Устройство для бурения скважин

Устройство для бурения скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социал исти иеских

Республик

OnИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ

<и> 685801 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.05.7? (21) 2486256/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.2

Е 21 В 5/00

Е21n Ц06

Госудерстеенный комитет

СССР по делам изооретеннй и открытий (53) УДК 622.251.

8 (088.8) Опубликовано 15.09.79. Бюллетень,% 34

Дата опубликования описания 25.09.79

С. М. Юровский, P. А. Румянцев, Г. С. Загорский и В. А. Барсегян (72) Авторы изобретения

Проектно-конструкторское бюро Главстроймехаиизации

Министерства транспортного строительства СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для бурения скважин большого диаметра, преимущественно, в крепких породах и тяжелых мерзлых грунтах.

Известно устройство для бурения скважин в крепких породах и тяжелых мерзлых грунтах, реализующее ударно-вращательный способ бурения с воздействием динамических нагрузок на забой, как в направлении подачи, так и вращения, включающий корпус, ударный и вращательный механиз. мы, породоразрушающий инструмент (1).

Известно также устройство, реализующее так называемый способ инерционного бурения, включающее смонтированные в корпусе возвратно-поступательный ударный механизм и механизм вращения, соединенные полым валом, на конце которого установлен породоразрушаюший инструмент, оснащенный маховиком (2).

Недостатками этих устройств является то, что они не обеспечивают в процессе бурения скважины постоянство силы ударного воздействия в направлении подачи в неоднородных по составу породах и грунтах, так как подача осуществляется с постоянной скоростью, а разрушение забоя инструментом происходит с различной скоростью, зависящей от свойств буримой породы или грунта и при переходе от пласта с высо5 кой крепост .ю к пласту с меньшей крепостью происходит запаздывание подачи относительно скорости бурения, в результате чего инструмент как бы «проваливается», не реализуя достаточного удара по забою. Одновременно снижается и крутящий момент, 1О который, в свою очередь, зависит от силы ударного воздействия в направлении подачи, обуславливающей внедрение инструмента в породу. Это снижает эффективность бурения.

15 Целью настоящегг изобретения является стабилизация ударных нагрузок в неоднородных по составу породах.

Указанная цель достигается тем, что уетройство снабжено направляющей штангойщупом, расположенной в полости вала и соединенной с корпусом устройства. Для разрушения участка забоя под центральной направляющей штангой-щупом, последняя оснащена на конце инструментом-нако685801 нечником с возможностью его осевого перемещения и вращения, а вал имеет на конце уступ, взаимодействующий с хвостовиком инструмента-наконечника.

Благодаря тому, что центральная направляющая штанга-щуп осуществляет постоянный контроль положения породоразрушающего инструмента относительно забоя в процессе бурения скважины, путем постоянного прижатия к забою ее инструмента-наконечника, независимо от неоднородности состава буримых пород, обеспечивается стабилизация ударных нагрузок, что обуславливает повышение эффективности бурения.

На чертеже — общий вид устройства в разрезе.

Устройство для бурения скважин содержит корпус 1, в котором размещен возвратно-поступательный ударный механизм, выполненный, например, в виде двухкатушечного соленоидного электромагнитного двигателя, содержащего статоры электромагнитов 2 и 3, с кат шками-соленоидами 4 и 5 и подвижную часть — якорь б, а также вращательный механизм, выполненный в виде электродвигателя, имеющего статор 7 с обмоткой 8 и вращающуюся часть ротор 9, с короткозамкнутой обмоткой 10. Подвижные части ударного и вращательного механизмов, соответственно якорь б и ротор 9, жестко соединены общим валом 11 с лородоразрушающим инструментом 12, оснащенным маховиком 13. Сквозь вал 11 пропущена направляющая штанга-щуп 14, оснащенная на конце инструментом-наконечником 15. Вал 11 имеет возможность перемещаться возвратно-поступательно и вращаться относительно штанги-щупа 14 на трубчатой вставке 16, которая выполняется из антифрикционного материала и служит одновременно направляющей и подшипником скольжения. Вал 11 имеет на конце уступ

17, взаимодействующий с торцом 18 инструмента-наконечника 15.

Во избежание нарушения нормальнс . работы электродвигателя при работе устройства, воздушный зазор между уступом вала 17 и торцом 18 инструмента-наконечника

15 выполнен равным (или меньше) величине верхней выступающей части ротора 9 относительно статора 7,. а длина ротора 9 в целом выполнена больше длины статора 7 на величину размаха колебаний подвижных частей устройства. Инструмент-наконечник

15 также может перемещаться поступательно и вращаться относительно штанги-щупа

14. Корпус устройства 1 и направляюшая штанга-щуп 14 соединены между собой и передают усилие подачи на забой посредством инструмента-наконечника 15, постоянно прижимаемого к забою усилием подачи.

Внутри корпуса 1, штанги-щупа 14 и инструмента-наконечника 15 имеется канал 19 для подачи сжатого воздуха на продувку.

Устройство работает следующим образом.

При включении механизма подачи (на чертеже не показан) инструмент-наконеч; ник 15 прижимается к забою. Далее при включении катушки 4 соленоидного электромагнитного двигателя якорь 6, втягиваясь в катушку 4, перемещается вверх, увлекая

; за собой вал 11 и соединенные с ним жест: ко ротор электродвигателя 9 и породоразрушающий инструмент 12, оснащенный маховиком 13. При отрыве инструмента 12 от

1а забоя включается электродвигатель и его ротор 9, жестко связанный с валом 11, начинает передавать крутящий момент валу и связанным с ним якорю 6 и породоразрушающему инструменту 12, оснащенному махо1S виком 13, разгоняя их до номинальной скорости вращения. При переключении катушек (отключении катушки 4 и включении катушки 5) электромагнитного ударного механизма вся жестко связанная валом 11 система: якорь электромагнитного ударного механиз1о ма 6, ротор электродвигателя 9, породоразрушающий инструмент 12 с маховиком 13— перемещается вниз и наносит удар инструментом 12 по забою, реализуя при этом крутильный и осевой удары. Затем ударный механизм (соленоидный электромагнит25 ныи двигатель) переводится в автоколебательный режим работы с определенной частотой колебаний, который (режим) осуществляется переключением катушек 4 и 5 соленоидного электромагнитного двигателя. Управление переключением катушек электромагнитного двигателя осуществляется с помощью известных технических средств автоматики и может быть выполнено с необхо3S

4S

so

55 димой частотой.

Поскольку при работе устройства в автоколебательном режиме происх< дит перемещение ротора электродвигателя 9 относительно его статора 7, то во избежание нарушения нормальной работы электродвигателя и сохранения постоянства крутящего момента длина ротора 9 выбрана больше длины статора 7 на величину размаха продольных колебаний подвижных частей, а зазор между уступом ударника и хвостовика инструмента-наконечника выполнен равным (или меньше) верхней выступающей части ротора относительно статора. Вынос разбуренной породы из скважины осуществляется сжатым воздухом, который подается к инструменту и забою через канал 19. Направление усилия подачи и поступление воздуха показано стрелкой на чертеже. При воздействии на забой породоразрушающего инструмента 12 происходит неполное его разрушение, так как остается неразрушенным небольшой участок забоя под инструментом-наконечником 15. Указанный участок забоя разрушается следующим образом.

При обуривании породоразрушающим инструментом 12 неразрушенного участка забоя образуется выступ, на который опирает685801 ся инструмент-наконечник 15 штанги-щупа

14. Г1ри дальнейшем разрушении забоя вал

11 своим уступом-ударником 17 наносит удар при поступательном перемещении вниз по хвостовику 18 инструмента-наконечника 15 (показано стрелками 20), сообщая последнему при этом удар в направлении подачи и вращение, что приводит к разрушению участка забоя под инструментом-наконечником 15 и соответственно к полному разрушению забоя скважины. Далее описанный процесс повторяется.

Как следует из приведенного выше описания, работа предлагаемого устройства характеризуется периодическим приложением к забою ударных нагрузок как в направлении подачи, так и вращения, с постоянным контролем положения породоразрушающего инструмента относительно забоя в процессе бурения скважины, независимо от изменяющихся свойств буримой породы или грунта. Это приводит к стабилизации ударных нагрузок и повышению эффективности бурения.

Таким образом применение предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с другими известными устройствами повышение эффективности бурения за счет стабилизации ударных нагрузок в процессе бурения скважин с помощью штанги-щупа, которой снабжено предложенное устройство.

Формула изобретения

Устройство дл я бурения скважи н, вкл ючающее ударный и вращательный механизмы, размещенные в корпусе и соединенные полым валом, на конце которого установлен породоразрушающий инструмент, оснащенный маховиком, отличающееся тем, что, с целью стабилизации ударных нагрузок в

1й неоднородных по составу породах, оно снабжено направляющей штангой-щупом, расположенной в полости вала и жестко соединенной с корпусом, при этом штанга-щуп снабжена установленным с возможностью его осевого перемещения и вращения инструментом-наконечником, а вал выполнен с уступом, воздействующим на торец инструмента-наконечника, и установлен с возможностью осевого перемещения и вращения относительно оси штанги. эо Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 90605, кл. Е 21 В 5/00, 1950.

2. Авторское свидетельство СССР № 234275, кл. Е 21 В 3/12, 1966 (прототип).

ЦН И И П И Заказ 5430/35 Тираж 657 Подписное

Филиал П П П а Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4