Устройство для бурения скважин большого диаметра Советский патент 1980 года по МПК E21D1/06 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для колонкового бурения шурфов и скважин большого диаметра.

Известно устройство для планетарного бурения скважин большого диаметра, состояш,ее из бурильной колонны, крестовины, забойных двигате/1ей вращательного действия (например, электробуров) и породоразрушаюш,его инструмента 1. Благодаря тому, что буровые наконечники вращаются не только вокруг оси бура, но и вокруг собственной вертикальной оси, такие устройства обеспечивают интенсивное разрущение породы на забое скважины.

Однако для того, чтобы обеспечить вращение бурового наконечника вокруг собственной вертикальной оси, необходимы забойные двигатели вращательного действия - электробуры, турбобуры. Это значительно удорожает конструкцию. Кроме того, такое устройство предназначено для бурения скважин сплошным забоем, а не колонковым способом.

Известны колонковые буры, предназначенные для проходки шурфов и скважин

большого диаметра, включающие буровую колонку, корпус с расположенной концентрично керноприе.мной трубой и породоразруилаюший инструмент (21.

О.нако породоразрушающий инструмент таких ко.юнковых буров совершает вращение лишь вокруг оси бура, не вращаясь вокруг собственной вертикальной оси, что снижает эффективность разрушения породы на забое и не позволяет использовать для оснащения колонковых буров стандартные буровые наконечники (твердосплавные коронки, алмазные и шарошечные долота и др.). Обычно для этих колонковых буров создают специальный породоразрушающий 15 инструмент, имеющий сложную конструкцию. Поскольку такой инструмент изготавливается в небольшом количестве, он весьма дорог. Принципиально возможна установка на такие буры стандартного породоразрушающего инструмента, но вследствие того, что последний не имеет вращения вокруг собственной вертикальной оси, он будет сильно изнашиваться и работать нев оптимальном режиме.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения крепких пород.

Это достигается тем, что устройство снабжено забойным планетарным редуктором и стопорным механизмом, а буровая колонна снабжена центральным валом с водилом и соединена с ним с возможностью вращения и осевого перемещения посредством конусной муфты, при этом водило имеет вспомогательные валы, расположенные между нижней частью корпуса и керноприемной трубой, на одном конце которых закреплен породоразрушающий инструмент, на другом - периферийная щестерня редуктора, причем центральная щестерня редуктора размещена на центральном валу и установлена с возможностью стопорения стопорным механизмом, жестко связанным с верхней частью корпуса и центральной щестерней и выполненным в виде подпружиненного щтока с роликом, контактирующим во время стопорения со стенками скважины, а щток установлен с возможностью радиального перемещения при взаимодействии с конусом муфты.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема бура; на фиг. 2 - муфта, связывающая бурильную колонну с центральным валом.

Устройство состоит из корпуса 1, жестко связанного с шламоуловителем 2, верхней частью кожуха 3, центральной щестерней 4 и стопорным механизмом 5. Стопорный механизм 5 представляет собой подпружиненные щтоки с роликами 6, установленными во втулках 7 с возможностью радиального перемещения за счет муфты, связывающей бурильную колонну 8 с центральным валом 9. Нижняя часть 10 муфты имеет квадратное сечение и входит в паз 11 соответствующей формы на центральном валу. Верхняя часть 12 муфты выполнена в виде усеченного конуса, вращающегося на подщипнике. Центральная щестерня 4 входит в зацепление с периферийными щестернями 13 и связана посредством подщипника 14 с центральным валом 9, который жестко соединен с нижним кожухом 15, керноприемной трубой 16, воздухоподводящими трубками 17 и водилом 18. Водило 18 посредством подщипников 19 соединено с вспомогательными валами 20. На верхнем конце этих валов жестко установлены периферийные щестерни 13, а на нижнем - породоразрущающие инструменты 21 и ударные механизмы 22. Причем последние могут отсутствовать. Бур имеет также механизм подрезки и удержания керна (на фигурах не показан).

Устройство работает следующим образом При постановке бура на забой под действием веса бурильной колонны или осевой нагрузки конус 12 муфты, соединяющей колонну с центральным валом 9, перемещается вниз, отжимая щтоки с роликами 6 в радиальном направлении, благодаря чему они врезаются в стенки скважины и преотвращают проворачивание центральной щестерни 4 вокруг оси бура. При вращеНИИ бурильных труб крутящий момент благодаря нижней квадратной части 10 муфты и пазу 11 передается центральному валу и вспомогательным валам 20, которые кроме вращате тьного движения вокруг оси скважины приобретают также вращательное

движение вокруг собственной оси за счет обегания периферийных щестерен 13 вокруг центральной щестерни 4. При бурении по колонне бурильных труб, полому центральному, валу, воздухоподводящим трубкам и

каналам во вспомогательных валах на забой подается промывочно-продувочный агент, предназначенный для очистки забоя от выбуренной породы и привода в действие гидрр- или пневмоударного механизма. Выбуренная порода выносится в щламоулов витель. После заполнения керноприемной трубы 16 породой керн подрезается и вместе с буром поднимается на поверхность.

Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность разрущения породы на забое скважины за счет одновременного вращения породоразрущающих инструментов вокруг своей вертикальной оси и вокруг оси бура. Это ведет к увеличению скорости бурения, что, в свою очередь, снижает стоимость 1 п. м готовой скважины.

Кроме того, расщиряется область лриме ения менее энергоемкого по сравнению с 1урением сплощным забоем колонкового бурения скважин больщого диаметра за счет использования стандартных буровых наконечников, в частности шарощечных долот. Могут быть также использованы нефтяные алмазные долота, но без ударных механизмов, т. е. область колонкового бурения смещается в сторону крепких и очень крепких

пород, что весьма ценно, поскольку бурение скважин больщого диаметра в таких породах до настоящего времени велось только малопроизводительным дробовы.м способом.

Формула изобретения

Устройство для бурения скважин больщого диаметра, включающее буровую колонну, корпус с расположенной концентрично керноприемной трубой и породоразрущающие инструменты, отличающееся тем, что, с целью повыщения эффективности бурения крепких пород, оно снабжено забойным планетарным редуктором и стопорным механизмом, а буровая колонна снабжена центральным валом с водилом и соединена с ним с возможностью вращения и осевого перемещения посредством конусной муфты, при

этом водило имеет вспомогательные валы, расположенные между нижней частью корпуса и керноприемной трубой, на одном конце которых закреплен породоразрушающий инструмет, на другом - периферийная шестерня редуктора, причем центральная шестерня редуктора размещена на центральном валу и установлена с возможностью стопорения стопорным механизмом, жестко связанным с верхней частью корпуса и цeнtpaльнoй шестерней и выполненным в

виде подпружиненного штока с роликом, контактирующим во время стопорения со стенками скважины, а шток установлен с возможностью радиального перемещения при взаимодействии с конусом муфты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 317798, кл. Е 21 D 1/06, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 99931, кл. Е 21 D 1/06, 1952 (прототип).

//