Буровой снаряд Советский патент 1992 года по МПК E21B4/18 

(/

С

Использование: бурение скважин с применением забойного электрического привода. Сущность изобретения: буровой снаряд содержит забойный электрический привод, породоразрушающий инструмент, размещенную между приводом и инструментом трубу и установленное в трубе распорное устройство. Распорное устройство включает подвижные в направлении перпендикулярном оси снаряда, плашки в хвостовиками и плоские приостренные пружины, один конец которых жестко закреплен на трубе, а другой - на подвижной плашке. Механизм перемещения плашек включает соленоид, расположенный вдоль оси привода, и толкатель клиновидной формы, соединенный с сердечником соленоида и своей боковой клиновой поверхностью взаимодействующей с хвостовиками подвижных плашек. Уг- лы приострения плоских пружин определяются соотношениями, приведенными в описании. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности, в частности к колонковым электромеханическим буровым снарядам, опускаемым в скважину на грузо- несущем кабеле.

Известно буровое устройство, в котором восприятие реактивного момента, возникающего в зоне забоя при работе породоразрушающего инструмента, осуществляется при помощи электромагнитов с колодками. Однако данная конструкция имеет следующие недостатки. Колодки устройства не перемещаются вдоль оси скважины, что приводит к значительному увеличению длины снаряда. Кроме того, эффективная работа устройства возможна только внутри колонны обсадных труб.

Известен буровой снаряд, взятый нами за прототип, в котором фиксация привода в

скважине осуществляется при помощи пружинного фонаря, состоящего из плоских пружин, шарнирно закрепленных в невращающейся части бурового снаряда. Изменение усилия прижатия пружин к стенкам скважины и, следовательно, величины, воспринимаемого реактивного момента, достигается изменением расстояния между шарнирными опорами. Данная конструкция имеет ряд существенных недостатков. Во- первых, постоянно раскрытый пружинный фонарь препятствует нормальному проведению спуско-подьемных операций и вызывает образование мелкого материала горной породы из стенок скважины, во-вторых, углы заточки приостренной части пружин не обеспечивает надежное сцепление их со стенками скважины, и, в-третьих, усилие прижатия пружин к стенкам скважины в

XI

О Ю

(А)

N

течение рейса остается постоянным. По этим причинам возможно проворачивание невращающейся части бурового снаряда, закручивание и обрыв грузонесущего кабеля.

Целью изобретения является повышение надежности фиксации забойного привода в скважине и обеспечение автоматического регулирования осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе бурения.

Поставленная цель достигается тем, что буровой снаряд, содержащий забойный электрический привод, породоразрушающий инструмент, размещенную между приводом и породоразрушающим инструментом трубу, распорное устройство в виде подвижных плашек с хвостовиками, установленными в трубе с возможностью перемещения перпендикулярно от снаряда, механизм перемещения плашек в виде соленоида, кабельный замок и грузонесущий кабель, дополнительно снабжен плоскими приостренными пружинами, один конец которых жестко закреплен на трубе, а другой - на подвижных плашках, и толкателем клиновидной формы, при этом соленоид расположен вдоль оси снаряда и его обмотки подключены в сеть питания забойного привода, а толкатель соединен с сердечником соленоида и своей боковой поверхностью взаимодействует с хвостовиками подвижных плашек.

С целью повышения надежности фиксации забойного привода в скважине и предотвращения излома плоских пружин углы заточки их приостренной части определяются следующими соотношениями:

60° (1- (р):

у arctg

bVi - (

D D +2h

+

+ arcsin

D + 2 h

,

6 Mr

D

(-jf + h)

где а и у - передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины, р- коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины ( р 0,1...0,3); h - величина рабочего хода пружины, b - ширина пружины; D - диаметр породоразрушающего инструмент; I - длина рабочей части пружины; Мр - развиваемый приводом крутящий момент, д - предельно допустимое напряжение изгиба материала пружины.

На фиг. 1 показан общий вид бурового

снаряда; на фиг. 2 и 3 показана работа распорного устройства в скважине; на фиг. 4 показаны геометрические характеристики плоской пружины.

Буровой снаряд содержит забойный электрический привод 1, породоразрушающий инструмент 2, колонковую трубу 3, раз- мещенную между приводом 1 и породоразрушающим инструментом 2, распорное устройство 4, кабельный замок 5 и грузонесущий кабель 6. Распорное устройство 4 состоит из подвижных плашек 7, механизма перемещения плашек, выполненного в виде соленоида 8, расположенного вдоль оси снаряда, толкателя 9 кли- новидной формы, соединенного с сердечником соленоида 8, и плоских при- остренных пружин 10, один конец которых жестко закреплен на трубе 11, а другой на

подвижных плашках 7. Обмотка соленоида 8 подключена в сеть питания забойного привода 1.

При подаче питания по грузонесущему кабелю 6 на электрический привод 1 породоразрушающий инструмент2 и колонковая труба 3 приводится во вращение. При этом происходит перемещение вдоль оси снаряда сердечника соленоида 8 и связанного с ним толкателя 9, который своей боковой

поверхностью взаимодейстует с хвостовиками подвижных плашек 7. Перемещение подвижных плашек 7 в направлении, перпендикулярном оси снаряда, вызывает перемещение приостренных пружин 10,

которые, прижимаясь к стенкам скважины, врезаются в них и уравновешивают реактивный момент, возникающий при работе электрического привода 1 и разрушении горной породы на забое (фиг. 2 и 3). При изменении

физико-механических свойств разбуриваемой горной породы происходит соответствующее изменение развиваемого приводом 1 крутящего момента и силы тока в сети питания. Колебания силы тока, проходящего через обмотки соленоида 8, вызывает перемещение его сердечника, толкателя 9 и подвижных плашек 7, которые в свою очередь регулируют усилие прижатия приостренных пружин 10 к стенкам скважины и

величину воспринимаемого реактивного момента. При этом за счет изменения давления на стенки скважины, создаваемого приостренными пружинами 10, происходит автоматическое регулирование осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе бурения.

Углы заточки приостренной части плоских пружин должны обеспечивать минимальное усилие внедрение плоской пружины в стенки скважины, предотвращение обрушения породы в зоне контакта пло- ских пружин со стенками скважины, предотвращение излома плоских пружин.

Первое условие выполняется при

(1- р);

у arctg

bb-(orW

-farcsin

D +2 h

где а. и у -передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины, р- коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины ( р 0,1...0,3), h - величина рабочего хода пружины, b - ширина пружины, D-диаметр породоразрушаю- щего инструмента.

Величина воспринимается плоскими пружинами момента до обрушения породы определяется соотношением:

r

lh(Ј + h).

где Мр - развиваемый приводом крутящий момент, k - коэффициент, учитывающий геометрическую форму приостренной части плоской пружины, т - удельное давление плоской пружины на стенки скважины, при котором происходит обрушение породы, I - длина рабочей части пружины. Многочисленными экспериментальными данными установлено увеличение коэффициента k с ростом переднего угла заточки а приостренной части плоской пружины. Особенно интенсивный рост k наблюдается при а 60°.

Третье условие из соотношений сопротивления материалов связывает углы заточки следующим образом:

6 Мс

(T

S + h)

где о - предельно допустимое напряжение изгиба материала пружины.

Таким образом, надежное восприятие реактивного момента и предотвращение излома плоских пружин обеспечивается следующих углах заточки:

60° (1- (р} h

у arctg

-(DTW

+

+ arcsin

D +2 hy tg(a-y)

6 Mr

sin a

( + h) .

Формула изобретения

60° (1- р}

50 У arctg

bVi-()2

+

+ arcsin

D +2 h

tg(e-y) sin a

6Mr

(-Ј + h)

а и у - передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины;

р- коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины ( р 0,1,,.0,3);

h - величина рабочего хода пружины; b - ширина пружины;

D - диаметр породоразрушающего инструмента;

I - длина рабочей части пружины;

Мр - развиваемый приводом крутящий момент;

а - предельно допустимое напряжение изгиба материала пружины.

5

2

Фиг. 1

А

А

Фиг. 2. /)-А

///&U//

Я5ЈЈЈЯ.

+ ,

у- Jc. С

Я