УСТРОЙСТВО ГИДРОМОНИТОРНОЙ БУРИЛЬНОЙ ГОЛОВКИ ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ
DEVICE OF HYDROMONITOR DRILLING HEAD FOR HORIZONTAL DIRECTIONAL DRILLING

Изобретение относится к способам и устройствам бурения и может быть использовано для бурения скважин при прокладке инженерных коммуникаций подземных кабелей или подземных линий с минимальным воздействием на окружающий массив методом горизонтально направленного бурения.
Одним из путей совершенствования способа горизонтально направленного бурения является повышение работоспособности используемой техники путем совершенствования конструкций рабочих наконечников, формирования на рабочем инструменте машин горизонтально направленного бурения динамических усилий и применения устройств, использующих для увеличения эффективности работы породоразрушающего инструмента энергию потока струй промывочной жидкости и рабочих растворов.
Известна гидромониторная бурильная головка (RU 2330928), содержащая двускатную фронтальную поверхность с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов, калибрующую часть с продолговатым контуром поперечного сечения, направляющую часть с асимметричным скосом, средство соединения с колонной бурильных труб и нагнетательный канал с вводами в гидромониторные сопла, отличающаяся тем, что скаты фронтальной поверхности с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов расположены на скосе направляющей части, при этом лобовой породоразрушающий выступ ориентирован по продольному направлению скоса направляющей части, по меньшей мере, два гидромониторных сопла расположены на прилегающих к скатам противоположных участках калибрующей части, а, по меньшей мере, одно гидромониторное сопло расположено на калибрующей части с ориентацией по продольному направлению скоса направляющей части в сторону расположения фронтальной поверхности.
Известна гидромониторная бурильная головка (RU 64254), содержащая двускатную фронтальную поверхность с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов, калибрующую часть с продолговатым контуром поперечного сечения, направляющую часть с асимметричным скосом, средство соединения с колонной бурильных труб и нагнетательный канал с вводами в гидромониторные сопла, отличающаяся тем, что скаты фронтальной поверхности с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов расположены на скосе направляющей части, при этом лобовой породоразрушающий выступ ориентирован по продольному направлению скоса направляющей части, по меньшей мере, два гидромониторных сопла расположены на прилегающих к скатам противоположных участках калибрующей части, а, по меньшей мере, одно гидромониторное сопло расположено на калибрующей части с ориентацией по продольному направлению скоса направляющей части в сторону расположения фронтальной поверхности.
Недостатком названных гидромониторных бурильных головок является статическое воздействие на массив, что снижает эффективность работы бурильного инструмента на крепких породах. В таких условиях процесс направленной проходки скважины становится неэффективным и требует применения дополнительного ударного воздействия на породоразрушающие элементы.
Известны гидромониторные бурильные головки (RU 2081988, US 6209660, US 5148880, US 4993503) содержащие соединенный с бурильной установкой с возможностью вращения вокруг центральной оси головки корпус с фронтальной поверхностью, включающей породоразрушающие элементы, калибрующей частью с продолговатым контуром поперечного сечения, направляющей частью с асимметричным скосом и нагнетательные каналы, сообщенные с вводами в гидромониторные сопла.
Применение упомянутых устройств обеспечивает эффективное как гидромониторное, так и механическое вытесняющее воздействие на буримую породу. Однако при бурении такими устройствами имеют место осложнения в управлении смещением бурового снаряда по заданной траектории горизонтально-направленной скважины, особенно при наличии в породе значительных по размеру монолитных включений.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство гидромониторной бурильной головки для бурения подземной скважины (RU 137300), включающей средство соединения, центральный канал, корпус бурильной головки с каналами и соплами, управляющей поверхностью и передней поверхностью, отличающееся тем, что хвостовая часть соединена с корпусом бурильной головки штифтами и обжимным кольцом, внутри которого расположен фиксирующийся посредством винтов диск с входными струеформирующими отверстиями, напротив которых расположены резонирующие элементы в виде пластин, консольно закрепленных во втором диске с выходными струеформирующими отверстиями, фиксирующемся винтами.
Использование данной головки увеличивает работоспособность породоразрушающего инструмента по крепким породам при прокладке пилотной скважины, путем придания воздействию на массив динамического характера кратковременными ударными импульсами, в частности продольно вибрационных ускорений, возникающих в инструменте при колебаниях жидкости и кавитации протекающей в буровом растворе.
Однако, расположение генератора гидродинамических колебаний непосредственно в бурильной головке не позволяет осуществлять регулирование взаимного расположения струеформирующих насадок и резонирующих пластин и изменять тем самым параметры динамического воздействия в зависимости от свойств пород. При изменении условий применения потребуется замена всей бурильной головки, что снижает эффективность процесса бурения.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение состоит в совершенствовании способа горизонтально направленного бурения. Техническим результатом является расширение технических характеристик породоразрушающего инструмента, а также повышение эффективности его работы.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что предлагается устройство гидромониторной бурильной головки для горизонтально направленного бурения, включающее средство соединения, центральный канал, корпус бурильной головки с каналами и соплами, управляющей поверхностью, передней поверхностью, генератор вибрационных колебаний, отличающееся тем, что бурильная головка содержит закрепляемый в корпусе бурильной головки и выполненный с возможностью замены сменный элемент, включающий диск, содержащий по меньшей мере одну струеформирующую насадку, и диск, содержащий по меньшей мере одну соответствующую струеформирующей насадке резонирующую пластину, причем взаимное расположение струеформирующих насадок по отношению к резонирующим пластинам в сменном элементе регулируется с использованием контрольно-измерительного инструмента и фиксируется в корпусе сменного элемента штифтом, а сменные элементы, содержащие необходимое количество струеформирующих насадок и резонирующих пластин, заменяются с учетом характеристик прочностных свойств грунта и возможностей насосного оборудования бурильной установки.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1 - чертеж гидромониторной бурильной головки, где
1 - средство соединения,
2 - центральный канал,
3 - корпус бурильной головки с каналами и соплами,
4 - управляющая поверхность
5 - передняя поверхность
6 - диск со струеформирующими насадками
7 - диск с резонирующими пластинами
8 - сменный элемент
9 - штифт.
Изобретение осуществляется следующим образом. При подготовке к выполнению работ по бурению скважины из комплекта, поставляемого с бурильной головкой, выбирается исполнение сменного элемента, в котором количество струеформирующих насадок и резонирующих пластин соответствует указанным в проектной документации геологическим характеристикам пробуриваемых пород по траектории бурения. Выбранный вариант исполнения сменного элемента, с соответствующим количеством струеформирующих насадок и резонирующих пластин устанавливается в корпус бурильной головки, при этом регулировки взаимного расположения струеформирующих насадок и резонирующих пластин не требуется, что экономит время на подготовку к работе. В процессе выполнения работ, при переходе на породы с повышенной/пониженной категорией по буримости, для замены сменного элемента на более подходящий достаточно отсоединить корпус 3 от средства соединения 1, вынуть штифт 9, извлечь сменный элемент 8, установить на его место сменный элемент с необходимым количеством струеформирующих насадок и пластин, зафиксировать конструкцию штифтом 9 и завершить сборку головки соединением корпуса 3 со средством соединения 1. Гидромониторная бурильная головка готова к работе. Никаких дополнительных регулировок и настроек не требуется. Кроме того, выполненная в заводских условиях с использованием контрольно-измерительного инструмента регулировка взаимного расположения струеформирующих насадок и резонирующих пластин в сменных элементах обеспечивает высокую точность и гарантирует наилучшие условия для эффективного функционирования генератора вибрационных колебаний.
Таким образом, предложенный способ горизонтально направленного бурения с использованием гидромониторной бурильной головки со сменными элементами, позволяет повысить эффективность работ при изменении свойств пород в процессе бурения подземной скважины.
В таблице 1 приведены установленные экспериментально рекомендуемые количества струеформирующих насадок и резонирующих пластин соответствующие различным категориям пород по буримости.