Способ направленного бурения скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к горному делу, предпочтительно к бурению технических скважин, используемых для вентиляции, для прокладки кабелей и трубопроводов, спуска материалов с верхних горизонтов на нижние, дегазации пластов, опасных по внезапным выбросам газа, а также с целью разведки залегания полезных ископаемых, и может быть использовано для выемки угля в сечении штреков посредством выбуривания скважинами большого диаметра.

Известен способ направленного бурения скважин, включаюш,ий враш.ение бурового става, враш,ение буровой коронки и изменение плоскости угла наклона буровой коронки относительно бурового става 1.

Недостатком данного способа является невозможность управления движением устройства в процессе бурения,так как положение буровой коронки жестко фиксируется перед началом бурения скважины.

Известно устройство для направленного бурения скважин, включаюш,ее вращающийся буровой став и буровую коронку с индивидуальным приводом, между которыми установлен механизм изменения направления бурения, выполненный в виде поворотной щайбы с эксцентричным отверстием, и средства для измерения направления бурения скважины 2.

Недостаток известного устройства заключается в том, что при необходимости изменить направление бурения требуется прерывать вращение бурового става и осуществлять поворот шайбы с эксцентричным отверстием на необходимый угол.

Цель изобретения - повышение эффективности направленного бурения за счет обеспечения изменения направления скважины в процессе ее бурения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу направленного бурения скважин, включающему вращение бурового става, вращение буровой коронки и изменение плоскости угла наклона буровой коронки относительно бурового става, последнее осуществляют изменением угловых скоростей приводов буровой коронки и бурового става.

В устройстве для направленного бурения скважин, включающем вращающийся буровой став, буровую коронку с индивидуальным приводам, между которыми установлен механизм изменения направления бурения, и средства для измерения направления бурения скважины, механизм изменения направления бурения выполнен в,виде втулки с одним скошенньш торцом, кинематически связанной с индивидуальным приводом буровой коронки и установленной между корпусами бурового става и буровой коронки, причем корпус последней имеет

ответную поверхность поверхности скощенного торца втулки.

На чертеже схематично показано устройство для направленного бурения скважин.

Устройство для направленного бурения скважин содержит привод бурового става, состоящий из электродвигателя I и редуктора 2, бурового става 3 и бурового снаряда 4, включающего электродвигатель 5, редуктор 6, кардан 7, передающий вращение буровой коронке 8 и препятствующий повороту ее относительно бурового става 3, установленный между буровым снарядом 4 и буровой коронкой 8 механизм 9 управления, выполненный в виде втулки со скошенным торцом 10 и редуктора 11 для ее вращения. Буровой снаряд 4 приводится во вращение буровым ставом 3 от редуктора 2 привода става. Сельсин-датчик 12 и сельсин-приемник 13 соединены электрически и работают в индивидуальном режиме, причем статоры их механически связаны через корпус бурового снаряда 4 с буровым ставом 3 и вращаются со скоростью, равной скорости бурового става, а ротор сельсин-датчика 12 через редуктор вращается от вала редуктора 6 со скоростью, равной скорости вращения втулки управляющего механизма 9, и в том же направлении. Сельсин-приемник 13 является индикатором положения втулки механизма управления 9 относительно бурового снаряда 4 и бурового става.3. Корпус коронки 8 имеет ответную поверхность поверхности скошенной втулки.

Устройство для направленного бурения скважин работает следующим образом.

Электродвигатель 1 через редуктор 2 вращает буровой став 3 и буровой снаряд 4 в определенном направлении и с определенной скоростью 00, (оптимальной для обеспечения условия транспортирования продуктов бурения). Электродвигатель 5 через редуктор 6 вращает кардан 7 и буровую коронку 8 в направлении, противоположном направлению вращения бурового става 3 и бурового снаряда 4 со скоростью u)j, обеспечивающей оптимальное резание горных пород. Втулка механизма 9 управления, изготовленная с определенными углами скоса торцов, обеспечивая необходимую интенсивность искривления скважины, вращается от вала редуктора 6 в том же направлении, что и буровая коронка, но со скоростью Шз, много меньшей оптимальной для обработки забоя данным горным инструментом. БуроваЯ( коронка 8, вращаясь вокруг собственной оси, соверщает еще планетарное движение, разбуривая забой и проходя при этом прямолинейную скважину.

Таким образом, зная характеристику горной породы, можно подобрать соответствующий горный инструмент, а затем оптимальные режимы резания, обработки забоя и транспортирования продуктов бурения.

Способ направленного бурения, т.е. изменение направления буримой скважины, обеспечивается следующим образом.

Между буровой коронкой 8 вращательного действия, снабженной индивидуальным приводом - электродвигателем 5 с редуктором 6 и буровым ставом 3, размещается механизм 9 управления для изменения направления бурения, состоящий из втулки со скошенным торцом 10 и редуктора 11.

Втулка механизма 9 управления связана с приводом буровой коронки 8 промежуточной передачей - редуктором 11, причем скорости этой передачи выбираются такими, чтобы частота вращения втулки механизма 9 управления была равна частоте вращения бурового става 3 и бурового снаряда 4, но противоположна по знаку. При работе обоих приводов элеутродвигателя 1 с редуктором 2 и индивидуального привода буровой коронки - электродвигателя 5 с редуктором 6 с заданными частотами вращения втулка механизма 9 управления сохраняет неизменное положение в пространстве и плоскость угла наклона буровой коронки по отнощению к буровому ставу также занимает неизменное положение в пространстве.

Для изменения направления бурения скважины необходимо изменить соотнощение частот вращения приводов бурового става и буровой коронки. При этом втулка механизма 9 управления начнет вращаться в ту или иную сторону, изменяя тем самым положение плоскости угла наклона буровой коронки 8 к буровому ставу в пространстве. По достижении заданного направления возвращаются к первоначальному соотнощению частот вращения приводов бурового става 3 и буровой коронки 8, при котором втулка механизма 9 управления займет новое неизменное положение в пространстве и будет зафиксировано новое положение плоскости угла наклона буровой коронки 8 к буровому ставу 3.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в снижении затрат, связанных с проводкой направленных скважин за счет сокращения времени их бурения.

1. Способ направленного бурения скважин, включающий вращение бурового става, вращение бурбвой коронки и изменение плос .кости угла наклона буровой коронки относительно бурового става, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности направленного бурения за счет обеспечения изменения направления скважины в процессе ее бурения, изменение плоскости угла наклона буровой коронки относительно бурового става осуществляют изменением угловых скоростей приводов буровой коронки и бурового става. 2. У стройство для направленного бурения скважин, включающее вращающийся буровой став, буровую коронку с индивидуальным приводом, между которыми установлен механизм изменения направления бурения,и средства для измерения направления бурения скважины, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности направленого бурения за счет обеспечения изменения направления скважины в процессе ее бурения механизм изменения cs направления бурения выполнен в виде ® втулки с одним скошенным торцом, ки(Л нематически связанной с индивидуальным приводом буровой коронки и установленной между корпусами бурового става и буровой коронки, причем корпус цоследней имеет ответную поверхность поверхности скошенного торца втулки. сд 13 со оо