Устройство для образования скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B7/24 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для образования скважин шнековым рабочим органом, и может быть использовано на других буровых станках.

Известно устройство для образования скважин, включающее шнековый рабочий орган, раму и забурное устройство для центрирования шнека, состоящее из двух разъ- емных частей забурной трубы и двух рычагов поворота. Это эабурное устройство позволяет точно центрировать шнек при за- буривании, а затем отводить половинки забурной трубы от шнека и облегчать тем самым работу привода.

Однако наличие двух рычагов, расположенных е двух сторон от бурового става, для

центрации одного шнека, существенно уменьшает полезную рабочую площадь около бурового става, ограничивает доступ к частям устройства и буровому ставу при ремонте и техническом обслуживании, усложняет конструкцию и создает трудности с размещением устройства в нижней части мачты или рамы станка. При этом неподвижность стенок забурной трубы является причиной повышенного износа спирали шнека и больших затрат энергии.

Наиболее близким к изобретению является устройство для образования скважин, содержащее шнековый рабочий орган, раму и забурное устройство для центрации одного шнека при помощи только одного серповидного рычага с силовым цилиндром и

О Оч

о

Оч

вертикально расположенными роликами для взаимодействия с наружной поверхностью шнека. Такое решение позволяет, в отличие от двухрычажных устройств, значительно расширить полезную рабочую площадь около бурового става, упростить конструкцию, а также исключить трение спирали СУ неподвижные части, заменив его на трение спирали о поверхность свободно вращающихся роликов, что предохраняет спираль от преждевременного износа и уменьшает потери энергии.

Однако выполнение в забурном устройстве серповидного рычага неразъемным (монолитным), а также охват роликами одного рычага ровно половину нового шнека по диаметру снижают надежность работы устройства при забуривании скважин, особенно по породам со сложным горно-геологическим строением, так как возникающие при этом боковые реакции отпора породы уводят шнек с оси бурения в сторону, свободную от центрирующих роликов. Кроме того, в устройстве практически невозможно центрировать шнеки с умень- шеным (изношенным) или большим диаметром, что снижает точность забуривания, надежность работы устройства, производительность работ и технологические возможности устройства. Затруднения с центрированием частично изношенных шнеков приводит к их преждевременной браковке, что существенно увеличивает стоимость буровых работ.

Цель изобретения - повышение надежности и эффективности работы путем повышения точности забуривания.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для образования скважин, включающем шнековый рабочий орган, раму, шарнирно закрепленный на ней серповидный рычаг с размещенными на нем тремя роликами, взаимодействующими с шнеко- вым рабочим органом, и силовой цилиндр, связанный с рамой и рычагом, серповидный рычаг выполнен составным и части рычага соединены между собой с возможностью поворота посредством дополнительного силового цилиндра, при этом концевые ролики рычага установлены с возможностью схватывания более половины диаметра шнекового рабочего органа, а радиус поворота концевого ролика, размещенного на части рычага, присоединенного к раме, относительно шарнира определяется из выражения

R Ri+(r-rv,),

где R - радиус поворота концевого ролика относительно оси шарнира серповидного рычага;

RI - наименьшее расстояние от оси поворота рычага до наружной поверхности нового шнекового рабочего органа;

ги - радиус шнекового рабочего органа

с предельным износом по диаметру;

г - радиус нового шнекового рабочего органа.

На фиг. 1 показано устройство, вид сбоку; н фиг. 2 - то же, вид сверху, рабочее

0 положение; на фиг. 3 - то же, нерабочее положение.

Устройство для образования скважин смонтировано на раме 1 (или мачте) и содержит серповидный рычаг 2 с осью шарнира

5 для центрации по наружной поверхности 3 нового бурового шнека вертикально расположенными концевыми роликами 4, выполненный составным и состоящий из основной 5 и шарнирно соединенной с ней

0 захватной б частей, связанных с рамой 1 при помощи силового цилиндра 7, а между со бой при помощи дополнительного силового цилиндра 8. При этом концевые ролики 4 рычага охватывают более половины наруж5 ной поверхности 3 нового шнека по диаметру, а радиус поворота концевого ролика 4 основной части 5 относительно оси шарнира 2 серповидного рычага определяется из выражения

0 R Ri + (r-rM).

где RI - наименьшее расстояние от оси поворота рычага 2 до наружной поверхности нового шнека 3;

г - радиус нового шнека;

5 Ги - радиус шнека с предельным износом по диаметру.

Устройство работает следующим образом.

В начале процесса бурения на забой

0 под действием силы тяжести опускается шнековый рабочий орган и упирается в разбуриваемую поверхность, после чего наружная поверхность 3 нового шнека охватывается роликами 4 серповидного ры5 чага и включается вращательно-подающая система станка, т.е. происходит процесс забуривания (до 1 м) с последующим отводом серповидно го рычага от шнека без прекращения процесса бурения. При этом в начале

0 работы силовой цилиндр 7 выводит серповидный рычаг на ось 9 бурения до момента соприкосновения (после чего цилиндр запирается) роликов 4 основной части 5 с наружной поверхностью 3 нового шнека. Затем

5 дополнительный силовой цилиндр 8 поворачивает захватную часть 6 относительно шарнира основной части 5 до момента соприкосновения концевого ролика 4 с наружной поверхностью 3 нового шнека. Отвод рычага в исходное (нерабочее)

положение осуществляется в обратном порядке. Конструкцией предусмотрено, чтобы по мере износа наружной поверхности 3 нового шнека в процессе бурения серповидный рычаг всегда имел надежный кон- такт со всеми тремя роликами 4 и центрировал шнек по оси 9 бурения до момента достижения шнеком предельного износа по диаметру, т.е. до момента потери контакта концевого ролика 4 основной части рычага, имеющего радиус поворота R RI + (г - ги), с наружной поверхностью 10, после чего дальнейшая эксплуатация шнека будет экономически невыгодна. Причем охват концевыми роликами рычага бо- лее половины нового шнека по диаметру позволяет использовать только один рычаг в устройстве и центрировать шнеки большего диаметра, не превышающего расстояния между точками касания кольцевых роликов с наружной поверхностью шнека большего диаметра.

Применение устройства позволяет предотвратить увод как нового, так и изношенного шнека с оси бурения, повысить точность забуривания и надежность работы устройства для образования скважин, особенно на породах со сложным горно-геологическим строением, за счет постоянного контакта всех роликов с наружной поверх- ностью шнека независимо от износа последнего, а также за счет охвата ролика рычагами балее половины диаметра шнека. Это позволяет расширить технологические возможности устройства для образования скважин за счет применения шнеков разного диаметра и, как следствие, повысить ресурс шнеков до момента достижения ими предельного износа по диаметру, т.е. снизить стоимость буровых работ.

Предлагаемое устройство в отличие от прототипа позволяет центрировать шнеки как новые, так и с предельным износом, т.е. диаметр которых на 10-15 мм меньше номинального. В устройстве-прототипе в силу вышеуказанных недостатков могут применяться шнеки с износом по диаметру не более 2-3 мм. т.е. практически новые, если принять базовый расход шнеков с новым устройством - 200 м на шнек, то для прото-

типа базовый расход шнеков составит всего м. Ежегодно Карпинский машзавод выпускает около 30000 шнеков. При использовании их на станках с забурным устройством-прототипом ими можно набурить 40 м х 30000 120000 м скважин, а с новым устройством 200 м х 30000 6000000 м скважин. При средней стоимости 1 м скважин 0,1 руб. экономия составит 0,1 руб х (6000000 - 1200000) 480 тыс. руб.

Фактически экономический эффект будет еще больше, если учесть повышение стойкости долот, рост производительности, увеличение объемов обуренной горной массы шнеками большего диаметра и т.д.

Формула изобретения

Устройство для образования скважин, включающее шнековый рабочий орган, раму, шарнирно закрепленный на ней серповидный рычаг с размещенными на нем тремя концевыми роликами, взаимодействующими с шнековым рабочим органом, и силовой цилиндр, связанный с рамой и рычагом, отличающе ее я тем, что, с целью повышения надежности и эффективности рабо.ты путем повышения точности забуривания, серповидный рычаг выполнен составным, части рычага соединены между собой с возможностью поворота посредством дополнительного силового цилиндра, при этом концевые ролики рычага установлены с возможностью охватывания более половины диаметра шнекового рабочего органа, а радиус поворота концевого ролика, размещенного на части рычага, присоединенного к раме, относительно оси шарнира определяется из выражения

R Ri+(r-rM),

где R - радиус поворота концевого ролика относительно оси шарнира серповидного рычага;

RI - наименьшее расстояние от оси поворота рычага до наружной поверхности нового шнекового резьбового органа;

ги - радиус шнекового рабочего органа с предельным износом по диаметру;

г - радиус нового шнекового рабочего органа.

6 5

Использование: образование скважин шнековыми рабочими органами. Сущность изобретения: серповидный рычаг, шарнир- но закрепленный на раме, выполнен составным, части рычага соединены между собой с возможностью поворота силовым цилиндром, а концевые ролики рычага установлены с возможностью схватывания более половины диаметра шнекового рабочего органа. Радиус поворота концевого ролика, размещенного на части рычага, присоединенного к раме, относительно шарнира определяется из выражения R RI + (г - ги, где R - радиус поворота концевого ролика относительно оси шарнира серповидного рычага; RI - наименьшее расстояние от оси поворота рычага до наружной поверхности нового шнекового рабочего органа; гц - радиус шнекового рабочего органа с предельным износом по диаметру; г - радиус нового шнекового рабочего органа. 3 ил.

8

Фиг. 2

Ъ

1 10 V

фиг 3