БУРОВОЙ СНАРЯД
DRILLING ASSEMBLY

Изобретение относится к горному делу, а именно к пневмоударным буровым снарядам, используемым при бурении скважин различного назначения в твердых и крепких породах.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению по технической сущности можно считать буровой снаряд, включающий корпус с камерой высокого давления и каналами, в которых размещены пневмоударники, каждый из которых содержит цилиндр, в центральное отверстие которого помещен клапан со сквозными продольными отверстиями и штоком, установленные с возможностью осевого перемещения в цилиндре боек и буровую коронку, выполненные в форме поршня со штоком и имеющие центральные глухие отверстия (а.с. №714002, Е21С 17/00).
Для обеспечения вращения бурового снаряда используется привод, находящийся на поверхности земли, и для передачи вращения от привода на снаряд используется длинная плеть, состоящая из отдельных звеньев длиной 4-5 метров.
Для замены вышедшего из строя бойка или коронок надо вытащить из забоя всю плеть труб, разобрать ее на составные части, произвести замену вышедшего из строя оборудования, опять собрать всю плеть труб и опустить ее обратно в скважину.
На все это тратится много времени.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, повышение интенсивности процесса разрушения твердых пород путем уменьшения времени проходки на рейс, за счет уменьшения времени замены вышедшего из строя оборудования.
Поставленная задача решается тем, что буровой снаряд, включающий жестко соединенный с валом вращения корпус с камерой высокого давления и каналами, в которых размещены пневмоударники, каждый из которых содержит цилиндр, в центральное отверстие которого помещен клапан со сквозными продольными отверстиями и штоком, установленные с возможностью осевого перемещения боек и буровую коронку, имеющие форму поршня со штоком и центральные глухие отверстия, снабжен обсадной трубой, наружный диаметр которой соответствует или меньше диаметра выступающей части буровых коронок, а внутренний оснащен участком с малым углом наклона резьбы и упором на выходе из него, фланцевой втулкой со ступенчатым внутренним отверстием и с ответной резьбовому участку обсадной трубы наружной резьбой на фланце, в котором просверлены вертикальные сквозные отверстия, турбинкой, помещенной в больший диаметр внутреннего ступенчатого отверстия фланцевой втулки, имеющий форму тонкостенного стакана, и установленной с возможностью вращения в направлении, совпадающем с направлением резьбы обсадной трубы, гибким шлангом, надетым на горловину тонкостенного стакана, а в концевой части вала вращения выполнено поперечное отверстие, связывающее камеру высокого давления с каналами пневмоударников.
Кроме того, в буровом снаряде каналы, в которых размещены пневмоударники, выполнены под углом (3-5)° к оси вращения бурового снаряда, корпус снабжен закрепленной на торце накладкой с проточками, помещенной в нижнюю часть каждого из каналов буксой с буртиком, расположенным между корпусом и накладкой с образованием полости, соединенной с проточками накладки, со стороны которой по оси корпуса выполнено глухое отверстие, центральное отверстие цилиндра по своей длине имеет разные диаметры, поршень бойка, контактирующий с большим диаметром центрального отверстия цилиндра, оснащен двумя наклонными отверстиями, оси которых пересекаются с осью его центрального глухого отверстия, и пальцем, закрепленным в нижней торцевой его части, диаметр поршня буровой коронки соответствует диаметру канала, а ее шток помещен в буксу и имеет вертикальные выполненные на половине его длины прорези, заканчивающиеся боковыми сверлениями, пересекающимися с центральным глухим отверстием буровой коронки.
На фиг.1 представлена конструкции предлагаемого бурового снаряда, продольный разрез (в правой части от оси вращения - положение бойка в конце холостого хода, в левой - в момент удара по коронке в конце рабочего хода), на фиг.2 - вид А фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.1.
Буровой снаряд состоит из жестко соединенного с валом вращения 1 корпуса 2 с камерой высокого давления 3 и каналами 4, выполненными под углом (3-5)° к оси вращения бурового снаряда. В каналах 4 размещены пневмоударники, каждый из которых имеет цилиндр 5, в центральное отверстие которого помещен клапан 6 со сквозными продольными отверстиями 7 и штоком 8, боек 9 и буровая коронка 10.
Боек 9 и буровая коронка 10 установлены в каналах 4 с возможностью осевого перемещения и имеют форму поршня со штоком и центральные глухие отверстия 11 и 12.
Центральное отверстие цилиндра 5 по своей длине имеет разные диаметры. В верхнюю часть цилиндра 5, имеющего меньший диаметр, помещен клапан 6, а также шток бойка 9. Поршень бойка 9 помещен в больший диаметр цилиндра 5. Боек 9 имеет наклонные отверстия 13, оси которых пересекаются с осью его центрального глухого отверстия 11, и палец 14, закрепленный в нижней торцевой его части.
У корпуса 2 имеется накладка 15, закрепленная на торце и имеющая проточки 16. Со стороны торца корпуса 2 по его центральной оси выполнено глухое отверстие 17. Каналы 4 соединены между собой проточками с выходом в канал, который соединен с выходом электропневмоклапана.
В нижней части каждого из каналов 4 установлена букса 18 с буртиком 19, расположенным между корпусом 2 и накладкой 15 с образованием полости 20, соединенной с проточками 16 накладки 15.
Диаметр поршня буровой коронки 10 соответствует диаметру канала 4, а ее шток помещен в буксу 18 с образованием полости 21 (между стенкой канала 4 и штоком) и имеет вертикальные выполненные на половине его длины прорези 22, заканчивающиеся боковыми сверлениями, пересекающимися с центральным глухим отверстием 12 буровой коронки 10.
Корпус 2 также имеет окна 23 для непрерывного вымывания сколотой породы.
Накладка 15 крепится на корпусе 2 винтами 24.
Буровой снаряд снабжен обсадной трубой 25, наружный диаметр которой соответствует диаметру выступающей части буровых коронок 10, а внутренний имеет резьбовой участок 26 и упор 27 на выходе из нее.
В обсадной трубе 25 установлена фланцевая втулка 28 с резьбой, имеющей малый угол наклона по наружной поверхности фланца 29, ответной резьбовому участку 26 обсадной трубы 25.
Во фланце 29 выполнены вертикальные сквозные отверстия 30 для сброса разрушенной породы и отверстия 31 для крепления троса (на фиг. не показано) подъема и опускания бурового снаряда в скважину.
Центральное внутренне отверстие фланцевой втулки 28 выполнено ступенчатым.
На валу вращения 1 установлена турбинка 32, закрепленная в концевой части вала вращения 1 при помощи, например, шпонки 33 и установленная на валу вращения 1 при помощи подшипников 34, помещенных в углубления 35 в малом отверстии втулки 28.
Турбинка 32 выполнена с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру тонкостенного стакана 37 - большего отверстия фланцевой втулки 28.
На горловину тонкостенного стакана 37 надевается гибкий шланг 38.
Вал вращения 1 имеет осевое 39 и поперечное отверстие 36, связывающее гибкий шланг 38 с камерой высокого давления 3 и каналами 4 пневмоударников.
Буровой снаряд работает следующим образом:
Обсадная труба 25 вместе с буровым снарядом, установленным во фланцевой втулке 28, закрепленной в обсадной трубе 25 по резьбе 26 с упором 27, опускается в скважину.
По мере проходки скважины обсадная труба 25 наращивается и из скважины никогда не поднимается.
Через гибкий шланг 38 подается высокое воздушное давление. Оно попадает на лопасти турбинки 32, от чего последняя начинает вращаться, причем направление вращения совпадает с направлением резьбового участка 26. Воздушное давление из гибкого шланга 38 через отверстия 39 и 36 попадет в камеру высокого давления 3.
При подаче воздуха в камеру высокого давления 3 цилиндр 5 прижимается к буровой коронке 10. Через продольные отверстия 7 в клапане 6 воздух под давлением попадает в центральное глухое отверстие 11 бойка 9, а оттуда по наклонным отверстиям 13 под поршень, который при этом начинает перемещаться вверх, выдавливая воздух в глухое отверстие 17 корпуса 2, в проточки 16 накладки 15, в прорези 22 штока буровой коронки 10. В течение всего холостого хода идет продувка буровых коронок 10.
Штырь 8 клапана 6 заходит в центральное глухое отверстие 11 бойка 9 и перекрывает его, что соответствует концу холостого хода.
Давление под поршнем бойка 9 падает до «0», а на шток продолжает действовать повышенное давление, под действием которого боек устремляется вниз, ударяя с большой силой по буровой коронке 10. В процессе движения бойка вниз идет непрерывная продувка буровой коронки 10.
В связи с тем, что каналы 4 и расположенные в них буровые коронки находятся под углом (3-5)° к оси вращения бурового снаряда, скол и разрушение породы, а также ее непрерывное вымывание через окна 23 происходит эффективнее.
По мере износа буровых коронок 10 они опускаются вниз под действием усилия от цилиндра 5 до тех пор, пока поршень коронки 10 не упрется в верхний торец буксы 18.
В этом случае требуется заменить изношенную буровую коронку на новую. Для этого буровой снаряд вместе с турбинкой 32 и фланцевой втулкой 28 за трос (на фиг. не показан) вынимают из обсадной трубы 25 и поднимают из скважины на поверхность, снимают накладку 15, вынимают буксу 18, устанавливают новую коронку, возвращают на место буксу 18 с накладкой 15 и закрепляют их на торце корпуса 2 винтами 24.
После чего буровой снаряд опять опускается в обсадную трубу 25.
Перед подъемом или спуском бурового снаряда в готовую скважину с обсадной трубой выступающую часть буровых коронок принудительно втягивают внутрь бурового снаряда, давая команду на это через электропневмоклапан.
Предлагаемая конструкция бурового снаряда позволяет:
- обеспечить непрерывность процесса продувки буровых коронок;
- повысить интенсивность процесса разрушения твердых пород путем уменьшения времени проходки на рейс, за счет увеличения времени сработки коронки и улучшения продувки разрушенной породы на рабочем и холостом ходу бойков бурового снаряда;
- уменьшить мощность установок на вращение бурового снаряда, т.к. в данной конструкции отсутствуют длинные плети труб;
- достичь сверхглубокого бурения, в т.ч. скважин на морском дне, разместив необходимое оборудование на барже.