Система для замены на месте режущего элемента земляного бура и комбинированная система для замены на месте буровой головки и бура-расширителя

Система для замены на месте режущего элемента земляного бура и комбинированная система для замены на месте буровой головки и бура-расширителя

Реферат

 

Изобретение относится к системе для замены на месте в полевых условиях режущего элемента земляного бура и к системе для замены на месте буровых головок или/и буров-расширителей для выбора проб. Система для замены на месте режущего элемента бура, в которой режущий элемент составлен из ряда сегментов, включает в себя трубчатый элемент, выполненный с возможностью соединения с нижним концом бура и имеющий средство установки, образованное периферийно по внутренней стенке трубчатого элемента для установки на нем указанных сегментов в режущем положении с возможностью контактирования с землей, и в принципе цилиндрическую вставку. Режущий элемент включает в себя ряд отдельно установленных сегментов. Вставка закреплена на трубчатом элементе с возможностью перемещения в его пределах между положением установки, в котором вставка размещает сегменты в средстве установки и удерживает их в режущем положении между вставкой и элементом, и положением возвращения, в котором вставкой и элементом для возможности извлечения и замены сегментов. В комбинированной системе буровая головка и бур-расширитель содержат ряд сегментов, а также первую подсистему для замены сегментов головки и вторую подсистему для замены сегментов бура-расширителя. Каждая подсистема включает в себя трубчатый элемент, выполненный с возможностью соединения с нижним концом бура и имеющий средство установки, образованное периферийно по внутренней стенке трубчатого элемента для установки на нем сегментов в режущем положении с возможностью контактирования с землей, и вставку, закрепленную на трубчатом элементе с возможностью перемещения в его пределах между положением установки, в котором вставка размещает сегменты в средстве установки и удерживает их в режущем положении между вставкой и элементом, и положением возвращения, в котором вставка втягивается, освобождая сегменты из расположения между вставкой и элементом для возможности извлечения и замены сегментов. Элемент второй подсистемы подсоединен к нижнему концу бура. Элемент первой подсистемы подсоединен к элементу второй подсистемы. Буровая головка и бур-расширитель установлены с возможностью их одновременной замены. 2 с. и 23 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к системе для замены на месте в полевых условиях режущего элемента земляного бура и, в частности к системе для замены на месте буровых головок или/и буров-расширителей для выбора проб.

При земляном бурении традиционно прикрепляют буровую головку с возможностью ее отсоединения к нижнему концу ряда буровых штанг земляного бура и вращают их, чтобы пробурить отверстие в земле посредством буровой головки. Бур-расширитель обычно вставляется между нижним концом ряда штанг и буровой головкой, чтобы расширить окружающую стенку пробуриваемой скважины. Ряд буровых штанг выполнен в виде винтового соединения отдельных буровых штанг. Буровые штанги обычно поставляются с фиксированными длинами 1,5, 3 или 6 м. По мере проникновения бура в землю дополнительные буровые штанги ввинчиваются в верхний конец ряда буровых штанг.

В ходе бурения возникает необходимость заменить буровую головку и бур-расширитель либо из-за затупления буровой головки, либо из-за изменений подпочв. Хотя головку бура нужно заменять чаще (обычно, как минимум, в шесть раз чаще), чем бур-расширитель.

Для того, чтобы заменить буровую головку или бур-расширитель, нужно вытянуть из земли штангу, за штангой весь ряд штанг, заменить буровую головку и снова собрать ряд буровых штанг, штанга за штангой, после чего он снова опускается в землю для продолжения бурения. Полное извлечение, разборка и новый монтаж ряда буровых штанг при смене буровой головки/бура-расширителя - это медленная и дорогая процедура, себестоимость которой растет по мере углубления скважины и удлинения ряда штанг.

Ранее предпринимался ряд попыток для решения этой проблемы, по крайней мере, что касается буровых головок, посредством использования убирающихся буровых головок, которые зацепляются с нижним концом ряда штанг с возможностью освобождения и могут быть отсоединены и вытянуты через ряд буровых штанг для смены, тогда как ряд штанг остается на месте, что позволяет избежать необходимости вытягивания штанг из скважины. Однако эти устройства не оказались коммерчески успешными по разным причинам, включая следующие: они чрезвычайно усложнены по конструкции или применению, что приводит к большому количеству поломок, или/и они слишком дорогостоящи при изготовлении или для поддержания в рабочем состоянии; они подвержены загрязнениям из-за буровой жидкости и загрязнителей, истачивающих или защемляющих участки буровой головки; плохое выравнивание участков буровой головки с рядом штанг; снижение диаметра образца керна из-за фиксации буровой головки ко внутренней трубе ряда буровых штанг; снижение скорости прохода скважины; и поломка отдельных участков буровой головки.

Задачей настоящего изобретения является создание системы для замены на месте буровых головок или/и буров-расширителей земляного бура, для преодоления, как минимум одного из описанных выше недостатков предыдущих разработок.

Согласно настоящему изобретению, имеется система для замены на месте режущего элемента земляного бура, где режущий элемент состоит из ряда отдельно установленных сегментов, причем указанная система включает в себя: трубчатый элемент, приспособленный для соединения с нижним концом земляного бура, причем этот трубчатый элемент имеет средство установки, образованное по окружности внутренней стенки трубчатого элемента для установки указанных сегментов в режущем положении, в котором сегменты могут соприкасаться с землей; в принципе цилиндрическую вставку, удерживаемую в этом элементе, причем вставка закреплена на трубчатом элементе и может перемещаться в его пределах между положением установки, в котором вставка располагает сегменты в средстве установки и удерживает сегменты в режущем положении между вставкой и элементом, и положением возвращения, в котором вставка отводится назад для высвобождения сегментов из положения между вставкой и элементом, причем сегменты могут быть возвращены для их замены.

В качестве предпочтительно, средство установки содержит последовательность конических и плоских поверхностей, образованных на указанной внутренней окружной стенке элемента.

Предпочтительно, чтобы указанное режущее средство было буровой головкой, а указанные сегменты были сегментами головки, причем эти сегменты головки имеют ряд конусных и плоских поверхностей, которые обращены к указанной последовательности поверхностей, образованной на элементе, когда сегменты головки удерживаются между вставкой и элементом, причем каждый ряд поверхностей имеет такую конфигурацию и так сближен, что сегменты головки могут скользить относительно элемента, находящегося в режущем положении, в ответ на подъем бура со дна просверливаемой им скважины или на его опускание на дно этой скважины.

Предпочтительно, чтобы ряд поверхностей, кроме того, имел такую конфигурацию и был так сближен, чтобы нижний конец сегментов головки мог изгибаться в радиальном направлении от продольной оси элемента, чтобы примыкать ко внутренней окружной стенке элемента, когда бур используется для выборки керна и поднимается со дна скважины для разламывания образца керна.

Предпочтительно, чтобы указанное средство установки содержало выступ, проходящий по периферии внутренней окружающей стенки указанного элемента для зацепления верхнего конца каждого сегмента, причем этот выступ размещен рядом и выше самой высокой из конусных и ровных поверхностей, образованных на элементе.

Предпочтительно, чтобы эта система, кроме того, содержала инструмент, размеры которого позволяли бы ему перемещаться в земляном буре и входить в элемент для переноса сегментов к цементу и от него, причем этот инструмент может переводиться между режимом установки, в котором сегменты устанавливаются на этот инструмент для установки в элемент, и режимом возвращения, в котором инструмент лишен сегментов, для возвращения обратно сегментов, ранее установленных в элементе; причем инструмент средство сцепления для зацепления вставки, причем инструмент может перемещать вставку между положением установки и положением возвращения, новые сегменты могут устанавливаться при переводе инструмента в режим установки и опусканием инструмента в бур в положение, где инструмент проходит за пределы нижнего конца вставки, а средство сцепления зацепляет вставку, где дальнейшее перемещение вниз инструмента передвигает вставку в положение установки, в котором вставка размещает сегменты в средстве установки и удерживает сегменты в режущем положении между вставкой и элементом, после чего инструмент можно вынуть для продолжения бурения.

Предпочтительно, чтобы инструмент содержал защелку для установки и защелку для возвращения для зацепления вставки, причем защелка для установки может приводиться в действие, а защелка для возвращения обратно не может приводиться в действие, когда инструмент находится в режиме установки, и обе защелки - установки и возвращения - могут приводиться в действие, когда инструмент находится в режиме возвращения, причем защелка для установки может зацеплять вставку, когда инструмент опускается в бур, а защелка для возвращения может зацеплять вставку, когда инструмент вытягивается вверх на первое расстояние, для вытягивания вставки вверх на первое расстояние, при этом защелка возвращения автоматически отцепляется от вставки после вытягивания инструмента вверх на расстояние, превышающее это первое расстояние.

Предпочтительно, чтобы такой инструмент включал в себя средство выбора режима для переключения инструмента между режимами установки и возвращения обратно, содержащее селекторную муфту, установленную с возможностью скольжения и вращения на участке корпуса инструмента и имеющую отверстия для установки и отверстия для возвращения, через которые защелки установки и возвращения могут выдаваться, соответственно, где селекторная муфта может вращаться из первого положения, соответствующего режиму установки, в котором отверстия установки лежат над защелкой для установки, а отверстия для возвращения радиально смещены относительно защелки для возвращения, до второго положения, соответствующего режиму возвращения, в котором отверстия для установки и отверстия для возвращения лежат над защелкой для установки и над защелкой для возвращения, соответственно.

Предпочтительно, чтобы защелка для установки зацепляла вставку посредством примыкания к одной или нескольким примыкающим поверхностям, образованным около верхнего конца вставки.

Предпочтительно, чтобы верхний конец вставки имел такой профиль, что когда защелка для установки соприкасается с этим верхним концом, инструмент можно вращать относительно его продольной оси, для выравнивания инструмента, вставки и сегментов таким образом, чтобы сегменты могли быть установлены между вставкой и элементом или извлечены оттуда.

Предпочтительно, чтобы вставка имела первый кулачок для зацепления защелки для возвращения, а система, кроме того, включает в себя средство для расцепления защелки для возвращения с первым кулачком, когда инструмент вытягивается вверх дальше, чем указанное первое расстояние.

Предпочтительно, чтобы средство для расцепления содержало конусную поверхность для сжатия защелки для возвращения.

Предпочтительно, чтобы инструмент содержал несущий элемент, на который могут устанавливаться сегменты для переноса их к элементу и от него, причем инструмент может приводиться в действие, что заставляет сегменты скользить относительно корпуса инструмента, когда инструмент зацепляет вставку, а верхний конец сегментов может проходить сбоку от инструмента, чтобы зацепить средство установки и вставку.

Предпочтительно, чтобы несущий элемент содержал гнездо, вокруг которого размешаются по радиусу, отстоя друг от друга, сегменты, причем гнездо может скользить относительно части инструмента, когда инструмент находится в режиме установки и инструмент зацепляет вставку, причем после относительного скользящего движения гнезда и указанной части инструмента верхний конец сегментов проходит сбоку от инструмента для зацепления его средством установки и вставкой.

Предпочтительно, чтобы эта система, кроме того, содержала упругую полосу, окружающую сегменты, для удержания их на инструменте, причем упругая полоса смещает сегменты по направлению к продольной оси элемента, когда сегменты удерживаются в режущем положении, причем в течение извлечения сегментов упругая полоса помогает направлять сегменты на инструмент.

Предпочтительно, чтобы гнездо содержало удлиненный хвостовик, проходящий от нижнего конусного конца указанной части корпуса инструмента, который размещен с возможностью скольжения внутри расточенного отверстия в этой части корпуса, и средство смещения для втягивания хвостовика в расточенное отверстие, причем в режиме установки и до зацепления инструмента со вставкой средство смещения удерживается в сжатом состоянии, а хвостовик проходит от расточенного отверстия таким образом, что верхние концы сегментов покоятся на конусном конце и после сцепления инструмента со вставкой средство смещения высвобождается из состояния сжатия, что втягивает хвостовик в расточенное отверстие, так что верхние концы сегментов скользят вдоль конусного конца, проходя сбоку от инструмента.

Предпочтительно, чтобы селекторная муфта приводила в действие второй кулачок для поддержания средства смещения в сжатом состоянии и была связана с защелкой для установки, так что когда эта защелка зацепляет вставку, селекторная муфта скользит относительно корпуса инструмента, чтобы высвободить второй кулачок, что обеспечивает расширение средства смещения и втягивание хвостовика в расточенное отверстие.

В альтернативном примере осуществления изобретения систему можно использовать для замены на месте бура-расширителя земляного бура, состоящего из ряда отдельных сегментов. В этом варианте гнездо содержит ряд выемок, образованных в корпусе инструмента, причем верхний конец каждой выемки имеет уклон по направлению к внешней поверхности корпуса, и селекторную муфту, имеющую ряд отверстий, лежащих над сегментами как в режиме установки, так и в режиме возвращения, с радиально внутрь направленным фланцем, имеющимся у нижнего конца каждого отверстия для примыкания к нижнему концу каждого сегмента, причем когда защелка для установки зацепляет вставку, когда инструмент находится в режиме установки, селекторная муфта может скользить относительно корпуса инструмента, так что выступы "толкают сегменты, а верхние концы сегментов скользят вдоль уклонов, проходя сбоку за пределы инструмента, чтобы сцепить средство установки и вставку. В этом примере воплощения предпочтительно чтобы средство установки содержало ряд профилей, образованных по радиусу вокруг элемента, через которые лезвия кромок сегментов могут выдаваться, чтобы резать землю.

Еще в одном примере осуществления изобретения предусматривается комбинированная система для замены на месте и буровой головки, и бура- расширителя земляного бура, в которой буровая головка содержит ряд сегментов бура-расширителя, причем комбинированная система содержит первую подсистему для замены сегментов головки и вторую подсистему для замены сегментов бура-расширителя, причем каждая подсистема включает в себя трубчатый элемент и вставку в соответствии с первым аспектом этого изобретения, где элемент второй подсистемы соединен с нижним концом бура, а элемент первой подсистемы соединен с элементом второй подсистемы, так что буровую головку и бур-расширитель можно заменять одновременно.

Примеры осуществления настоящего изобретения будут теперь описаны только в качестве примеров со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых: На фиг. 1 изображен вид сбоку в вертикальном разрезе первого примера выполнения системы, размещенной внутри земляного бура; на фиг. 2 - вид сбоку в вертикальном разрезе инструмента, используемого в системе, представленной на фиг. 1; на фиг. 3 - продольный вид в разрезе инструмента, представленного на фиг. 2; на фиг. 4,a - вид сбоку в вертикальном разрезе селекторной муфты инструмента, представленного на фиг. 2 и 3; b - вид с торца муфты, представленной на фиг. 4,a; c - вид противоположного торца муфты, представленной на фиг. 4,a; d - вид разреза В-В, показанного на фиг. 4,a; e - вид разреза С-С, показанного на фиг. 4,a; f - частичный вид разреза А-А, показанного на фиг. 4,b; g - вид разреза D-D, показанного на фиг. 4,a; на фиг. 5,a - вид сбоку в вертикальном разрезе вставки, используемой в системе, представленной на фиг. 1; b - вид одного торца вставки, представленной на фиг. 5,a; c - вид противоположного торца вставки, представленной на фиг. 5,a; на фиг. 6,a - продольный вид в разрезе элемента, используемого в системе, представленной на фиг. 1; b - вид одного торца элемента, представленного на фиг. 6,a; c - вид противоположного торца элемента, представленного на фиг. 6,a; d - вид нижней части элемента, представленного на фиг. 6,a; на фиг. 7,a - вид сбоку сегмента головки, используемой в системе, представленной на фиг. 1; b - вид сверху сегмента головки, представленной на фиг. 6,a; с - это вид с торца сегмента головки, представленной на фиг. 7,a и 7,b; на фиг. 8,a - вид сверху запирающего зажима, используемого в системе, представленной на фиг. 1; b - вид сбоку запирающего зажима, представленного на фиг. 6,a; на фиг. 9 - увеличенный частичный вид в разрезе нижнего торца системы; на фиг. 10 - вид в разрезе торца бура в режиме бурения, причем сегменты головки заперты вставкой в режущем положении; на фиг. 11 - вид ряда буровых штанг, представленного на фиг. 10, здесь ряд буровых штанг вытягивается вверх со дна скважины; на фиг. 12 - вид в разрезе инструмента, используемого во втором примере осуществления настоящего изобретения; на фиг. 13 - вид сверху сегмента бура-расширителя, используемого во втором примере осуществления изобретения; на фиг. 14 - частичный вид в разрезе второго примера осуществления изобретения, где сегменты бура-расширителя удерживаются в режущем положении; на фиг. 15 - вид сбоку транспортной муфты для системы, представленной на фиг. 1; на фиг. 16 - вид сбоку транспортной муфты с собственным весом, представленной на фиг. 1.

На фиг. 1 показан первый пример осуществления системы 10 для замены на месте режущего элемента в виде буровой головки земляного бура 12. Бур 12 образован рядом взаимно соединенных буровых штанг 14. Стандартный бур-расширитель 16 для разбуривания окружающей стенки скважины привинчен к свободному концу самой нижней штанги 14.

Система 10 содержит ряд отдельных, но взаимодействующих элементов, к числу которых относятся: трубчатый элемент, 18, имеющий форму элемента для выработки штреков, который может подсоединяться к нижнему концу бура 12, инструмент для установки и возвращения (извлечения) 20, размеры которого позволяют ему перемещаться в буре 12 для переноса сегментов буровой головки 22 (см. фиг. 7,a, 7,b и 9) к элементу 18 для выработки штреков и от него, и в принципе цилиндрическая вставка 24, которая удерживается с возможностью скольжения внутри элемента 18 между положением установки, в котором ставка удерживает сегменты головки 22 в элементе 18 для выработки штреков, и положением возвращения, в котором вставка 24 втягивается, позволяя сегментам 22 спадать на инструмент 20 для извлечения из бура 12.

На фиг. 6,a и d можно видеть, что внутренняя окружная стенка 26 у нижнего конца 28 элемента 18 имеет средство для установки сегментов головки 22. Средство установки содержит выступ 32, проходящий периферийно вокруг внутренней поверхности 26, за которой следует в направлении вниз последовательные конусные и плоские поверхности и выемки 58, образованные в одной из самых нижних из этих поверхностей. Конкретно, за выступом 32 следует следующая последовательность поверхностей в направлении вниз: поверхность 34, отходящая по конусу от продольной оси 36 элемента 18; поверхность 38, проходящая параллельно оси 36; поверхность 40, направленная по конусу к оси 36; поверхность 42, отходящая по конусу от оси 36; поверхность 44, проходящая параллельно оси 36; поверхность 46, направленная по конусу к оси 36; и поверхность 48, отходящая по конусу от оси 36 и проходящая к продольной оконечности 50 элемента 18. С поверхностью 48 соприкасается поверхность 52, отходящая по конусу от оси 36 и от оконечности 50, которая ведет ко внешней кольцевой поверхности 54 элемента 18.

На поверхности 46 имеется ряд приливов 56. Соседние шипы 56 образуют выемки 58, в которых во время бурения удерживается нижний конец сегментов головки 22. Как очевидно из фиг.6b, ширина приливов 56 уменьшается в радиальном направлении к оси 36. Пара противоположных пазов 60, проходящих параллельно оси 36, выполнена машинной обработкой в стенке 26 конца элемента 18. Запирающий зажим 62 (см. фиг. 8,a и b) вставлен в верхний конец 64 каждого паза 60. Нижний конец каждого запирающего зажима имеет поверхность 65, направленную по конусу к внутренней стенке 26 и к пружинному зажиму 66, прикрепленному около верхнего конца зажима на поверхности, противоположной внутренней стенке 26.

Как видно из фиг. 7,a и b, сегменты головки 22 имеют "такую конфигурацию, что могут сопрягаться со средством установки элемента 18. Сегменты головки содержат хвостовик 68 и коронку 70, образованные на нижнем конце хвостовика 68 для сцепления и резки грунта. Коронка 70 обычно содержит алмазно-металлическую матрицу. При работе, когда сцепляющаяся с грунтом грань 72 коронки изнашивается, для облегчения резки оголяются новые алмазы.

Сторона 74 (показана самой верхней на фиг. 7,b) сегментов головки 22 обращена к внутренней поверхности 26 элемента 18. Сторона 74 хвостовика 68 содержит следующие последовательные поверхности, начиная от коронки 70 (ось 36 показана прерывисто, для удобства ссылок на фиг. 7,a); поверхность 76, направленную по конусу к оси 36; поверхность 77, проходящую параллельно оси 36; поверхность 78, отходящую по конусу от оси 36; поверхность 80, направленную по конусу к оси 36; ровную поверхность 82, проходящую параллельно оси 36; поверхность 84, отходящую по конусу от оси 36; поверхность 86, направленную по конусу к оси 36; поверхность 88, проходящую параллельно оси 36. За поверхностью 88 следует крутая ступенька 90, которая ведет к поверхности 92, направленной по конусу к оси 36 и проходящей к оконечности 94 хвостовика 68.

Противоположная сторона 96 хвостовика 68 содержит следующие последовательные поверхности в направлении от оконечности 94 к коронке 70: поверхность 98, направленную по конусу к оси 36; ровную поверхность 100, проходящую параллельно оси 36; поверхность 102, направленную по конусу к оси 36; и ровную поверхность 104, проходящую параллельно оси 36.

Как наиболее ясно показано на фиг. 7,c коронка 70 имеет форму сектора кольца и образована внутренней и внешней арочными лицевыми поверхностями 106 и 108, соответственно, причем длина лицевой поверхности 108 больше длины лицевой поверхности 106. Лицевая поверхность коронки 70, противоположная режущей грани 72, имеет следующие последовательные поверхности в направлении от внешней лицевой поверхности 108 к внешней лицевой поверхности 106: поверхность 110, проходящую параллельно режущей грани 72; поверхность 112, наклонную по направлению к режущей грани 72 и оканчивающуюся рядом с поверхностью 76 хвостовика; и поверхность 114, отходящую по конусу по направлению от режущей грани 72 и оканчивающуюся у арочной лицевой поверхности 106. Поверхности 112 и 76 образуют V-образную выемку, которая может зацеплять рабочие части 48 и 52 элемента 18 (как видно из фиг. 10).

На фиг. 2-4,f инструмент 20 содержит основную часть корпуса 118, на которой удерживается с возможностью скольжения и вращения селекторная муфта. Верхний конец 122 корпуса 118 имеет винтовую резьбу для прикрепления стандартного линейного проводного переходника 124. Пара противоположных продольных желобов (не показаны) выполнена машинной обработкой в корпусе 118 у конца 122 для удержания с возможностью скольжения кольца 126. На внутренней круговой поверхности кольца имеется пара выступов (не показаны), которые входят в желоба, позволяя кольцу 126 скользить продольно корпусу 118. Пружина 128, удерживаемая между линейным проводным переходником 124 и кольцом 126, смещает кольцо 126 и муфту 120 в сторону от конца 122. Выступ 130 образован на конце кольца 126 рядом с муфтой 120 для зацепления с одной из двух выемок селектора режима 132, 134, вырезанных в смежном конце муфты 120.

Корпус 118 имеет внутреннюю полость 136, в которой размещается пара защелок для установки 138. Штифт 140 проходит через один конец обеих защелок 138 и связывает корпус 118 с муфтой 120. Штифт 140 находится в продольном пазу (не показан), образованном в корпусе 118, и в проходящем поперечно пазу 142, образованном в муфте 120. Каждый конец штифта 140 покоится на фланце 143, образованном по периферии пазов 142. Это обеспечивает соединение между корпусом 118 и муфтой 120, когда муфта может продольно скользить и вращаться относительно корпуса 118.

Второй штифт 144 проходит параллельно штифту 140 и находится в продольном пазу 148, образованном в корпусе 118. Пружина 150 соединяет противоположные концы защелок 138 со штифтом 144. Пружина 150 смещает защелки 138 так, чтобы расположить их сбоку от корпуса 118 и через отверстия или пазы 139 (см. фиг. 4,a,d), прорезанные в муфте 120. Каждая защелка 138 имеет несущую грань 152 для примыкания к вставке 24. В инструменте 20 также имеется пара защелок для возвращения 154, аналогичных защелкам для установки, на стороне противоположного конца 122 защелок-собачек 138. Однако защелки для возвращения 154 расположены в плоскости расположенной перпендикулярно плоскости, защелок для установки. Кроме того, защелки для возвращения ориентированы в противоположном направлении относительно защелок установки 138. Т. е. концы 156 защелок для возвращения обратно смещены пружиной (не показана) и проходят сбоку от корпуса 118 и через отверстия или пазы 155 (см. фиг. 4,a, 4,e), прорезанные в муфте 120, причем противоположные концы 158 удерживаются штифтом 160, проходящим через корпус 118. Несущие грани 162 образованы на концах 156 защелок для возвращения 154 для зацепления вставки 24.

Как наиболее видно из фиг. 4,d и e пазы (прорези) 139 для защелок для установки шире, чем пазы 155 для защелок для возвращения обратно.

Прямоугольная полость 164 образована в корпусе 118 рядом с защелками для возвращения 154. Отверстие 168, которое сообщается с цилиндрической выемкой 170, проходит продольно относительно одного конца 166 полости 164. Выемка 170 проходит через усеченно-конический конец 172 корпуса 118. Полость 164, отверстие 168 и выемка 170 совместно образуют направляющую 174 для гнезда 176, на котором находятся сегменты головки 22.

Гнездо 176 содержит центральный стержень 178, от которого соосно проходит у одного конца шток 180 с винтовой резьбой и оканчивается у противоположного конца в стопоре 182. Шток 180 проходит через выемку 170 и отверстие 168 в полость 164. Конец стержня 178, прилегающий к штоку 180, входит в выемку 170 с возможностью скольжения. Пружина 184 удерживается на штоке 180 между натяжной регулировочной гайкой 186, навинченной на шток 180, и концом 166 полости 164. Противоположные концы 188 и 190 гайки 186 конусообразны или скошены, чтобы их толщина уменьшалась радиально в сторону от центра гайки 186.

Пара стопорных штифтов (не показаны) находится в соответствующих выемках 192, образованных в корпусе 118. Штифты удерживаются внутри их соответствующих выемок 192 муфтой 120 и имеют конец, который можно селективно вставить в выемку 164 или вынуть из нее посредством относительного перемещения муфты 120. На фиг. 4,f видно, что внутренняя окружающая стенка 194 муфты 120 имеет кольцевой желоб 196.

Когда муфта размещена так, что желоб 196 лежит над выемками 192, концы штифтов в них могут попадать из полости 164, позволяя разжиматься пружине 184. Однако концы штифтов удерживаются и проходят в полость 164 благодаря примыканию штифтов к стенке 194, когда муфта 120 расположена так, что желоб 196 не лежит выше выемок 192. При этом условии штифты упираются в гайку 186, поддерживая пружину 184 в сжатом состоянии.

При загрузке инструмента 20 для установки сегментов головки 22 сегменты размещаются радиально вокруг стержня 178, причем коронки упираются в стопор 182. Поверхность 98 каждого сегмента головки 22 покоится на усеченно-коническом конце 172 с большим диаметром для корпуса 118. Упругая полоса 198 окружает сегменты головки 22 вокруг соответствующих поверхностей 82, чтобы удерживать сегменты головки в гнезде 176.

Ряд гребней 200 находится на внешней поверхности муфты 120, проходя параллельно длине муфты 120. Гребни 200 отстоят друг от друга на равные промежутки, причем соседние гребни образуют неглубокие каналы 202, через которые может протекать жидкость, когда инструмент 20 опускается через бур 12.

В системе 10 имеется вставка (см. фиг. 5,a-c) для расширения сегментов головки 22 при смещении упругой полосы 198 и для размещения сегментов головки 22 в режущем или бурящем положении относительно внутренней поверхности элемента 18.

Вставка 24 имеет форму цилиндрической трубы, имеющей пару противоположных пиков 206, проходящих от расположенного наверху контра 204. Стороны каждого пика резко скашиваются в направлении вниз и приводят к плоским площадкам 208, разделяющим пики 206. Пара проходящих продольно реек 210 выдается из внешней круглой поверхности 212 вставки 24 и представляет собой направляющее средство. Рейки 210 сидят в пазах 60 в элементе 18. Пара противоположных кулачковых поверхностей, выполненных в виде продольно проходящих пазов 214 (показан только один) врезаны во вставку 24 для зацепления защелок для возвращения 154. Расположенный выше конец каждого паза 214 скошен, чтобы иметь наклон к внутренней поверхности вставки 24 в направлении вверх, и представляет собой средство для расцепления с кулачковой поверхностью при вытягивании инструмента. Конец вставки 24, противоположный пикам 206, имеет ряд проходящих продольно шпоночных канавок 218. Соседние шпоночные канавки 218 отделены друг от друга приливами 220. Водные пути 222 выполнены машинной обработкой вдоль длины внутренней поверхности вставки 24. Водные пути обеспечивают каналы для протекания воды, используемой для охлаждения головки, смазки и промывки.

Инструмент 20' (см. фиг.12) для замены сегментов бура- расширителя (см. фиг. 13 и 14) структурно и функционально аналогичен инструменту 20, используемому для замены сегментов буровой головки 22. Соответственно номера ссылок, используемые в отношении описания инструмента 20, также применяются для обозначения аналогичных признаков в инструменте 20'. Линейный проводной адаптер 124' навинчен на верхний конец 122 инструмента 20'. Пружина 128' находится между линейным проводным адаптером 124' и кольцом 126'. Как в случае инструмента 20, кольцо 126' способно скользить в продольном направлении относительно инструмента 20', поскольку снабжено выступом 130' для сцепления с выемками (не показаны), вырезанными в верхнем конце муфты 120'. Защелки для установки и для возвращения 138' и 154' тождественны этим деталям в инструменте 20. Самые существенные различия между инструментом 20' и инструментом 20 заключаются в том, что гнездо 176' содержит ряд вырезов 227, образованных радиально вокруг нижнего конца корпуса 118'. Верхний конец каждого выреза имеет уклон 228, который ведет к внешней поверхности корпуса 118'. Кроме того, муфта 120' имеет ряд отверстий 230, которые покрывают вырезы 227. У нижнего конца каждого отверстия 230 имеется радиально направленный внутрь фланец 232.

Еще одно различие между инструментами и состоит в длине пазов, в которых удерживаются штифты защелок для установки и извращения. Конкретно, пазы в инструменте 20' (см. например паз 148') намного длиннее, чем соответствующие пазы в инструменте 20.

Стандартный овершот (ловильный инструмент) 234 соединен с нижним концом инструмента 224 для соединения с линейным проводным адаптером 124 инструмента 20. Это соединение позволяет инструментам 20 и 20' вращаться относительно друг друга.

Сегменты бура-расширителя 226 удерживаются в вырезах 227 при установке в бур 12 или при извлечении из него. Сегменты бура-расширителя 226 имеют форму прямоугольных призм, имеющих наклонные стороны. Каждый сегмент 226 установлен на прямоугольной пластине 236. Вертикальные фланцы 238 и 240 проходят через верхний и нижний концы пластины 236, соответственно. Как фланец 240, так и находящийся выше конец пластины 236 скошены, чтобы сходиться по направлению вверх другу к другу.

Сегменты 226 удерживаются в вырезах 227 посредством резиновых полос 242 и 244, которые окружают пластины 236 рядом с концами соответствующих сегментов 226.

Трубчатый элемент в виде вспомогательного элемента 18' навинчен на бур для удержания сегментов бура-расширителя 226 в режущем положении. Вспомогательный элемент 18' имеет средство установки, содержащее выступ 32', выдающийся внутрь от внутренней окружной стенки элемента 18', и вырезы (показан только один), имеющие скошенные края 248 для установки сегментов головки 226. Выемка 250 вырезана во внутренней поверхности элемента 18 рядом с находящимся внизу концом каждого выреза 246 для размещения в ней фланцев 238.

Вспомогательная вставка 24' удерживается со вспомогательным элементом 18 для селективного удерживания сегментов 226 в режущем положении и высвобождения этих сегментов при их замене. Вставка 24' в принципе та же самая, что и вставка 24 за исключением того, что она не включает шпоночных канавок 218 и приливов 220 вставки 24. Инструмент 20' используется для того, чтобы заставлять вставку 24' скользить между положением установки, в котором вставка 24' размещает и удерживает сегменты 226 в режущем положении, и положением возвращения, в котором вставка 24' вытягивается, высвобождая сегменты так, что они могут опуститься назад на инструмент 226 посредством действия упругих полос 242 и 244.

Как видно на фиг.1, земляной бур 12 в этом примере выполнения изобретения используется для выборки керна, и может быть таким например, какой производит фирма LONGYEAR. Буры для выборки керна обычно включают в себя установочное кольцо 252, удерживаемое на нижнем конце бура 12. Установочное кольцо 252 используется, чтобы остановить обычный цилиндр выборки керна 254 (см. фиг.10 и 11). Верхняя часть цилиндра выборки керна 254 покоится на установочном кольце 252 для предотвращения выпадения цилиндра из бура 12. Цилиндр выборки керна 254 используется, чтобы собирать и удерживать выборку керна почвы, при бурении. Когда цилиндр выборки керна наполнен, бурение прекращается, бур поднимается со дна скважины для разбивания выборки керна. Затем цилиндр поднимается через бур 12 с помощью проводной линии 256.

Если система 10 используется только для замены на месте обычной буровой головки, выборки керна (не показана) то последняя заменяется элементом 18, который захватывает по резьбе бур-расширитель 16. В том случае, когда система 10 представляет собой комбинированную систему для замены на месте буровой головки и бура-расширителя, то стандартный бур-расширитель 16 удаляется и на его место устанавливается элемент 18', при этом образуются две подсистемы, одна для замены сегментов головки (поз. 18, 20, 24) и вторая для замены сегментов бура-расширителя (поз. 18', 20', 24'). Вставки 24 или/и 24' всегда удерживаются внутри соответствующих моментов 18 и 18'. Инструменты 20 и 20' опускаются и извлекаются из бура 12 для установки и извлечения сегментов головки 22 и 226, соответственно. Когда инструменты 20 и 20' сняты, стандартный цилиндр выборки керна 254 можно опустить в бур 12, который проходит через вставки 24 и 24' для захвата образца керна.

Теперь способ работы системы 10 будет описан в связи с заменой сегментов буровой головки.

Элемент 18 навинчен на бур-расширитель 16 стандартного бура выборки керна. Инструмент 20 устанавливается в режим установки путем поворота муфты 120 относительно кольца 126, так, что выступ 130 зацепляет выемку 132 режима установки. Гнездо 176 расширяется от корпуса 118, сжимая пружину 184, которая удерживается в состоянии сжатия стопорными штифтами (не показаны), чьи концы проходят внутрь полости 164. В этой конфигурации защелки для установки 138 проходят сбоку от пазов 139 в муфте 120. Однако защелки возвращения 154 не выровнены с пазами 155 и поэтому удерживаются в сжатом состоянии в пределах муфты 120. Сегменты