РЫЧАЖНОЙ АВТОПОДАТЧИК БУРОВОГО СНАРЯДА ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО СПОСОБА БУРЕНИЯ Советский патент 1951 года по МПК E21B19/08 

Изобретение относится к автоматизации подачи инструмента на забой при бурении скважин и отличается от известных этого рода устройств использованием системы уравновешенного с весом бурового инструмента рычага, с возвращением последнего в горизонтальное положение системой червячных передач, получающих вращение от барабана лебедки.

На фиг. 1, 2, 3, 4 изображена схема автоподатчика.

Рычажной автоподатчик состоит из двух червячных колес 1 и 2, находящихся в постоянном зацеплении с червяком 3 и 4. Червяк 3 - самотормозящий и имеет правую резьбу, а червяк 4 - самоходный и имеет левую резьбу. Червячные колеса 1 и 2 жестко посажены на общую ступицу 5, которая в свою очередь свободно надета на вал 6 лебедки. Конец ступицы 5, обращенный к барабану, имеет кулачки для включения с кулачковой муфты 7, сидящей на валу лебедки на скользящей шпонке. Между колес 1 и 2 на ступице 5 свободно сидит подвеска 8, в подшипниках которой закреплен вал червяка 3 к этой же подвеске наглухо заделан один конец противовеса (рычаг) 9. Продолжение вала червяка 3 имеет два шарнира Гука 10 (фиг. 2), между которыми заключено раздвижное звено. Шарниры Гука и раздвижное звено позволяют несколько изменять положение вала 3 и связанных с ним подвески 8 и рычага 9 по отношению к горизонту без нарушения положения вала цилиндрической шестерни 13. На конце вала шестерни 13 имеется маховик 14 для, вращения червяка 3 вручную. Вал самоходного червяка 4 сплошной, на его конце на скользящей шпонке (или фрикционной муфте) сидит цилиндрическая шестерня 15. Поскольку червячные колеса 1 и 2 имеют общую ступицу 5, то вращение их может быть только совместное с одинаковой угловой скоростью. Для достижения такого вращения при включенных шестернях 15 и 13 необходимо, чтобы отношение передаточных чисел между червячным колесом 2 и червяком 4 - между шестерней 15 и шестерней 13 - и между червяком 3 и червячным колесом 1 - было равно единице, т.е. i=i₁:i₂:i₃=1. Если отношение перечисленных величин не равно 1, то самотормозящий червяк будет препятствовать вращению всей системы. В том же случае, когда i=l, при вращении ступицы 5 (допустим от кулачковой муфты 7) приходят во вращение колеса 1 и 2, червячное колесо 2 приводит в движение самоходный червяк 4, который в свою очередь через шестерни 15 и 13 вращает самотормозящий червяк 3 с такой быстротой, что он не препятствует вращению колеса 1 с угловой скоростью, равной, скорости вращения колеса 2. Для приведения во вращение червяка 3, необходимо, чтобы система червячных колес 1 и 2 первоначально повернулась хотя бы на небольшой угол (чтобы, червяк 4 через шестерни 15 и 13 начал вращать червяк 3). Такой начальный поворот, возможен благодаря тому, что подвеска 8, к которой прикреплен червяк 3, может вращаться совместно с колесом 1. На крюке рычага 9 закреплен конец стального каната 16, второй конец последнего через пружинный амортизатор 17 заделан в полу буровой вышки. На канате 16 для измерения силы его натяжения поставлен дриллометр обычного для роторного бурения типа. Натяжение каната может регулироваться винтом 19.

Работу рычажного автоподатчика: не доводя буровой снаряд до забоя скважины, включается с помощью рукоятки 12 кулачковая муфта 7 и выводятся из взаимного зацепления рукояткой 20 шестерни 15 и 13. После этого лебедку следует оттормозить. Вращающийся момент, развиваемый весом бурового снаряда Q, относительно оси вращения вала лебедки, через кулачковую муфту 7, ступицу 5, зубья колеса 1 и соединенного с ним самотормозящего червяка 3 передается подвеска 8, в подшипниках которой находится вал червяка 3. Уже от подвески вращающий момент силы сообщится рычагу 9, наглухо заделанному одним концом в подвеске.

Под действием момента силы барабан лебедки, муфта 7, ступица 5, колесо 1, вал червяка 3, подвеска 8 и рычаг 9 станут поворачиваться в направлении действия силы и повернутся на такой угол, пока сила натяжения каната 16 скрепленного с крючком противовеса и полом буровой вышки не разовьет реактивный момент, равный моменту силы Q, после чего наступит равновесие всей системы.

После того, как определение веса бурового снаряда закончено, лебедку необходимо затормозить вновь. Вращением штурвала 14 привести в левое вращение (если смотреть со стороны штурвала 14) червяк 3, так как колесо 1 при заторможенной лебедке и включенной муфте 7 будет оставаться на месте, то червяк 3, имея правую резьбу, при левом его вращении начнет перемещаться по ободу колеса 1 против часовой стрелки. Соответственно переместится подвеска 8 и рычаг 9, при этом натяжение каната 16 ослабнет. Натяжение каната необходимо привести к такой величине, чтобы оно уравновешивало не целиком вес бурового снаряда Q, а только его часть, на какую Q превышает заданное давление на забой С, т.е. равную Q-С.

После приведения показания дриллометра к P₁, необходимо посредством рукоятки 20 сцепить шестерни 15 и 13. Только после этого, постепенно оттормаживая лебедку, можно поставить буровой снаряд на забой скважины. При опускании бурового снаряда подъемный канат приведет во вращение против часовой стрелки, барабан лебедки и систему червячных колес 1 и 2 (через муфту 7), при этом, если бы червяк 3 не приводился автоматически во вращение червяком 4,то вал червяка 3 и соединенные с ним подвеска 8 и рычаг 9 должны были бы также вращаться в результате чего изменилось бы натяжение каната 16. Но поскольку червяк 3 при повороте барабана лебедки, начинает вращаться червяком 4 со скоростью, позволяющей червячному колесу 1 вращаться совместно с барабаном лебедки, то следовательно червяк 3, подвеска 8 и рычаг 9 при вращении барабана лебедки и всей червячной системы, не останутся в неизменном положении, какое они заняли, когда с помощью штурвала 14 натяжение каната 16 доводилось до Р. Следовательно, при опускании бурового снаряда на забой натяжение каната 16, равное Р, также будет сохранено, после постановки бурового снаряда на забой, при полном расторможении лебедки буровой снаряд будет оказывать на забой давление только частью своего веса, равной С, вторая же его часть Q-С будет уравновешиваться натяжением каната 16. На этом все подготовительные операции заканчиваются.

В процессе бурения по мере углубления скважины подъемный канат, сбегая за опускающимся буровым снарядом с барабана лебедки приведет последний во вращение, это вращение через муфту 7 передается всей червячной системе, которая автоматически будет сохранять натяжение каната 16 равным Р (а давление на забой равным С).

Всякое изменение скорости проходки есть изменение скорости опускания бурового снаряда, которое вызовет соответственное изменение скорости вращения барабана лебедки и сцепленных с ним червячных колес 1 и 2, колесо 2 в свою очередь произведет изменение скорости вращения червяка 4, а уже последний изменит число оборотов самотормозящего червяка 3 так, что он не будет препятствовать вращению червячного колеса 1 совместно со всей системой, при этом как сам червяк, так и подвеска с рычагом будут сохранять свое ранее приданное им положение относительно горизонта, в результате чего натяжение каната 16 и зависящее от него давление на забой скважины останутся постоянными. Так с помощью автоподатчика достигается неизменность давления на забой при любой перемене скорости проходки. За счет неточности изготовления деталей автоподатчика во время бурения может иметь место некоторое самопроизвольное изменение натяжения каната 16, а следовательно, и давления на забой. Всякое отклонение силы натяжения каната 16 от заданного может быть исправлено с помощью регулировочного винта 19, посредством которого канат 16 можно как натянуть, так и ослабить. Этим винтом по желанию бурового мастера, увеличивая или уменьшая силу натяжения каната 16, возможно изменить давление на забой в процессе бурения. Увеличение силы натяжения каната 16 вызовет уменьшение давления на забой, уменьшение же натяжения приведет к увеличению давления на забой, так как при увеличении натяжения каната 16 он станет уравновешивать большую часть веса снаряда Q, следовательно, другая меньшая часть Q, которая опирается на забой и производит давление, уменьшится, а уменьшение силы натяжения каната 16 вызовет обратное явление т.е. часть веса снаряда Q, опертая на забой, возрастет.

1. Рычажный автоподатчик бурового снаряда для вращательного способа бурения, отличающийся тем, что он состоит из рычага, сопряженного с подвеской, несущей на подшипниках первый червячный вал, сочлененный шарнирами ГУКА с зубчатым колесом, вводимым в зацепление с другим зубчатым колесом, с целью возвращения в горизонтальное положение рычага вращением второго червячного колеса через свой червячный вал.

2. Автоподатчик по п. 1, отличающийся тем, что отношение передаточных чисел между вторым червячным колесом и червячным валом, между шестернями и первым червячным валом и его червячным колесом равняется единице.

3. Форма выполнения автоподатчика по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что первый червячный вал выполнен самотормозящим и имеет правую резьбу, а второй червячный вал самоходный и имеет левую резьбу, а червячные колеса жестко посажены на общую ступицу, которая свободно надета на вал лебедки, причем конец ступицы, обращенный к барабану, имеет кулачки для включения с кулачковой муфтой, сидящей на валу лебедки на скользящей шпонке