ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОЛОНКОВЫЙ БУРОВОЙ СНАРЯД

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к колонковым буровым снарядам на грузонесущем кабеле, и может быть использовано в составе электромеханических комплексов для очистки призабойных зон скважин для добычи нефти, минеральных и пресных вод, а также для взятия скальных донных проб на шельфе, в морях и океанах и для многорейсового бурения подводных скважин с бортов неспециализированных судов.
Известен колонковый электромеханический буровой снаряд для очистки фильтровой зоны продуктивного пласта и обсадных труб скважины (патент РФ №2209912 МПК, Е21В 4/04, публ. 10.08.2003. Бюл. №22). Снаряд содержит колонковую трубу, соединенную нижним торцом со сменной буровой коронкой, керноприемную трубу, размещенный в шламовой трубе сетчатый фильтр, редуктор с полым валом, связанный с валом электродвигателя, насос и кабельный замок на верхнем торце кабельного узла. Для извлечения упавших предметов на забой скважины и очистки фильтровой зоны продуктивного пласта и обсадных труб скважины он при демонтаже сменной буровой коронки снабжен соединенными через переходник с нижним торцом колонковой трубы съемными ловильной насадкой или насадками для очистки. Насос закреплен на удлиненном валу электродвигателя между редуктором и электродвигателем. Контактные поверхности распорного узла, воспринимающего реактивный момент, выполнены в виде роликов.
Недостатками данного устройства являются наличие редуктора и управляемого распорного устройства, что усложняет конструкцию, а также делает снаряд неработоспособным при слабопрочных породах (например, бурение донных морских скважин в илистых грунтах) и при наличии каверн в скважинах большого диаметра.
Известен колонковый буровой снаряд с электрическим приводом (патент РФ №2228420 МПК, Е21В 4/04, публ. 10.05.2004. Бюл. №13). Электромеханический колонковый динамически уравновешенный буровой снаряд на грузонесущем кабеле содержит погружной асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого образуют одну пару полюсов, систему управления, роторную часть с колонковой трубой и буровой коронкой и статорную часть с трубой удлинителем и упругим элементом, жестко связанным с кабельным замком с одной стороны и ротором электродвигателя с другой, систему шламоудаления, включающую в себя насосный узел, фильтр, керноприемную и шламовую трубы.
Недостатками этого бурового снаряда являются необходимость применения трехфазного преобразователя частоты в качестве источника питания обмоток двигателя для формирования знакопеременного момента на частотах более 5÷8 Гц; необходимость применения торсиона, допускающего значительные знакопеременные углы закручивания, так как при диаметре буровой коронки до 100 мм для получения средней скорости резания 2÷3 м/с при частоте менее 10 Гц углы закручивания торсиона составляют 150° и более, что является нереализуемым при современных технологиях.
Известен электромеханический колонковый буровой снаряд (патент РФ №2337225, МПК, Е21В 4/04, публ. 27.10.2008. Бюл. №30), принимаемый за прототип. Снаряд содержит источник питания с системой управления, погружной асинхронный трехфазный электродвигатель, ротор которого соединен с колонковой трубой с коронкой, статор, соединенный с верхней трубой и упругий элемент, жестко связанный с кабельным замком с одной стороны и ротором электродвигателя с другой. Источник питания обмоток снабжен однофазным мостовым выпрямителем, ротор погружного асинхронного трехфазного электродвигателя выполнен с одной парой явновыраженных полюсов, а одна фазная статорная обмотка последовательно соединена с мостовым однофазным выпрямителем, на выход которого по постоянному току подключены последовательно соединенными между собой концами две другие фазные обмотки, образующие одну пару полюсов, с возможностью фиксации ротора со статором упругим элементом в начальном положении, при котором продольная ось симметрии ротора совпадает с продольной осью симметрии электромагнитного поля, образованного двумя последовательно включенными обмотками статора.
Недостатками данного устройства являются необходимость задействовать второй рабочий конец вала электродвигателя для установки упругого элемента и сложность размещения электрооборудования в статорной трубе.
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, то есть использование первого рабочего конца вала ротора электродвигателя и использование статорной трубы в качестве электроотсека для размещения электрооборудования.
Технический результат достигается тем, что электромеханический колонковый буровой снаряд, содержащий статор штатного погружного асинхронного трехфазного электродвигателя с явнополюсным ротором, соединенный с трубой статора, и пружину кручения, жестко связанную со статорной трубой с одной своей стороны и с ротором электродвигателя с другой своей стороны, согласно изобретению пружина кручения размещена на первом рабочем конце вала электродвигателя внутри статорной трубы, одним своим концом пружина кручения соединена с крепежным кольцом, размещенным на первом рабочем конце вала электродвигателя, а другим концом с крепежным кольцом, размещенным внутри статорной трубы.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена схема электромеханического колонкового бурового снаряда.
Электромеханический колонковый буровой снаряд содержит грузонесущий кабель 1, который закреплен в кабельном замке 2. Пружина кручения 7 одним концом соединена с крепежным кольцом 5, размещенным на первом рабочем конце вала электродвигателя 8, а другим концом с крепежным кольцом 6, размещенным в статорной трубе 4. Ротор электродвигателя соединен с колонковой трубой 9, на которую крепится буровая коронка 10.
Электрическая часть бурового снаряда содержит источник питания, систему управления, мостовой однофазный выпрямитель. В качестве источника питания используется однофазный преобразователь частоты. Мостовой однофазный выпрямитель подключен к однофазному преобразователю частоты через статорную обмотку "B-Y", а последовательно соединенные между собой две другие фазные обмотки статора "А-Х" и "C-Z" подключены на выход по постоянному току однофазного мостового выпрямителя.
В качестве электромеханического преобразователя электрической энергии в возвратно-вращательные движения режущего элемента используется погружной асинхронный трехфазный электродвигатель, статорные обмотки которого образуют одну пару полюсов, а ротор выполнен с одной парой явновыраженных полюсов. Ротор электродвигателя фиксируется со статором упругим элементом в начальном положении, при котором продольная ось симметрии ротора совпадает с осью симметрии магнитного поля, образованного двумя последовательно включенными обмотками статора.
При постановке снаряда на забой и подаче на статорные обмотки электродвигателя напряжения, формирующего знакопеременный электромагнитный момент, статор и ротор совершают возвратно-вращательные движения в противоположных направлениях. При работе на резонансной частоте электромеханической системы амплитуды колебаний имеют максимальные значения, а сумма моментов вращения, действующая на эти части, равна нолю, т.е. буровой снаряд является динамически уравновешенным.
При заполнении колонковой трубы керном снаряд поднимается на поверхность, отделяя при этом с помощью кернорвательного устройства керн от массива.