Способ ударно-вращательного бурения и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК E21B4/10 

S) СПОСОБ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к ударно-вращательному способу бурения и может быть использовано при бурении скважин различного назначения в твердых породах.

Известен способ бурения скважин; включающий передачу породоразрушающему инструменту периодических ударов перпендикулярно плоскости забоя l.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ ударно-вращательного бурения, включающий передачу постоянной нагрузки на породоразрушающий инструмент и периодических ударов по нему, перпендикулярно к плоскости забоя 2.

Способ осуществляют устройством для ударно-вращательного бурения, включающим породоразрушающий инструмент, связанный с бурильными трубами посредством упорного подшипника, ударник с винтовыми выступами на нижнем торце, ответные винтовые выступы, жестко связанные с породоразрушающим инструментом.

Недостатки этого способа - разрушение породы под действием усилия от крутящего, момента, создаваемого при вращении породо-разрушаемого инструмента происходит менее ин10тенсивно, чем это возможно при динамической нагрузке, создаваемой на инструмент в плоскости забоя; большая мощность при бурении расхоfS дуется на трение резцов инструмента о породу, в результате чего происходит быстрый износ резцов. Для некоторого снижения сил трения уменьшается частота вращения инструмента.

20

Однако это сопряжено с необходимостью больших переделок в конструкции буровых станков, это зачастую неосуществимо. 39 Цель изобретения - интенсификация разрушения породы и уменьшение износа породоразрушающего инструмента. Указанная цель достигается тем, что породоразрушающему инструменту передают периодические удары в плос кости забоя. В устройстве для ударно-вращатеп ного бурения ударник и породоразрушающий инструмент выполнены с зубья ми для взаимодействия друг с другом количество взаимодействующих пар которых равно количеству пар взаимодействующих винтовых выступов, причем бурильные трубы связаны удар ником посредством шлицевого соединения. На фиг. 1 показано устройство для осуществления способа; на фиг. 2 - основные элементы устройст ва в изометрии. Устройство содержит переводник 1 приводимый во вращение бурильными трубами, связанный со шлицевым переходником 2. С помощью шлицев позволяющих осуществлять в необходи мых пределах осевое перемещение, «лицевой переходник 2 соединен с ударником 3. УдарГник 3 имеет на ниж нем торце один или несколько винтовых выступов k, направленных по ходу вращения, а на верхнем торце такое же количество зубьев имеющие боковые поверхности против вращения. Ударник 3 своими винтовыми высту пами свободно опирается на ответные винтовые выступы 6, жестко связанные с породоразрушающим инструментом (на фиг. не показан) посредство колонковой трубы 7. К нижнему концу трубы 8, жестко связанной с породоразрушающим инструментом крепится на шлицах муфта 9, которая имеет зубья 10 (такое же количество, как и на ударнике 3), располагаемые в исходном положении непосредственно над зубьями 5 ударника 3. На трубу 8 навинчивается стежная гайка 11, являющаяся упором для упорного подшипника 12, через который передается нагрузка на инструмент от переводника 1 через гайку 11, трубу 8 и колонковую трубу 7Возможно в целях повышения энергии удара или бурения колонковых , скважин включение-в состав устройст ва спиральной пружины между шлицевым переводником 2 и ударником 3 (на фиг. не показано). Устройство работает следующим образом. Переводник 1 вращается от бурильных труб и через шлицевой переходник 2 увлекает во вращение ударник 3. При этом через подшипник 12, стежную гайку 11 и трубу 8 на забой передается необходимая нагрузка, а по трубе 8 осуществляется подвод или отвод промывочной жидкости. В момент начала вращения переводника 1, инструмент удерживается от вращения действием реактивного момента. Вследствие этого ударник 3 вращаясь, начинает подниматься по наклонной плоскости, образованной винтовыми выступами k. При дальнейи/ем вращении выступ Л должен сорваться с выступа 6 и нанести удар по инструменту за счет энергии отпадения ударника 3 (или пружины). При подъеме ударника 3 на высоту выступа 6 происходит и подъем йа такую же высоту зуба 5 ударника и благодаря этому он выходит на уровень зуба 10 муфты 9, а в момент срыва выступа и с выступа 6 происходит соударение зубьев 10 и 5, в результате чего энергия, накопленная при вращении бурового снаряда и ударника , будет передана через муфту 9 инструменту. В дальнейшем зуб 5 перемещается вниз относительно зуба 10 и в конце падения ударника происходит расцепление зубьев 10 и 5. В период нахождения зубьев 10 и 5 в зацеплении ударник передает вращение инструменту. После расцепления зубьев 10 и 5 вращение инструмента прекращается и цикл работы повторяется. Предлагаемые способ бурения и устройство позволяют существенно повысить механическую скорость бурения и стойкость породоразрушающего инструмента при колонковом бурении, а также при бурении шарошечными долотами в твердых породах. Простота реализации этого способа бурения путем применения указанного устройства существенно расширяет область применения ударно-вращательного бурения и позволяет получить значительный экономический эффект.

Формула изобретения

1.Способ ударно-вращательного бурения, включающий передачу постоянной нагрузки на породоразрушающий инструмент и периодических ударов по нему перпендикулярно к плоскости забоя, отличающийся тем что, с целью интенсификации разрушения породы и уменьшения износа породоразрушающего инструмента, последнему передают периодические удары в плоскости забоя.

2,Устройство для ударно-вращательного бурения, включающее породоразрушающий инструмент, связанный

с бурильными трубами посредством упорного подшипника, ударник с винтовыми выступами на переднем торце.

ответные винтовые выступы, жестко связанные с породоразрушающим инструментом, отличающееся тем, что ударник и породоразрушающий инструмент выполнены с зубьями для взаимодействия друг с другом, количество взаимодействующих пар которых равно количеству пар взаимодействующих винтовых выступов, причем бурильные трубы связаны с ударником посредством шлицевого соединения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кутузов 8.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород. М., Недра, 1973, с. 215.

2,Авторское свидетельство СССР № i 8l692, кл; Е 21 В It/lit, 1972 (прототип).