Буровой инструмент

Изобретение относится к буровому инструменту, в частности к направляющей трубе и колонне буровых штанг для механической подачи в буровом оборудовании для бурения по породе, которые упрощают развинчивание резьбовых соединений и повышают долговечность этих резьбовых соединений. Сущность изобретения заключается в том, что направляющая труба имеет наружный диаметр в основном постоянный вдоль ее оси и включает внутреннюю резьбу в отверстии на первом конце, наружную резьбу на втором конце и сквозной промывочный канал для подачи промывочной среды к долоту для ударного молоткового бурения. Отверстие расположено вдоль оси направляющей трубы на длине. Направляющая труба имеет цилиндрическую шейку вблизи первого конца. Шейка имеет длину вдоль оси трубы большую, чем длина вдоль оси указанного отверстия. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к колонне буровых штанг и направляющей трубе для механической подачи.

Уровень техники

При бурении особенно при открытой разработке порода имеет множество трещин вследствие ранее произведенных взрывов, как показано на фиг.1. Часто земля становится мягкой через метры и метры породного массива 6, которые буровая установка должна иметь возможность пройти с места бурения. Трудно бурить прямо в растресканной породе, и поэтому различные решения были предложены, чтобы улучшить прямизну пробуренного шпура. Так, направляющая труба 2 прямо соединяется с долотом, чтобы направлять его перемещение и тем самым увеличить промывочную скорость вне и выше долота. Направляющая труба имеет длину от 4 до 6 м и включает наружную резьбу, обращенную к долоту, и внутреннюю резьбу, обращенную к буровой установке. Труба проходит через шпуры, глубина которых больше ее длины, предпочтительно с помощью штанг, диаметр которых меньше диаметра трубы в соответствии с изобретением, для облегчения выхода буровой пыли. Современная буровая установка имеет ключ 3 (см. фиг.2) для захвата посредством трения верхнего конца трубы 2 при завинчивании или развинчивании. Часто соединение плотно затягивается в процессе бурения, и перед развинчиванием его необходимо ослабить посредством ударной нагрузки. Во время этого ослабления посредством ударной нагрузки, которое может продолжаться несколько минут, труба будет смещаться относительно башмаков или зажимных средств 4 ключа 3 в положение, показанное на фиг.6, и при этом в соединении выделяется тепло. Как следствие этого конец трубы деформируется и в резьбе выделяется мартенсит.

Задача изобретения

Задачей изобретения является создание колонны буровых штанг и направляющей трубы для механической подачи, в которых преодолены вышеупомянутые недостатки.

Другой задачей изобретения является создание колонны буровых штанг и направляющей трубы для механической подачи, позволяющих облегчить развинчивание резьбового соединения в оборудовании для ударного бурения.

Еще одной задачей изобретения является создание направляющей трубы для механической подачи, которая улучшает долговечность резьбовых соединений в оборудовании для ударного бурения.

Эти и другие задачи были решены созданием направляющей трубы и колонны буровых штанг для механической подачи в соответствии с настоящим изобретением.

Сущность его заключается в том, что по сравнению с известной направляющей трубой для механической подачи в буровом оборудовании для бурения по породе (см., например, US 4128135A), имеющей наружный диаметр (D), который в основном постоянен вдоль ее оси, внутреннюю резьбу в отверстии на первом конце трубы и наружную резьбу на втором конце и сквозной промывочный канал для подачи промывочной среды при бурении, при этом указанное отверстие расположено вдоль оси трубы на длине (L1), на трубе, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, имеется цилиндрическая шейка, расположенная вблизи первого конца трубы, предназначенная для взаимодействия с зажимными средствами бурового оборудования и имеющая длину вдоль оси (L2) большую, чем длина вдоль оси (L1) указанного отверстия.

Шейка ограничена первым заплечиком и вторым заплечиком, при этом первый заплечик расположен вблизи внутренней резьбы, а второй заплечик - на расстоянии (L2) от первого заплечика, которое, по крайней мере, на 50% больше длины вдоль оси (L1) отверстия.

Первый заплечик включает плоскую часть, расположенную перпендикулярно центральной оси направляющей трубы, а второй заплечик имеет радиус (R2), больший, чем наименьший радиус (R1) первого заплечика.

Диаметр (D2) шейки находится в интервале 60-80% от наружного диаметра (D) направляющей трубы.

Целесообразно выполнение направляющей трубы с перепадом диаметров с каждой стороны шейки от -10% до +30%, при этом наружный диаметр D направляющей трубы составляет от 0,9DA до 1,3DA, где DA - наружный диаметр ее первого конца.

Промывочный канал имеет вход в зоне шейки и состоит, по крайней мере, из трех частей с различными диаметрами и включает вход, расположенный со стороны первого конца трубы, и выход со стороны второго конца, при этом вход имеет диаметр больший, чем диаметр выхода.

Объектом изобретения является также колонна буровых штанг для механической подачи в буровом оборудовании для бурения по породе, в которой используется направляющая труба, выполненная в соответствии с настоящим изобретением.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 на виде сбоку схематически показана буровая установка для ударного бурения с верхним молотком.

На фиг.2 на виде сверху схематически показан ключ для развинчивания резьбовых соединений.

На фиг.3 показана колонна буровых штанг в соответствии с изобретением в начальной стадии бурения.

На фиг.4 показана колонна буровых штанг в соответствии с изобретением на более поздней стадии бурения.

На фиг.5А на виде спереди показана направляющая труба в соответствии с изобретением.

На фиг.5В показан вид сверху направляющей трубы на фиг.5А.

На фиг.5С показано продольное сечение V-V направляющей трубы на фиг.5В.

На фиг.6 показан ключ при зажиме конца ранее известной направляющей трубы.

На фиг.7А показан ключ в момент захвата конца направляющей трубы в соответствии с изобретением.

На фиг.7В показан ключ с зажатой направляющей трубой в соответствии с изобретением в положении для развинчивания.

Детальное описание изобретения

Вариант направляющей трубы 10 в соответствии с изобретением для механической подачи в буровом оборудовании для бурения по породе описан ниже с отсылками прежде всего к фиг.5А-5С. Направляющая труба 10 имеет продолговатое тело в основном цилиндрической базовой формы с наружным диаметром D, первый конец 11 с муфтой или охватывающей частью 12 и второй конец 13 с выступом или охватываемой частью 14. Выступ 14 имеет в основном цилиндрическую наружную резьбу 15, а муфта 12 имеет в основном цилиндрическую внутреннюю охватывающую резьбу 16. Внутренняя резьба 16 или отверстие 32, в котором она выполнена, имеют длину вдоль оси L1, которая проходит от торца 24 муфты 12 до опорной поверхности или дна 18 муфты.

Промывочный канал, обозначенный в целом позицией 19, проходит внутри направляющей трубы 10, через которую подается промывочная среда, обычно вода или воздух. Сквозной промывочный канал 19 предназначен для подвода промывочной среды к долоту 20 для ударного молоткового бурения. Этот канал центрально расположен внутри цилиндрического тела направляющей трубы и включает, по крайней мере, три части 19А, 19В и 19С. Осевой промывочный канал 19 включает входную часть (вход) 19А, расположенную со стороны первого конца 11, и выходную часть (выход) 19С со стороны второго конца 13. Входная часть 19А имеет диаметр d_i, который больше, чем выходной диаметр d_o.

Направляющая труба 10 включает участок с уменьшенным диаметром или цилиндрическую шейку 23, связанную с или расположенную вблизи, прежде всего, конца муфты 12. Шейку ограничивают первый заплечик 25 и второй заплечик 26. Первый заплечик расположен вблизи внутренней резьбы 16 на расстоянии L3 от дна 18. Второй заплечик 26 расположен на расстоянии L2 от первого заплечика 25. Расстояние L2, по крайней мере, на 50% больше, чем глубина вдоль оси L1 отверстия 32, например, в одном случае длина L2 составляла 200 мм, а L1 - 120 мм. Первый заплечик 25 включает плоскую часть 27, которая расположена перпендикулярно к центральной оси CL направляющей трубы и не предназначена, как будет показано ниже, для воздействия на башмаки 4. Плоская часть 27 соединяется под углом 90° с наружной поверхностью 28 муфты 12 с наружным диаметром DA. Плоская часть 27 соединяется радиально внутрь через переход 29 с радиусом R1 с в основном цилиндрической наружной поверхностью 30 шейки 23. Второй заплечик соединяется с наружной поверхностью 30 через относительно большой радиус R2, который больше, чем радиус R1 первого заплечика. Диаметр D2 шейки выбран в интервале 60-80% наружного диаметра D направляющей трубы. Поскольку наружный диаметр D составляет от 0,9DA до 1,3DA, где DA - наружный диаметр первого конца 12, существует перепад диаметров с каждой стороны шейки от -10% до +30%. Промывочный канал ограничен на входе 19А, чтобы сохранить толщину стенки трубы, то есть сохранить ее прочность и возможность передавать удары. Диаметр D и толщина стенки трубы сохранены постоянными в ее средней части. Направляющая труба 10 состоит из средней части 10А и двух концов 11 и 13, соединенных с ней сваркой трением. Средняя часть 10А имеет канал 19В с диаметром d_m, который больше предпочтительно в два раза диаметра d_i входной части 19А. Части трубы выполнены из углеродистой стали, однако возможно, чтобы концы 11 и 13 были выполнены из нержавеющей стали в то время, как средняя часть 10А - из углеродистой стали.

На фиг.3 показана колонна буровых штанг в соответствии с изобретением, несущая направляющую трубу в соответствии с изобретением, в начальной стадии. бурения. Конец 11 направляющей трубы с внутренней резьбой жестко соединен с обычным хвостовым соединительным устройством 22, при этом обычное долото для ударного бурения 20, имеющее твердосплавные зубки, жестко соединено по резьбе с другим концом 13, имеющим наружную резьбу. Таким образом, бурение метр за метром породного массива может быть выполнено с поддержанием прямолинейности и обеспечением отвода буровой пыли, поскольку долото имеет направление, а скорость промывочной среды увеличивается снаружи и выше долота благодаря направляющей трубе 10.

На фиг.4 показана колонна буровых штанг в соответствии с изобретением с направляющей трубой в соответствии с изобретением на более поздней стадии операции бурения, т.е. когда долото 20 достигло глубины, по крайней мере, 4-6 м. Резьбовое соединение между хвостовым соединительным устройством 22 и направляющей трубой после этого развинчивается, поскольку башмаки 4 ключа 3 захватывают муфту 12, а остальная часть колонны продолжает вращаться. Хвостовое соединительное устройство остается соединенным по резьбе со штангой 21 при отвинченной направляющей трубе 10. Обычное положение башмаков 4 при развинчивании или затягивании штанги 21 с направляющей трубой показано на фиг.7А, т.е. башмаки сжимают муфту 12. Если резьбовое соединение при развинчивании находится в положении, показанном на фиг.7В, то есть, когда башмаки 4 сжимают вокруг шейку 23, заплечик 27 опирается на верхние стороны башмаков. В этом положении резьбовое соединение может быть ослаблено с помощью ударной нагрузки без перегрева резьбы или деформирования муфты 12 вследствие стабильной опоры на верхние стороны 5. Диаметр D2 шейки 23 выбирается как можно больше по сравнению с диаметром штанги 21. Длина шейки выбирается, по крайней мере, достаточно большой для расположения башмаков 4 вокруг шейки без каких-либо проблем.

Таким образом, изобретение относится к направляющей трубе и колонне буровых штанг для механической подачи в буровом оборудовании для бурения по породе, которые упрощают развинчивание резьбовых соединений в буровом оборудовании для ударного бурения и которые повышают долговечность этих резьбовых соединений.

1. Направляющая труба для механической подачи в буровом оборудовании для бурения по породе, имеющая наружный диаметр (D), который в основном постоянен вдоль ее оси, внутреннюю резьбу в отверстии на первом конце трубы, наружную резьбу на втором конце и сквозной промывочный канал для подачи промывочной среды к долоту при ударном молотковом бурении, при этом указанное отверстие расположено вдоль оси трубы на длине (L1), отличающаяся тем, что на ней выполнена цилиндрическая шейка, расположенная вблизи первого конца трубы, предназначенная для взаимодействия с зажимными средствами бурового оборудования и имеющая длину вдоль оси (L2), большую, чем длина вдоль оси (L1) указанного отверстия.

2. Направляющая труба по п.1, отличающаяся тем, что шейка ограничена первым заплечиком и вторым заплечиком, при этом первый заплечик расположен вблизи внутренней резьбы, а второй заплечик - на первом расстоянии (L2) от первого заплечика.

3. Направляющая труба по п.2, отличающаяся тем, что первое расстояние (L2), по крайней мере, на 50% больше длины вдоль оси (L1) отверстия.

4. Направляющая труба по п.2, отличающаяся тем, что первый заплечик (25) включает плоскую часть, расположенную перпендикулярно центральной оси направляющей трубы.

5. Направляющая труба по п.2, отличающаяся тем, что второй заплечик имеет радиус (R2), больший, чем наименьший радиус (R1) первого заплечика.

6. Направляющая труба по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что диаметр (D2) шейки выбран в интервале 60-80% от наружного диаметра (D) направляющей трубы.

7. Направляющая труба по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с перепадом диаметров с каждой стороны шейки от -10% до +30%, при этом наружный диаметр D направляющей трубы составляет от 0,9DA до 1,3DA, где DA - наружный диаметр первого конца.

8. Направляющая труба по п.1, отличающаяся тем, что сквозной промывочный канал имеет вход в зоне шейки.

9. Направляющая труба по п.1, отличающаяся тем, что сквозной промывочный канал состоит, по крайней мере, из трех частей с различными диаметрами и включает вход, расположенный со стороны первого конца трубы, и выход со стороны второго конца, при этом вход (19А) имеет диаметр, больший, чем диаметр выхода.

10. Колонна буровых штанг для механической подачи в буровом оборудовании для бурения по породе, содержащем зажимные средства, предназначенная для соединения с хвостовым соединительным устройством буровой установки одним концом свинчивающейся буровой штанги или направляющей трубы, причем другой конец направляющей трубы присоединен к долоту для ударного бурения, при этом направляющая труба имеет наружный диаметр, который в основном постоянен вдоль ее оси, и включает внутреннюю резьбу в отверстии на первом конце, наружную резьбу на втором конце и сквозной промывочный канал для подачи промывочной среды к долоту, при этом указанное отверстие расположено вдоль оси направляющей трубы на длине (L1), отличающаяся тем, что на направляющей трубе выполнена цилиндрическая шейка, расположенная вблизи первого конца трубы, предназначенная для взаимодействия с зажимными средствами и имеющая длину вдоль оси (L2), большую, чем длина вдоль оси (L1) указанного отверстия.