УДЕРЖИВАЮЩАЯ БУРОВОЕ ДОЛОТО КОМПОНОВКА С ПОГРУЖНЫМ УДАРНИКОМ Российский патент 2020 года по МПК E21B10/36 E21B17/07 E21B4/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к удерживающей буровое долото компоновке с погружным ударником для удержания съемного бурового долота на ударном устройстве и в частности, хотя не исключительно, к удерживающей компоновке, которая обеспечивает прочное и надежное удержание бурового долота.

Уровень техники

Методика бурения с погружным ударником (DTH) включает в себя подачу текучей среды под давлением по бурильной колонне на буровое долото на забое скважины. Текучая среда действует, приводя ударник в действие для бурения и смывая пыль и мелкие фракции, полученные от режущего действия, назад через ствол скважины для оптимизации проходки.

Обычно, буровая компоновка содержит корпус, проходящий между верхним переводником и буровым долотом, которое, в свою очередь, съемно соединено c приводным компонентом (обычно называемым зажимным патроном или ведущим переводником). Бурение получают посредством комбинации вращения и осевого перемещения бурового долота. Вращение передается на буровое долото с ведущего переводника через промежуточные сцепляющиеся шлицы. Осевое ударное действие долота получают с помощью поршня, способного возвратно-поступательно перемещаться аксиально между верхним переводником и буровым долотом, и приводимого в движение текучей средой под давлением для ударов по заднему, служащему наковальней, концу долота. В некоторых вариантах осуществления, клапан нижнего конца колонны проходит аксиально назад от бурового долота для сопряжения с поршнем в самой передней точке его хода для управления обратным ходом и обеспечения выпуска текучей среды под давлением из бурильной головки для смывания назад выбуренной породы. Примеры бурильных блоков DTH описаны в публикациях WO 2008/051132, WO 2013/104470 и патенте US 6,131,672.

Обычно, буровое долото удерживается на компоновке и в контакте с ведущим переводником посредством удерживающего кольца. Удерживающее кольцо проходит вокруг заднего конца вала бурового долота и выполнено с возможностью упираться в радиально выступающий выступ, установленный на аксиально заднем конце вала долота. Такая конфигурация предотвращает выпадение бурового долота из компоновки ударника во время промывки или когда компоновку ударника (и буровое долото) спускают в ствол скважины или поднимают из него. Примеры узлов удерживающего кольца описаны патентах US 5,803,192; US 2007/0089908; EP 1462604 и публикации WO 2001/21930.

Вместе с тем, данные обычные удерживающие компоновки имеют ряд недостатков. В частности, для минимизации износа на шлицах ведущего переводника часть текучей среды под давлением, подаваемой на буровое долото, отводится в радиально наружную зону долота и в контакт с шлицами ведущего переводника. Обычно данный отводимый поток текучей среды проходит между радиально внутренней поверхностью удерживающего кольца и наружной поверхностью вала бурового долота. Соответственно, обычные удерживающие кольца включают в себя каналы пути потока или, иначе, имеют конструкцию, обеспечивающую достижение смазывающей текучей средой аксиально передних шлицов ведущего переводника. Вместе с тем, данные проходы воздушного потока на радиально внутренней зоне удерживающего кольца уменьшают площадь контакта кольца с упорным выступом бурового долота. Соответственно, обычные удерживающие долото устройства ослаблены, и удержание бурового долота становится рискованным. Соответственно, требуется создание удерживающей буровое долото компоновки, которая решает указанные выше проблемы и, в частности, обеспечивает подачу требуемого объема смазывающей текучей среды к шлицам, одновременно обеспечивая прочное и надежное удержание бурового долота.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение ударного бурового устройства и, в частности, удерживающей буровое долото компоновки, которая выполнена с возможностью поддерживать прочное и надежное удержание бурового долота, когда требуется, с обеспечением подачи требуемого объема содержащей смазку текучей среды в радиально наружную зону бурового долота и в контакт с шлицами вращательного привода, радиально выступающими внутрь от ведущего переводника.

Дополнительной специфической задачей является обеспечение удерживающей компоновки, совместимой с существующими буровыми долотами и поршневым ударным устройством, особенно, пo радиальным и аксиальным размерам таких устройств и компонентов и, таким образом, не требующей изменений существующего ударного бурильного устройства.

Задачи решают, обеспечивая удерживающую буровое долото компоновку с погружным ударником, содержащую ведущий переводник и удерживающее кольцо, конфигурированные конкретно для обеспечения пути потока текучей среды поверх радиально обращенной наружу поверхности удерживающего кольца и затем в контакт с радиально обращенной внутрь поверхностью ведущего переводника и, что важно, шлицами ведущего переводника. Соответственно, радиально внутренняя зона удерживающего кольца конфигурирована и оптимизирована для упорного контакта с аксиально задним выступом, выступающим от вала долота, и, в частности, для максимизации площади поверхности контакта с выступом, когда удерживающему кольцу требуется удерживать буровое долото в компоновке ударника между интервалами бурения /нанесения удара. Соответственно, настоящее удерживающее кольцо и удерживающая компоновка бурового долота обеспечивает двойную функцию прочного и надежного удержания бурового долота в дополнение к образованию требуемого пути потока текучей среды в зону шлицов ведущего переводника, причем данный проход проходит исключительно или главным образом поверх радиально наружной поверхности или зоны удерживающего кольца.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечена удерживающая буровое долото компоновка с погружным ударником для удержания съемного бурового долота на ударном устройстве, удерживающая компоновка содержит: кольцевой ведущий переводник, имеющий задний конец и радиально обращенную внутрь поверхность, выполненную с радиально выступающими внутрь шлицами для сопряжения с радиально выступающими наружу шлицами бурового долота; удерживающее кольцо, устанавливаемое в контакте с задним концом ведущего переводника, имеющее радиально обращенную внутрь и обращенную наружу поверхность и аксиально обращенную назад упорную поверхность для перекрывания радиально с и упора в выступ, выступающий радиально наружу от бурового долота; отличающаяся тем, что: образован по меньшей мере один проход по меньшей мере частью ведущего переводника и/или удерживающим кольцом, причем проход имеет задний конец в сообщении по текучей среде с обращенной наружу поверхностью удерживающего кольца, и передний конец в сообщении по текучей среде с обращенной внутрь поверхностью ведущего переводника для обеспечения пути сообщения по текучей среде для подачи текучей среды поверх обращенной наружу поверхности удерживающего кольца и на шлицы ведущего переводника.

Передний и задний концы прохода могут быть образованы относительно направления потока текучей среды, который проходит аксиально вперед от поршня ударника до головной части бурового долота. Путь потока текучей среды также охватывает радиальный поток или проход текучей среды через или мимо корпуса удерживающего кольца, в общем, в радиальном направлении (поперек или перпендикулярно продольной оси ударного устройства и компоновки удерживающего устройства).

Предпочтительно, проход является щелью, проходящей через радиальную толщину ведущего переводника между наружной и обращенной внутрь поверхностью на или к заднему концу ведущего переводника. В виде опции, щель может проходить от аксиальной торцевой поверхности ведущего переводника. По меньшей мере одна щель может быть выполнена как паз или выемка в иначе кольцевой торцевой поверхности ведущего переводника. В виде опции, проход является по меньшей мере одним отверстием или каналом, проходящим через стенку трубчатого ведущего переводника. Предпочтительно, ведущий переводник содержит множество щелей (или отверстий), проходящих аксиально и радиально в /через корпус ведущего переводника на или к аксиальному концу. Каждая индивидуальная щель (отверстие, выемка или паз), которая образует сквозное отверстие подачи текучей среды в стенке ведущего переводника, проходит короткое аксиальное расстояние вдоль ведущего переводника, соответствующее менее 20, 15, 10 или 5% общей аксиальной длины ведущего переводника. В виде опции, ведущий переводник содержит от двух до десяти щелей или проходное отверстие на или к заднему концу.

В виде опции, по меньшей мере один проход может быть образован частью удерживающего кольца. В частности, удерживающее кольцо может содержать углубление, щель, паз или проходное отверстие, проходящее через стенку удерживающего кольца для обеспечения пути для потока текучей среды от радиально наружной зоны или поверхности удерживающего кольца до внутренней зоны ведущего переводника и, в частности, шлицов ведущего переводника. В виде опции, проход может быть образован соответствующими зонами ведущего переводника и удерживающим кольцом. В виде опции, проход может быть образован исключительно удерживающим кольцом, которое содержит множество углублений, вынутых зон, отверстий или пазов, например, проходящих аксиально в удерживающее кольцо от обращенной аксиально вперед концевой поверхности или кромки. Соответственно, текучая среда способна проходить радиально мимо или через удерживающее кольцо по таким углублениям, выемкам, пазам или отверстиям.

Предпочтительно, удерживающее кольцо и ведущий переводник выполнены так, что ведущий переводник можно позиционировать для аксиального перекрывания и радиального охвата по меньшей мере части удерживающего кольца. Соответственно, удерживающее кольцо имеет наружный диаметр меньше (но приблизительно равный) внутреннему диаметру ведущего переводника на его заднем конце. Соответственно, ведущий переводник выполнен с возможностью герметизации в контакте с плотным прилеганием по меньшей мере аксиально передней зоны удерживающего кольца. Такая конфигурация поддерживает сегменты удерживающего кольца, как кольцевую компоновку в установленном положении поверх вала бурового долота. Данное является предпочтительным, поскольку не требуется какая-либо дополнительная удерживающая уплотнительная прокладка.

В виде опции, удерживающее кольцо может содержать по меньшей мере один разрыв в кольцевой длине для обеспечения конфигурации разрезного кольца. В виде опции, кольцо образовано из сегментов в виде двух половин, соединенные конец к концу для образования кольцевого пространства. Такое устройство обеспечивает кольцу установку в положение поверх и около вала бурового долота между радиально увеличенным аксиально задним выступом долота и аксиально передней головной частью долота. В виде опции, разрезное кольцо может содержать металл. В виде опции, кольцо может иметь моноблочную конструкцию и выполняться из упругого материала для получения функциональной возможности упругой деформации при установке в нужное положение на валу долота. В виде опции, кольцо содержит полимерный материал.

Предпочтительно, в направлении по окружности, вокруг своей кольцевой длины удерживающее кольцо имеет постоянный внутренний диаметр. Соответственно, внутренняя зона удерживающего кольца оптимизирована для максимизации площади поверхности контакта с выступом бурового долота. То есть, настоящее удерживающее кольцо не содержит каналов, канавок или выступов, проходящих радиально на обращенной внутрь поверхности кольца. Обращенная внутрь поверхность удерживающего кольца является, соответственно, кольцевой.

В виде опции, ведущий переводник может содержать кольцевой выступ, обеспеченный на или к заднему концу для сопряжения с удерживающим кольцом. В виде опции, удерживающее кольцо может содержать кольцевой выступ для сопряжения с кольцевым выступом ведущего переводника. Такая конфигурация является предпочтительной для улучшения аксиального и радиального соединения ведущего переводника и удерживающего кольца, как объединенной компоновки в ударное устройство.

Предпочтительно, проход проходит аксиально вдоль ведущего переводника за зону аксиального перекрывания ведущего переводника и удерживающего кольца. В виде опции, аксиальная длина прохода может быть больше аксиальной длины удерживающего кольца, при этом, по меньшей мере часть отверстия, образованного по меньшей мере одним проходом на ведущем переводнике, является не закрытой удерживающим кольцом для создания 'открытых' апертур, проходящих через удерживающую компоновку, для установления и поддержания пути потока текучей среды. В виде опции, ведущий переводник можно монтировать с непроницаемым для текучей среды уплотнительным контактом с удерживающим кольцом так, что проход обеспечивает исключительно путь сообщения по текучей среде от обращенной наружу поверхности удерживающего кольца до шлицов.

В виде опции, удерживающее кольцо может содержать по меньшей мере один проход или углубление на обращенной наружу поверхности для дополнительного образования пути сообщения по текучей среде в зоне удерживающего кольца. В виде опции, по меньшей мере один проход или углубление удерживающего кольца может являться щелью, проходящей через радиальную толщину удерживающего кольца между обращенной внутрь и обращенной наружу поверхностями и/или канавкой, проходящей аксиально вдоль по меньшей мере части удерживающего кольца, для образования части пути сообщения по текучей среде до обращенной наружу поверхности удерживающего кольца. В виде опции, удерживающее кольцо может содержать по меньшей мере одну щель и по меньшей мере одну канавку, где канавка и щель совмещены в направлении по окружности. Предпочтительно, удерживающее кольцо содержит множество канавок и щелей, расположенных парами и совмещаемых в направлении по окружности так, что текучая среда способна проходить через щель и по соответствующей канавке на радиально обращенной наружу поверхности кольца. В виде опции, удерживающее кольцо может содержать первый комплект щелей на аксиально обращенной вперед торцевой поверхности или кромке и второй комплект щелей на аксиально обращенной назад торцевой поверхности или кромке.

Предпочтительно, компоновка может дополнительно содержать установочную муфту, имеющую обращенную внутрь поверхность, устанавливаемую поверх аксиально задней части бурового долота и имеющую аксиально передний конец в контакте с по меньшей мере частью удерживающего кольца. Муфта выполнена с возможностью удержания в нужном положении удерживающего кольца в компоновке, подлежащей подвешиванию поверх и вокруг вала бурового долота аксиально впереди бурового выступа долота.

В виде опции, установочная муфта может содержать по меньшей мере одно углубление или проход, проходящий аксиально от переднего конца, для дополнительного образования части пути сообщения по текучей среде до обращенной наружу поверхности удерживающего кольца. В виде опции, по меньшей мере одно углубление или проход в муфте может являться щелью, проходящей радиальный через толщину муфты между радиально обращенной наружу и внутрь поверхностью, и/или по меньшей мере одно углубление или проход может являться проходящей аксиально канавкой, выполненной в обращенной наружу поверхности муфты. предпочтительно, муфта содержит множество щелей и/или канавок.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, обеспечено бурильное устройство для ударного бурения горной породы, содержащее: ударное устройство, устанавливаемое на одном конце бурильной колонны, причем ударное устройство содержит аксиально перемещающийся поршень; буровое долото, устанавливаемое по меньшей мере частично в ударном устройстве; и удерживающую компоновку по любому из предыдущих пунктов для удержания съемного бурового долота на ударном устройстве.

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 показан вид с продольным сечением буровой компоновки с погружным ударником конкретной реализации настоящего изобретения.

На фиг. 2 показан общий внешний вид переднего конца буровой компоновки с ударником фиг. 1 с деталями удерживающей буровое долото компоновки конкретной реализации настоящего изобретения.

На фиг. 3 показан вид в изометрии с сечением удерживающей буровое долото компоновки фиг. 2.

На фиг. 4 дополнительно показан вид в изометрии с сечением частей удерживающей буровое долото компоновки фиг. 3.

На фиг. 5 показан общий внешний вид удерживающей буровое долото компоновки второго варианта осуществления связанного изобретения.

На фиг. 6 показан вид в изометрии с сечением удерживающей долото компоновки фиг. 5.

На фиг. 7 дополнительно показан вид в изометрии с сечением удерживающей компоновки фиг. 6.

На фиг. 8 показан общий внешний вид удерживающей буровое долото компоновки третьего варианта осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 9 показан вид в изометрии с сечением удерживающей долото компоновки фиг. 8.

На фиг. 10 дополнительно показан вид в изометрии удерживающей буровое долото компоновки фиг. 9.

На фиг. 11 дополнительно показан вид в изометрии с сечением удерживающей буровое долото компоновки фиг. 10.

На фиг. 12 показан общий внешний вид удерживающей буровое долото компоновки четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 13 показан вид в изометрии с сечением удерживающей буровое долото компоновки фиг. 12.

На фиг. 14 дополнительно показан вид в изометрии с сечением удерживающей буровое долото компоновки фиг. 13.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Как показано на фиг. 1, буровая компоновка 100 с погружным ударником (DTH) содержит, по существу, пустотелый цилиндрический корпус 101. Верхний переводник 102, по меньшей мере частично, размещен в заднем конце корпуса 101, а буровое долото 105 по меньшей мере частично размещено в переднем конце. Буровое долото 105 содержит удлиненный вал, 106, имеющий внутренний проход 116. Головная часть 107 бурового долота обеспечена на переднем конце вала 106 и содержит множество износостойких режущих элементов (не показано). Аксиально задняя поверхность 117 вала 106 представляет служащий наковальней конец бурового долота 105.

Цилиндр 121 распределителя проходит аксиально в корпусе 101 и имеет обращенную внутрь поверхность 112, которая образует проходящую аксиально внутреннюю камеру 111a, 111b. Корпус 101 содержит аксиально передний конец 101b и аксиально задний конец 101a. Удлиненный поршень 103 проходит аксиально в корпусе 101 и выполнен с функциональной возможностью возвратно-поступательного 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.

Клапан 104 нижнего конца колонны выступает аксиально назад от служащего наковальней конца вала бурового долота 106 и имеет в общем цилиндрическую конфигурацию с задним концом 119 и передним концом 122. Внутренний проход 118 проходит аксиально между концами 119, 122 в сообщении по текучей среде с проходом 116 бурового долота и канал 113 поршня. В частности, аксиально передняя зона клапана 104 нижнего конца колонны встроена и блокирована аксиально в задней зоне служащего наковальней конца вала бурового долота 106. В частности, более половины аксиальной длины клапана 104 нижнего конца колонны проходит назад от служащего наковальней конца 117.

Цилиндр 121 распределителя, частично, образует внутреннюю камеру, имеющую аксиально заднюю зону 111a и аксиально переднюю зону 111b. Поршень 103 выполнен с функциональной возможностью возвратно-поступательного аксиального челночного перемещения в зонах 111a, 111b камеры. В частности, текучая среда под давлением подается в буровую компоновку 100 по бурильной колонне (не показано), соединенной c верхним переводником 102. Цилиндр 121 распределителя и корпус 101 регулируют подачу текучей среды в зоны 111a, 111b камеры. Понятно, что при подаче текучей среды в аксиально заднюю зону 111a поршень 103 выталкивается аксиально к буровому долоту 105, при этом передний конец 115 поршня наносит удар по служащему наковальней концу 117 долота и для обеспечения ударного бурения режущими элементами. Текучая среда затем подается в переднюю зону 111b камеры для выталкивания поршня 103 аксиально назад к верхнему переводнику 102. Когда поршень 103 занимает аксиально самое дальнее переднее положение, клапан 104 нижнего конца колонны стыкуется в канале 113 поршня для изоляции и закрытия сообщения по текучей среде между проходом 116 бурового долота и зоной 111b камеры. Когда поршень 103 смещается аксиально назад, конец поршня 115 уходит от конца 119 клапана нижнего конца колонны для обеспечения подачи текучей среды под давлением в проходе 116 бурового долота и выхода из головной части 107 бурового долота через промывочные каналы 120. Соответственно, распределенная подача текучей среды по зонам 111a, 111b камеры создает быстрое возвратно-поступательное челночное перемещение поршня 103, что, в свою очередь, вследствие повторяющегося стыкового контакта с клапаном 104 нижнего конца колонны, обеспечивает пульсирующий выброс текучей среды под давлением на головной части 107 бурового долота, как часть действия ударного бурения.

Ведущий переводник 110 (альтернативно называемый ведущим зажимным патроном) установлен на режущей части компоновки 100 и, в частности, для окружения вала 106 долота. Ведущий переводник 110 содержит аксиально переднюю торцевую поверхность 110a, установленную к головной части долота 107, и аксиально заднюю торцевую поверхность 110b, размещенную в аксиально передней зоне корпуса 101. Ведущий переводник 110 в виде муфты состыкован в контакте с валом 106 долота с помощью множества сцепляющихся друг с другом шлицов, которые проходят как аксиально, так и радиально на радиально обращенной наружу поверхности вала долота и радиально обращенной внутрь поверхности ведущего переводника 110. Когда компоновка 100 присоединена на аксиально переднем конце бурильной колонны (не показано), вращение передается на головную часть 107 долота через корпус 101 и ведущий переводник 110 до бурового долота 105.

Съемное буровое долото 105 удерживается в компоновке 100 ударника, удерживающей буровое долото компоновкой, ссылочная позиция 108. Компоновка 108 содержит удерживающее кольцо 126, установленное чтобы окружать аксиально заднюю зону вала 106 бурового долота; установочную муфту 125, аксиально установленную между удерживающим кольцом 126 и поршнем 103, с ведущим переводником 110, представляющим третий компонент удерживающей компоновки 108. Компоновка 108 выполнена с возможностью удержания бурового долота 105 в корпусе 101, когда бурильная головка 107 не вдавливается аксиально в забой скважины, например, когда ударник 100 спускают и поднимают в стволе скважины и когда бурильное устройство работает в режиме промывки текучей средой между периодами работы ударника. В частности, удерживающее кольцо 126 радиально выступает между корпусом 101 (к переднему концу 101b), чтобы иметь функциональную возможность радиального перекрывания радиально выступающего наружу выступа 124, который представляет в аксиально самую дальнюю концевую зону вала 106 бурового долота. То есть, когда головная часть 107 долота не вдавлена аксиально в поверхность забоя скважины, буровое долото 105 имеет функциональную возможность скольжения аксиально вниз под действием силы тяжести и удерживается (т.e., предотвращается его выпадение из ударника 100) стыковкой с упорным контактом между удерживающим кольцом 126 и выступом 124. Установочная муфта 125 обеспечивает средство фиксации удерживающего кольца 126 в нужном положении на аксиально переднем месте в упор к задней торцевой поверхности 110b ведущего переводника 110.

Конкретный вариант осуществления фиг. 1 дополнительно описан ниже и показан на фиг. 3-4. Второй - четвертый варианты осуществления описаны ниже и показаны на фиг. 5-7; 8-11 и 12-14, соответственно. Для удобства, большинство элементов и компонентов четырех вариантов осуществления являются общими для всех четырех вариантов осуществления, содержащих установочную муфту, удерживающее кольцо и ведущий переводник с выбранными компонентами, выполненными с возможностью установления и поддержания пути потока смазки, которую содержит промывочная текучая среда, проходящая по радиально обращенной наружу поверхности удерживающего кольца и в контакт с радиально обращенной внутрь поверхностью ведущего переводника. Выбранные компоненты удерживающей компоновки соответственно конфигурированы с углублениями в виде щелей и/или пазов, которые образуют части пути потока текучей среды для конкретного направления потока текучей среды по радиально обращенной наружу поверхности удерживающего кольца. Такая конфигурация является предпочтительной для обеспечения удерживающего кольца 126 с радиально внутренней зоной и, в частности, поверхностью 143, которая оптимизирована посредством максимизации площади поверхности для упорного контакта с кольцевым выступом 124 бурового долота. Соответственно, настоящая компоновка 108 удерживающего устройства обеспечивает надежное и прочное удержание бурового долота 105 в компоновке 100 ударника.

Как показано на фиг. 2-4, установочная муфта 125 содержит аксиально заднюю кольцевую торцевую поверхность 132 (обращенную к поршню 103) и аксиально переднюю кольцевую торцевую поверхность 131, установленную в контакте с удерживающим кольцом 126. Радиально обращенная внутрь поверхность 137 установлена противоположно аксиально задней зоне вала 106 бурового долота. В частности, установочная муфта 125 установлена с возможностью по меньшей мере частичного окружения выступа 124 вала, причем выступ 124 может аксиально скользить в муфте 125. Радиально обращенная наружу поверхность 138 муфты 125 содержит две канавки 141, проходящие в направлении по окружности вокруг муфты 125 для размещения соответствующих колец 139 круглого сечения для обеспечения подходящего фрикционного контакта с упором в корпус 101 и удержания муфты 125 в нужном положении во время замены бурового долота. На обращенной наружу поверхности 138 муфты также установлена кольцевая уплотнительная прокладка 140, которую можно устанавливать в канавке (не показано), вынутой в корпусе 101, для аксиального удержания муфты 125 в компоновке 100 ударника. Муфта 125 установлена в корпусе 101 для обеспечения направления и уплотнения на заднем конце долота 105 посредством стыкового контакта между радиально обращенной наружу поверхностью выступа 124 долота и поднятыми ('гребневыми') зонами радиально обращенной внутрь поверхности 137 муфты 125. В частности, муфта 125 содержит комплект проходящих аксиально канавок, вынутых в поверхности 137 для образования проходов потока текучей среды между поднятыми зонами. Комплект канавок 130 проходит в корпус муфты 125 от передней торцевой поверхности 131 так, что торцевая поверхность 131 является по меньшей мере частично корончатой. Щели 130 распределены в направлении по окружности вокруг муфты 125 и проходят приблизительно одну четверть аксиальной длины муфты 125 между торцевыми поверхностями 131, 132. Каждая из щелей 130 проходит сквозь всю радиальную толщину муфты 125, между обращенными внутрь и наружу поверхностями 137, 138, и совмещена в направлении по окружности с соответствующей канавкой на поверхности 137 муфты. С муфтой 125, установленной в положении аксиально с упором в удерживающее кольцо 126, щели 130 образуют сквозные отверстия 153 в стенке муфты для обеспечения прохода текучей среды радиально наружу из радиально внутренней зоны 135 (установлена радиально между валом 106 долота и муфтой 125) в радиально наружную зону, установленную радиально снаружи вокруг удерживающего кольца 126.

Удерживающее кольцо 126 выполнено, как разрезное кольцо, в котором два периферийных сегмента в виде половин установлены торец к торцу для комплектации кольца с двумя парами соединенных торцов 148. Соответственно, кольцо 126 можно легко разрывать и повторно собирать вокруг вала 106 долота. Кольцо 126 содержит радиально обращенную внутрь поверхность 133, радиально обращенную наружу поверхность 134, аксиально заднюю поверхность 151 и аксиально переднюю поверхность 152. Задняя поверхность 151 на радиально внутренней зоне образует аксиально обращенную назад кольцевую упорную поверхность 143, которая совмещена с соответствующей и комплементарной кольцевой упорной поверхностью 142, являющейся аксиально обращенной вперед поверхностью выступа 124 долота. Кольцо 126 и, в частности, обращенная внутрь поверхность 133 установлена в контакте с плотным прилеганием с обращенной наружу поверхностью 128 вала 106 долота в зоне 135 аксиально впереди выступа 124 долота. Обращенная внутрь поверхность 133 немного отделена от поверхности 128 вала долота для обеспечения аксиального скольжения долота 105 относительно удерживающего кольца 126 до входа в контакт соответствующих упорных поверхностей 143, 142. Кольцо 126 поддерживается в нужном аксиальном положении, благодаря упорному контакту между задней поверхностью 151 кольца и передней поверхностью 131 муфты. Аксиальное и радиальное положение кольца 126 дополнительно устанавливается и поддерживается, благодаря упорному контакту с аксиально задней зоной ведущего переводника 110. В частности, ведущий переводник 110 в зоне к задней кольцевой торцевой поверхности 110b выполнен с размерами для посадки радиально поверх кольца 126, с частью обращенной внутрь поверхности 127 ведущего переводника в контакте с частью обращенной наружу поверхности 134 кольца. Соответственно, ведущий переводник 110 аксиально перекрывает кольцо 126 для поддержания сегментов в виде половин кольца соединенными в кольцевой конфигурации, как показано на фиг. 1-4.

Будучи аналогичным установочной муфте 125, ведущий переводник 110 также содержит комплект щелей 129, аксиально выступающих внутрь в корпус ведущего переводника 110 от задней кольцевой торцевой поверхности 110b. Каждая щель 129 проходит всю радиальную толщину ведущего переводника 110 между радиально обращенной внутрь поверхностью 127 и обращенной наружу поверхностью 165. Каждая щель 129 образует соответствующий проем 154 для обеспечения прохода текучей среды для подачи из аксиально задней и наружной зоны вокруг кольца 126 и в контакт с обращенной внутрь поверхностью 127 ведущего переводника. Кольцевой выступ 168 обеспечен на аксиально задней зоне ведущего переводника 110 на обращенной внутрь поверхности 127 для сопряжения в упор с удерживающим кольцом 126. Выступ 168, когда упирается в удерживающее кольцо 126, аксиально закрепляет положения удерживающего кольца 126 относительно ведущего переводника 110. Согласно конкретной реализации, канал 147 (является небольшим кольцевым зазором) создан и образован между противоположными кольцевыми торцевыми поверхностями 131 и 110b (муфты 125 и ведущего переводника 110, соответственно), в дополнение к кольцевой, обращенной наружу поверхности 134. Каждая щель 129 ведущего переводника содержит аксиально передний конец 163 и аксиально задний конец 164, причем конец 164 совмещен с кольцевой торцевой поверхностью 110b. С ведущим переводником 110, состыкованным в осевом и радиальном направлении с упертом в аксиально передний участок удерживающего кольца 126, аксиальная длина каждой щели 129 проходит аксиально вперед за удерживающее кольцо 126 так, что аксиально передняя часть каждого отверстия 154 аксиально установлена впереди удерживающего кольца 126 для обеспечения прохода промывочной текучей среды радиально внутрь и под ведущий переводник 110 при аксиально переднем положении удерживающего кольца 126. Аналогично, каждая щель, 130 проходящая в аксиально передней зоне муфты 125, содержит задний конец 166 и передний конец 167, причем передний конец 167 совмещен аксиально с торцевой поверхностью 131 муфты. Аксиальная длина каждой щели муфты 130 соответствует приблизительно аксиальной длине каждой щели 129 ведущего переводника. Вместе с тем, полная аксиальная длина каждой щели муфты 130 установлена аксиально сзади удерживающего кольца 126 так, что размер соответствующих отверстий 153 в муфте 125 больше размера 'свободных' отверстий 154 ведущего переводника (установленных аксиально впереди удерживающего кольца 126).

Конфигурация муфты 125, удерживающего кольца 126 и ведущего переводника 110 функционирует для установления требуемого пути потока текучей среды, указанного ссылочной позицией 162, который проходит аксиально в контакте с муфтой 125, затем удерживающим кольцом 126 и, наконец, ведущим переводником 110. В частности, когда долото 105 аксиально выдвинуто т.е., в режиме промывки (например, когда долото 105 падает вниз под действием силы тяжести между направленными вниз интервалами бурения), выступ 124 долота скользит вперед от аксиально задней зоны 136 кольцевого торца муфты 125 для открытия каналов текучей среды, образованных канавками на обращенной внутрь 137 поверхности муфты. Соответственно, создается открытый путь потока от аксиально передней зоны 111b камеры (установлена аксиально впереди поршня 103) и зоны 135 (расположена радиально между валом 106 долота и муфтой 125 и аксиально за удерживающим кольцом 126). При этом, содержащая смазку промывочная текучая среда вводится в зону 135 и затем направляется радиально наружу через отверстия 153 и в кольцевой канал 147 в контакте с обращенной наружу кольцевой поверхностью 134. Поток текучей среды продолжает прохождение аксиально вперед в отверстия 154 ведущего переводника, где перенаправляется радиально внутрь в зону радиально между ведущим переводником 110 и валом 106 долота и, таким образом, в контакте с противоположными, обращенными внутрь и наружу поверхностями 127, 128 ведущего переводника 110 и вала 106 долота, соответственно. Соответственно, путь 162 потока текучей среды, проходящий радиально наружу вокруг кольца 126, устраняет любые требования конфигурирования радиально внутренней зоны кольца 126 с возможностью размещения потока текучей среды, обычные в существующих устройствах. Соответственно, имеющаяся контактная площадь кольцевой упорной поверхности 143 максимизирована и образована полной кольцевой поверхностью для стыкового контакта на кольцевой упорной поверхности 142 выступа 124 долота. Поэтому, настоящая конфигурация обеспечивает подачy содержащей смазку текучей среды в контакт с шлицами ведущего переводника 110 и вала 106 долота по требуемому пути 162 потока, проходящему радиально поверх удерживающего кольца 126.

Дополнительные варианты осуществления фиг. 5-14 имеют соответствующие компоненты и элементы, описанного выше первого варианта осуществления, показанные на фиг. 2-4. Такие компоненты и конфигурация, соответственно, не описаны повторно ниже. Как показано на фиг. 5-7, второй вариант осуществления связанного изобретения соответствует первому варианту осуществления фиг. 2-4 за исключением изменения конфигурации обращенной внутрь поверхности 137 муфты 125 и аксиально передней зоны удерживающего кольца 126.

Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 5-7, разрезное кольцо 126 содержит выступ 146, проходящий от аксиально передней кольцевой поверхности 152. Радиально обращенный наружу кольцевой выступ 146 выполнен с возможностью стыковки с комплементарным радиально обращенным внутрь кольцевым выступом 168 ведущего переводника. Соответственно, кольцо 126 посредством выступов 146, 168 способно оставаться соединенным для установки по меньшей мере частично под аксиально задний конец ведущего переводника 110 для поддержания в аксиальном и радиальном положении в ударнике 100. Во втором варианте осуществления муфта 125 также выполнена немного отличающейся от варианта осуществления фиг. 2-4, поскольку содержит аксиально проходящие канавки (или каналы) 144 вынутые в радиально обращенной внутрь поверхности 137. Канавки 144 разнесены друг друга по окружности вокруг муфты 125 и проходят аксиально от зоны 136 заднего конца муфты до передней торцевой поверхности 131 муфты. Канавки 144 выполнены с возможностью содействия аксиальной подаче вперед текучей среды по пути 162 потока и через соответствующие отверстия 153, 154, через наружную боковую поверхность кольца (поверхность 134). На фиг. 6 и 7 показана компоновка 108 удерживающего устройства с удаленным буровым долотом 105 для детального показа проходящих аксиально шлицов 159, радиально выступающих внутрь от обращенной внутрь поверхности ведущего переводника 127. Шлицы 159, которые не показаны специально, являются общими для всех четырех вариантов осуществления, описанных в данном документе, и содержат одинаковую радиальную и аксиальную конфигурацию, будучи комплементарными с шлицами (не показано), радиально выступающими наружу от вала 106 бурового долота.

Третий вариант осуществления описан ниже и показан на фиг. 8-11, здесь аналогично вариантам осуществления 1 и 2, путь 162 потока текучей среды направляется и поддерживается в контакте с обращенной внутрь поверхностью 137 муфты через отверстия 153 (образованы щелями 130) для прохода затем на радиально наружной стороне удерживающего кольца 126 и через соответствующие отверстия 154 (образованы щелями 129) в аксиально заднем конце ведущего переводника 110. Как показано на фиг. 9 предмет изобретения является совместимым для применения с отличающимся устройством поршня 103 и бурового долота 105. Например, от бурового долота 105 не требуется содержать клапан нижнего конца колонны на своем аксиально заднем конце для сопряжения с возвратно-поступательно перемещающимся поршнем 103. Установочная муфта 125 содержит гладкую обращенную внутрь поверхность с постоянным внутренним диаметром, соответствующую первому варианту осуществления. Вместе с тем, кольцевая торцевая поверхность 131 лишена щели 130 и является в общем кольцевой. Торцевая поверхность 131 выполнена с возможностью упора в заднюю поверхность 151 удерживающего кольца 126. Кольцо 126, аналогично второму варианту осуществления, содержит аксиально переднюю ступенчатую часть 146, поэтому аксиально самая передняя радиально внутренняя часть 145 расположена радиально внутри и аксиально перекрывается с аксиально задним концом ведущего переводника 110. Ступенчатая часть 146 кольца обеспечивает радиально проходящую кольцевую упорную поверхность 150 для упора задней торцевой поверхности 110b ведущего переводника. Кольцо 126, как и во всех вариантах осуществления, описанных в данном документе, является разрезным кольцом и удерживается в нужном аксиальном и радиальном положении, благодаря перекрывающему контакту, ведущим переводником 110.

Для обеспечения отверстий 153 для сквозного прохода промывочной текучей среды удерживающее кольцо 126 содержит щели 149, проходящие всю радиальную толщину кольца 126 и аксиально в корпус кольца от обращенной назад торцевой поверхности 151. Щели 149 проходят до позиции приблизительно на середине аксиальной длины между торцевой поверхностью 151 и упорной поверхностью 150. Каждая щель 149 завершается аксиально соответствующей канавкой 160, вынутой в обращенной наружу кольцевой поверхности 134. Общим для всех вариантов осуществления, описанных в данном документе, является то, что ведущий переводник 110 содержит щели 129, аксиально проходящие от задней торцевой поверхности 110b. Ширина в направлении по окружности каждой кольцевой канавки 160 равна соответствующей ширине по окружности каждой щели 129 ведущего переводника. Щели 149 и 129, как и в описанном выше, образуют соответствующие отверстия 153, 154 между радиально внутренней и наружной зонами компоновки 108 удерживающего устройства. Согласно третьему варианту осуществления, наружная поверхность 134 удерживающего кольца в общем совмещена с обращенной наружу поверхностью 138 муфты и соответствующей обращенной наружу поверхностью 165 ведущего переводника. Поэтому отсутствует кольцевой канал 147, через который текучая среда может проходить и распределяться, когда проходит поверх наружной поверхности 134 удерживающего кольца. Данное делает необходимым совмещение (в направлении по окружности) щелей 149 удерживающего кольца (и канавок 160) с щелями 129 ведущего переводника для установления требуемого аксиально переднего пути 162 потока текучей среды. Соответственно, ведущий переводник 110 содержит проходящий аксиально палец 161, выступающий аксиально назад от торцевой поверхности 110b. Пальцу 161 приданы размеры для посадки в одну из канавок 160 удерживающего кольца и предотвращения независимого вращения ведущего переводника 110 и удерживающего кольца 126.

Четвертый вариант осуществления, описанный ниже и показанный на фиг. 12-14 и содержит ведущий переводник 110 и удерживающее кольцо 126 соответствующие и аналогичные первому варианту осуществления, фиг. 2-4. Вместе с тем, компоновка выполнена отличающейся для установления пути 162 потока текучей среды поверх радиально обращенной наружу поверхности 138 муфты, а не под обращенной внутрь поверхностью 137 муфты, как описано ниже. Для облегчения пути 162 потока текучей среды, как показано на фиг. 14, на кольцевой обращенной наружу поверхности 134 и в отверстия 154 ведущего переводника муфта 125 содержит комплект проходящих аксиально канавок 157, отнесенных друг от друга по окружности вокруг муфты 125. Каждую канавку 157 можно считать отдельной (в направлении по окружности) и образованной проходящими аксиально гребнями 158, так что муфта 125 содержит корончатый профиль сечения. Канавки 157 и гребни 158 завершают короткое аксиальное расстояние перед кольцевой торцевой поверхностью 131 муфты. Соответственно, муфта 125 содержит кольцевой канал 170 на обращенной наружу поверхности 138, который проходит сразу аксиально назад от торцевой поверхности 131. Когда торцевая поверхность 131 упирается в кольцевую заднюю поверхность 151, гребни 158 муфты и канавки 157 аксиально отделены от торцевой поверхности 110b ведущего переводника для установления кольцевого распределительного канала 147 потока. В четвертом варианте осуществления удерживающее кольцо 126 размещено полностью в заднем конце ведущего переводника 110 так, что кольцевая задняя торцевая поверхность 151 и торцевая поверхность 110b ведущего переводника совмещены. Наружная поверхность 134 удерживающего кольца, соответственно, открыта воздействию в зоне каждой щели 129 ведущего переводника (как описано ниже), и каждая щель 129 ведущего переводника проходит аксиально за удерживающее кольцо 126 так, что часть отверстий 154 проходят аксиально впереди удерживающего кольца 126. В четвертом варианте осуществления поток текучей среды направлен снаружи поверх муфты 125 через канавки 157 и заднюю торцевую поверхность 132 муфты. Текучая среда затем входит в кольцевой канал 147 и продолжает перемещение аксиально вперед в щели 129 ведущего переводника поверх наружной поверхности 134 удерживающего кольца. Поток текучей среды затем направляется радиально внутрь (на аксиально передней зоне отверстий 154) в контакт с шлицами 159 для обеспечения требуемой промывки и смазки.

Группа изобретений относится к удерживающей буровое долото компоновке с погружным ударником для удержания съемного бурового долота на ударном устройстве, а также к буровому устройству для ударного бурения горной породы с указанной компоновкой. Указанная компоновка содержит: кольцевой ведущий переводник, имеющий задний конец и радиально обращенную внутрь поверхность, выполненную с радиально выступающими внутрь шлицами для сопряжения с радиально выступающими наружу шлицами бурового долота; удерживающее кольцо, устанавливаемое в контакте с задним концом ведущего переводника, имеющее радиально обращенную внутрь поверхность и радиально обращенную наружу поверхность, а также аксиально обращенную назад упорную поверхность для радиального перекрывания и упора в выступ, радиально выступающий наружу от бурового долота. В указанной компоновке образован по меньшей мере один проход по меньшей мере частью ведущего переводника и/или удерживающего кольца. Проход имеет задний конец в сообщении по текучей среде с обращенной наружу поверхностью удерживающего кольца и передний конец в сообщении по текучей среде с обращенной внутрь поверхностью ведущего переводника, для обеспечения пути сообщения по текучей среде для подачи текучей среды поверх обращенной наружу поверхности удерживающего кольца и на шлицы ведущего переводника. Технический результат заключается в обеспечении прочного и надежного удержания бурового долота в дополнение к образованию требуемого пути потока текучей среды в зону шлицов ведущего переводника. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Удерживающая буровое долото компоновка (108) с погружным ударником для удержания съемного бурового долота (105) на ударном устройстве, содержащая:

кольцевой ведущий переводник (110), имеющий задний конец и радиально обращенную внутрь поверхность (127), выполненную с радиально выступающими внутрь шлицами (159) для сопряжения с радиально выступающими наружу шлицами бурового долота (105);

удерживающее кольцо (126), устанавливаемое в контакте с задним концом ведущего переводника (110), имеющее радиально обращенную внутрь поверхность (133) и радиально обращенную наружу поверхность (134), а также аксиально обращенную назад упорную поверхность (143) для радиального перекрывания с и упора в выступ (124), радиально выступающий наружу от бурового долота (105),

отличающаяся тем, что

образован по меньшей мере один проход (129) по меньшей мере частью ведущего переводника (110) и/или удерживающего кольца (126), причем проход (129) имеет задний конец (164) в сообщении по текучей среде с обращенной наружу поверхностью (134) удерживающего кольца (126) и передний конец (163) в сообщении по текучей среде с обращенной внутрь поверхностью (127) ведущего переводника (110), для обеспечения пути сообщения по текучей среде для подачи текучей среды поверх обращенной наружу поверхности (134) удерживающего кольца (126) и на шлицы (159) ведущего переводника (110).

2. Компоновка по п. 1, в которой проход (129) является щелью, проходящей через радиальную толщину ведущего переводника (110) между обращенной наружу поверхностью (165) и обращенной внутрь поверхностью (127) на или к заднему концу ведущего переводника (110).

3. Компоновка по п. 1 или 2, в которой удерживающее кольцо (126) и ведущий переводник (110) выполнены так, что ведущий переводник (110) можно позиционировать для аксиального перекрывания и радиального охвата по меньшей мере части удерживающего кольца (126).

4. Компоновка по любому из предыдущих пунктов, в которой в направлении по окружности вокруг кольцевой длины удерживающего кольца (126) удерживающее кольцо (126) имеет постоянный внутренний диаметр.

5. Компоновка по любому из предыдущих пунктов, в которой ведущий переводник (110) содержит кольцевой выступ (168), обеспеченный на или к заднему концу для сопряжения с удерживающим кольцом (126).

6. Компоновка по п. 5, в которой удерживающее кольцо (126) содержит кольцевой выступ (146) для сопряжения с кольцевым выступом (168) ведущего переводника (110).

7. Компоновка по любому из пп. 3-6, в которой проход (129) проходит аксиально вдоль ведущего переводника (110) за зоной аксиального перекрывания ведущего переводника (110) и удерживающего кольца (126).

8. Компоновка по любому из предыдущих пунктов, в которой ведущий переводник (110) установлен с непроницаемым для текучей среды уплотнительным контактом с удерживающим кольцом (126) таким образом, что проход (129) обеспечивает единственный путь сообщения по текучей среде от обращенной наружу поверхности (134) удерживающего кольца (126) до шлицов (159).

9. Компоновка по любому из предыдущих пунктов, в которой в направлении по окружности вокруг кольцевой длины удерживающего кольца (126) удерживающее кольцо (126) имеет постоянный наружный диаметр.

10. Компоновка по любому из пп. 1-8, в которой удерживающее кольцо (126) содержит по меньшей мере одно углубление на обращенной наружу поверхности (134) для дополнительного образования пути сообщения по текучей среде в зоне удерживающего кольца (126).

11. Компоновка по п. 10, в которой углубление удерживающего кольца (126) является щелью (149), проходящей через радиальную толщину удерживающего кольца (126) между обращенной внутрь и обращенной наружу поверхностями (133, 134), и/или является канавкой (160), проходящей аксиально вдоль по меньшей мере части удерживающего кольца (126) для образования части пути сообщения по текучей среде до обращенной наружу поверхности (134) удерживающего кольца (126).

12. Компоновка по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая установочную муфту (125), имеющую обращенную внутрь поверхность (137), устанавливаемую поверх аксиально задней части бурового долота (105) и имеющую аксиально передний конец в контакте с по меньшей мере частью удерживающего кольца (126).

13. Компоновка по п. 12, в которой установочная муфта (125) содержит по меньшей мере одно углубление, проходящее аксиально от переднего конца для дополнительного образования части пути сообщения по текучей среде до обращенной наружу поверхности (134) удерживающего кольца (126).

14. Компоновка по п. 13, в которой углубление является щелью (130), проходящей радиально через толщину установочной муфты (125) между радиально обращенной наружу поверхностью (138) и радиально обращенной внутрь поверхностью (137), и/или углубление является проходящей аксиально канавкой (157), выполненной в обращенной наружу поверхности (138) установочной муфты (125).

15. Буровое устройство для ударного бурения горной породы, содержащее:

ударное устройство (100), устанавливаемое на одном конце бурильной колонны, причем ударное устройство (100) содержит аксиально перемещающийся поршень (103);

буровое долото (105), устанавливаемое по меньшей мере частично в ударном устройстве (100); и

удерживающую компоновку (108) по любому из предыдущих пунктов для удержания съемного бурового долота (105) на ударном устройстве (100).