БУРОВОЙ СНАРЯД "ЯУНЛОР"

Полезная модель относится к горной промышленности, к техническим средствам для бурения скважин с поинтервальным отбором керна различных видов горных пород.
Известны буровые снаряды, включающие колонну бурильных труб, корпус с подшипниковой опорой, долото и съемный керноприемник [Сулакшин С.С.Современные способы и средства отбора проб полезных ископаемых. М., Недра, 1970, 248 с.].
Установка съемного керноприемника на подшипниковой опоре позволяет добиться того, чтобы керноприемник при отборе керна не вращался, но не позволяет производить замену его на вращающееся съемное долото.
Известен также буровой снаряд, включающий колону бурильных труб, корпус с подшипниковой опорой, долото, съемный керноприемник и съемное долото с запирающим устройством [Патент СССР №657763, МКИ Е21В, 25/00, опубл. 15.04.79 г.(прототип)].
Недостатком известного снаряда является сложность конструкции, так как опора керноприемника выполнена в верхней части полого корпуса, а запирающий узел - в долоте. Это не позволяет совершать автоматическое регулирование величины опережения съемным долотом торца долота и создавать на забое ударные нагрузки, что приводит к снижению производительности бурения.
Задачей, решаемой использованием заявляемого решения, является повышение производительности бурения путем чередования проходки с отбором керна с проходкой сплошным забоем без подъема бурильной колоны на поверхность.
Техническая сущность решения заключается в том, что в буровом снаряде, включающем колонну бурильных труб, корпус с подшипниковой опорой, долото, съемный керноприемник и съемное долото с запирающим устройством, подшипниковая опора подпружинена относительно корпуса вдоль оси вращения и снабжена зубцами на верхнем торце, а на нижнем - выемками для выступов запирающего устройства, при этом верхний торец плоскости корпуса снабжен ответными зубцам впадинами.
Выполнение опоры съемного керноприемника подпружиненной относительно корпуса вдоль оси вращения обеспечивает ее размещение в нижнем положении при бурении с отбором керна, а при бурении сплошным забоем пород, твердость которых превышает жесткость пружины, - сжатие пружины и роботу опоры в зацеплении с корпусом.
Снабжение опоры зубцами на верхнем торце и выемками на нижнем для выступов запирающего устройства, а также снабжение корпуса ответными зубцам опоры впадинами, обеспечивает вращение съемного долота, находящегося в зацеплении с опорой при помощи запирающего устройства, вместе с корпусом снаряда.
Дополнительный к передаче вращения эффект возникает при бурении пород, жесткость которых соответствует жесткости пружины. При этом зубцы опорного узла будут перескакивать из впадины во впадину корпуса, обеспечивая низкочастотные ударные нагрузки на забой, приводящие к повышению производительности бурения.
На фиг.1 изображен продольный разрез предложенного устройства с вставным долотом при спуске; на фиг.2 - фрагмент части штока с кожухом; на фиг.3 - буровой снаряд в рабочем положении; на фиг.4 - фрагмент аксонометрии рычагов запирающего устройства во взаимодействии с выемками на подшипниковой опоре; на фиг.5 - продольный разрез устройства со съемным керноприемником.
Буровой снаряд состоит из корпуса 1 с переводником 2 с резьбой для соединения с колонной бурильных труб. Корпус 1 соединен с долотом 3, содержащим промывочные каналы 4, шарошки 5 и керноприемную втулку 6.
Между долотом 3 и корпусом 1 в выемке корпуса размещен проволочный центратор 7. Между корпусом 1 и переходником 2 размещены радиально-упорные подшипники 8 с втулкой 9, с которой скользящим соединением взаимодействует опорный узел 10 с муфтой 11, включающей зубцы 12. Нижняя часть опорного узла выполнена с отверстиями 13, коническим выступом 14, в плоскости которого выфрезерованы фигурные выемки 15, и резиновой манжетой 16.
В плоскости переходника 2 размещено кольцо 17 с ответными зубцам 12 выемками 18, закрепленное винтом 19. Между кольцом 17 и опорой 10 размещена пружина 20. В плоскости опоры размещаются опорные головки 21 съемных долот 22 (фиг.1) и съемных керноприемников 23 (фиг.5). Съемные долота оснащены штоком 24 с каналом 25 и кожухом 26. На верхнем конце штока размещен запирающий узел, состоящий из рычагов 27 с осью 28, подвижного корпуса 29 с клином 30, жестко соединенного с опорной головкой 21. Рычаги 27 имеют клиновидные зубья 31 для взаимодействия с выемками 15 плоскости выступа 14 и опоры 10. Гнездо опоры 10 снабжено кольцевым уплотнителем 32. Захватная головка 33 съемного керноприемника 23 (фиг.5) выполнена подвижной относительно опорной головки 21 и имеет на нижнем торце отражательную сетку 34. Для дренажа жидкости из полости керноприемной трубы в ее верхней части выполнены отверстия 35, перекрытые эластичной кольцевой манжетой 36. Нижняя часть съемного керноприемника 2 оснащена кернорвателем 37. Кожух 26 служит для регулировки длины участка штока 24, размещаемого в корпусе I бурового снаряда. Для этого в нем выполнены отверстия 38, при помощи которых и вставляемого в них и в отверстие в штоке 24 шплинта 39 устанавливают определенную величину выхода долота 22 за торец долота (фиг.1, 2, 3).
Предложенное устройство работает следующим образом.
На забой буровой снаряд опускают либо в собранном виде, как показано на фиг.1, либо опускают сначала корпус 1 с долотом 3 на колонне бурильных труб, а затем, приподняв снаряд над забоем, отпускают в полость труб съемное долото 22 со штоком 24, опорной головкой 21 и запирающим узлом с рычагами 27. Кратковременным вращением снаряда с остановками и прокачиванием промывочной жидкости после достижения съемным долотом 22 забоя добиваются срабатывания запирающего узла. При этом кожух 26 упирается в керноприемную втулку 6, рычаги 27 зубьями 31 входят в зацепление с фигурными выемками 15 полости выступа 14 опоры 10 и закрепляются в таком положении клином 30 подвижного корпуса 29, прижимаемого сверху весом опорной головки 21 и давлением потока промывочной жидкости. Срабатывание запирающего узла контролируется на поверхности скачком давления на манометре бурового насоса при прохождении опорной головки 21 мимо отверстия 13 в опорном узле 10. После этого снаряд с вращением осторожно ставят на забои. При этом пружина 20 сжимается, и зубцы 12 входят в зацепление с выемками 18 кольца 17, как показано на фиг.3, и съемное долото 22 вращается вместе с корпусом I.
Струя промывочной жидкости, истекая из центрального отверстия 25 съемного долота 22 способствует ускоренному разрушению горных пород, особенно мягких категорий. При этом жесткость пружины 20 может превысить твердость разрушаемой породы, зубцы 12 выйдут из выемок 13 и взаимодействие между ними будет носить прерывистый характер, благодаря чему создадутся ударные нагрузки на долото 22. Вследствие этого также возрастет скорость бурения. При бурении твердых пород съемное долото 22 вращается вместе с корпусом I бурового снаряда, обеспечивая бурение скважины сплошным забоем с дополнительной обнаженной поверхностью, что способствует улучшению условий разрушения горных пород.
По достижении кровли продуктивного пласта, подлежащего опробованию, съемное долото 22 извлекает на поверхность с помощью овершота, соединяющегося на забое с захватной головкой 33. При этом перемещением корпуса 29 с клином 30 рычаги 27 запирающего узла складываются и не препятствуют извлечению съемного долота 22 из полости бурового снаряда.
Затем на забой опускают съемный керноприемник 23, который опорной головкой 21 садится в гнездо опорного узла 10 и не вращается при бурении благодаря наличию подшипников 8. Захватная головка 33 находится в крайнем положении, вследствие чего открыт канал для перетока промывочной жидкости из полости керноприемной трубы через сетку 34, зазор между штоком головки 33 и опорной головкой 21, и отверстия 35, отжимая язычки эластичной манжеты 36. Этому перетоку способствует эффект эжекции, создаваемый нисходящим потоком промывочной жидкости, протекающей через отверстия 13, кольцевое пространство между опорным узлом 10 и корпусом I в расширяющееся пространство между коническим выступом 14 и корпусом I.
Перетоку жидкости из межтрубного пространства в полость керноприемной трубы препятствуют манжеты 16 и 36. Восходящий поток промывочной жидкости в керноприемной трубе способствует улучшению условий формирования керна и вследствие этого повышению его выхода и повышению механической скорости бурения, благодаря снижению дифференциального давления на забое скважины. После проходки на величину длины полости керноприемной трубы съемный керноприемник 23 с помощью овершота извлекают на поверхность и по необходимости спускают его повторно после извлечения керна, либо используют съемное долото 22
Технико-экономическая или иная эффективность
1. Повышение производительности бурения благодаря чередованию использования съемных долот и съемных керноприемников. При этом улучшаются условия труда, так как спуско-подъемные операции производятся с помощью лебедки и троса, увеличивается проходка на колонковое долото.
2. Повышение производительности бурения вследствие роста механической скорости бурения сплошным забоем благодаря использованию гидромониторного эффекта и ударных нагрузок.
3. Ожидаемая экономическая эффективность 8 750 000 рублей в год на одно устройство.