Буровой снаряд

 

Использование: бурение скважин с применением забойного электрического привода . Сущность изобретения: буровой снаряд содержит забойный электрический привод, породоразрушающий инструмент, размещенную между приводом и инструментом трубу и установленное в трубе распорное устройство. Распорное устройство включает подвижные в направлении перпендикулярном оси снаряда, плашки в хвостовиками и плоские приостренные пружины, один конец которых жестко закреплен на трубе, а другой - на подвижной плашке. Механизм перемещения плашек включает соленоид, расположенный вдоль оси привода, и толкатель клиновидной формы, соединенный с сердечником соленоида и своей боковой клиновой поверхностью взаимодействующей с хвостовиками подвижных плашек. Углы приострения плоских пружин определяются соотношениями, приведенными в описании. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 4/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 (0

М () К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4733525/03 (22) 01.09.89 (46) 15.09,92, Бюл, N 34 (71) Ленинградский горный институт им.

Г.В, Плеханова (72) В.К, Чистяков и П.Г. Талалай (56) Патент США ¹ 2730329, кл. 175 — 98, 1956.

Journal of Glaciology, Vd, 25, № 91. 1980, р.р. 169 — 174, (54) БУРОВОЙ СНАРЯД (57) Использование: бурение скважин с применением забойного электрического привода. Сущность изобретения: буровой снаряд содержит забойный электрический привод, породоразрушающий инструмент, размеПредлагаемое изобретение относится к горной промышленности, в частности к колонковым электромеханическим буровым снарядам, опускаемым в скважину на грузонесущем кабеле.

Известно буровое устройство, в котором восприятие реактивного момента, возникающего в зоне забоя при работе порадоразрушающего инструмента, осуществляется при помощи электромагнитов с колодками. Однако данная конструкция имеет следующие недостатки. Колодки устройства не перемещаются вдоль оси скважины, что приводит к значительному увеличению длины снаряда. Кроме того, эффективная работа устройства возможна только внутри колонны обсадных труб.

Известен буровой снаряд, взятый нами за прототип, в котором фиксация привода в

» Я2, 1761934 А1 щенную между приводом и инструментом трубу и установленное в трубе распорное устройство. Распорное устройство включает подвижные в направлении перпендикулярном оси снаряда, плашки в хвостовиками и плоские приостренные пружины, один конец которых жестко закреплен на трубе, а другой — на подвижной плашке. Механизм перемещения плашек включает соленоид, расположенный вдоль оси привода, и толкатель клиновидной формы, соединенный с сердечником соленоида и своей боковой клиновой поверхностью взаимодействующей с хвостовиками подвижных плашек. Углы приострения плоских пружин определяются соотношениями, приведенными в описании, 1 з.п. ф-лы, 4 ил. скважине осуществляется при помощи пружинного фонаря, состоящего из плоских пружин, шарнирно закрепленных в невращающейся части бурового снаряда. Изменение усилия прижатия пружин к стенкам скважины и, следовательно, величины, воспринимаемого реактивного момента, достигается изменением расстояния между шарнирными опорами, Данная конструкция имеет ряд существенных недостатков, Вопервых, постоянно раскрытый пружинный фонарь препятствует нормальному проведению спуска-подьемных операций и вызывает образование мелкого материала горной породы из стенок скважины, во-вторых, углы заточки приостренной части пружин не обеспечивает надежное сцепление их со стенками скважины, и, в-третьих, усилие прижатия пружин к стенкам скважины в

1761934

60 < а<90 (1- p); у > arcing

+ с О+2

Р

19 а — }

sin а течение рейса остается постоянным. По этим причинам возможно проворачивание невращающейся части бурового снаряда, закручивание и обрыв грузонесущего кабеля.

Целью изобретения является повышение надежности фиксации забойного привода в скважине и обеспечение автоматического регулирования осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе бурения.

Поставленная цель достигается тем, что буровой снаряд, содержащий забойный электрический привод, породоразрушающий инструмент, размещенную между приводом и породо разрушающим инструментом трубу, распорное устройство в виде подвижных плашек с хвостовиками, установленными в трубе с возможностью перемещения перпендикулярно от снаряда, механизм перемещения плашек в виде соленоида, кабельный замок и грузонесущий кабель, дополнительно снабжен плоскими приостренными пружинами, один конец которых жестко закреплен на трубе, а другой — на подвижных плашках, и толкателем клиновидной формы, при этом соленоид расположен вдоль оси снаряда и его обмотки подключены в сеть питания забойного привода, а толкатель соединен с сердечником соленоида и своей боковой поверхностью взаимодействует с хвостовиками подвижных плашек.

С целью повышения надежности фиксации забойного привода в скважине и предотвращения излома плоских пружин углы заточки их приостренной части определяются следующими соотношениями: где а и у — передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины, p — коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины (ср =0,1...0,3); h— величина рабочего хода пружины, Ь вЂ” ширина пружины; D - äèàìåòð породоразрушаю5

55 щего инструмент; — длина рабочей части пружины; Мр — развиваемый приводом крутящий момент, д — предельно допустимое напряжение изгиба материала пружины, На фиг. 1 показан общий вид бурового снаряда; на фиг. 2 и 3 показана работа распорного устройства в скважине; на фиг. 4 показаны геометрические характеристики плоской пружины.

Буровой снаряд содержит забойный электрический привод 1, породоразрушающий инструмент 2, колонковую трубу 3, размещенную между приводом 1 и породоразрушающим инструментом 2, распорное устройство 4, кабельный замок 5 и грузонесущий кабель 6. Распорное устройство 4 состоит из подвижных плашек 7, механизма перемещения плашек, выполненного в виде соленоида 8, расположенного вдоль оси снаряда, толкателя 9 клиновидной формы, соединенного с сердечником соленоида 8, и плоских приостренных пружин 10, один конец которых жестко закреплен на трубе 11, а другой на подвижных плашках 7. Обмотка соленоида

8 подключена в сеть питания забойного привода 1.

При подаче питания по грузонесущему кабелю 6 на электрический привод 1 породоразрушающий инструмент2 и колонковая труба 3 приводится во вращение. При этом происходит перемещение вдоль оси снаряда сердечника соленоида 8 и связанного с ним толкателя 9, который своей боковой поверхностью взаимодейстует с хвостовиками подвижных плашек 7. Перемещение подвижных плашек 7 в направлении, перпендикулярном оси снаряда, вызывает перемещение приостренных пружин 10, которые, прижимаясь к стенкам скважины, врезаются в них и уравновешивают реактивный момент, возникающий при работе электрического привода 1 и разрушении горной породы на забое (фиг, 2 и 3). При изменении физико-механических свойств разбуриваемой горной породы происходит соответствующее изменение развиваемого приводом

1 крутящего момента и силы тока в сети питания. Колебания силы тока, проходящего через обмотки соленоида 8, вызывает перемещение его сердечника, толкателя 9 и подвижных плашек 7, которые в свою очередь регулируют усилие прижатия приостренных пружин 10 к стенкам скважины и величину воспринимаемого реактивного момента. При этом за счет изменения давления на стенки скважины, создаваемого приостренными пружинами 10, происходит автоматическое регулирование осевой на1761934

60 < а<90 (1- p);

10 . Ь

+ г" " О + 2 Ь !

< а<90 (1- p); щ(а — у} >

sin а у > агстц

Ь

+ arcsln D +2 h

Mp

60 < а<90 (1- р);

+arcsin D+2 „

55 т а — у }

sin а грузки на породоразрушающий инструмент в процессе бурения.

Углы заточки приостренной части плоских пружин должны обеспечивать минимальное усилие внедрение плоской пружины в стенки скважины, предотвращение обрушения породы в зоне контакта плоских пружин со стенками скважины, предотвращение излома плоских пружин, Первое условие выполняется при где а и у — передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины, р — коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины (p = 0,1...0,3), h— величина рабочего хода пружины, Ь вЂ” ширина пружины, D — диаметр породоразрушающего инструмента.

Величина воспринимается плоскими пружинами момента до обрушения породы определяется соотношением: где Мр — развиваемый приводом крутящий момент, k — коэффициент, учитывающий геометрическую форму приостренной части плоской пружины, г — удельное давление плоской пружины на стенки скважины, при котором происходит обрушение породы,!— длина рабочей части пружины. Многочисленными экспериментальными данными установлено увеличение коэффициента k c ростом переднего угла заточки а приостренной части плоской пружины, Особенно интенсивный рост k наблюдается при а > 60 .

Третье условие из соотношений сопротивления материалов связывает углы заточки следующим образом: щ а — у}

6М

+(2( где (cT) — предельно допустимое напряжение изгиба материала пружины.

Таким образом, надежное восприятие реактивного момента и предотвращение излома плоских пружин обеспечивается при следующих углах заточки:

h

y>arctg ., +

bb l — („У

Формула изобретения

1. Буровой снаряд, содержащий забойный электрический привод, породоразру20 шающий инструмент, размещенную между приводом и породоразрушающим инструментом трубу, распорное устройство в виде подвижных плашек с хвостовиками, установленными в трубе с возможностью пере25 мещения перпендикулярно оси снаряда, механизм перемещения плашек в виде соленоида, кабельный замок и грузонесущий кабель, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности фиксации за30 бойного привода в скважине и обеспечения автоматического регулирования осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе бурения, он снабжен плоскими приостренными пружинами, один конец ко35 торых жестко закреплен на трубе, а другой — на подвижных плашках, и толкателем клиновидной формы, при этом соленоид расположен вдоль оси привода, а толкатель соединен с сердечником соленоида и своей

40 боковой поверхностью взаимодействует с хвостовиками подвижных плашек.

2. Снаряд по и. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что углы заточки приостренной части плоских пружин определяются следующими

45 соотношениями:

50 y > arctg

1761934 а и у — передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины; р — коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины (=0,1„,0,3);

h — величина рабочего хода пружины;

Ь вЂ” ширина пружины;

0 — диаметр породораэрушающего инструмента;

I — длина рабочей части пружины;

Mp — развиваемый приводом крутящий

5 момент; (o ) — предельно допустимое напряжение изгиба материала пружины.

1761934

1?61934

Составитель В.Чистяков

Техред М,Моргентал Кор ректор Т. Ва ш ко вич

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 .1 ) !

Заказ 3242 Тираж Подписное

В НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5