Устройство для бурения скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B7/24 

Изобретение относится к горнорудной промыцшенности и может быть использовано для бурения восстающих выработок или подземных скважин шарошечными долотами.

Известны устройства для бурения скважин большого диаметра в подземных условиях, которые содержат раму с ключом для удержания бурового става, напорно-подающий механизм, пода чик буровых штанг и вращатель с выходйым шпинделем и планшайбой для блокирования закладными элементами шпинделя и штанги при отвинчивании последней от бурового , пр его разборке l .

Общим недостатком этих устройств является необходимость производить вручную блокировку шпинделя со татан гой, что является трудоемкой. Дли- тельной и опасной операцией,

Наиболее близким к .изобретению является устройство для бурения скважин,включающее напорно-подающий механизм, раму с ключом для уде .жания бурового става, буровые штанг с ниппельны ли концами и вращатель с выходным валом, внутри которого соосно расположены шпиндель и подгПружиненнзй плунжер 2

Недостатками устройства являются сложность конструкции, которая вызвана тем, что внутри вала раз- мещен силовой цилиндр для управления перемещением плунжера, что, в свою очередь, требует дополнительного подврдящего устройства для подвода рабочей среды к силовому цилиндру, а кроме того, наличие силового цилиндра внутри вала не позволяет организовать подвод продувочной смеси к буровому ставу при помощи простого торцового вертлюга. Установ1«а подводящего устройства на шпинделе со стороны бурового става увеличивает размеры устройства и снижает его долговечность, так как уплотняющие манжеты устанавливаются по большим диаметрам трения. Причем увеличение размеров подводящего устройства приводит к увеличению размеров по высоте вращателя, а следовательно, и буровой установки, что крайне нежелательно в стесненных условиях подземных выработок.

Известное устройство характеризует ненадежность автоматической разблокировки (вывод шлицевого плунжера из зацепления со штангой) при помощи пружины из-за наличия сил трения в шлицах, которые, при наличии перекосов в шлицевом соедине-НИИ могут достигать значительных величин.

Кроме того, в известном устройстве возможны поломки шлицев плунжера или штанги (при приложении .вращательного момента, страгивеиощего

резьбовое соединение) при частичном вводе шлицев друг относительно друга, что возможно при наличии не-, соосности резьб и шлицев блокируемых частей устройства, а наличие 5 пшицевых отверстий в каждой штанге и высокая точность их изготовления для обеспечения взаимозаменяемости приводят к повышению трудоемкости изготовлений буровых штанг и к удорожанию буровой установки в целом.

Целью изобретения являетсяповышение надежности монтажа - демонтажа путем автоматического блокирования шпинделя со штангой,

5 Указанная цель достигается тем, что в устройстве для бурения скважин, включающем напорно-подающий механизм, раму с ключом для удержания бурового става, буровые штанги

Q с йиппельными концами и вращатель с выходным валом, внутри которого соосно расположены шпиндель и подпружиненный плунжер, плунжер и ниппельные концы каяодой буровой штанги имеют встречные торцовые кулачки, установленные с возможностью их взаимодействия, а шпиндель подпружинен и установлен с возможностью продольного перемещения относительно выходного ваша на величину, превышающую высоту кулачков,

На фиг, 1 изображено устройство с частичным разрезом по выходному валу вращателя при зафиксированном в ключе буровом ставе, общий вид;

5 на фиг, 2 - вращатель в положении отвинчивания штанги от бурового .. става, разрез; на фиг, 3 - то же, при отвинчивании шпинделя от буровой штанги, зафиксированной в Ключе

0 податчика штанг.

Устройство для бурения скважин, состоит из рамы I с ключо1М 2 для фиксации бурового ставав. Буровой став состоит из .секций штанг .4,

5 Для подачи штанг 4 в устройство

и обратного извлечения их на рам& 1 (шарнирно установлен податчик 5 штанг 4 с.замком 6, ПОдатчик приводится - в движение при помощи гидpoци линдра.

Штанги 4 имеют резьбо.вые ниппельные концы 7, при помощи кoтo рых штанги соединяются со шпинделем 8 вращателя 9, Вращатель 9 соединен с напорно-подающим механизмом 10, состоящим из двух или более силовых цилиндров, штоки которых закреплены на раме 1,

Шпиндель 8 имеет зубчатую муфту, помещенную в зубчатой втулке 11

0 выходного вала 12,

Между шпинделем 8 и выходным валом 12 установлена пРУжина 13, перемещающая шпиндель в рторону ниппеля буровой штангн 4, При этом ход

5 шпинделя больше, чем высотаг кулака 8. Выходной вал 12 имеет зубчатую втулку 14, в которой при помощи пружины 15 перемещается плунжер 16,. Вращающий момент от втулки 14 передается на плунжер 16 через зубча-тую муфту 17. Ниппельный конец 7 буровой штамп ги 4 имеет два или более винтовых или близких к винтовой форме (например, сксяаенных) кулачка 18, а плунжер 16 имеет на своем торце встречно направленные аналогичные кулачки 19. При замыкании винтовых кулачков 18 и 19 врсццакиций момент может передаваться через них от выходного вала 12 через зубчатую в ку 14 на зубчатую муфту 17 плунжера 16 непосредственно к бУровой шта ге 4 г разгружая при этЬм от момента шпиндель 8, т.е. при помощи кула ков 18 и 19 может производиться бло кировка резьбового соединения шпинделя 8 со штангой 4. Плунжер 16 соединен с патрубком 20, к которому подсоединен вертлюг 21 для подвода водовоздушной смеси к буровому инструменту через бурово став 3.. Устройство работает следующим образом. Буровая штанга 4с шарошечным до лотом или каждая очередная укладывается в замок € и податчиком 5 подается на ось бурения, т.е. совмещается, с осью шпинделя 8. Шпиндель находится в выдвинутом положении и поддерживается пружиной 13, которая обеспечивает наличие зазора (фиг.3) между кулачками 1В и 19 независимо от положения плунжера 16, чтобы исключить прощелкивание кулачков при Свинчиваний. Кроме того, подпружиненный шпиндель 8 смягчает нагрузки на резьбовые поверхности при свинчивании. После свинчивания шпинделя В ро штангой 4 последняя вместе с вращателем 9 при помощи напорного подающего механизма Ю подается к ниппел ному коццу штанги бурового става 3, который зафиксирован в ключе 2 . и свинчивается с ним известным способом. Далее буровой став освобождается от ключа 2 и подается напорно-подающим механизмом 10 на забой скважины. Вращение на буровой став передается от.вращателя 9 через шпиндель 8, при этом все элементы выходного вала и штанга 4 вра щаются как одно целое. При бурении (вращение бурового,, става осуществляется на завинчивание резьбовых соединений штанг) буровой став прижимает шпиндель 8 к торцу выходного вала 12 и кулачки 18 штанги 4 упираются в кулачки 19 плунжера 16. При этом кулачки могут находиться в любом положении друг относительно друга, но пружина 15 будет всегда прижимать плунжер к кулачкам ниппеля штанги 4. ; После отбуривания очерёдной штанги в ее лыски вводится ключ 2, вращатель 9 при помощи напорно-поДсвдщего мех&лизма 10 отводят назад,( а так как штанга 4 зафиксировав на в ключе 2 и соединена со шпинделем В, то,они остаются на месте, а вращатель перемвдается на величину хода шпинделя (фиг. 2). При этом кулачки 18 и 19 полностью размыкаются и между ними возникает зазор. Производится отвинчивание шпинде-, ля от бурового става, при этом кулачки 19 вращаются вместе со шпинделем относительно неподвижной штанги 4, не задевая за кулачки 18. Завор по мере отвинчивания остается м шпиндель, сжимая пружину 13, воспринимает ее усилие, чем - - предохраняются резьбы от повреждений. После отвинчивания шпинделя вращатель подается в исходное положение и на ось бурения подается очередная штанга. При разборке бурового става все штанги поочередно удаляются из скважины. При этом, когда удаляется очередная штанга, буровой став находится в ключе 2 (фиг.1).Штангу 4, которая находится между буровым ставой 3 и шпинделем 8, необходимо сначала отвинтить от бурового става 3, а затем, взяв ее в замок б податчика 5, отвинтиться от нее шпинделем 8. Такая последовательность отвинчивания штанги обеспечивается следующим образом. Напорно-подающим механизмом 10 подают вращатель на штангу 4 до упора шпинделя 8 в выходной вал 12,, при этом кулачки 18 прижимаются к кулачкам 19. В таком положении путем реверса двигателей вращателя производят развинчивание. Если начала ртвинчиваться Штанга 4 от бурового става 3, то отвинчивание продолжают до конца, затем подают замок 6 податчиком 5 на лыски штанги 4 и производят отвинчивание ее так, как отвинчивали шпиндель от бурового става при наращивании шТаиг. Если пер-. воначаЛьно началось отвинчивание шпинделя 8 от штанги 4, а не штанги 4 от бурового става 3, то. оно кратко временное и производится, пока s Торец кулака 19 плунжера 16 не замкнется с торцом кулака 18 танги 4. Наибольший относитель-; ный провррот до-Зсииыканйя кулачков п№ двух .кулачках может быть не бо-ч лее 180. При зa ыкaнии кулачков. 18 и 19 автоматически происходит блокировка резьбового соединения пинделя 8 со штангой 4 и отвинчивание последней от бурового ста- .

ва 3, Далее штанга отвинчивается в манипуляторе 5 ранее описанным способом.

Необходимым условием работы устройства является обеспечение зазора, который может быть при условиИ|Что ход шпинделя больше высоты кулачка (фиг.З). i

Использование изобретения позво.ляет значительно упростить вращаг гель бурового устройства, уменьшить габариты как вращателя, так

и бурового устройства, а также по высить надежность автоматизации раз винчивания буровых штанг в устройствах для бурения скважин преимущественно большего диаметра и в целом позволяет создать компактную полуавтоматическую буровую установку. Работа- на такой установке становится более безопасной. Повышается производительность .самой установки за счет сокращения времени на выполнение вспомогательных операций.

//////////// ///// ///////Л фиг. I

f8

19

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВУРЁН11Й СКВАЖИН, включающее напорно-подаю.щий механизм, раму с ключом для удержания бурового става,; буровые штанги с ниппельными концами и вращатель с выходным валом, внутри которого соосно расположены шпиндель и подпружиненный плунжер, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения надежности монтажа - демонтажа путем автоматического блокирования шпинделя со штангой, плунжер и ниппельные концы каждой буровой штанги имеют встречные торцовые кулачки, .установленные с возможностью их взаимодействия, а шпин- . дель Подпружинен.и установлен с возможностью продольного перемещения относительно ш ходного вала на величину, превышающуювысоту кулачков.