Снаряд для ударно-вращательного бурения

 

(19) (И) COOS СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(5D

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3556627/22-03 (22) 28.02.83 (46 ) 30.11,84. Бюл. В 44 (72) В.Г.Вартыкян, Д.И.Коган, (0.Т.Морозов и В.Н Савельев (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки и Специальное конструкторское бюро Всесоюзного промышленного объединения "Союэгеотехника" (53) 622.243.4 (088.8) (56) 1-. Граф Л.З. и др. Техника и технология гидроударного бурения.

N °, "Цедра", 1975, с. 138-140, рис. 46.

2. Авторское свидетельство СССР

9 73349,кл. Е 21 В 4/14,1947 (прототип). (54)(57) СНАРЯД ДЛЯ УДАРНО-ВРА)ДАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ, содержащий бУриль.— ную колонну, породораэрушающий инструмент и гидроударник, включающий корпус, состоящий из двух соединенных с возможностью поворота частей, связанных соответственно с по-. родораэрушающим инструментом и жестко с бурильной колонной, поршеньбоек, соединенный с частью корпуса, связанной жестко с бурильной колонной посредством механизма преобразования поступательного движения поршня-бойка во вращательное, наковальню и пружину, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения надежности работы, концы пружины жест- F9 ко связаны соответственно с поршнембойком и породораэрушающим инструментом.

С::

1126680

Изобретение относится к буровой технике, а именно снарядам для сохранения заданного направления скважин (бурения.по заданным траекториям, и может быть использовано по прямому назначению преимущественно в глубоком геологоразведочном бурении на твердые полезные ископаемые.

Известен гидроударный снаряд для направленного бурения, содержащий породоразрушающий инструмент, ко-. 30 лонковый набор, гидроударник и переходник, центрирующие снаряд по оси скважины и обеспечивающие вследствие .

° этого благоприятные условия стабилизации заданного направления скважин, 15 чему способствуют также специфические особенности технологии гидроударного бурения: относительно низкая (не выше 60 об/мин) частота sparge- ния и удельная осевая нагрузка, не превышающая 60 н на 1 мм диаметра f1 3.

Недостатком снаряда является малая эффективность при проходке перемежающихся по крепости пород, что обусловлено спецификой ударно-вращательного режима бурения, при котором разрушение породы на забое происходит в результате суммарного воздействия крутящего момента, осевой нагрузки и ударных импульсов. В перемежающихся по крепости породах при такой схеме разрушения периоди-, чески имеют место неравномерные на- грузки на отдельных участках породоразруиающего инструмента, вследствие чего под действием крутящего момента снаряд будет отклоняться от заданной траектории скважины.

Креме того, на сохранение заданного направления скважины неблаго- 40 приятное влияние оказывают обусловленные вращением бурильной колонны крутильные и обьемно-спиральные колебания, а также ее сложный продоль- ный изгиб. 45

Известен также снаряд для ударно-вращательного бурения, содержащий бурильную колонну, породоразрушающий инструмент и гидроударник, вклю- 50 чающий корпус, состоящий из двух. соединенных с воэможностью поворота частей, связанных соответственно с породораэрушающим инструментом и жестко с бурильной колонной, пор- 55 шень-боек соединенный с частью корt ( пуса, связанной жестко с бурильной колонной посредством механизма преобразования поступательного хода движения поршня-бойка во вращательное, наковальню и пружину 23.

Ьднако в данном снаряде поворот породораэрушающего инструмента происходит при прямом ходе поршня-бойка, вследствие чего при попадании 65 инструмента в трещину поворот его не осуществляется.

Целью изобретения является повышение надежности работы снаряда.

Поставленная цель достигается тем, что в снаряде для ударно-вращательного буренйя, содержащем бурильную колонну, породоразрчшающий инструмент и гидроударник, включающий корпус, состоящий из двух сое-" диненных с возможностью поворота частей, связанных соответственно с цородоразрушающим инструментом и жестко с бурильной колонной, поршень-боек, соединенный с частью кор пуса, связанной жестко с бурильной колонной посредством механизма преобразования поступательного движения поршня-бойка во вращательное, наковальню и пружину, концы последней жестко связаны соответственно с поршнем-бойком и породоразрушающим инструментом.

На фиг.1 показано устройство, общий вид, на фиг.2 — конструктивное исполнение узла вращения нижней части корпуса снаряда, на фиг.З - разрез A-A на фиг.2, на фиг.4 — разрез

Б-Б на фиг.2, на фиг.5 — вариант конструктивного исполнения составного породоразрушающего инструмента.

Снаряд содержит бурильную колонну (не показана ), центрирующие переходники 1, породоразрушающий инструмент, например шарошечное долото 2:; гидроударник, корпус которого включает, верхнюю 3 и нижнюю 4 части, внутри которых помещен гидроударный механизм прямого действия.

Гидроударный механизм включает поршень-боек 5, соединенный через.утяжелитель 6 с ударником 7, силовую пружину ударника 8, наковальню 9, (жестко. связанную со шлицевым штоком 10, шлицевой стакан 11, соединенный с нижней частью корпуса 4.

В верхней части гидроударника расположен узел клапана, включающий корпус 12, собственно клапан 13, упорные кольца 14 и 15, а также пружйну 16. Кроме того, для обеспечения работоспособности гидроударник снабжен уплотнениями 17, размещенными на шлицевом штоке 10, и регулировочными прокладками 18 и 19. Верхняя 3 и нижняя 4 части корпуса гидроударника соединены между собой посредством узла вращения. Узел вращения состоит иэ корпуса 20, переходника 21, соединенного с внутренней неподвижной подвеской 22, зафиксированной стопорной шайбой 23, и наружной подвижной (вращающейся) подвеской 24,.смонтированной на подшипниках 25 и соединенной с нижней частью корпуса 4 снаряда. В корпу- се 20 узла вращения между верхней 3 и нижней 4 частями корпуса гидро1126680 ударника на подшипниках 26 и 27 установлен механизм преобразования поступательного движения поршня-бойка 5 во вращательное. Механизм состоит из зубчато-храпового колеса 28, на верхнем торце которого выполнены храповые зубья 29, взаимодействующие с собачками 30, установленными в обойме 31 на осях 32 и поджимаемыми пружинами 33 (Фиг.3). При этом обойма 31 установлена в корпусе 20 неподвижно, например запрессована. Количество собачек определяется из условий прочности по максиMcLJIbHoMjj моменту, действующему в зацеплении.

Внутренняя поверхность храпового колеса 28 (фиг.4) снабжена винтовыми канавками 34 преимущественно эвольвентного профиля, находящимися в подвижном зацеплении с ответными винтовыми зубьями 35, расположенными на наружной поверхности поршнябойка 5.

Для обеспечения работоспособнос-. ти снаряда, сборки и регулировки упорных подшипников 27 в конструкции узла вращения предусмотрены установочный стакан 36, вкладыш 37 и регулировочные прокладки 38. Внутренняя полость узла вращения заполнена смазкой и изолирована от рабочих камер гидроударника самоуплотняющимися воротниковыми манжетами 39

С бурильной колонной снаряд сое-. диняется через верхний центрирую" щий переходник 1. Силовая пружина 8 неподвижно связана своими концами соответственно с породоразрушающим инструментом посредством штока 10 шлицевого разъема нижней части корпуса 4 с помощью зажима 10 и с утяжелителем 6 поршня-бойка зажимом 41.

Породоразрушающий инструмент содержит внутренние элементы 42 и наружные 43 причем первые соединены . с.наковальией 9 гидроударника че- рез шлицевой шток 17, а вторые, представляющие собой шарошки качения, соединены с нижней частью корпуса" 4.

Снаряд работает следУющим образом., В процессе работы гидроударной машины ее поршень боек 5 совершает возвратно-поступательные движения, При перемещении поршня вниз зубчаВ

50 технико-экономическая эффективность снаряда обусловлена устранением необходимости вращения бурильной колонны с поверхности, что обеспечивает наиболее благоприятные условия стабилизации заданного неправления скважины и позволяет эффективно управлять ее траекторией. то-храповое колесо 28 проворачивается на некоторый угол (велнчина которого обусловлена длиной хода поршня-бойка 5 и углом наклона зубьев 35) и не препятствует передаче ударного импульса, при обратном ходе поршня-бойка 5 храповое колесо 28 стопорится собачками 30 через обойму 31 в корпусе 20, вследствие чего косые (винтовые) зубья 35 поршня10 бойка 5 принуждают последний повернуться вокруг оси на соответствующий угол, этот поворот через неподвижно закрепленную зажимом 40 на штоке 10 и зажимом 41 на утяжелите15 ле 6 силовую пружину 8 и шлицевой разъем 10-11 передается нижней части корпуса 4, а следовательно. породоразрушающему инструменту 2.

Работа гидроударного снаряда созе вершается при действии минимальной осевой нагрузки в 5-7 раз меньшей, чем при вращательном бурении, что значительно снижает тормозные моменты н облегчает поворот инструмента.

25 В случае увеличенного внедрения зубьев в породу забоя. (например прн бурении трещиноватых пород ), когда резко взрастает объем лунки разрушения под контуром давления зубаиндектора, целесообразно применять комбинированный породоразрушающий инструмент (показан на фиг.5 ). В этом инструменте основную работу разрушения под действием силовых импульсов совершают внутренние элементы 42, соединенные со шлицевым . штоком 10 гидроударника. Наружные элементы. 43 комбинированного инструмента, соединенные с нижней частью корпуса 4 и представляющие собой

40 шарошки качения, не выполняют работы разрушения (или работают в облегченных условиях.),.а предназначены главным образом для центрирования в скважине.и снижения тормозного мо45 мента при повороте нижней части корпуса снаряда.

1126680

1126680

1126680

Составитель A.Ñåðãà÷åâ

Техред Л. Коцюбняк Корректор, М.Леонтюк

Редактор Н.Горват

Филиал ППП "Патент", г. УЖгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8654/24 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5