Механический ударный бур Советский патент 1984 года по МПК E21B4/10 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к погружным устройствам для механического ударно-вращательного бурения с отбором керна, и может быть использовано при бурении разведочных скважин.

Известен механический ударный бур, включающий корпус, приводной вал, породоразрушающий инструмент и ударный механизм, содержащий подпружиненный ведомый вал, связанный с ударником, наковальню, конический ролик, щайбу и винтовой кулачок 1.

Недостатком известного ударного бура является его низкая ударная мощность при заданном ресурсе работы, что связано с высокими давлениями в зонах контакта кулачка, ролика, шайбы и обязательным проскальзыванием между этими тремя деталями, причем устранить проскальзывание при указанной схеме ударного механизма принципиально невозможно, так как конический ролик оказывается зажатым между шайбой и винтовым кулачком.

Цель изобретения - увеличение ударной мощности бура.

Поставленная цель достигается тем, что в известном механическом ударном буре, включающем корпус, приводной вал, породоразрушающий инструмент и ударный механизм, содержащий подпружиненный ведомый вал, связанный с ударником, наковальню, конический ролик и винтовой кулачок, ведомый вал соединен с приводным валом с возможностью разворота на угол, соответствующий угловому смещению оси конического ролика в плоскости, перпендикулярной оси бура на величину, не меньшую, чем половина угла между осевыми плоскостями бура, касательными к поверхности конического ро.лика.

На фиг. 1 изображен снаряд для ударного бурения скважин, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фи1-. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид В на фиг. 1; на фиг. 5 - положение ролика на верщине кулачка.

Механический ударный бур выполнен следующим образом.

В трубчатом корпусе 1 размещены приводной 2 и ведо.мый 3 валы. Для соединения валов к торцовой части приводного вала жестко присоединена толстостенная трубчатая гильза 4 с осевыми прорезями. Внутрь гильзы 4 врзеден хвостовик ведомого вала, на котором раз.мещены направляющие ролики 5. Возможность поворота ведомого ваla относительно приводного обеспечивается тем, что осевые прорези в гильзе выполнены по ширине больщими, чем диаметр направляющих роликов.

В среднюю часть ведомого вала 3 вмонтирована ось 6, на которой установлен ко шчecкий ролик 7 ударного механизма.

Боковая поверхность ролика контактирует по линии (фиг. 1 и 3) с винтовым кулач.ком 8, выполненным заодно с переходником 9, жестко соединенным с корпусом 1. i Ширина прорези гильзы 4 обеспечивает проворот валов 2 и 3 на угол (фиг. 2), соответствующий угловому с.мещению оси конического ролика 7 в плоскости, перпендикулярной оси бура на величину, не меньшую, чем половина угла между осевыми плоскостями бура, касательными к поверхности конического ролика.

0 Отношение диаметров ролика (фиг. 4) равно отношению длин винтовых линий кулачка у-, проведенных через точки касания кулачка и ролика М и s, для которых взято отношение диаметров ролика di т- Q di ft

5 - TI-TiУглы нак.лона винтовой поверхности кулачка и конической поверхности ролика равны в сечении Б-Б (фиг. 1 и 3), сечение Б-Б находится на расстоянии h от оси кулачка; h зависит от размеров ролика

0 и кулачка. При таком условии обеспечивается контакт кулачка и ролика по линии М-N. К нижнему торцу ведомого вала 3 присоединен ударник 10, взаимодействующий с наковальней II. Между ударником 10 и переходником 9 установлена пружина 12. Корпус 1 в нижней части соединен с колонковой трубой без возможности взаимного вращения в процессе работы, а в верхней части - через систему упорных подшипников с вращающимся валом. Наковальня жестко соединена с породоразрущающим инструментом (колонковой трубой 13), причем труба и наковальня имеют относительно корпуса возможность ограниченного осевого перемещения.

Бур работает следующим образом. Бур опускается на бурильных трубах в скважину до ее забоя, прикладывают осевое усилие, которое передается на колонковую трубу 13. Бурильным трубам придают вращательное движение, передаваемое приводному 2 и ведомому 3 вала.м через гильзу 4. Корпус 1 вместе с переходником 9 и винтовым Кулачком 8 остаются невращающимися. При вращении ведомого вала 3 установленный на нем ролик 7 начинает перемещаться по винтовому кулачку 8, перемещая ведомый вал. 3 в осевом направлении и сжимая пружину 12. При этом направляющие ролики 5 перемещаются по прорезям гильзы 4 вверх. При достижении роликом 7 практически наивысшей

0 точки кулачка 8 (фиг. 5) происходит проворот ведомого вала в направлении вращения гильзы, что осуществляется за счет горизонтальной силы Fj , являющейся основной частью реакции кулачка F, проходящей через его вершину и центр вращения

5 ролика. Ведомый вал, теряя связь с гильзой, перемещается вниз под действием силы сжатия пружины и силы тяжести, ударник наносит удар по наковальне. Ударный импульс передается через наковальню 11

колонковой трубе 13, обеспечивая внедрение последней в грунт. При внедрении колонковой трубы происходит перемещение наковальни 11 относительно корпуса 1 и колонны бурильных труб. После окончания процесса внедрения колонковой трубы в грунт бур в.месте с колонной бурильных труб опускается до упора. Затем цикл по генерированию ударного импульса повторяется.

Преимуществом данного бура является увеличение энергии ед1 ничного удара за счет того, что ролик не перекатывается чеf(-A

ре.з вершину кулачка, а соскакивает с вершины из положения, близкого к максимальному возвышению ударника относительно наковальни, и тем самым обеспечивается увеличение предударной скорости ударника. Кроме того, полностью исключается проскальзывание во взводном механизме, а за счет постоянного контакта кулачка и ролика по линии и увеличения хода ударника относительно наковальни снижается давление в зоне контакта кулачка и ролика, т. е. также увеличивается ресурс без изменения ударной мощности.

5-6

МЕХАНИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ БУР, включающий корпус, приводной вал. породоразрушающий инструмент и ударный ме.ханизм, содержащий подпружиненный ведомый вал, связанный с ударником, наковальню, конический ролик и винтовой кулачок, отличающийся тем, что, с целью увеличения ударной мощности бура, ведомый вал соединен с приводным валом с возможностью разворота на угол, соответствующий угловому смещению оси конического ролика в плоскости, перпендикулярной оси бура на величину, не меньщую, чем половина угла между осевыми плоскостями бура, касательными к поверхности конического ролика. i (Л оо сд