Устройство для направленного ударно-вращательного бурения

Полезная модель относится к бурению скважин в твердых породах, в частности направленных скважин с использованием забойных ударных механизмов.
Известно устройство ударного действия [RU №524890 от 14.06.1971, опубл. 15.08.1976] для образования скважин в грунте, которое содержит цилиндрический корпус с размещенным в нем ударником, причем последний выполнен со смещенным центром тяжести относительно продольной оси устройства. Ударник размещен в корпусе с возможностью свободного перемещения и соосно ему. К корпусу в нижней части крепится породоразрушающий инструмент.
Недостатком аналога является невозможность изменения направления скважины в любую заданную сторону, так как при работе происходит поворот ударника, что не позволяет наносить внецентренные удары по породоразрушающему инструменту в одной заданной плоскости, совпадающей с направлением искривления.
Известно устройство (RU №2039185, от 23.10.1992, опубл. 09.07.1995) для бурения ударно-вращательным способом, состоящее из корпуса с размещенным в нем ударником, выполненным со смещенным центром тяжести. Размещенная на нижнем торце ударника пята с возможностью установочного поворота имеет эксцентричный выступ, что позволяет наносить внецентренные удары по породоразрушающему инструменту в одной заданной плоскости, совпадающей с направлением искривления. Ударник размещен в корпусе с возможностью свободного перемещения и соосно ему. К корпусу в нижней части крепится породоразрушающий инструмент.
Недостатком прототипа является низкая точность ориентирования ударника в апсидальной плоскости, так как при работе прототипа происходит поворот корпуса пневмоударной машины, вследствие чего на ударник со стороны корпуса действует момент трения, препятствующий расположению ударника строго в апсидальной плоскости.
Задача полезной модели состоит в повышении точности ориентирования ударника за счет уменьшения момента трения ударника о корпус и верхнюю и нижнюю гильзу.
Достигается это тем, что наружная поверхность ударника и внутренняя поверхность верхней и нижней гильз, а также внутренняя поверхность корпуса имеют покрытие из твердого пористого металла.
Наличие покрытия поверхностей ударника, верхней и нижней гильз, внутренней поверхности корпуса из твердого пористого металла отличает заявляемое устройство от прототипа и обуславливает соответствие критерию «новизна».
Совокупность признаков заявляемой полезной модели, а именно наличие покрытия ударника, а также внутренней поверхности корпуса и верхней и нижней гильз твердым пористым металлом позволяют повысить точность ориентирования ударника в апсидальной плоскости путем уменьшения действующего на него момента трения без увеличения момента смещения и тем самым достигать цель полезной модели.
На фиг. 1 показана схема устройства для направленного бурения ударно-вращательным способом. На фиг. 2 дана схема поведения ударника 9 при работе.
Где: 1 - породоразрушающий инструмент - 1, корпус - 2, нижняя гильза - 3, верхняя гильза - 4, отверстия - 5 в гильзе 4, отверстия - 6 в гильзе - 3, ударник - 7, каналы ударника - 8,, пята - 9, контргайка - 10, выступ 11, переходник - 12, каналы переходника - 13, канал породоразрушающего инструмента - 14.
Устройство для направленного бурения ударно-вращательным способом работает следующим образом. Забойный ударный механизм спускают в скважину на бурильных трубах и ставят на забой. Через бурильные трубы подается под давлением воздух, который попадает внутрь корпуса 2 через каналы 13 в переходнике 12 и далее по отверстиям 5 в гильзе 4 и каналу 8 в ударнике 7 попадает под торец пяты 9, поднимая ударник 7 в верхнее крайнее положение. Воздух одновременно движется по каналам 8, и попадает через отверстие 6 в гильзе 3 и канал 14 под торец породоразрушающего инструмента 1, очищая забой скважины. Перекрытие отверстий каналов 8, при перемещении ударника 7 в верхнее положение, обеспечивает рост давления воздуха над ним. Ударник 7 воздействует на породоразрушающий инструмент 1, с помощью выступа 11, который расположен эксцентрично на пяте 9, зафиксированной контргайкой 10, одновременно делает выхлоп воздуха на забой по каналу 8, отверстию 6 и каналу 14. Поскольку выступ 11, расположен эксцентрично, то и удар по породоразрушающему инструменту 1 наносится эксцентричный, что способствует неравномерному разрушению забоя и обеспечивает набор кривизны.
с
тр
тр
В процессе работы на ударник 7 действует момент смещения М, ориентирующий ударник в положение, в котором центр тяжести занимает место в апсидальной плоскости скважины и момент трения М, препятствующий ориентированию. Однако момент М будет минимальным по следующим причинам:
- покрытие поверхности ударника и внутренней поверхности гильз, а также внутренней поверхности корпуса из твердого пористого металла;
- вибрационный характер работы устройства (1000 и более ударов в минуту), что резко снижает коэффициент трения ударника 7 о гильзы 3, 4 и корпус 2;
с
- ускоренное движение ударника 7, при котором он разгоняется до скорости 10-12 метров в секунду, а при ударе скорость его соответственно падает до нуля, что обеспечивает увеличение момента М из-за перегрузок ускорения;
- частота вращения устройства при бурении, составляющая 20-60 оборотов в минуту, что также способствует устойчивому положению ударника 7 в корпусе 2, так как центробежные силы очень малы.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности проведения работ по отклонению скважин с применением забойной пневмоударной машины за счет увеличения точности ориентирования ударника, выполненного с эксцентриситетом центра масс, в апсидальной плоскости за счет уменьшения момента трения между внутренней поверхностью корпуса, верхней и нижней гильз и наружной поверхностью ударника.