с контактом близким к точечному с задним концом 123b муфты. Аналогично, аксиально передний конец 123a муфты выполнен для позиционирования с контактом близким к точечному с аксиально задней зоной 310 головной части 107 долота.

На фиг. 2 показано буровое долото 105, закрепленное в рабочем положении для бурения, стыкующееся аксиально в полном контакте с ведущим переводником 110. То есть задние выступы 201 муфты установлены в направлении к гребню 206 ведущего переводника. В частности, задняя поверхность 309 выступа установлена вблизи (и если необходимо в контакте близком к точечному) конца 306 заднего канала. Аналогично, обращенная вперед поверхность 311 передних выступов 200 стыкуется вблизи (и, если необходимо, в контакте близком к точечному) переднего конца 305 канала 202. Такое устройство является предпочтительным для создания аксиально компактной конфигурации. Радиально проходящий уступ 301 создан на аксиально переднем конец 110a ведущего переводника и содержит обращенную вперед кольцевую поверхность 300. Поверхность 300 конца ведущего переводника стыкуется в точечном контакте с обращенной назад кольцевой поверхностью 302 головной части 107 долота, которая образована радиально проходящим кольцевым уступом 303, выполненным на аксиально заднем конце головной части 107 долота. Когда буровое долото 105 полностью состыковано аксиально в упор с ведущим переводником 110, как показано на фиг. 2 (с уступами 301, 303 ведущего переводника и бурового долота состыкованными в точечном контакте) муфта 123 изолирована от аксиальный сжимающих сил, передаваемых через ведущий переводник 110 и головную часть 107 бурового долота. То есть, муфта 123 не блокирована аксиально в положении между гребнем 206 и зоной 310 бурильной головной части и не находится под нагрузкой. Выступы 201, 200 поэтому имеют функциональную возможность коротких аксиальных скользящих перемещений в соответствующем канале 203, 202.

На фиг. 3 показано буровое долото 105 в аксиально самом переднем положении относительно ведущего переводника 110. В частности, буровое долото 105 удерживается аксиально на ведущем переводнике 110 исключительно благодаря взаимодействию между каналами 202, 203 и соответствующими выступами 200, 201. Например, когда головная часть 107 долота спускается вниз через ствол скважины или убирается назад от поверхности породоразрушения, буровое долото 105 имеет функциональную возможность сдвига аксиально из положения фиг. 2 в положение фиг. 3 под действием силы тяжести. Головная часть 107 бурового долота удерживается на ведущем переводнике 110, поскольку задняя поверхность 210 каждого переднего выступа 200 находится в контаке с концом 304 канала и обращенная назад поверхность 307 уступа 301 ведущего переводника стыкуется в точечном контакте с передней поверхностью 308 каждого заднего выступа 201.

Следом за выполнением бурения и с долотом 105 в 'несвязанном' положении фиг. 3 долото 105 можно удобно отсоединить от компоновки 100 с помощью поворота муфты 123 вокруг оси 109 так, что выступы 200, 201 перемещаются по окружности от соответствующих каналов 202, 203 вдоль проходов 403, 402 в каналы 401, 400. Буровое долото 105 можно затем вытянуть аксиально вперед для обеспечения выскальзывания выступов 200, 201 из соответствующих каналов 401, 400 через соответствующие открытые концы 404 каналов.

Важно что, компоновка 100 лишена каких-либо дополнительных соединительных колец, муфт, прокладок или удерживающих компонентов, котрые являются обычными в технике и обычно установлены проходящими радиально между аксиально задней частью 208 ствола 106 долота и передней зоной 209 корпуса 101. Ствол 106 долота имеет функциональную возможность скольжения аксиально через ведущий переводник 110 с выступами 200, 201, установленными в соответствующих каналах 401, 400. В частности, наружный диаметр ствола 106 долота меньше внутреннего диаметра ведущего переводника 110 вдоль всей аксиальной длины ствола 106 долота и ведущего переводника 110 для обеспечения данного аксиального отсоединения.

Кольцевая выемка 211 создана на радиально обращенной внутрь поверхности корпуса 101 для удержания удерживающей поршень уплотнительной прокладки (не показано), которая выполнена с возможностью предотвращения выпадения поршня 103 аксиально из корпуса 101, когда буровое долото 105 снимается. Удерживающая поршень уплотнительная прокладка вместе с тем не проходит радиально на буровой ствол 106 долота, поскольку в ином случае препятствует удалению долота 105 аксиально вперед следом за поворотом муфты 123.

Согласно варианту осуществления фиг. 2-5, муфта 123 имеет функциональную возможность свободного аксиального перемещения и поворота в соответствующих канавках, созданных на буровом долоте 105 и ведущем переводнике 110, и не блокируется аксиально или радиально на буровом долоте 105 или ведущем переводнике 110 дополнительными компонентами.

На фигурах 6-9 показан дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором элементы, удерживающие аксиально буровое долото 105 в компоновке 100, содержат I) винтовые резьбы в аксиально передней зоне и II) байонетные соединения в аксиально задней зоне. В частности, винтовая резьба 601 выполнена на радиально обращенной наружу поверхности зоны 207 бурового долота для взаимодействия с соответствующей винтовой резьбой 600, созданной на обращенной внутрь поверхности 500 муфты 123 в зоне к аксиально переднему концу 123a муфты. Резьба 601 бурового долота проходит аксиально вперед от кольцевой поверхности 302, расположенной аксиально на стыке головной части 107 долота и ствола 106 долота. Резьба 601 заканчивается в некоторой аксиальной точке для создания зоны 602 кольцевой поверхности, лишенной резьбы 601. Когда буровое долото 105 полностью состыковано в упор к ведущему переводнику 110, как показано на фиг. 6, муфтовая резьба 600 расположена аксиально установленной поверх зоны 602 поверхности долота. Аксиально передняя зона ведущего переводника 110 содержит распределенные по окружности канавки и каналы, аналогичные подробно описанным для варианта осуществления, показанного на фиг. 2-5. Аналогично, аксиально задний конец удерживающей муфты 123 содержит те же выступы 201, которые выступают радиально внутрь от внутренней поверхности 500 муфты. Соответственно, в нерабочем для бурения состоянии (как показано на фиг. 7), головная часть 107 долота удерживается аксиально на ведущем переводнике 110 с помощью обеспечивающего стыковку контакта между уступом 301 ведущего переводника и выступами 201 муфты в дополнение к обеспечивающему стыковку контакту между резьбой 601 бурового долота и муфтовой резьбой 600.

Буровое долото 105 можно удобно отсоединить от компоновки 100 на первом этапе с помощью перемещения каждого выступа 201 в соответствующих каналах 203, 400 и проходе 402 для отсоединения соединенной муфты 123 и бурового долота 107 от ведущего переводника 110. На втором этапе буровое долото 107 открепляют от муфты 123, поворачивая долото 107 вокруг оси 109 для обеспечения отсоединение резьб 601, 600 развинчиванием. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2-5, муфта 123 изолирована от аксиальных результирующих сил, возникающих при ударе поршня 103 по валу 106 долота. Аналогично указанного достигают с помощью относительных аксиальных размеров (в частности длины) муфты 123 (и ее связанных компонентов 600, 201) и соответствующих относительных положений соответствующих удерживающих конструкций 601, 203, 400, 402. В частности, аксиально передний конец 123a муфты установлен в контакте близком к точечному с задней зоной 603 головной части долота, а соответствующий задний конец муфты 123b установлен в контакте близком к точечному с гребнем 206 ведущего переводника.

На фиг. 10-13 показан дополнительный вариант осуществления связанного изобретения, в котором успешно создана реверсивная конфигурация варианта осуществления, показанного на фиг. 6–9, в которой буровое долото 105 удерживается в компоновке 100 с помощью соединений, образованных конструкциями байонетного типа и конструкциями с винтовыми резьбами. Согласно дополнительному варианту осуществления, показанному на фиг. 10-13, винтовая резьба 1001 создана на радиально обращенной наружу поверхности ведущего переводника 110, проходящей аксиально непосредственно за самой передней поверхностью 300 кольцевого ведущего переводника. Резьба 1001 ведущего переводника заканчивается аксиально в зоне 1005 так, что зона 1005 обращенной наружу поверхности ведущего переводника лишена резьбы 1001. Аксиально задняя часть зоны 1005 поверхности завершается кольцевым уступом 1002. Соответствующая винтовая резьба 1000 создана на радиально обращенной внутрь поверхности 500 муфты на позиции аксиально к заднему концу 123b муфты. С буровым долотом 105, состыкованным полностью в упор к ведущему переводнику 110 (как показано на фиг. 10), муфтовая резьба 1000 расположена перекрывающей зону 1005 поверхности и размещена между концами 1004 резьбы и уступом 1002. Кольцевой гребень 1003 выступает радиально внутрь от поверхности 500 муфты для упора аксиально в уступ 301 ведущего переводника. Аксиально передняя зона муфты 123 содержит выступы 200, и головная часть долота зона 207 содержит соответствующие канавки, как детально описано для варианта осуществления, показанного на фиг. 2-5 для создания удерживающих конструкций байонетного типа. Соответственно, буровое долото 105 удерживается исключительно на компоновке 100, благодаря взаимодействию между аксиально передними байонетными удерживающими конструкциями и аксиально задними винтовыми резьбами, созданными соответственно на буровом долоте 105 и ведущем переводнике 110. Для отсоединения бурового долота 105 и ведущего переводника 110 (где долото 105 перемещается в положение фиг. 11), обеспечено скольжение каждого выступа 200 аксиально назад в каждый канал 202 и в каждый канал 401 через каждый проход 403. Затем, удерживающую муфту 123 можно отсоединить от ведущим переводником 110 посредством развинчивания соответствующих резьб 1000, 1001.

Согласно всем вариантам осуществления, показанным на фиг. 2-13, ведущий переводник 110 разъемно стыкуется в аксиально передней зоне корпуса 101 с помощью дополнительной группы удерживающих конструкций 212, 213. Такие дополнительные удерживающие конструкции могут содержать резьбы, созданные на соответствующих радиально обращенной наружу зоне ведущего переводника 110 и радиально обращенной внутрь зоне корпуса 101. Связанное изобретение является предпочтительным для обеспечения удобной и быстрой замены бурового долота 105 и/или муфты 123 в компоновке 100, не требующего отсоединения ведущего переводника 110 и корпуса 101 (благодаря таким дополнительным удерживающим конструкциям), являющегося общепринятым для обычных удерживающих компоновок. В частности, удерживающие конструкции 201 и 1000 построены по радиальной схеме (имеют радиально обращенные внутрь зоны, с радиусом больше, чем у соответствующих радиально обращенных наружу зон ведущего переводника) для обеспечения позиционирование с перекрыванием по меньшей мере зон 400, 1001 ведущего переводника 110 так, что задний конец 123b муфты 123 может скользить по последнему аксиально переднему концу 300 ведущего переводника 110. Соответственно, муфта 123 может соединяться и отсоединяться на ведущем переводнике 110 с передним концом компоновки и не отсоединяться от противоположного заднего конца, где в ином случае требуется отсоединение ведущего переводника 110 от корпуса 101.

Группа изобретений относится к бурильной компоновке с погружным ударником и к буровому устройству для ударно-вращательного бурения горной породы. Технический результат заключается в удобной и быстрой замене бурового долота. Бурильная компоновка с погружным ударником содержит буровое долото, удлиненный корпус для создания кожуха для поршня, кольцевой ведущий переводник, удерживающую муфту. Буровое долото имеет породоразрушающую головную часть и хвостовик. Радиально обращенная наружу часть хвостовика содержит первые удерживающие соединения. Кольцевой ведущий переводник расположен на аксиально переднем конце корпуса. Хвостовик размещен в ведущем переводнике и проходит аксиально через него. Радиально обращенная наружу часть ведущего переводника содержит вторые удерживающие соединения. Удерживающая муфта имеет первый конец, установленный поверх части хвостовика, и второй конец, установленный поверх части ведущего переводника. Удерживающая муфта содержит третьи и четвертые удерживающие соединения на радиально обращенной внутрь части для сцепления с взаимодействием соответственно с первыми и вторыми удерживающими соединениями для аксиального соединения бурового долота с ведущим переводником. Первые и третьи соединения выполнены с возможностью выхода из зацепления друг с другом аксиально и обеспечивают аксиальное отсоединение бурового долота от муфты с помощью аксиального перемещения вперед бурового долота относительно ведущего переводника. Вторые и четвертые соединения выполнены с возможностью выхода из зацепления друг с другом аксиально и обеспечивают аксиальное отсоединение муфты от ведущего переводника посредством аксиального перемещения вперед муфты относительно ведущего переводника. Аксиальное соединение бурового долота с ведущим переводником создается исключительно посредством сцепления между соответствующими первыми и третьими удерживающими соединениями, а также вторыми и четвертыми удерживающими соединениями. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Бурильная компоновка (100) с погружным ударником, имеющая аксиально передний породоразрушающий конец и аксиально задний прикрепительный конец для соединения с бурильной колонной, содержащая:

буровое долото (105), установленное на породоразрушающем конце, имеющее породоразрушающую головную часть (107) и хвостовик (106), причем радиально обращенная наружу часть хвостовика (106) содержит первые удерживающие соединения (202);

удлиненный корпус (101) для создания кожуха для поршня (103) с функциональной возможностью челночного перемещения аксиально вперед и назад для нанесения удара по заднему, служащему наковальней, концу (117) хвостовика (106);

кольцевой ведущий переводник (110), расположенный на аксиально переднем конце (101b) корпуса (101), причем хвостовик (106) размещен в ведущем переводнике (110) и проходит аксиально через него, радиально обращенная наружу часть ведущего переводника (110) содержит вторые удерживающие соединения (203);

удерживающую муфту (123), имеющую первый конец (123a), установленный поверх части хвостовика (106), и второй конец (123b), установленный поверх части ведущего переводника (110), причем муфта (123) содержит третьи (200) и четвертые (201) удерживающие соединения на радиально обращенной внутрь части для сцепления с взаимодействием соответственно с первыми (202) и вторыми (203) удерживающими соединениями для аксиального соединения бурового долота (105) с ведущим переводником (110);

отличающаяся тем, что:

первые соединения (202) и третьи соединения (200) выполнены с возможностью выхода из зацепления друг с другом аксиально и обеспечивают аксиальное отсоединение бурового долота (105) от муфты (123) с помощью аксиального перемещения вперед бурового долота (105) относительно ведущего переводника (110);

вторые соединения (203) и четвертые соединения (201) выполнены с возможностью выхода из зацепления друг с другом аксиально и обеспечивают аксиальное отсоединение муфты (123) от ведущего переводника (110) посредством аксиального перемещения вперед муфты (123) относительно ведущего переводника (110);

так что аксиальное соединение бурового долота (105) с ведущим переводником (110) создается исключительно посредством сцепления между соответствующими первыми удерживающими соединениями (202) и третьими удерживающими соединениями (200), а также вторыми удерживающими соединениями (203) и четвертыми удерживающими соединениями (201).

2. Компоновка по п. 1, в которой радиально обращенная наружу часть ведущего переводника (110) содержит пятые удерживающие соединения (212), и радиально обращенная внутрь часть корпуса (101) содержит шестые удерживающие соединения (213), которые при взаимодействии сцепляются с пятыми удерживающими соединениями (212) и разъемно соединяют аксиально ведущий переводник (110) с корпусом (101).

3. Компоновка по п. 2, в которой аксиальный выход из зацепления первых удерживающих соединений (202) и третьих удерживающих соединений (200), а также вторых удерживающих соединений (203) и четвертых удерживающих соединений (201) является возможным, не требуя аксиального отсоединения пятых (212) и шестых (213) удерживающих соединений.

4. Компоновка по п. 1, в которой первые удерживающие соединения (202) и третьи удерживающие соединения (200) представляют собой байонетные соединения, выполненные как устройства с канавками и выступами.

5. Компоновка по п. 3, в которой вторые удерживающие соединения (203) и четвертые удерживающие соединения (201) представляют собой байонетные соединения, выполненные как устройства с канавками и выступами.

6. Компоновка по п. 5, в которой первые удерживающие соединения (202) и третьи удерживающие соединения (200) содержат винтовые резьбы (600, 601).

7. Компоновка по п. 4, в которой вторые удерживающие соединения (203) и четвертые удерживающие соединения (201) содержат винтовые резьбы (1000, 1001).

8. Компоновка по п. 4 или 5, в которой каждая канавка содержит первый аксиально проходящий канал (202, 203), закрытый на каждом аксиальном конце (304, 305, 306, 307), и второй аксиально проходящий канал (400, 401), закрытый на первом конце (405, 406) и открытый на втором конце (404), причем первый и второй каналы (202, 203, 400, 401) отнесены друг от друга по окружности и соединены между собой проходящим по окружности проходом (402, 403), при этом каждый выступ выполнен с функциональной возможностью скольжения в проходе (402, 403) и первом и втором каналах (202, 203, 400, 401).

9. Компоновка по п. 8, содержащая множество выступов и канавок, распределенных по окружности вокруг продольной оси (109), проходящей через компоновку (100).

10. Компоновка по п. 1, содержащая первые шлицы (204), созданные в радиально обращенной наружу зоне хвостовика (106), и вторые шлицы (205), созданные в радиально обращенной внутрь зоне ведущего переводника (110) с возможностью сцепления с первыми шлицами (204) для обеспечения передачи вращательного привода от ведущего переводника (110) на буровое долото (105).

11. Компоновка по п. 8, в которой буровое долото (105) соединено аксиально с ведущим переводником (110) исключительно посредством упора между каждым выступом и закрытыми концами (304, 305, 306, 307) соответствующих первых каналов (202, 203).

12. Компоновка по п. 7, в которой буровое долото (105) соединено аксиально с ведущим переводником (110) исключительно посредством упора между каждым выступом и закрытыми концами (304, 305, 306, 307) соответствующих первых каналов (202, 203) и первых соединений (202) и третьих соединений (200), а также между винтовыми резьбами (1000, 1001) вторых соединений (203) и четвертых соединений (201).

13. Компоновка по п. 1, выполненная без какого-либо дополнительного удерживающего кольца, установленного радиально между корпусом (101) и хвостовиком (106) для иного аксиального удержания бурового долота (105) на ведущем переводнике (110).

14. Буровое устройство для ударно-вращательного бурения горной породы, содержащее:

бурильную колонну, выполненную из множества соединенных концами бурильных труб; и

бурильную компоновку (100) по любому предыдущему пункту, разъемно прикрепленную на аксиально переднем конце бурильной колонны.