буровое устройство

Формула изобретения

Буровое устройство для проходки скважин в неустойчивых породах, включающее обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, призабойную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, состоящим из наковальни, взаимодействующей с обсадной трубой, и породоразрушающей коронки, имеющей хвостовую часть, пилотную и расширительную ступени, выполненные за одно целое, и закрепленной хвостовой частью в наковальне эксцентрично с возможностью осевого перемещения и поворота на 180^o относительно наковальни, причем расширительная ступень размещена эксцентрично оси наковальни, а пилотная ступень выполнена эксцентрично оси хвостовой части коронки, отличающееся тем, что коронка, имеющая кулачок, выполненный за одно целое с ней, закреплена в наковальне посредством ведущей втулки и двух полуколец, размещенных в проточке хвостовой части коронки, при этом ведущая втулка снабжена торцевым кулачком, выполненным с возможностью взаимодействия с кулачком коронки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проходки скважин в неустойчивых породах.

Известно устройство для бурения скважин с одновременной обсадкой, а.с. 1461851, которое включает буровую колонку, размещенную внутри обсадной трубы с возможностью совместного вращения, и породоразрушающий инструмент.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность работы, так как породоразрушающий инструмент может бурить только слабые породы, которые не имеют включения крепких горных пород.

За прототип принято буровое устройство по патенту США 5040621, кл. E 21 B 7/20, 20.08.91, которое включает обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, призабойную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, состоящим из наковальни, взаимодействующей с обсадной трубой, и породоразрушающей коронки, имеющей хвостовую часть, пилотную и расширительную ступени, выполненные за одно целое, и закрепленной хвостовой частью в наковальне эксцентрично с возможностью осевого перемещения и поворота на 180^o относительно наковальни, причем расширительная ступень размещена эксцентрично оси наковальни, а пилотная ступень выполнена эксцентрично оси хвостовой части коронки.

Недостатком этого устройства является низкая надежность, низкая эффективность работы ввиду интенсивного износа элементов бурового устройства.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, - повышение надежности и эффективности работы бурового устройства.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемой конструкции бурового устройства, включающего обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, призабойную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, составленным из наковальни, взаимодействующей с обсадной трубой, и породоразрушающей коронки, имеющей хвостовую часть, пилотную и расширительную ступени, выполненные за одно целое, и закрепленной хвостовой частью в наковальне эксцентрично с возможностью осевого перемещения и поворота на 180^o относительно наковальни, причем расширительная ступень размещена эксцентрично оси наковальни, а пилотная ступень выполнена эксцентрично оси хвостовой части коронки, которая имеет кулачок, выполненный за одно целое ней и закреплена в наковальне посредством ведущей втулки и двух полуколец, размещенных в проточке хвостовой части коронки, при этом ведущая втулка снабжена торцевым кулачком, выполненным с возможностью взаимодействия с кулачком коронки.

Такая конструкция обеспечивает повышение надежности и эффективности работы бурового инструмента.

Надежность устройства повышается за счет того, что пилотная и расширительная ступени породоразрушающей коронки выполнены за одно целое.

Эффективность работы устройства повышается, во-первых, из-за того, что значительно увеличен суммарный эксцентриситет расширительной ступени, так как не только пилотная ступень выполнена эксцентрично относительно оси хвостовой части коронки, но и сама коронка установлена в наковальне эксцентрично. Во-вторых, крепление коронки относительно наковальни выполнено подвижно в осевом направлении, что улучшает передачу энергии удара на забой.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид устройства в рабочем положении, на фиг. 2 - обсадно-буровой инструмент во время бурения, на фиг. 3 - поперечное сечение инструмента по хвостовой части породоразрушающей коронки фиг. 2, на фиг. 4 - обсадно-буровой инструмент во время его подъема и на фиг. 5 - поперечное сечение инструмента в положении, изображенном на фиг. 4.

Буровое устройство включает обсадную трубу 1 (фиг. 1) с внутренним выступом 2 в передней части, призабойную ударную машину 3 с обсадно-буровым инструментом 4, составленным из наковальни 5, (см. фиг. 2), породоразрушающей коронки 6, закрепленной хвостовой частью 7 в наковальне 5, имеющей пилотную ступень 8 и расширительную ступень 9, размещенную с эксцентриситетом e₁ относительно оси наковальни 5. Во время подъема инструмента пилотная ступень 8 имеет эксцентриситет e₂ относительно оси хвостовой части 7 коронки 6 (фиг. 4). Коронка 6 установлена в наковальне 5 с эксцентриситетом e₃ и закреплена в наковальне 5 посредством ведущей втулки 10, снабженной торцевым кулачком 11 и двух полуколец 12. Обратная часть 13 кулачкового соединения выполнена за одно целое с коронкой 6 (фиг. 3 и 5).

Устройство работает следующим образом.

Призабойная ударная машина 3 (фиг. 1), размещенная внутри обсадной трубы 1, воздействует на обсадно-буровой инструмент 4, прикладывая к нему ударные импульсы и крутящий момент. Ввиду того, что породоразрушающая коронка 6 установлена в наковальне 5 подвижно в осевом направлении и удерживается от выпадания двумя полукольцами 12 (фиг. 2), передача на забой ударных импульсов происходит значительно эффективнее, чем у прототипа, у которого коронка жестко закреплена в наковальне. Крутящий момент передается от наковальни 5 (см. фиг. 2 и 3) коронке 6 через ведущую втулку 10, закрепленную в наковальне 5 на резьбе (фиг. 2), кулачок 11, принадлежащий этой втулке, и обратную часть 13 кулачка (фиг. 3), выполненную за одно целое с коронкой 6. (На фиг. 3 вращение коронки осуществляется против часовой стрелки). Пилотная ступень 8, ось которой во время бурения совпадает с осью ударной машины 3, образует пионерную скважину, а расширительная ступень 9, за счет эксцентриситета (фиг. 2), расширяет пионерную скважину до наружного диаметра обсадной трубы 1. Ввиду того, что наковальня 5 своим наружным буртиком взаимодействует с внутренним выступом 2 обсадной трубы 1, происходит погружение обсадной трубы 1.

После окончания бурения буровой став и ударную машину 3 с обсадно-буровым инструментом 4 приподнимают от забоя и поворачивают в обратном направлении (фиг. 4 и 5). На фиг. 5 поворот указан по часовой стрелке. В этом случае кулачок 11 втулки 10 упрется в обратную часть 13 кулачка, принадлежащую коронке 6, и произойдет поворот коронки. Пилотная ступень 8 и расширительная ступень 9 при повороте коронки 6 относительно наковальни 5 за счет эксцентриситетов e₂ и e₃ займут положение, обеспечивающее свободный проход коронки 6 внутри обсадной трубы 1.

Таким образом осуществляется подъем обсадно-бурового инструмента 4 (фиг. 1), а обсадная труба 1 остается в скважине. Цикл работы устройства заканчивается.

Отметим особенности предложенного технического решения.

Первая особенность - с целью повышения надежности пилотная 8 и расширительная 9 ступени породоразрушающей коронки 6 выполнены за одно целое (фиг. 2). У прототипа расширительная ступень выполнена отдельно и связана с коронкой, жестко закрепленной в наковальне, с помощью кулачка. В предлагаемой конструкции хвостовик 7 коронки 6 (фиг. 2) установлен в наковальне 5 с возможностью поворота на 180^o относительно наковальни 5. При этом с целью разбуривания пионерной скважины и последующего свободного извлечения инструмента из скважины коронка 6 установлена в наковальне с эксцентриситетом e₃.

Вторая особенность - пилотная ступень 8 выполнена с эксцентриситетом e₂ относительно оси хвостовой части 7 коронки 6 (фиг. 4). Эксцентриситет e₂ равен эксцентриситету e₃ поэтому во время бурения ось пилотной ступени 8 совпадает с осью наковальни 5 (фиг. 2).

Третья особенность - коронка 6 установлена в наковальне 5 с эксцентриситетом e₃. Наряду с эксцентриситетом e₁ расширительной части 9, эта конструктивная особенность обеспечивает необходимость расширение пионерной скважины и возможность складывания инструмента при реверсе вращения (фиг. 2).

Четвертая особенность - коронка 6 закреплена в наковальне 5 с возможностью осевого перемещения посредством ведущей втулки 10, снабженной торцевым кулачком 11 и двух полуколец 12 (фиг. 2). В отличие от прототипа, у которого коронка жестко закреплена в наковальне и общая масса их значительна, эта особенность обеспечивает лучшую передачу ударной энергии на забой. Закрепление ведущей втулки 10 в наковальне 5 на резьбе и установка в проточке хвостовой части 7 коронки 6 двух полуколец 12 обеспечивает надежное закрепление коронки 6 в наковальне 5.