МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ, БУРОВАЯ ГОЛОВКА И СПОСОБ Российский патент 2019 года по МПК E21B17/03 E21D20/00 F16B21/00 

Изобретение относится к многофункциональному соединителю для соединения функционального бурового элемента с буровой головкой, в частности с цилиндром буровой головки, в частности выдвижным цилиндром буровой головки. Изобретение относится также к буровой головке, содержащей многофункциональный соединитель, и способу бурения отверстия под анкер и затягивания анкерной гайки.

Устройства и способы для установки систем грунтового анкерного крепления, включающие бурение по породе или затяжку анкерных болтов или другие соединители, известны, например, из US 8,770,323 B2, US 7,950,309 B2, WO 2005/103450 A1, GB 382,678, WO 2013/104021 A1 или WO 2013/104019 A1. Тем не менее, необходимы дополнительные усовершенствования упомянутых устройств и способов. Например, важными областями для усовершенствований являются безопасность и удобство обращения, а также универсальность области применения и взаимодействия.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного многофункционального соединителя, усовершенствованной буровой головки и усовершенствованного способа бурения отверстия под анкер и затягивания анкерной гайки, которые являются улучшенными по сравнению с существующими решениями в отношении по меньшей мере одной из вышеупомянутых задач.

Данная задача решается посредством многофункционального соединителя для соединения функционального бурового элемента с буровой головкой, в частности с выдвижным цилиндром буровой головки, причем упомянутый многофункциональный соединитель содержит первый соединительный элемент с первым гнездом, приспособленным для размещения в нем соединительного участка первого функционального бурового элемента, второй соединительный элемент, расположенный рядом с упомянутым первым соединительным элементом в направлении продольной оси упомянутого многофункционального соединителя, с вторым гнездом, приспособленным для размещения в нем соединительного участка второго функционального бурового элемента, фиксирующий элемент, расположенный между упомянутыми первым и вторым соединительными элементами, с отверстием фиксирующего элемента для прохождения через него соединительного участка второго функционального бурового элемента, причем упомянутое первое гнездо содержит по меньшей мере две движущие поверхности для передачи крутящего момента в первом направлении по меньшей мере двум соответствующим контактным поверхностям на соединительном участке упомянутого первого функционального бурового элемента, при этом упомянутое второе гнездо содержит по меньшей мере две движущие поверхности для передачи крутящего момента в первом направлении и втором, противоположном направлении по меньшей мере двум соответствующим контактным поверхностям на соединительном участке упомянутого второго функционального бурового элемента в положении бурения и/или отвода второго функционального бурового элемента, причем упомянутый фиксирующий элемент содержит по меньшей мере один фиксирующий участок для предотвращения перемещения соединительного участка второго функционального бурового элемента в направлении, параллельном продольной оси, относительно второго соединительного элемента в положение отвода второго функционального бурового элемента.

Упомянутый многофункциональный соединитель приспособлен для соединения с ним функционального бурового элемента, и в то же время упомянутый многофункциональный соединитель предпочтительно приспособлен для соединения с буровой головкой, в частности с выдвижным цилиндром буровой головки. Таким образом, функциональный буровой элемент может быть соединен с буровой головкой посредством упомянутого многофункционального соединителя. В частности, упомянутый многофункциональный соединитель приспособлен для соединения разных функциональных буровых элементов с буровой головкой. Первый функциональный буровой элемент может быть соединен с упомянутым многофункциональным соединителем посредством первого гнезда первого соединительного элемента, а второй функциональный буровой элемент может быть соединен с упомянутым многофункциональным соединителем посредством второго гнезда второго соединительного элемента. Предпочтительно, упомянутые первый и второй функциональные буровые элементы отличаются друг от друга. Например, соединительный участок первого и второго функциональных буровых элементов может иметь разные формы поперечного сечения. Кроме того, первый и второй функциональные буровые элементы могут иметь разные функции, например, такие как буровая штанга и натяжная тяга. Предпочтительно, только один функциональный буровой элемент может быть соединен с многофункциональным соединителем единовременно.

Упомянутые соединительные участки первого и второго функциональных буровых элементов предпочтительно размещаются в первом и втором гнезде предпочтительно посредством соответствующих поперечных сечений, в частности посредством геометрического замыкания или прессовой посадки или взаимоблокировки. Предпочтительно также, первое и второе гнезда лишь настолько больше соответствующего соединительного участка первого и второго функциональных буровых элементов, чтобы позволять осуществлять вставку и высвобождение соответствующего функционального бурового элемента.

Как первое, так и второе гнезда содержат по меньшей мере две движущие поверхности для передачи крутящего момента по меньшей мере двум соответствующим контактным поверхностям соответствующих соединительных участков первого и второго функционального бурового элемента.

Упомянутые по меньшей мере две движущие поверхности первого гнезда приспособлены для передачи крутящего момента в первом направлении соответствующим контактным поверхностям на соединительном участке первого функционального бурового элемента. Это значит, что первый функциональный элемент, размещенный в первом гнезде, выполнен с возможностью приведения в движение или вращение в первом направлении посредством упомянутого многофункционального соединителя. Это может быть особенно предпочтительно, когда первый функциональный буровой элемент представляет собой, например, натяжную тягу или анкерную гайку.

Упомянутые по меньшей мере две движущие поверхности второго гнезда приспособлены для передачи крутящего момента в первом, и во втором, противоположном направлении соответствующим контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента. В частности, упомянутое второе гнездо расположено так, что второй функциональный буровой элемент, размещенный во втором гнезде, выполнен с возможностью вращения посредством упомянутого многофункционального соединителя в первом направлении, когда соединительный участок второго функционального бурового элемента находится в положении бурения, и с возможностью вращения во втором, противоположном направлении, когда соединительный участок второго функционального бурового элемента находится в положении отвода. Это может быть особенно предпочтительно, когда второй функциональный буровой элемент представляет собой, например, буровую штангу, и упомянутый многофункциональный соединитель соединен с буровой головкой, при этом упомянутую штангу нужно вращать в первом направлении для бурения и вращать во втором направлении во время отвода буровой штанги.

Положение бурения и положение отвода второго функционального бурового элемента предпочтительно отличаются по своей вращательной ориентации относительно продольной оси LX. Крутящий момент вращения или приводное движение следует понимать как вращение, крутящий момент или приводное движение вокруг продольной оси. Предпочтительно, передача крутящего момента в первом направлении соответствует положению бурения второго функционального бурового элемента, а передача крутящего момента во втором направлении соответствует положению отвода второго функционального бурового элемента.

Упомянутый второй соединительный элемент расположен рядом с упомянутым первым соединительным элементом. Предпочтительно, упомянутое проксимальное расположение данного второго соединительного элемента относительно первого соединительного элемента означает, что когда многофункциональный соединитель размещен на буровой головке, второй соединительный элемент расположен рядом или ближе к буровой головке, чем первый соединительный элемент.

Между упомянутыми двумя соединительными элементами расположен фиксирующий элемент, который содержит отверстие фиксирующего элемента, через которое может быть проведен соединительный участок второго функционального бурового элемента. Для того чтобы вставить соединительный участок второго функционального бурового элемента во второе гнездо, соединительный участок второго функционального бурового элемента предпочтительно сперва вставляют в первое гнездо первого соединительного элемента, затем пропускают через отверстие фиксирующего элемента и наконец вставляют в и размещают во втором гнезде второго соединительного элемента.

Упомянутый по меньшей мере один фиксирующий участок фиксирующего элемента предназначен для удержания соединительного участка второго функционального бурового элемента в его положении отвода. Это значит, что поступательное перемещение второго функционального бурового элемента относительно фиксирующего элемента предотвращено, в частности поступательное перемещение параллельно или вдоль продольной оси в дистальном направлении. Преимущество этого состоит в том, что в положении отвода фиксирующий участок фиксирующего элемента гарантирует, что второй функциональный буровой элемент удаляется совместно с многофункциональным соединителем и не высвобождается из второго гнезда, когда многофункциональный соединитель перемещают в дистальном направлении.

Предпочтительно, упомянутый по меньшей мере один фиксирующий участок не препятствует перемещению соединительного участка второго функционального бурового элемента в направлении, параллельном или вдоль продольной оси относительно второго соединительного элемента, в положении бурения или в другом, нейтральном положении второго функционального бурового элемента. Предпочтительно, упомянутый второй функциональный буровой элемент вставляют во второе гнездо в положении бурения или в другом, нейтральном положении. В положении бурения и/или нейтральном положении, предпочтительно соединительный участок второго функционального бурового элемента способен проходить через фиксирующий элемент с его по меньшей мере одним фиксирующим участком легко и без преграждения траектории поступательного движения параллельно или вдоль продольной оси. Однако в положении отвода второго функционального бурового элемента данное относительное поступательное перемещение соединительного участка второго функционального бурового элемента относительно второго гнезда предотвращено упомянутым по меньшей мере одним фиксирующим участком фиксирующего элемента.

Таким образом, преимущество упомянутого многофункционального соединителя состоит в том, что он приспособлен для приема двух функциональных буровых элементов (предпочтительно одного единовременно) и дополнительно для передачи крутящего момента в первом направлении упомянутым двум функциональным буровым элементам и дополнительно для приложения крутящего момента во втором, противоположном направлении, к второму функциональному буровому элементу в положении отвода и дополнительно удержания второго функционального бурового элемента в данном положении отвода. Таким образом, упомянутый многофункциональный соединитель может быть использован, например, с буровой головкой и буровой штангой, например, для бурения отверстия под анкер, и тот же самый многофункциональный соединитель может быть использован - после удаления буровой штанги - для затягивания анкерной гайки. В частности, при использовании упомянутого многофункционального соединителя отсутствует необходимость в поддерживающих устройствах или переходниках, требующихся в существующих решениях для прикрепления, например, натяжной тяги к буровой головке.

В предпочтительном варианте осуществления, упомянутое второе гнездо содержит по меньшей мере две первые движущие поверхности для передачи крутящего момента в первом направлении по меньшей мере двум соответствующим первым контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента в положении бурения второго функционального бурового элемента, и упомянутое второе гнездо содержит по меньшей мере две вторые движущие поверхности для передачи крутящего момента во втором, противоположном направлении по меньшей мере двум соответствующим вторым контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента в положении отвода второго функционального бурового элемента.

В данном варианте осуществления, упомянутое второе гнездо содержит по меньшей мере четыре движущие поверхности, а именно по меньшей мере две первые движущие поверхности и две вторые движущие поверхности. Упомянутые первые движущие поверхности расположены так, чтобы передавать крутящий момент двум соответствующим первым контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента, и по меньшей мере две вторые движущие поверхности расположены так, чтобы передавать крутящий момент во втором направлении по меньшей мере двум соответствующим вторым контактным поверхностям. В данном варианте осуществления, предпочтительно, передача крутящего момента в первом и втором направлении через второе гнездо осуществляется посредством двух разных групп движущих поверхностей, контактирующих с двумя разными группами соответствующих контактных поверхностей на соединительном участке второго функционального бурового элемента.

Предпочтительно, упомянутые первые и вторые движущие поверхности расположены поочередно сменяя друг друга вдоль периферии, предпочтительно внутренней периферии, второго гнезда.

Предпочтительно также, между парами первых и вторых движущих поверхностей расположены закругленные углы вдоль периферии второго гнезда. Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что облегчается вставка и удаление соединительного участка второго функционального бурового элемента из второго гнезда. Кроме того, это облегчает переход соединительного участка второго функционального бурового элемента из положения бурения в положение отвода и наоборот.

Предпочтительно, две смежные первые и вторые движущие поверхности расположены под углом к друг к другу или, другими словами, первая движущая поверхность расположена под наклоном относительно смежной второй движущей поверхности.

Предпочтительно, упомянутые по меньшей мере две движущие поверхности первого и второго гнезд, а также упомянутые по меньшей мере две соответствующие контактные поверхности на соединительном участке первого и второго функциональных элементов продолжаются параллельно продольной оси.

Кроме того, особенно предпочтительно, первые движущие поверхности и/или вторые движущие поверхности второго гнезда расположены так, чтобы захватывать соединительный участок второго функционального бурового элемента с квадратным поперечным сечением. Например, буровые штанги обычно содержат соединительный участок с квадратным поперечным сечением. Поэтому предпочтительно, второе гнездо расположено так, чтобы захватывать такой соединительный участок второго функционального бурового элемента с квадратным поперечным сечением. Однако второе гнездо может быть также расположено так, чтобы захватывать соединительный участок второго функционального бурового элемента с другими поперечными сечениями, например, прямоугольным, шестиугольным, треугольным или имеющим другую многоугольную или частично или полностью закругленную форму поперечного сечения.

В другом предпочтительном варианте осуществления, фиксирующий элемент содержит по меньшей мере два фиксирующих участка для предотвращения перемещения соединительного участка второго функционального бурового элемента в направлении, параллельном продольной оси относительно второго соединительного элемента в положение отвода второго функционального бурового элемента.

Особенно предпочтительно, фиксирующий элемент содержит больше одного фиксирующего участка, в частности два, три, четыре или более фиксирующих участков. Предпочтительно, упомянутые фиксирующие участки равномерно разнесены друг от друга. Предпочтительно также, фиксирующие участки разнесены в соответствии с упомянутыми вторыми движущими поверхностями.

Предпочтительно также, первое гнездо имеет поперечное сечение шестиугольной формы. Шестиугольная форма поперечного сечения первого гнезда особенно предпочтительна, поскольку натяжные тяги или анкерные гайки обычно содержат соединительный участок с поперечным сечением шестиугольной формы. Как вариант, первое гнездо может иметь поперечное сечение квадратной, треугольной, прямоугольной или другой шестиугольной или частично или полностью закругленной формы.

Предпочтительно также, внутренняя огибающая поперечного сечения первого гнезда охватывает поперечное сечение второго гнезда и/или отверстия фиксирующего элемента.

Данный вариант осуществления является предпочтительным для облегчения вставки и удаления соединительного участка второго функционального бурового элемента через отверстие фиксирующего элемента первого гнезда во второе гнездо. В данном варианте осуществления, разомкнутое поперечное сечение первого гнезда полностью охватывает разомкнутое поперечное сечение отверстия фиксирующего элемента и/или второго гнезда.

В другом предпочтительном варианте осуществления, упомянутый фиксирующий элемент содержит по меньшей мере две направляющие поверхности. Предпочтительно, упомянутые по меньшей мере две направляющие поверхности расположены так, что соответствующие контактные поверхности соединительного элемента второго функционального бурового элемента направляются посредством упомянутых по меньшей мере двух направляющих поверхностей, при этом соединительный участок второго функционального бурового элемента проходит через упомянутый фиксирующий элемент. Предпочтительно также, упомянутые по меньшей мере две направляющие поверхности продолжаются параллельно продольной оси.

Предпочтительно также, между упомянутыми по меньшей мере двумя направляющими поверхностями расположен закругленный угол. Данный вариант осуществления облегчает вставку и/или удаление соединительного участка второго функционального бурового элемента через упомянутое отверстие фиксирующего элемента.

Предпочтительно также, упомянутые по меньшей мере две направляющие поверхности расположены так, чтобы захватывать соединительный участок второго функционального бурового элемента с квадратным поперечным сечением в ориентации, соответствующей положению бурения. Данный вариант осуществления особенно предпочтителен, когда используется второй функциональный буровой элемент в виде буровой штанги с квадратным поперечным сечением в своем соединительном участке. Упомянутые направляющие поверхности особенно предпочтительны, когда они расположены так, чтобы направлять контактные поверхности на соединительном участке второго функционального бурового элемента при пропускании через фиксирующий элемент в положение бурения.

В другом предпочтительном варианте осуществления, упомянутый многофункциональный соединитель содержит элемент захвата, расположенный на внешней периферии первого соединительного элемента и приспособленный для захвата цилиндра буровой головки таким образом, чтобы обеспечивать устойчивость к скручиванию. Наличие упомянутого элемента захвата его функция для соединения многофункционального соединителя с буровой головкой с обеспечением устойчивости к скручиванию имеет преимущество в том, что вращение цилиндра буровой головки может передаваться многофункциональному соединителю и таким образом, через многофункциональный соединитель, также соединенному с ним первому или второму функциональному буровому элементу.

Упомянутый элемент захвата предпочтительно соединяет внешнюю периферию первого соединительного элемента с цилиндром буровой головки посредством соответствующих поперечных сечений, геометрического замыкания, прессовой посадки или взаимоблокировки.

В другом предпочтительном варианте осуществления, упомянутый многофункциональный соединитель содержит участок подачи текучей среды с каналом текучей среды для подачи текучей среды от проксимального конца соединителя к первому соединительному элементу и/или второму соединительному элементу и/или фиксирующему элементу. Предпочтительно, упомянутый участок подачи текучей среды приспособлен для соединения с каналом текучей среды цилиндра буровой головки, в частности выдвижного цилиндра буровой головки, предпочтительно посредством уплотнения для уплотненного соединения. Предпочтительно также, упомянутый участок подачи текучей среды предусматривает этап застопоривания второго гнезда в его проксимальном конце, так что соединительный участок второго функционального бурового элемента, размещенный во втором гнезде, застопоривается в проксимальном направлении посредством упомянутого участка подачи текучей среды.

В соответствии с другим аспектом, упомянутая задача решается посредством буровой головки, содержащей выдвижной цилиндр с штоком и поршнем, причем упомянутый поршень выполнен с возможностью перемещения относительно упомянутого штока вдоль продольной оси; привод для приведения во вращательное движение упомянутого штока выдвижного цилиндра; раздвижную муфту, приспособленную для выдвижения и/или отвода выдвижного цилиндра вдоль продольной оси; вышеописанный многофункциональный соединитель в дистальном конце упомянутого поршня для соединения с ним функционального бурового элемента.

В отношении преимуществ, предпочтительных вариантов осуществления и деталей буровой головки и ее предпочтительных вариантов осуществления, сделана ссылка на соответствующие аспекты и варианты осуществления, описанные выше, в частности относительно многофункционального соединителя.

В соответствии с другим аспектом, упомянутая задача решается посредством способа бурения отверстия под анкер и затягивания анкерной гайки, включающего образование буровой головки с многофункциональным соединителем, как описано выше, образование буровой штанги в качестве первого функционального бурового элемента, вставку упомянутой буровой штанги через первое гнездо и отверстие фиксирующего элемента во второе гнездо в положении бурения, вращение цилиндра буровой головки с многофункциональным соединителем в первом направлении, вращение цилиндра буровой головки с многофункциональным соединителем во втором, противоположном направлении, для приведения буровой штанги в положение отвода, отвод цилиндра с соединителем и буровой штангой, вращение цилиндра буровой головки с многофункциональным соединителем в первом направлении для приведения буровой штанги в положение бурения, удаление буровой штанги из многофункционального соединителя, сцепление анкерной гайки анкера с первым гнездом, вращение цилиндра буровой головки с многофункциональным соединителем в первом направлении.

В отношении преимуществ, предпочтительных вариантов осуществления и деталей упомянутого способа бурения отверстия под анкер и затягивания анкерной гайки и его предпочтительных вариантов осуществления, сделана ссылка на соответствующие аспекты и варианты осуществления, описанные выше, в частности относительно многофункционального соединителя и буровой головки.

Упомянутый многофункциональный соединитель предпочтительно применяется в комбинации с выдвижным цилиндром и его предпочтительными вариантами осуществления, описанными ниже.

Предпочтительный выдвижной цилиндр, в частности для буровой головки, содержит шток с кольцевым объемом штока между внутренней частью и внешней частью штока; поршень с кольцевым объемом поршня между внутренней частью и внешней частью поршня; причем упомянутый поршень выполнен с возможностью перемещения относительно упомянутого штока вдоль продольной оси; причем проксимальный конец внешней части поршня расположен между внутренней и внешней частью штока; а дистальный конец внутренней части штока расположен между внутренней и внешней частью поршня; и при этом упомянутый выдвижной цилиндр выполнен с возможностью выдвижения и/или отвода вдоль продольной оси.

Упомянутый выдвижной цилиндр может быть использован, например, для буровой головки или вместе с буровой головкой. Упомянутый выдвижной цилиндр содержит шток и поршень, причем выдвижение цилиндра осуществляется посредством поступательного перемещения поршня относительно штока вдоль продольной оси. Отвод выдвижного цилиндра осуществляется посредством поступательного перемещения поршня относительно штока в противоположном направлении. Упомянутый выдвижной цилиндр содержит проксимальный конец и дистальный конец. В частности, когда упомянутый выдвижной цилиндр используют в буровой головке, проксимальный конец выдвижного цилиндра представляет собой конец, соединенный с буровой головкой, а дистальный конец представляет собой конец, соединенный с функциональный буровым элементом, например, таким как буровая штанга.

Упомянутое поступательное перемещение поршня относительно штока предпочтительно представляет собой направленное перемещение или скользящее перемещение, управление которым предпочтительно осуществляется посредством раздвижной муфты для управления перемещением, например, скоростью и/или величиной и/или направлением перемещения. Предпочтительно, упомянутый выдвижной цилиндр выполнен с возможностью выдвижения по меньшей мере на 100 мм, в частности по меньшей мере на 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 или 200 мм.

Упомянутый поршень и/или упомянутый шток предпочтительно имеют по существу цилиндрическую форму в по меньшей мере одном участке или части. Внутренняя и внешняя часть штока и/или внутренняя и внешняя часть поршня предпочтительно расположены коаксиально относительно продольной оси. Предпочтительно также, внутренняя часть штока ограничивает внутренний объем штока и внутренняя часть поршня ограничивает внутренний объем поршня.

Шток и поршень выдвижного цилиндра расположены так, что проксимальный конец внешней части поршня расположен между внутренней и внешней частью штока, а дистальный конец внутренней части штока расположен между внутренней и внешней частью поршня.

Предпочтительно, дистальный конец кольцевого объема поршня является закрытым, например, посредством соединения между внутренней и внешней частью поршня. Предпочтительно также, проксимальный конец кольцевого объема штока является закрытым, например, посредством соединения между внутренней и внешней частью штока. Кольцевой объем штока и кольцевой объем поршня могут сообщаться друг с другом по текучей среде.

Данная конструкция выдвижного цилиндра, в которой внутренняя и внешняя части штока и внутренняя и внешняя части поршня переплетаются, обеспечивает очень многофункциональный выдвижной цилиндр с характеристиками, позволяющими использовать выдвижной цилиндр в широком диапазоне применений, тем самым увеличивая функциональные возможности самого выдвижного цилиндра и, например, буровой головки с таким выдвижным цилиндром.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, поршень и шток соединены посредством муфты с высокой жесткостью при кручении. Под муфтой с высокой жесткостью при кручении следует понимать соединение, которое не допускает относительного вращательного движения между поршнем и штоком. Это значит, что когда шток вращают, поршень вращается вместе со штоком и наоборот. Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что выдвижной цилиндр особенно пригоден для использования или применения в буровой головке, в которой вращение прикладывается к выдвижному цилиндру и должно передаваться, например, от штока на поршень.

Предпочтительно также, упомянутая муфта с высокой жесткостью при кручении реализована посредством соединения внешней части поршня с внутренней частью штока. Данное расположение муфты с высокой жесткостью при кручении особенно предпочтительно, поскольку оно создает надежное соединение и оказывает минимизированное влияние на функционирование и пригодность выдвижного цилиндра.

Предпочтительно также, упомянутая муфта с высокой жесткостью при кручении представляет собой шлицевую муфту и/или муфту с защелкой. Могут быть использованы другие муфты с высокой жесткостью при кручении.

Предпочтительно, шлицы шлицевой муфты проходят параллельно продольной оси, чтобы позволять осуществлять скользящее перемещение поршня относительно штока. Предпочтительно также, упомянутая шлицевая муфта имеет продольное удлинение, которое обеспечивает надежную муфту с высокой жесткостью при кручении независимо от относительного положения поршня относительно штока, т.е. вдоль всего расстояния удлинения выдвижного цилиндра.

В другом предпочтительном варианте осуществления, выдвижной цилиндр выполнен с возможностью выдвижения и/или отвода посредством подачи и/или выпуска гидравлической жидкости в и/или из кольцевого объема штока и/или кольцевого объема поршня. В данном варианте осуществления, упомянутый выдвижной цилиндр может называться гидравлическим цилиндром. Данная конструкция выдвижного цилиндра особенно пригодна для реализации выдвижения и/или отвода посредством гидравлической жидкости, поскольку кольцевой объем штока и/или кольцевой объем поршня могут быть использованы для гидравлической жидкости. В качестве гидравлической жидкости в частности может быть использовано гидравлическое масло.

Предпочтительно также, проксимальный конец внешней части поршня уплотнен к внешней части штока; и проксимальный конец внутренней части поршня уплотнен к внутренней части штока.

Предпочтительно, для реализации уплотнения предусмотрены уплотнения высокого давления для уплотнения против утечки гидравлической жидкости. Предпочтительно также, упомянутые уплотнения предусмотрены в виде скользящих уплотнений, которые надежно уплотняют в любом относительном положении поршня относительно штока. При использовании таких уплотнений, кольцевой объем штока и кольцевой объем поршня могут быть эффективно уплотнены относительно внутренней или внешней периферии или внешней среды.

Предпочтительно также, кольцевой объем штока и кольцевой объем поршня сообщаются по текучей среде друг с другом, предпочтительно через соединение между внешней частью поршня и внутренней частью штока. Данный вариант осуществления особенно предпочтителен в комбинации с реализацией выдвижного цилиндра в виде гидравлического выдвижного цилиндра.

Предпочтительно также, предусмотрен промежуточный кольцевой объем между внешней частью поршня и внешней частью штока, причем упомянутый выдвижной цилиндр выполнен с возможностью отвода посредством подачи гидравлической жидкости в упомянутый промежуточный кольцевой объем.

Предпочтительно, выдвижение упомянутого выдвижного цилиндра инициируется посредством подачи гидравлической жидкости в кольцевой объем штока и/или кольцевой объем поршня, а отвод упомянутого выдвижного цилиндра реализуется посредством подачи текучей среды в дополнительный кольцевой объем, то есть упомянутый промежуточный кольцевой объем. Предпочтительно, упомянутый промежуточный кольцевой объем является отдельным от кольцевого объема штока и кольцевого объема поршня, т.е. упомянутый промежуточный кольцевой объем предпочтительно не сообщается по текучей среде с кольцевым объемом штока и кольцевым объемом поршня. Когда гидравлическую жидкость подают в один кольцевой объем для инициирования перемещения поршня, гидравлическую жидкость предпочтительно выпускают из другого кольцевого объема, чтобы обеспечить данное перемещение.

Предпочтительно, упомянутый промежуточный кольцевой объем по меньшей мере частично образован посредством участка внешней части поршня с уменьшенным внешним диаметром. Предпочтительно также, упомянутый промежуточный кольцевой объем окружает по меньшей мере один участок внешней периферии внешней части поршня.

Предпочтительно, упомянутый промежуточный кольцевой объем закрыт в его дистальном конце и/или его проксимальном конце и предпочтительно также снабжен уплотнениями, в частности скользящими уплотнениями высокого давления для гидравлической жидкости.

Другой предпочтительный вариант осуществления выдвижного цилиндра отличается по меньшей мере одним элементом передачи усилий между внешней частью поршня и внешней частью штока для передачи поперечных усилий в по меньшей мере одном направлении, отличающемся от направления, параллельного продольной оси.

Элемент передачи усилий является предпочтительным для обеспечения дополнительной устойчивости, в частности в полностью или частично выдвинутом положении выдвижного цилиндра. В частности, упомянутый элемент передачи усилий приспособлен для передачи поперечных усилий, по существу перпендикулярных продольной оси. Под поперечными усилиями следует понимать усилия в по меньшей мере одном направлении, отличающемся от направления, параллельного продольной оси. В частности, поперечные усилия представляют собой усилия, по существу перпендикулярные продольной оси. Упомянутый элемент передачи усилий предпочтительно соединен с внешней радиальной периферией внешней части поршня.

В предпочтительном варианте осуществления, упомянутый по меньшей мере один элемент передачи усилий представляет собой кольцеобразный элемент с осевым удлинением, которое по меньшей мере в 2 раза превышает его радиальное удлинение, и который соединен с внешней частью поршня посредством геометрического замыкания. Под геометрическим замыканием можно понимать прессовую посадку или взаимоблокировку или соединение посредством соответствующих поперечных сечений.

Преимущество данного варианта осуществления упомянутого элемента передачи усилий состоит в том, что он является особенно эффективным по стоимости и надежным вариантом осуществления, который также прост для сборки и изготовления.

Предпочтительно, предусмотрены два кольцеобразных элемента передачи усилий. Предпочтительно осевое удлинение элемента передачи усилий в 3, 4 или 5 раз больше его радиального удлинения. Предпочтительно, упомянутый элемент передачи усилий выполнен из твердой пластмассы.

В предпочтительном варианте осуществления, внешняя радиальная периферия упомянутого по меньшей мере одного элемента передачи усилий расположена на одном уровне с остальной внешней радиальной периферией внешней части поршня, окружающей упомянутый по меньшей мере один элемент передачи усилий.

Другой предпочтительный вариант осуществления выдвижного цилиндра отличается подающим каналом, образующим центральную полость для подачи текучей среды в поршень. Упомянутая текучая среда может представлять собой жидкость, например, такую как вода. Это обеспечивает осуществлять операцию мокрого, влажного или сухого бурения. Предпочтительно, все элементы буровой головки, в частности все элементы выдвижного цилиндра, и/или многофункциональный соединитель, который может входить в контакт с водой или другими агрессивными текучими средами, имеют соответствующие защитные покрытия, в частности коррозионно-стойкие покрытия.

Наличие подающего канала для подачи текучей среды в поршень дополнительно увеличивает эксплуатационную гибкость выдвижного цилиндра, например, для применения мокрого или влажного бурения, когда через упомянутый подающий канал подают жидкость или аэрозоль. Предпочтительно, подающий канал расположен в пределах внутренней части поршня и предпочтительно также расположен коаксиально с поршнем и штоком. Дистальный конец подающего канала предпочтительно уплотнен к внутренней части поршня. Дистальный конец подающего канала может выступать в дистальном направлении из дистального конца штока.

В соответствии с другим аспектом, предлагается буровая головка, содержащая выдвижной цилиндр, как описано выше; привод для приведения во вращательное движение штока выдвижного цилиндра; раздвижную муфту, приспособленную для выдвижения и/или отвода выдвижного цилиндра вдоль продольной оси; соединитель, предпочтительно многофункциональный соединитель, в дистальном конце поршня для соединения с ним функционального бурового элемента.

Предпочтительно, упомянутая раздвижная муфта представляет собой вращающуюся муфту, сообщающуюся по текучей среде с кольцевым объемом штока и/или кольцевым объемом поршня и/или промежуточным кольцевым объемом, причем упомянутая вращающаяся муфта приспособлена для подачи и/или выпуска гидравлической жидкости в и/или из кольцевого объема штока и/или кольцевого объема поршня и/или промежуточного кольцевого объема. Кроме того, предпочтительно, упомянутая буровая головка содержит по меньшей мере один датчик скорости, предпочтительно расположенный на ступени прямозубой цилиндрической зубчатой передачи.

Предпочтительно также, упомянутая буровая головка содержит датчик температуры и/или датчик давления и/или расцепитель резьбы.

В отношении преимуществ, предпочтительных вариантов осуществления и деталей буровой головки и ее предпочтительных вариантов осуществления, сделана ссылка на соответствующие аспекты и варианты осуществления, описанные выше, в частности относительно упомянутого цилиндра.

В соответствии с другим аспектом, предлагается способ работы буровой головки, как описано выше, включающий соединение функционального бурового элемента с упомянутым соединителем в дистальном конце поршня, вращение выдвижного цилиндра посредством приведения во вращательное движение штока, выдвижение и/или отвод выдвижного цилиндра вдоль продольной оси.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, упомянутый способ работы буровой головки дополнительно включает удаление функционального бурового элемента из соединителя; соединение другого функционального бурового элемента с соединителем.

В отношении преимуществ, предпочтительных вариантов осуществления и деталей упомянутого способа работы буровой головки и его предпочтительных вариантов осуществления, сделана ссылка на соответствующие аспекты и варианты осуществления, описанные выше, в частности относительно упомянутого цилиндра и упомянутой буровой головки.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

Фиг.1 представляет собой продольный разрез буровой головки с выдвижным цилиндром и многофункциональным соединителем в выдвинутом положении;

Фиг.2 представляет собой продольный разрез буровой головки, показанной на фиг.1, в положении отвода;

Фиг.3 представляет собой трехмерное изображение буровой головки в соответствии с фиг.1, разрезанной в продольном направлении;

Фиг.4 представляет собой трехмерное изображение буровой головки в соответствии с фиг.2, разрезанной в продольном направлении;

Фиг.5 представляет собой трехмерное изображение буровой головки в соответствии с фиг.2;

Фиг.6 представляет собой увеличенный вид фиг.5 без первого соединительного элемента и фиксирующего элемента;

Фиг.7 представляет собой увеличенный вид фиг.5 без первого соединительного элемента;

Фиг.8 представляет собой трехмерное изображение буровой головки в соответствии с фиг.1;

Фиг.9 представляет собой трехмерное изображение буровой головки в соответствии с фиг.2;

Фиг.10 представляет собой трехмерное изображение буровой головки, разрезанной в области конических подшипников;

Фиг.11 представляет собой трехмерное изображение буровой головки, разрезанной в области ступени прямозубой цилиндрической зубчатой передачи;

Фиг.12 представляет собой трехмерное изображение буровой головки, разрезанной в области соединения по текучей среде или воде; и

Фиг.13 представляет собой трехмерное изображение буровой головки в области соединений с двигателем.

На фиг.1-13 показан предпочтительный пример буровой головки 2000 с выдвижным цилиндром 10 и многофункциональным соединителем 1000. Хотя на чертежах многофункциональный соединитель 1000, выдвижной цилиндр 10 и буровая головка 2000 показаны вместе, в частности многофункциональный соединитель 1000 и выдвижной цилиндр 10, описанные в данном документе, могут также использоваться отдельно.

Фиг.1, 3 и 8 показывают буровую головку 2000 с выдвижным цилиндром 10 в выдвинутом положении, а фиг.2, 4 и 9 показывают буровую головку 2000 с выдвижным цилиндром 10 в отведенном положении. Фиг.5-7 в частности показывают детали многофункционального соединителя 1000. Фиг.10-13 в частности показывают детали буровой головки 2000.

Буровая головка 2000 содержит гидравлический двигатель 2100 для приведения в движение выдвижного цилиндра 10, соединенного с ним посредством ступени 2300 прямозубой цилиндрической зубчатой передачи. Выдвижной цилиндр 10 поддерживается посредством конических роликовых подшипников 2400, расположенных встречно-параллельно. Гидравлический двигатель 2100 способен работать в двумя разными скоростями. Крутящий момент гидравлического двигателя 2100 передается цилиндру 10 через ступень 2300 прямозубой цилиндрической зубчатой передачи. Два кольца конических роликовых подшипников 2400 приспособлены для приема нагрузок и усилий, возникающих в результате работы буровой головки 2000. Буровая головка 2000, в частности гидравлический двигатель 2100 приспособлен для обеспечения вращения выдвижного цилиндра 10 с частотой до 700 об/мин и приложения крутящего момента в первом и/или втором направлении до 400 Нм и расхода гидравлического масла до 40 л/мин.

Выдвижной цилиндр 10 выполнен с возможностью выдвижения в дистальном направлении (d) посредством подачи гидравлической жидкости, как описано ниже. Буровая головка 2000 содержит раздвижную муфту 2200 в виде вращающейся муфты для подачи гидравлической жидкости во вращающийся выдвижной цилиндр 10. Многофункциональный соединитель 1000 соединен с дистальным концом выдвижного цилиндра 10.

Выдвижной цилиндр 10 содержит шток 100 и поршень 200, который выполнен с возможностью перемещения относительно штока 100 вдоль продольной оси LX, чтобы выдвигать или втягивать выдвижной цилиндр 10. Шток содержит внутреннюю часть 110 и внешнюю часть 120, и поршень содержит внутреннюю часть 210 и внешнюю часть 220. Шток 100 с его внутренней и внешней частями 110, 120 и поршень 200 с его внутренней частью 210 и его внешней частью 220 являются по существу цилиндрическими по форме и расположены коаксиально.

Между внутренней частью 110 и внешней частью 120 штока образован кольцевой объем 101 штока, а между внутренней частью 210 и внешней частью 220 поршня 200 образован кольцевой объем 201 штока. Проксимальный конец 221 внешней части 220 поршня 200 расположен между внутренней и внешней частями 110, 120 штока 100 и уплотнен к внешней части 120 штока 100. Дистальный конец 111 внутренней части 110 штока 100 расположен между внутренней и внешней частями 210, 220 поршня 200. Проксимальный конец 221 внутренней части 210 поршня 200 уплотнен к внутренней части 110 штока 100.

Поршень 100 и шток 200 соединены посредством муфты 30 с высокой жесткостью при кручении, которая реализована посредством шлицевой муфты между внешней частью 220 поршня 200 и внутренней частью 110 штока 100. Шлицы шлицевой муфты 30 проходят в направлении, параллельном продольной оси LX. Шлицевая муфта 30 имеет достаточно большое продольное удлинение, чтобы обеспечивать надежное соединение с высокой жесткостью при кручении между штоком 100 и поршнем 200 в выдвинутом, а также в отведенном положении, в частности когда гидравлический двигатель 2100 приводит выдвижной цилиндр 10 во вращательное движение.

Кольцевой объем 101 штока и кольцевой объем 201 поршня сообщаются по текучей среде друг с другом через шлицевую муфту 30.

Посредством подачи гидравлической жидкости через каналы 2500 гидравлической жидкости в кольцевой объем 101 штока и/или кольцевой объем 201 поршня выдвижной цилиндр 10 может быть выдвинут, то есть перемещен из положения, показанного на фиг.2 или 4, в положение, показанное на фиг.1 или 3. Выдвижной цилиндр 10 может быть отведен посредством подачи гидравлической жидкости через каналы 2500 гидравлической жидкости в промежуточный кольцевой объем 40. Промежуточный кольцевой объем 40 предпочтительно образован посредством участка 222 внешней части 220 поршня 200, который имеет уменьшенный внешний диаметр. Предпочтительно, когда гидравлическую жидкость подают в кольцевой объем 101, 201 штока и/или поршня, гидравлическая жидкость отводится из промежуточного кольцевого объема 40 и наоборот, чтобы обеспечивать возможность или облегчать соответствующее перемещение для отвода и расширения.

Кроме того, уплотнения 300, в частности уплотнения высокого давления, там где применяется гидравлическая жидкость, размещаются в буровой головке 200 и выдвижном цилиндре 10 с многофункциональным соединителем 1000, там где требуется. Уплотнения 300 высокого давления, в частности водяные уплотнения и/или гидравлические уплотнения, предпочтительно приспособлены выдерживать подачу текучей среды со скоростью 6 л/мин под давлением до 180 бар.

Выдвижной цилиндр 10 дополнительно содержит подающий канал 140, образующий центральную полость 141 для подачи текучей среды, например, воды, в поршень 200, в частности внутренний объем 212 поршня. Текучая среда, такая как вода, может подаваться в подающий канал 140 через соединение по текучей среде. Подающий канал 140 также имеет по существу цилиндрическую форму и расположен коаксиально с поршнем 200 и штоком 100 и снабжен соответствующими уплотнениями 300 для образования уплотненного канала текучей среды.

Кроме того, выдвижной цилиндр 10 содержит элемент 130 передачи для передачи поперечных усилий. Элемент 130 передачи расположен между внешней частью 220 поршня 200 и внешней частью 120 штока 100.

Элемент 130 передачи усилий представляет собой кольцеобразный элемент с осевым удлинением, которое больше чем в 3 раза превышает его радиальное удлинение. Кроме того, элемент 130 передачи усилий соединен с внешней частью 220 поршня посредством геометрического замыкания.

Вращающаяся муфта 2200 сообщается по текучей среде с кольцевым объемом 101 штока и/или кольцевым объемом 201 поршня и/или промежуточным кольцевым объемом 40 и приспособлена для подачи и/или выпуска гидравлической жидкости из данных объемов.

Фиг.10 показывает в частности кольцо конусных роликовых подшипников 2400, а также каналы 2500 гидравлической жидкости для подачи гидравлической жидкости в кольцевой объем 201 поршня, кольцевой объем 101 штока и промежуточный кольцевой объем 40 для перемещения поршня 200. На фиг.11 показана ступень 2300 прямозубой цилиндрической зубчатой передачи. Фиг.11 показывает также датчики 2700 скорости буровой головки 2000 для регулирования скорости вращения. Фиг.12 показывает в частности соединение 2600 по текучей среде или воде для подачи текучей среды, такой как вода, в центральную полость 141 подающего канала 140. Фиг.13 показывает в частности каналы 2500 гидравлической жидкости, снабжающие двигатель гидравлическим маслом.

Многофункциональный соединитель 1000 соединен с внешней частью 220 поршня 200 посредством резьбового соединения 1700. Для того чтобы гарантировать, что резьбовое соединение 1700 не будет ослаблено во время вращения выдвижного цилиндра 10 с многофункциональным соединителем 1000 в первом или втором, противоположном направлении, многофункциональный соединитель закреплен посредством элемента 1400 захвата. Элемент 1400 захвата расположен на внешней периферии первого соединительного элемента 1100 и приспособлен для захвата поршня 200, в частности внешней части 220 поршня 200 с обеспечением стойкости к кручению, в частности посредством геометрического замыкания, взаимоблокировки или прессовой посадки. Как можно видеть в частности из фиг.5, элемент 1400 захвата содержит шесть равномерно разнесенных пазов на своей наружной окружности, и шесть соответствующих выступов на дистальном конце внешней части 220 штока 200 выступают в данные пазы. Элемент 1400 захвата может быть закреплен посредством кольцевого или е-зажима 1600.

Многофункциональный соединитель 1000 содержит первый соединительный элемент 1100, второй соединительный элемент 1300 и фиксирующий элемент 1200. Первый соединительный элемент содержит первое гнездо 1110 для размещения в нем соединительного участка первого функционального бурового элемента. Кроме того, второй соединительный элемент 1300 содержит второе гнездо 1310 для размещения в нем соединительного участка второго функционального бурового элемента. Второй соединительный элемент 1300 расположен рядом с первым соединительным элементом 1100, а фиксирующий элемент 1200 расположен между первым и вторым соединительными элементами 1100, 1300. Фиксирующий элемент 1200 содержит отверстие 1210 фиксирующего элемента для пропускания через него соединительного участка второго функционального бурового элемента.

Первое гнездо 1110 имеет шестиугольную форму поперечного сечения и в частности приспособлено для захвата анкерной гайки или натяжной тяги. Первое гнездо 1110 содержит шесть движущих поверхностей 1111 для передачи крутящего момента в первом направлении по меньшей мере двум соответствующим контактным поверхностям на соединительным участке первого функционального бурового элемента.

Второй соединительный элемент 1300 дополнительно содержит участок 1500 подачи текучей среды с цилиндрическим каналом текучей среды для подачи текучей среды от проксимального конца многофункционального соединителя 1000 к первому и второму соединительным элементам 1100, 1300 и фиксирующему элементу 1200.

Второе гнездо 1310 в частности приспособлено для захвата второго функционального бурового элемента в виде буровой штанги с соединительным участком, имеющим квадратное поперечное сечение. Второе гнездо 1310 содержит первые движущие поверхности 1311 для передачи крутящего момента в первом направлении по меньшей мере двум соответствующим первым контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента в положении бурения второго функционального бурового элемента. Второе гнездо 1310 дополнительно содержит четыре вторые движущие поверхности 1312 для передачи крутящего момента во втором, противоположном направлении по меньшей мере двум соответствующим вторым контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента в положении отвода второго функционального бурового элемента. Первые и вторые движущие поверхности 1311, 1312 второго гнезда 1310 расположены поочередно сменяя друг друга вдоль периферии второго гнезда 1310. Между парами первых и вторых движущих поверхностей 1311, 1312 расположены закругленные углы 1313 вдоль периферии второго гнезда 1310. Как можно видеть на фиг.6, в соответствии с вариантом осуществления, показанном в чертежах, во втором гнезде 1310 предусмотрено четыре закругленных угла 1313. Две смежные первая и вторая движущие поверхности 1311, 1312 предпочтительно расположены под углом друг к другу, другими словами, первая движущая поверхность 1311 расположена под наклоном относительно смежной второй движущей поверхности 1312. Первые и вторые движущие поверхности 1311, 1312 второго гнезда 1310 расположены так, чтобы захватывать соединительный участок второго функционального бурового элемента с квадратным поперечным сечением.

Фиксирующий элемент 1200 можно видеть, в частности, на фиг.7. Фиксирующий элемент 1200 содержит по меньшей мере два фиксирующих участка 1213 для предотвращения перемещения соединительного участка второго функционального бурового элемента в направлении, параллельном продольной оси LX, относительно второго соединительного элемента 1300 в положение отвода второго функционального бурового элемента.

Фиксирующий элемент 1200 содержит четыре направляющие поверхности 1211, при этом между смежными направляющими поверхностями 1211 расположен закругленный угол 1212 (всего четыре закругленных угла). Четыре направляющие поверхности 1211 расположены так, чтобы захватывать соединительный участок второго функционального бурового элемента с квадратным поперечным сечением в ориентации, соответствующей положению бурения, чтобы позволять соединительному участку второго функционального бурового элемента проходить через отверстие 1210 фиксирующего элемента в его положении бурения. В положении бурения, соединительный участок второго функционального бурового элемента будет контактировать с первыми движущими поверхностями 1311 второго гнезда 1300 и направляющими поверхностями 1211 фиксирующего элемента 1200. В положении отвода соединительного участка второго функционального бурового элемента, только вторые движущие поверхности 1312 второго гнезда 1300 будут находиться в контакте с соединительным участком второго функционального бурового элемента, который будет удерживаться в продольном направлении посредством фиксирующих участков 1213 фиксирующего элемента 1200.

Как можно видеть в частности из фиг.5, внутренняя огибающая поперечного сечения в первом гнезде 1110 охватывает поперечное сечение второго гнезда 1310, а также поперечное сечение отверстия 1210 фиксирующего элемента.

При использовании буровой головки 2000, содержащей выдвижной цилиндр 10 и многофункциональный соединитель 1000, как описано выше, способ бурения отверстия под анкер и затягивания анкерной гайки может быть усовершенствован и упрощен. Например, буровая штанга в качестве первого функционального бурового элемента с соединительным участком с квадратным поперечным сечением может быть вставлена через первое гнездо 1110 и отверстие 1210 фиксирующего элемента во второе гнездо 1310 в положении бурения. Затем выдвижной цилиндр 10 может быть повернут посредством гидравлического двигателя 2100 в первом направлении, что приводит к соответствующему вращению буровой штанги посредством первых движущих поверхностей 1311 для бурения отверстия под анкер. Когда достигается требуемая длина отверстия под анкер, выдвижной цилиндр 10 может быть приведен в движение посредством гидравлического двигателя 2100 во втором, противоположном направлении с буровой штангой в положении отвода. Затем буровая штанга может быть отведена вместе с выдвижным цилиндром 10 и многофункциональным соединителем 1000 из отверстия под анкер, при этом фиксирующие участки 1213 фиксирующего элемента 1200 многофункционального соединителя 1000 предотвращают относительное продольное перемещение буровой штанги относительно многофункционального соединителя 1000. Для удаления буровой штанги из многофункционального соединителя 1000, цилиндр 10 вращают посредством гидравлического двигателя 2100 в первом направлении, чтобы перевести буровую штангу в положение бурения и высвободить ее из фиксирующих участков 1213 фиксирующего элемента 1200.

Когда буровая штанга удалена из многофункционального соединителя 1000, натяжная тяга может быть соединена с первым гнездом 1110 или анкерная гайка анкера может быть захвачена первым гнездом 1110. Может быть предпочтительно выдвигать поршень 200 относительно штока 100 прежде чем захватывать анкерную гайку или прежде чем вращать выдвижной цилиндр 10 в первом направлении для затягивания анкерной гайки анкера.

Благодаря наличию многофункционального соединителя 1000 и наличию выдвижного цилиндра 10, одна и та же буровая головка 2000 может быть использована для бурения отверстия под анкер и для затягивания анкерной гайки без использования поддерживающих устройств или других переходников. Это повышает безопасность и облегчает перемещение. Это дополнительно обеспечивает более высокую степень автоматизации процесса бурения отверстия под анкер и затягивания анкерной гайки.

Ссылочные позиции

LX продольная ось

d дистальный

p проксимальный

10 цилиндр

30 муфта с высокой жесткостью при кручении

40 промежуточный кольцевой объем

100 шток

101 кольцевой объем штока

110 внутренняя часть штока

111 дистальный конец внутренней части штока

120 внешняя часть штока

130 элемент передачи

140 подающий канал

141 центральная полость

200 поршень

201 кольцевой объем поршня

202 дистальный конец поршня

210 внутренняя часть поршня

212 внутренний объем поршня

220 внешняя часть поршня

221 проксимальный конец внешней части поршня

300 уплотнения

1000 многофункциональный соединитель

1100 первый соединительный элемент

1110 первое гнездо

1111 движущие поверхности первого гнезда

1200 фиксирующий элемент

1210 отверстие фиксирующего элемента

1211 направляющие поверхности

1212 закругленные углы

1213 фиксирующие участки

1300 второй соединительный элемент

1310 второе гнездо

1311 первые движущие поверхности второго гнезда

1312 вторые движущие поверхности второго гнезда

1313 закругленные углы

1400 элемент захвата

1500 участок подачи текучей среды

1600 кольцо

1700 резьбовое соединение

2000 буровая головка

2100 гидравлический двигатель

2200 раздвижная муфта

2300 ступень прямозубой цилиндрической зубчатой передачи

2400 конические роликовые подшипники

2500 каналы гидравлической жидкости

2600 соединение по текучей среде

2700 датчики скорости

Группа изобретений относится к буровой головке, содержащей многофункциональный соединитель. Технический результат – повышение безопасности и облегчение перемещения. Многофункциональный соединитель для соединения функционального бурового элемента с буровой головкой, в частности с выдвижным цилиндром буровой головки. Соединитель содержит первый соединительный элемент с первым гнездом, приспособленным для размещения в нем соединительного участка первого функционального бурового элемента, второй соединительный элемент, расположенный рядом с упомянутым первым соединительным элементом в направлении продольной оси многофункционального соединителя, с вторым гнездом, приспособленным для размещения в нем соединительного участка второго функционального бурового элемента, фиксирующий элемент, расположенный между упомянутыми первым и вторым соединительными элементами, с отверстием фиксирующего элемента для пропускания через него соединительного участка второго функционального бурового элемента. Первое гнездо содержит по меньшей мере две движущие поверхности для передачи крутящего момента в первом направлении по меньшей мере двум соответствующим контактным поверхностям на соединительном участке первого функционального бурового элемента. Второе гнездо содержит по меньшей мере две движущие поверхности для передачи крутящего момента в первом направлении и во втором, противоположном, направлении по меньшей мере двум соответствующим контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента в положении бурения и/или отвода второго функционального бурового элемента. Фиксирующий элемент содержит по меньшей мере один фиксирующий участок для предотвращения перемещения соединительного участка второго функционального бурового элемента в направлении, параллельном продольной оси, относительно второго соединительного элемента в положение отвода второго функционального бурового элемента. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Многофункциональный соединитель (1000) для соединения функционального бурового элемента с буровой головкой, в частности с выдвижным цилиндром буровой головки (2000), причем упомянутый многофункциональный соединитель содержит:

- первый соединительный элемент (1100) с первым гнездом (1110), приспособленным для размещения в нем соединительного участка первого функционального бурового элемента,

- второй соединительный элемент (1300), расположенный рядом с упомянутым первым соединительным элементом в направлении продольной оси (LX) многофункционального соединителя, с вторым гнездом (1310), приспособленным для размещения в нем соединительного участка второго функционального бурового элемента,

- фиксирующий элемент (1200), расположенный между упомянутыми первым и вторым соединительными элементами, с отверстием (1210) фиксирующего элемента для пропускания через него соединительного участка второго функционального бурового элемента,

причем

- первое гнездо (1110) содержит по меньшей мере две движущие поверхности (1111) для передачи крутящего момента в первом направлении по меньшей мере двум соответствующим контактным поверхностям на соединительном участке первого функционального бурового элемента,

- второе гнездо (1310) содержит по меньшей мере две движущие поверхности (1311, 1312) для передачи крутящего момента в первом направлении и во втором, противоположном, направлении по меньшей мере двум соответствующим контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента в положении бурения и/или отвода второго функционального бурового элемента, и

- фиксирующий элемент (1200) содержит по меньшей мере один фиксирующий участок (1213) для предотвращения перемещения соединительного участка второго функционального бурового элемента в направлении, параллельном продольной оси относительно второго соединительного элемента (1300), в положение отвода второго функционального бурового элемента.

2. Многофункциональный соединитель (1000) по п.1, в котором

- второе гнездо (1310) содержит по меньшей мере две первые движущие поверхности (1311) для передачи крутящего момента в первом направлении по меньшей мере двум соответствующим первым контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента в положении бурения второго функционального бурового элемента, и

- второе гнездо (1310) содержит по меньшей мере две вторые движущие поверхности (1312) для передачи крутящего момента во втором, противоположном, направлении по меньшей мере двум соответствующим вторым контактным поверхностям на соединительном участке второго функционального бурового элемента в положении отвода второго функционального бурового элемента.

3. Многофункциональный соединитель (1000) по п.2, в котором первые и вторые движущие поверхности (1311, 1312) расположены поочередно сменяя друг друга вдоль периферии второго гнезда (1300).

4. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.1-3, в котором между парами первых и вторых движущих поверхностей (1311, 1312) расположены закругленные углы (1313) вдоль периферии второго гнезда (1300).

5. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.2 и 3, в котором первые движущие поверхности и/или вторые движущие поверхности (1311, 1312) второго гнезда (1310) расположены так, чтобы захватывать соединительный участок второго функционального бурового элемента с квадратным поперечным сечением.

6. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.1-3, в котором фиксирующий элемент (1200) содержит по меньшей мере два фиксирующих участка (1213) для предотвращения перемещения соединительного участка второго функционального бурового элемента в направлении, параллельном продольной оси (LX) относительно второго соединительного элемента (1300), в положение отвода второго функционального бурового элемента.

7. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.1-3, в котором первое гнездо (1110) имеет шестиугольную форму поперечного сечения.

8. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.1-3, в котором внутренняя огибающая поперечного сечения первого гнезда (1110) охватывает поперечное сечение второго гнезда (1310) и/или отверстия (1210) фиксирующего элемента.

9. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.1-3, в котором фиксирующий элемент (1200) содержит по меньшей мере две направляющие поверхности (1211).

10. Многофункциональный соединитель (1000) по п.9, в котором между упомянутыми по меньшей мере двумя направляющими поверхностями (1211) расположен закругленный угол (1212).

11. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.1-3 и 10, в котором упомянутые по меньшей мере две направляющие поверхности (1211) расположены так, чтобы захватывать соединительный участок второго функционального бурового элемента с квадратным поперечным сечением в ориентации, соответствующей положению бурения.

12. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.1-3 и 10, содержащий элемент (1400) захвата, расположенный на внешней периферии первого соединительного элемента (1100) и приспособленный для захвата цилиндра (10) буровой головки (2000) с обеспечением стойкости к кручению.

13. Многофункциональный соединитель (1000) по любому из пп.1-3 и 10, содержащий участок (1500) подачи текучей среды с каналом текучей среды для подачи текучей среды из проксимального конца соединителя (1000) в первый соединительный элемент (1100,) и/или второй соединительный элемент (1300), и/или фиксирующий элемент (1200).

14. Буровая головка (2000), содержащая

- выдвижной цилиндр (10) с штоком (100) и поршнем (200), причем упомянутый поршень выполнен с возможностью перемещения относительно упомянутого штока вдоль продольной оси (LX);

- привод (2100) для приведения во вращательное движение штока (100) выдвижного цилиндра (10);

- раздвижную муфту (2200), приспособленную для выдвижения и/или отвода выдвижного цилиндра (10) вдоль продольной оси (LX);

- многофункциональный соединитель (1000) по любому из предыдущих пунктов на дистальном конце (202) упомянутого поршня для соединения с ним функционального бурового элемента.

15. Способ бурения отверстия под анкер и затягивания анкерной гайки, включающий

- образование буровой головки (200) с многофункциональным соединителем (1000) по любому из предыдущих пунктов,

- образование буровой штанги в качестве первого функционального бурового элемента,

- вставку упомянутой буровой штанги через первое гнездо (1110) и отверстие (1210) фиксирующего элемента во второе гнездо (1310) в положении бурения,

- вращение цилиндра (10) буровой головки (2000) с многофункциональным соединителем (1000) в первом направлении,

- вращение цилиндра (10) буровой головки (2000) с многофункциональным соединителем (1000) во втором, противоположном, направлении для приведения буровой штанги в положение отвода,

- отвод упомянутого цилиндра с соединителем (1000) и буровой штангой,

- вращение цилиндра (10) буровой головки (2000) с многофункциональным соединителем (1000) в первом направлении для приведения буровой штанги в положение бурения,

- удаление буровой штанги из многофункционального соединителя (1000),

- сцепление анкерной гайки анкера с первым гнездом (1100),

- вращение цилиндра (10) буровой головки (2000) с многофункциональным соединителем (1000) в первом направлении.