Устройство для бурения скважин большого диаметра

О П А Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»729356

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 1 3.10.77 (21) 2532930/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

Е 21 D 1/06

Гасударственный комитет

Опубликовано 25.04.80. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 05.05.80 (53) УДК 622.251. .251.8 (088.81 ао левам изобретений и аткрытий (72) Автор изобретения

А. Н. Попов

Московский ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для колонкового бурения шурфов и скважин большого диаметра.

Известно устройство для планетарного бурения скважин большого диаметра, состоящее из бурильной колонны, крестовины, забойных двигателей вращательного действия (например. электробуров) и породоразрушающего инструмента (11. Благодаря тому, что буровые наконечники вращаются не только вокруг оси бура, но и вокруг собственной вертикальной оси, такие устройства обеспечивают интенсивное разрушение породы на забое скважины.

Однако для того, чтобы обеспечить вращение бурового наконечника вокруг собственной вертикальной оси, необходимы забойные двигатели вращательного действия электробуры, турбобуры. Это значительно удорожает конструкцию. Кроме того, такое устройство предназначено для бурения скважин сплошным забоем, а не колонковым способом.

Известны колонковые буры, предназначенные для проходки шурфов и скважин большого диаметра, включающие буровую колонку, корпус с расположенной концентрично керноприемной трубой и породоразрушаюший инструмент 121.

Однако породоразрушаюший инструмент таких колонковых буров совершает вращение лишь вокруг оси бура, не вращаясь вокруг собственной вертикальной оси, что снижает эффективность разрушения породы на забое и не позволяет использовать для оснащения колонковых буров стандартные буровые наконечники (твердосплавные коронки, алмазные и шарошечные долота и др.). Обычно для этих колонковых буров создают специальный породоразрушаюший инструмент, имеющий сложную конструкцию.

Поскольку такой инструмент изготавливается в небольшом количестве, он весьма дорог.

Принципиально возможна установка на такие буры стандартного породоразрушаюго щего инструмента, но вследствие того, что последний не имеет вращения вокруг собственной вертикальной оси, он будет сильно изнашиваться и работать нев оптимальном режиме.

729356

Цель изобретения — повышение эффективности бурения крепких пород.

Это достигается тем, что устройство снабжено забойным планетарным редуктором и стопорным механизмом, а буровая колонна снабжена центральным валом с водилом и соединена с ним с возможностью вращения и осевого перемещения посредством конусной муфты, при этом водило имеет вспомогательные валы, расположенные между нижней частью корпуса и керноприемной трубой, на одном конце которых закреплен породоразрушающий инструмент, на другом— периферийная шестерня редуктора, причем центральная шестерня редуктора размещена на центральном валу и установлена с возможностью стопорения стопорным механизмом, жестко связанным с верхней частью корпуса и центральной шестерней и выполненным в виде подпружиненного штока с роликом, контактирующим во время стопорения со стенками скважины, а шток установлен с возможностью радиального перемещения при взаимодействии с конусом муфты.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема бура; на фиг. 2 — муфта, связывающая бурильную колонну с центральным валом.

Устройство состоит из корпуса 1, жестко связанного с шламоуловителем 2, верхней частью кожуха 3, центральной шестерней 4 и стопорным механизмом 5. Стопорный механизм 5 представляет собой подпружиненные штоки с роликами 6, установленными во втулках 7 с возможностью радиального перемещения за счет муфты, связывающей бурильную колонну 8 с центральным валом 9. Нижняя часть 10 муфты имеет квадратное сечение и входит в паз 11 соответствующей формы на центральном валу.

Верхняя часть 12 муфты выполнена в виде усеченного конуса, вращающегося на подшипнике. Центральная шестерня 4 входит в зацепление с периферийными шестернями

13 и связана посредством подшипника 14 с центральным валом 9, который жестко соединен с нижним кожухом 15, керноприемной трубой 16, воздухоподводящими трубками

17 и водилом 18. Водило 18 посредством подшипников 19 соединено с вспомогательными валами 20. На верхнем конце этих валов жестко установлены периферийные шестерни 13, а на нижнем — породоразрушающие инструменты 21 и ударные механизмы 22. Причем последние могут отсутствовать. Бур имеет также механизм подрезки и удержания керна (на фигурах не показан).

Устройство работает следующим образом

При постановке бура на забой под действием веса бурильной колонны или осевой нагрузки конус 12 муфты, ссединяющей колонну с центральным валом 9, перемещается вниз, отжимая штоки с роликами 6 в радиальном направлении, благодаря чему они врезаются в стенки скважины и предотвращают проворачивание центральной шестерни 4 вокруг оси бура. При вращении бурильных труб крутящий момент благодаря нижней квадратной части 10 муфты и пазу 11 передается центральному валу и вспомогательным валам 20, которые кроме вращательного движения вокруг оси скважины приобретают также вращательное

14 движение вокруг собственной оси за счет обегания периферийных шестерен 13 вокруг центральной шестерни 4. При бурении по колонне бурильных труб, полому центральному валу, воздухоподводящим трубкам и

1$ каналам во вспомогательных валах на забой подается промывочно-продувочный агент, предназначенный для очистки забоя от выбуренной породы и привода в действие гидро- или пневмоударного механизма.

Выбуренная порода выносится в шламоуло36 витель. После заполнения керноприемной трубы 16 породой керн подрезается и вместе с буром поднимается на поверхность.

Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность разрушения породы на забое скважины за счет одновременного вращения породоразрушающих инструментов вокруг своей вертикальной оси и вокруг оси бура. Это ведет к увеличению скорости бурения, что, в свою очередь, снижает стоимость 1 п. м готовой скважины.

Кроме того, расширяется область приме"ения менее энергоемкого по сравнению с одурением сплошным забоем колонкового бурения скважин большого диаметра за счет использования стандартных буровых наконечников, в частности шарошечных долот.

Могут быть также использованы нефтяные алмазные долота, но без ударных механизмов, т. е. область колонкового бурения смещается в сторону крепких и очень крепких

4р пород, что весьма ценно, поскольку бурение скважин большого диаметра в таких породах до настоящего времени велось только малопроизводительным дробовым способом.

43

Формула изобретения

Устройство для бурения скважин большого диаметра, включающее буровую колонну, корпус с расположенной концентрично керноприемной трубой и породоразрушающие инструменты, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности бурения крепких пород, оно снабжено забойным планетарным редуктором и стопорным механизмом, а буровая колонна снабжена центральным валом с водилом и соединена с ним с возможностью вращения и осевого перемещения посредством конусной муфты, при

729356

Фиг

5 этом водило имеет вспомогательные валы, расположенные между нижней частью корпуса и керноприемной трубой, на одном конце которых закреплен породоразрушающий инструмент, на другом — периферийная шестерня редуктора, причем центральная шестерня редуктора размещена на центральном валу и установлена с возможностью стопорения стопорным механизмом, жестко связанным с верхней частью корпуса и центральной шестерней и выполненным в

Ь виде подпружиненного штока с роликом, контактирующим во время стопорения со стенками скважины, а шток установлен с возможностью радиального перемещения при взаимодействии с конусом муфты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 317798, кл. Е 21 D 1/06, !971.

2. Авторское свидетельство СССР № 99931, кл. Е 21 D 1/06, 1952 (прототип).

729356

Редактор С. Суркова

Заказ 1232/31

Составитель Л. Черепенкина

Техред К. Шуфрич Корректор Ю. Макаренко

Тираж 626 Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал IIПП «Патент»,,г. Ужгород, ул. Проектная, 4