БУРОВОЙ ВЕРТЛЮГ-САЛЬНИК ДЛЯ БУРЕНИЯ С ОДНОВРЕМЕННОЙ ОБСАДКОЙ

Буровой вертлюг-сальник относится к горному делу и строительству и может применяться при бурении с одновременной обсадкой вертикальных, наклонных, вертикально-горизонтальных геологоразведочных, водозаборных, гидродобычных скважин в рыхлых, неустойчивых, склонных к обрушению, обводненных и плывучих горных породах для подачи бурового раствора и соединения с бурильной и обсадной колоннами.
Известен «Буровой снаряд» (Патент РФ №1362811 от 30.12.87) для бурения с одновременной обсадкой, в котором соединение верхних концов бурильной и обсадной колонн выполнено шлицевым способом. При таком соединении крутящий момент от бурильной колонны передается при помощи шлицов на обсадную колонну и, таким образом, происходит процесс бурения с одновременной обсадкой. Недостатком такого соединения является перегрузка бурильной колонны, вызванная с одновременным воздействием на нее усилия, связанного и с разрушением горной породы и вращением ею обсадной колонны. Работа бурильной колонны в таком режиме оборачивается ее обрывом. В связи с этим глубина бурения таким «Буровым снарядом» ограничена.
Известен «Вертлюг для двойной бурильной колонны» (Патент РФ №1441057, от 30.11.88), включающий установленный в корпусе с возможностью вращения шпиндель с центральным каналом для отвода пульпы, верхний и нижний узлы уплотнения, установленные концентрично шпинделю, приспособление для предотвращения попадания абразивных частиц в подшипники и магистраль для подвода рабочего агента. Недостатком аналога является его техническое совмещение только с двойной бурильной колонной, а использование при этом обсадной колонны его конструкцией не предусматривается, что предопределяет несоответствие этого устройства процессу бурения с одновременной обсадкой.
Наиболее близким по технической сущности и назначению является «Устройство для бурения скважин» с одновременной обсадкой (Патент РФ №1401125 от 07.06.88), включающее соединительный элемент, представленный закрепленным на обсадной трубе полым оголовком (корпусом) со сквозным осевым каналом и установленным в нем полым штоком с заплечиками, соединенным одним концом с приводами подачи, а другим - с буровой колонной. Шток с заплечиками, выполняющий роль толкателя, служит для передачи осевой нагрузки и крутящего момента от приводов подачи, а также для осуществления совместного осевого перемещения или вращения буровой колонны и обсадной трубы за счет упора заплечиков штока в ограничители и передачи, таким образом, вращения с бурильной колонны на обсадную трубу. Недостатком соединительного элемента является то, что одновременное вращение бурильной и обсадной колонн в зацеплении является энергозатратным и приводит к перегрузке бурильной колонны, что может создать аварийную ситуацию, а установленный полый шток, с примененным принципом передачи вращения с бурильной на обсадную колонну через заплечики, является также ненадежным в связи с возможным срывом ограничителей или поломкой заплечиков.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание бурового вертлюга-сальника для бурения с одновременной обсадкой вертикальных, наклонных и вертикально-горизонтальных скважин в сложных горногеологических и гидрогеологических условиях.
Технический результат - повышение надежности устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном буровом вертлюге-сальнике для бурения скважин с одновременной обсадкой, включающем корпус, соединенный с обсадной колонной, расположенную в нем трубу для соединения с бурильной колонной, переводник для соединения с приводом и вход для промывочной жидкости, особенность заключается в том, что в корпусе дополнительно установлен вращающийся толкатель, выполненный в виде полого цилиндра с нижней втулочной частью, с возможностью перемещения вверх и вниз по внутренней поверхности корпуса для передачи осевой разнонаправленной нагрузки на обсадную колонну за счет подшипников, расположенных в верхней и нижней частях корпуса, герметизированных сальниковым уплотнением от промывочной жидкости, поступающей в межтрубное пространство корпуса через дополнительный боковой вход, при этом корпус не вращается.
Устройство поясняется чертежом. На Фиг. 1 изображен вертлюг-сальник в соединении с бурильной (Поз. 15) и обсадной (Поз. 20) колоннами.
Вертлюг-сальник состоит из: вращающегося толкателя, выполненного в виде полого цилиндра с нижней втулочной частью (Поз. 1), манжеты (Поз. 2) вращающегося толкателя, корпуса, состоящего из нижней части (Поз. 3) и верхней части (Поз. 4), крышки (Поз. 5), манжеты (Поз. 6), винтов 6 шт. (Поз. 7), грундбуксы (Поз. 8), втулки (Поз. 9), сальниковой набивки (Поз. 10), упорных шарикоподшипников (Поз. 11, 12), масленок 2 шт. (Поз. 13), трубы для соединения с бурильной колонной (Поз. 14), переводника (Поз. 16), гильзы (Поз. 17), дополнительного бокового входа (Поз. 18), бурильной колонны (Поз. 15), обсадной колонны (Поз. 20).
Предлагаемый вертлюг-сальник работает следующим образом.
Вертлюг-сальник через переводник (Поз. 16) соединяют с приводом (не показан). Перемещают корпус (Поз. 3, 4) по наружной поверхности вращающегося толкателя, выполненного в виде полого цилиндра с нижней втулочной частью (Поз. 1), до высвобождения резьбовой части трубы (Поз. 14) и устанавливают в открывшуюся прорезь отбойную вилку (не показано), поднятый корпус ставят на отбойную вилку, затем приводом опускают вертлюг-сальник для соединения трубы (Поз. 14) с бурильной колонной (Поз. 15), которая зафиксирована с помощью подкладной вилки на трубной муфте (Поз. 19). Приподнимают корпус (Поз. 3, 4) для высвобождения отбойной вилки, и с помощью привода поднимают вертлюг-сальник с бурильной колонной для освобождения подкладной вилки на трубной муфте (Поз. 19), после этого соединяют нижнюю часть корпуса (Поз. 3) с обсадной колонной (Поз. 20), которые в процессе бурения не вращаются. К дополнительному боковому входу (Поз. 18) и приводу присоединяют нагнетательные линии для подачи промывочной жидкости. На этом подготовка к бурению закончена.
Для осуществления процесса разрушения горной породы с привода (не показан) через переводник передается вращение и осевое усилие на бурильную колонну, а по нагнетательным линиям подается промывочная жидкость.
Вращающийся толкатель (Поз. 1), выполненный в виде полого цилиндра с нижней втулочной частью, предназначен для передачи осевой нагрузки своей втулочной частью с привода через переводник (Поз. 16) на обсадную колонну за счет подшипников, расположенных в верхней и нижней частях корпуса, тем самым задавая направление ее перемещения в скважине по выбуренному пространству. В случае, если при движении обсадной колонны в скважине возникают какие-либо осложнения (прихваты, вывалы камней и т.д.), то резкими ударами вращающегося толкателя по нижнему или верхнему подшипнику корпуса (в зависимости от направления ее движения), на обсадную колонну передаются ударные импульсы, за счет энергии которых она будет продвигаться принудительно. Для смазки подшипников предусмотрены масленки (Поз. 13). Герметизация подшипников осуществляется с помощью манжеты (Поз. 6) и сальниковой набивки (Поз. 10), а манжета вращающегося толкателя (Поз. 2) предохраняет внутреннюю стенку корпуса от задиров.
Если сальниковая набивка (Поз. 10) изнашивается и начинает пропускать промывочную жидкость из нагнетательной линии через дополнительный боковой вход (Поз. 18) в полость подшипникового узла, расположенного в межтрубном пространстве корпуса, то с помощью грундбуксы (Поз. 8) и втулки (Поз. 9) ее уплотняют до прекращения утечки, которая определяется визуально по отверстию ∅3 мм в корпусе (для осуществления доступа к грундбуксе предварительно отсоединяют переводник от вращающегося толкателя и бурильной колонны).
Для отсоединения вертлюга-сальника от бурильной (Поз. 15) и обсадной (Поз. 20) колонн трубную муфту устанавливают (Поз. 19) на элеватор (не показан вместе с ротором), затем отключают подачу промывочной жидкости в обе нагнетательные линии, после чего отсоединяют нагнетательный рукав от дополнительного бокового входа (Поз. 18). Только после этого отворачивают корпус от трубной муфты (Поз. 19) и, приподняв толкатель в верхнее крайнее положение, вставляют отбойную вилку в замковую прорезь трубы, а подкладную вилку в замковую прорезь бурильной трубы, отсоединяют их друг от друга, после чего проводят наращивание бурильной и обсадной колонн.
После наращивания бурильной и обсадной колонн к ним присоединяют вертлюг-сальник (описано выше) и процесс бурения продолжается.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Определение из отобранных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных признаков по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле.