Буровой колонковый снаряд Советский патент 1981 года по МПК E21D1/06 E21B25/00 

1

Изобретение относится к горному делу, а

именно к технике бурения и может быть использовано, например, для колонкового бурения скважин большого диаметра с выбуриванием керна.

Известны буровые установки для бурения скважин большого диаметра или шахтных стволов, у которых породоразрушаюш.им инструментом являются шарошки. Врашение этих буровых снарядов осуществляется от установленного на поверхности привода посредством буровой колонны. При этом врапдение шарошек происходит только при контакте с забоем 1.

Недостатком указанных буровых снарядов является их большая масса, ограничиваюшая частоту их вращения по мощностным и прочностным характеристикам применяемого оборудования и колонны бурильных труб. Вследствие этого не представляется возможным увеличить частоту вращения породоразрушающего инструмента, что является препятствием на пути увеличения механической скорости бурения.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является буровая колонковая установка, включающая буровую колонну, корпус бура, приводные валы шарошечных долот и шарошечные долота, расположенные по периметру корпуса бура н механизм подрезки керна.

С помощью роторного привода и буровой колонны получает врандение корпус бура, а индивидуальные приводы вращают долота относительно собственных осей, выбуривая таким образом кольцевую щель на определенную глубину, а затем подрезает д ся керн. Из-за наличия индивидуальных приводов, которыми снабжены шарошечные долота, расположенные по периметру основания корпуса, при их работе возникает реактивный момент, вращающий бур. Таким образом в дополнение к приводу буровой колонны будет иметь место и реактивное вращение бура 2.

Недостаток известной установки заключается в том, что индивидуальные приводы, которыми снабжены долота (а это могут быть турбины или электродвигатели),размещаются в цилиндрическом корпусе бура, предназначенного для бурения стволов. Разместить же эти двигатели в корпусе бура значительно меньшего размера, предназначенного, например, для колонкового бурения геологоразведочных скважин большого диаметра (1 -1,5 м) не представляется возможным. Кроме того, эта стационарная установка имеет большие габариты и массу. Известно, что для обеспечения необходимой мощности для эффективной работы шарошечных долот длина трубобуров и электробуров достигает 6-12 м. Подаваемая под давлением по буровой колонне жидкость (вода или глинистый раствор), в обоих случаях попадая на забой, размывает керн и значительно уменьшает процент его выхода, что в свою очередь искажает достоверность при опробовании. Такое решение для геологоразведки, особенно для подсчета запасов, соверсиенно не приемлемо. Необходимость использования жидкости в этих индивидуальных приводах совершенно исключает их применение в многолетнемерзлых отложениях. При применении в качестве индивидуальных приводов электродвигателей возникают сложности с подачей к ним электроэнергии из-за их вращения по окружности вокруг оси бура. Цель изобретения - повышение надежности работы. Указанная цель достигается тем, что буровой колонковый снаряд снабжен ведущим валом, который установлен в корпусе бура на подшипниках и выполнен с упорным буртиком и планшайбой, а корпус бура снабжен силовым цилиндром с возможностью взаимодействия его штока с планшайбой. На фиг. 1 изображен буровой снаряд, обший вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - узел I на фиг. 1; на фиг. 5 и 6 - два положения золотника пневмораспределителя. Буровой колонковый снаряд врашается от привода, установленного на поверхности (не показано), состоит из буровой колонны 1, соединенного с ней ведушего вала 2, снабженного упорным буртиком 3, радиального подшипника 4, центрируюшего ведуш,ий вал 2 в корпусе бура 5, упорных подшипников 6, передаюш,их нагрузку на корпус бура 5 и воспринимаюших осевые усилия при спускоподъемных операциях, упорных подшипников 7, передающих нагрузку на опоры шарошечных долот 8, ведущей шестерни 9, закрепленной на ведуш,ем валу 2, промежуточных шестерен 10, ведомых шестерен 11 и 12, вращающих соответственно приводные валы шарошечных долот 13 и шнеки 14, труб 15, по которым транспортируется порода и через окна 16 разгружается в шламоприемник 17, центральной штанги 18, соединенной с золотником 19 пневмораспределителя 20, пневмоцилиндра 21 и гидроцилиндра 22 пневмогидроусилителя 23, поршней 24 и 25 и общего штока 26, цилиндров 27, штоков 28, рычагов 29, валов 30, подрезных рычагов 31, пневмоцилиндров 32, поршней 33, штоков 34, крышки 35, закрепленной к корпусу бура 5, планшайбы 36, закрепленной к ведушему валу 2, пневмопровода 37, соединяющего соответствующие полости пневмоцилиндра 21 и цилиндров 32, и гидропровода 38, соединяющего гидроцилиндр 22 с соответствующими полостями гидроцилиндров 27. От установленного на поверхности привода вращение передается буровой колонне 1 и ведущему валу 2, смонтированному на подщипниках 4 и 6 в корпусе бура 5. При помощи имеющегося на ведущем валу 2 упорного буртика 3 осевая нагрузка от буровой колонны 1 передается на упорный подшипник 6 и от него на корпус бура 5. Далее осевая нагрузка передается с корпуса бура 5 через упорный подшипник 7 на шарошечные долота 8. С помощью закрепленной на ведущем валу 2 ведущей шестерни 9 вращение передается через промежуточные шестерни 10 на ведомые шестерни 11 и 12, которые вращают соответственно приводные валы щарошечных долот 13 и шнеки 14. К приводным валам шарошечных долот 13 прикреплены и получают от них вращение шарошечные долота 8. Шнеки 14 смонтированы в трубе 15, по которой транспортируется разрушенная на забое порода. Через окна 16 в трубе 15 порода попадает в шламоприемник 17. Врашение корпуса бура 5 осушествляется за счет реактивного момента, равного по величине моментам на валах 13 и направлено в сторону противоположную врашению долот 8. Подрезка керна осуществляется следующим образом. В буровую колонну 1 подается сжатый воздух. При помощи центральной штанги 18 поворачивается золотник 19 пневмораспределителя 20, так что воздух под давлением 5 атм идет в большой цилиндр 21 пневмогидроусилителя 23. Под действием сжатого воздуха поршень 24, шток 26 и поршень 25, собранные в один блок, перемещаются и .масло, находящееся в цилиндре 22 под больщим давлением (оно увеличивается в сравнении с давлением сжатого воздуха пропорционально отношению диаметров поршней) подается в исполнительные (силовые) цилиндры 27, штоки 28 которых посредством рычагов 29 и валов 30, управляют подрезными рычагами 31. Так как во время бурения пневмораспреелитель 20 вращается вместе с ведущим валом 2, с которым он соединен или проолжением которого он является, и так как вместе с ними вращается и центральная штанга 18, на конце которой закреплен зоотник 19, а корпус бура 5 вращается несинхронно с ведущим валом 2 и следовательно с пневмораспределителем 20, то для обеспечения подачи сжатого воздуха при подрезке керна на наружной поверхности пневмораспределителя 20 имеются кольцевые проточки 39, а в корпусе 5 уплотняющие кольца 40. Но может случиться так, что сила треНИН подрезных рычагов 31 об стенки керна во время его подрезки окажется больше сил реакции забоя при вращении долот, сил, создающих реактивный момент, вращающий бур. Тогда бур вращаться не будет и подрезки керна тоже не будет, а долота будут вращаться вокруг своей оси без движения по окружности вокруг оси бура. Для обеспечения надежной работы подрезного устройства и передачи крутящего момента непосредственно от ведущего вала 2 на корпусе бура 5 осуществляется жесткое соединение ведущего вала 2 с корпусом бура 5, для чего на буровом снаряде предусмотрено устройство, состоящее из пневматических (или гидравлических) цилиндров 32, закрепленных на корпусе бура 5, порщней 33, щтоков 34, крыщки 35, закрепленной к корпусу бура 5, и планщайбы 36, закрепленной на ведущем валу 2. Штоковые и порщневые полости цилиндров 32 подсоединены к пневмопроводу 37 (или гидропроводу 38). Следовательно заполнение сжатым воздухом порщневых полостей пневмогидроусилителя 23 и цилиндров 32 происходит одновременно. При этом щтоки 34 входят в отверстия крыщки 35 и планщайбы 36, соединяя таким образом ведущий вал 2 с корпусом бура 5, а цилиндры 27 приводят в действие подрезные рычаги 31. То же самое произойдет, если цилиндры 32 присоединить к соответствующим полостям гидроцилиндра 22. После соединения ведущего вала 2 с корпусом бура 5 вращение бурового колонкового снаряда будет осуществляться непосредственно от буровой колонны 1 и не будет зависеть от контакта щарощек с забоем, что обеспечит эффективную подрезку керна. Портативность, небольщие габариты и масса бурового колонкового снаряда, выполненного по предлагаемой схеме, позволит использовать его для эффективной совместной работы с самоходными или передвижными буровыми установками, предназначенными для бурения сравнительно неглубоких геологоразведочных скважин больщого диаметра и, что очень важно, обеспечит высокий процент выхода керна в любых горногеологических условиях. Отсутствие на забое рабочей (для турбин) или охлаждающей (для электродвигателей) жидкости будет также способствовать образованию и выходу представительного керна. Настоящее изобретение может быть использовано для совместной работы, например, с серийно выпускаемыми буровыми установками, предназначенными для бурения неглубоких геологоразведочных скважин. Формула изобретения Буровой колонковый снаряд, включающий буровую колонну, корпус бура, приводные валы щарощечных долот и шарощечные долота, расположенные по периметру корпуса бура и механизм подрезки керна, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, он снабжен ведущим валом, который установлен в корпусе бура на подщипниках и выполнен с упорным буртиком и планщайбой, а корпус бура снабжен силовым цилиндром с возможностью взаимодействия его щтока с планщайбой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 548704, кл. Е 21 В 25/00, 1972, 2.Авторское свидетельство СССР № 579422, кл. Е 21 D 1/06, 1975.

/1-/I

В-Б

1 положение

Фиг. 6