Снаряд для ударно-вращательного бурения

. оган,евсследки ие конпроотехн ова- техни- струк- мышлен- икаф а и ия.,СС ро ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Всесоюзный научно-ительский институт методики разведки и Специальноторское бюро Всесоюзногоного объединения 1 Союэге(56) 1. Граф Л.З, и др. Технитехнология гидроударного буреМ., ф 0 едра", 1975, с. 138-140рис. 46.2. Авторское свидетельство9 73349,кл,Е 21 В 4/14,1947тотип),(54)(57) СНАРЯД ДЛЯ УДАРНО-ВРИЦАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ, содержащий бУриль. -ную колонну, породораэрушающий инструмент и гидроударник, включающий корпус, состоящий из двух соединенных с возможностью поворота частей, связанных соответственно с по-.родораэрушающим инструментом и жестко с бурильной колонной, поршеньбоек, соединенный с частью корпуса,связанной жестко с бурильной колонной посредством механизма преобразования поступательного движения поршня-бойка во вращательное, наковальню и пружину, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения надежности работы, концы пружины жест- Еко связаны соответственно с поршнембойком и породораэрушающим инструментом.35 Изобретение относится к буровой технике, а именно снарядам для сохранения заданного направления скважин (бурения.по заданным траекториям, и может быть использовано по прямому назначению преимущественно в глу боком геологоразведочном бурении на твердые полезные ископаемые.Известен гидроударный снаряд для направленного бурения, содержащий породоразрушающий инструмент, ко-. 10 лонковый набор, гидроударник и переходник, центрирующие снаряд по оси скважины и обеспечивающие вследствие .этого благоприятные условия стабилизации заданного направления скважин, 15 чему способствуют также специфические особенности технологии гидроударного бурения: относительно низкая не выше 60 об/мин( частота враще- ния и удельная осевая нагрузка, не превышающая 60 н на 1 мм диаметра 13.Недостатком снаряда является малая эффективность при проходке перемежающихся по крепости пороЛ, что обусловлено спецификой ударно-вращательного режима бурения, при котором разрушение породы на забое происходит в результате суммарного воздействия крутящего момента, осевой нагрузки и ударных импульсов. В пе" ремежающихся по крепости породах при такой схеме разрушения периоди-, чески имеют место неравномерные на-( грузки на отдельных участкахпородоразруиающего инструмента, вследствие чего под действием крутящего момента снаряд будет отклоняться от заданной траектории скважины.Креме того, на сохранение заданного направления скважины неблаго приятное влияние оказывают обусловленные вращением бурильной колонны крутильные и обьемно-спиральные колебания, а также ее сложный продоль-ный изгиб. 45 Известен также снаряд для удаР- но-вращательного бурения, содержащий бурильную колонну, породоразрушающий инструмент и гидроударник, вклю чающий корпус, состоящий из двух, соединенных с воэможностью поворота частей, связанных соответственно с породораэрушающим инструментом и жестко с бурильной колонной, поршень-боек соединенный с частью корУ( пуса, связанной жестко с бурильной колонной посредством механизма преобразования поступательного хода движения поршня-бойка во вращательное, наковальню и пружину 23.Ьднако в данном снаряде поворот породораэрушающего инструмента происходит при прямом ходе поршня-бойка, вследствие чего при попадании 65 инструмента в трещину поворот егоне осуществляется,Целью изобретения является повышение надежности работы снаряда.Поставленная цель достигаетсятем, что в снаряде для ударно-вращательного буренйя, содержащем бурильную колонну, породоразрчшающийинструмент и гидроударник, включающий корпус, состоящий из двух сое-"диненных с возможностью поворотачастей, связанных соответственно спородоразрушающим инструментом ижестко с бурильной колонной, поршень-боек, соединенный с частью кор-;пуса, связанной жестко с бурильнойколонной посредством механизма преобразования поступательного движения поршня-бойка во вращательное,наковальню и пружину, концы последней жестко связаны соответственнос поршнем-бойком и породоразрушающим инструментом.На фиг.1 показано устройство, общий вид, на фиг.2 - конструктивноеисполнение узла вращения нижней части корпуса снаряда, на фиг.З - разрез А-А. на фиг.2, на фиг,4 - разрезБ-Б на фиг.2, на фиг.5 - вариант конструктивного исполнения составногопородоразрушающего инструмента.Снаряд содержит бурильную колонну не показана ), центрирующие переходники 1, породоразрушающий инструмент, например шарошечное долото 2; гидроударник, корпус котороговключает, верхнюю 3 и нижнюю 4 части, внутри которых помещен гидроударный механизм прямого действия.Гидроударный механизм включает поршень-боек 5, соединенный через утяжелитель 6 с ударником 7, силовуюпружину ударника 8, наковальню 9,жестко.связанную со шлицевым штоком 10, шлицевой стакан 11, соединенный с нижней частью корпуса 4.В верхней части гидроударникарасположен узел клапана, включающий корпус 12, собственно клапан 13,упорные кольца 14 и 15, а также пружйну 16. Кроме того, для обеспечения работоспособности гидроударникснабжен уплотнениями 17, размещенными на шлицевом штоке 10, и регулировочными прокладками 18 и 19. Верхняя 3 и нижняя 4 части корпуса гидроударника соединены между собойпосредством узла вращения. Узел вращения состоит иэ корпуса 20, переходника 21, соединенного с внутреннейнеподвижной подвеской 22, зафиксированной стопорной шайбой 23, и наружной подвижной (вращающейся) подвеской 24,.смонтированной на подшипниках 25 и соединенной с нижнейчастью корпуса 4 снаряда. В корпу.се 20 узла вращения между верхней 3и нижней 4 частями корпуса гидроударника на подшипниках 26 и 27 установлен механизм преобразованияпоступательного движения поршня-бойка 5 во вращательное. Механизм состоит из зубчато-храпового колеса 28,на верхнем торце которого выполнены храповые зубья 29, взаимодействующие с собачками 30, установленными в обойме 31 на осях 32 и поджимаемыми пружинами 33 (Фиг.З). Приэтом обойма 31 установлена в корпусе 20 неподвижно, например запрессована. Количество собачек определяется из условий прочности по максимальному моменту, действующему в зацеплении.Внутренняя поверхность храповогоколеса 28 (фиг.4) снабжена винтовыми канавками 34 преимущественноэвольвентного профиля, находящимисяв подвижном зацеплении с ответнымивинтовыми зубьями 35, расположенными на наружной поверхности поршнябойка 5.Для обеспечения работоспособнос-.ти снаряда, сборки и регулировкиупорных подшипников 27 в конструкции .узла вращения предусмотрены установочный стакан 36, вкладыш 37 ирегулировочные прокладки 38. Внутренняя полость узла вращения заполнена смазкой и изолирована от рабочих камер гидроударника самоуплотняющимися воротниковыми манжетами 39С бурильной колонной снаряд сое-.диняется через верхний центрирую"щий переходник 1. Силовая пружина 8неподвижно связана своими концамисоответственно с породоразрушающиминструментом посредством штока 10шлицевого разъема нижней части корпуса 4 с помощью зажима 10 и с утяжелителем 6 поршня-бойка зажимом 41,Породоразрушающий инструмент содержит внутренние элементы 42 и наружные 43, причем первые соединены .с.наковальией 9 гидроударника че-рез шлицевой шток 17, а вторые,представляющие собой шарошки качения, соединены с нижней частью корпуса" 4.Снаряд работает следУющим образом.,В процессе работы гидроударноймашины ее поршень боек 5 совершаетвозвратно-поступательные движения,При перемещении поршня вниз зубча 1 то-храповое колесо 28 проворачивается на некоторый угол (велнчинакоторого обусловлена длиной ходапоршня-бойка 5 и углом наклона зубьев 35) и не препятствует передачеударного импульса, при обратном ходе поршня-бойка 5 храповое колесо 28стопорится собачками 30 через обойму 31 в корпусе 20, вследствие чегокосые (винтовые) зубья 35 поршня бойка 5 принуждают последний повернуться вокруг оси на соответствующий угол; этот поворот через неподвижно закрепленную зажимом 40 наштоке 10 и зажимом 41 на утяжелите ле 6 силовую пружину 8 и шлицевойразъем 10-11 передается нижней части корпуса 4, а следовательно. породоразрушающему инструменту 2,Работа гидроударного снаряда со вершается при действии минимальнойосевой нагрузки в 5-7 раз меньшей,чем при вращательном бурении, чтозначительно снижает тормозные моменты н облегчает поворот инструмента.25 В случае увеличенного внедрениязубьев в породу забоя. (например прнбурении трещиноватых пород ), когда резко вврастает объем лунки разрушения под контуром давления зуба индектора целесообразно применятькомбинированный породоразрушающийинструмент (показан на фиг.5 ). Вэтом инструменте основную работуразрушения под действием силовыхимпульсов совершают внутренние элементы 42, соединенные со шлицевым . штоком 10 гидроударника. Наружныеэлементы, 43 комбинированного инструмента, соединенные с нижней частьюкорпуса 4 и представляющие собой 40 шарошки качения, не выполняют работы разрушения (или работают в облегченных условиях.),.а предназначеныглавным образомдля центрированияв скважине.н снижения тормозного мо мента при повороте нижней части корпуса снаряда. Технико-экономическая эффективность снаряда обусловлена устранением необходимости вращения бурильной колонны с поверхности, что обеспечивает наиболее благоприятные условия стабилизации заданного неправления скважины и позволяет эффективно управлять ее траекторией.1126680 Составитель А.СергачевТехред Л, Кощобняк КорректормМ.Леонтю Горват едакто 4 Тираж 564 ПодписноВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий