Снаряд для бурения направленных скважин

 

Использование: горная промышленность, в частности вращательное бурение направленных скважин и другие отрасли промышленности. Сущность изобретения: в снаряде для бурения направленных скважин опорные полосы 6 расположены на торцах спирали 5 только на первом 2 звене. Полосы 6 размещены на одном-двух первых и последних витках спирали 5. Нависание полос 6 выполнено только в сторону коронки 1. Внешний диаметр полос 6 равен диаметру коронки 1. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к вращательному бурению направленных скважин, и может быть использовано в других отраслях промышленности.

Известно, что наиболее трудно сохранить заданное направление при бурении глубоких скважин горизонтального или слабонаклонного заложения, так как под действием силы тяжести коронки и звеньев бурового става он изгибается и скважина искривляется. Поэтому для сохранения заданного направления на некоторых звеньях става бурового снаряда ставят так называемые "опорные фонари" [1] Однако они плохо сохраняют заданное направление буримой скважины.

Наиболее близким к изобретению является буровой снаряд, у которого в качестве опорных фонарей используются все витки спирали-шнекового бурового става [2] к торцовой поверхности которых приварена стальная полоса. Достоинством такого технического решения является большая опорная поверхность бурового става.

Недостатками бурового става являются следующие: большая металлоемкость и трудоемкость изготовления бурового снаряда, так как опорная полоса приваривается на все витки спирали всего става; сниженная выдачная способность бурового става из-за симметричного расположения опорной полосы относительно спиралей, так как известно, что буровая мелочь от коронки к устью скважины перемещается за счет ее взаимодействия с рабочей поверхностью спирали и стенками скважины, а те частицы мелочи, которые лежат на опорной поверхности спирали, к устью скважины не перемещаются. Они будут вращаться вместе со ставом, увеличивая его массу и потребляемую мощность на вращение. Причем, чем шире опорная полоса со стороны рабочей поверхности спирали, т.е. со стороны вращателя бурового снаряда, тем хуже выдачная способность бурового става; отсутствие указаний о соотношении диаметров коронки и шнека, что при значительных зазорах между стенками скважины и опорной поверхностью спиралей приводит к искривлению скважин, а при отсутствии указанных зазоров потребляет большого крутящего момента вращения снаряда с длинным буровым ставом.

Цель изобретения увеличение точности направленного бурения скважин снарядом со шнековым буровым ставом, снижение материалоемкости и трудоемкости его изготовления, увеличение скорости бурения и снижение мощности, необходимой для вращения бурового снаряда.

Цель достигается тем, что опорные поверхности на торцах спирали выполнены только на первом звене бурового става, следующего за коронкой, размещены на одном-двух первых и последних витках, причем нависание опорных поверхностей выполнено только в сторону коронки, а их внешний диаметр равен диаметру коронки.

Новыми существенными признаками предлагаемого изобретения являются: в отличие от прототипа опорные поверхности на торцах спирали выполнены только на первом звене бурового става снаряда и только на одном-двух первых и последних витках этого звена, и это применяется впервые; предлагаемый признак позволяет существенно снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления бурового снаряда, а также уменьшить потребляемую мощность на его вращение; в отличие от прототипа нависание опорных поверхностей выполнено только с одной стороны со стороны нерабочей поверхности спирали (со стороны коронки) применяется впервые; при таком выполнении опорных поверхностей частицы буровой мелочи рабочей поверхностью спирали перемещаются в сторону устья скважины, а не лежат на внутренней части опорной полосы и не вращаются вместе со шнеком, как это происходит у прототипа. Это позволяет повысить выдачную способность шнекового бурового става и снизить мощность на его вращение. Расположение опорной полосы со стороны нерабочей поверхности спирали практически не сказывается на выдачной способности шнека, так как буровая мелочь редко контактирует с нерабочей поверхностью спирали из-за неполного заполнения межвиткового пространства мелочью и постоянного "убегания" этой поверхности спирали от перемещаемой буровой мелочи; внешний диаметр опорных поверхностей равен диаметру коронки, и это применяется впервые.

Предлагаемый признак обеспечивает высокую точность соблюдения заданного направления бурения независимо от длины скважины. Конечно, при таком выполнении опорных поверхностей возрастает крутящий момент на вращение первого звена бурового става. Однако малое число опорных витков и размещение их только на первом звене става снизит необходимый крутящий момент на вращение всего снаряда по сравнению с прототипом.

На чертеже изображен снаряд для бурения направленных скважин.

Снаряд состоит из коронки 1, первого 2, второго 3 и последующих звеньев става (не показан), количество которых рассчитано на полную глубину скважины.

Хвостовик коронки 1 соединяется с трубой 4 первого звена става 2. На трубы всех звеньев става навита и приварена спираль 5 из стальной полосы. На первом звене става 2 на первые (сразу за коронкой) и последние один-два витка спирали 5 навита и приварена опорная полоса 6 с нависанием ее в сторону коронки 1, т.е. со стороны нерабочей поверхности спирали 7. Нависание опорной полосы 6 со стороны рабочей поверхности спирали 8 не допускается.

Диаметр витков спирали с опорной полосой 6 равен диаметру коронки 1, а диаметр шнековых звеньев по виткам спирали из обычной полосы несколько меньше диаметра коронки.

Буровой снаряд работает следующим образом.

Коронка 1 разрушает породу, образуя скважину, за счет воздействия на нее крутящего момента и осевых усилий, передаваемых от патрона вращателя станка (не показаны) звеньями бурового става.

Буровая мелочь, образуемая при разрушениии породы коронкой, перемещается к устью скважины за счет воздействия на нее рабочей поверхности спиралей 8 всех витков бурового става, которые в данный момент находятся в скважине.

Следующие за коронкой 1 витки спирали первого звена става 2 с опорной полосой 6 входят в скважину "без зазора" и не позволяют коронке отклоняться от заданного направления, так как она жестко соединена с первым звеном 2 бурового става, а диаметр шнека по опорной поверхности 6 равен диаметру коронки. В момент забуривания скважины первое звено става центрируется специальным люнетом (не показан), выполненным на направляющих станка, по которым перемещается вращатель.

При дальнейшем углублении скважины на глубину первого звена става скважина не изменит своего направления, так как вращатель станка движется по направляющим с неизменной продольной осью, строго выдерживая заданное направление. После наращивания второго звена става 3, не имеющего жесткого соединения с первым звеном 2, последний мог бы под действием собственной силы тяжести и силы тяжести коронки или под воздействием неоднородности разрушаемой породы изменить направление буримой скважины, но этому препятствуют опорные поверхности 6 на первых и последних витках первого звена става 2, так как они "без зазора" входят в скважину.

Применение предлагаемого бурового снаряда позволит решить проблему бурения глубоких скважин разного диаметра и разного назначения (взрывных работ, для прокладки кабелей, труб, подачи воды, воздуха и т.п.). Например, использование снаряда для бурения направленных скважин для ведения взрывных работ на шахтах ЛПО "Ленинградсланец" позволит внедрять новый способ отработки сланца, который в 3-4 раза повысит интенсивность отработки, позволит избавиться от строительства новых шахт, резко снизит потребность в буровых установках, погрузочных и врубовых машинах, снизит потери сланца в охранных целиках, снизит трудоемкость добычи сланца и его себестоимость.

Формула изобретения

СНАРЯД ДЛЯ БУРЕНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН, состоящий из коронки и бурового става в виде нескольких шнековых звеньев с опорными полосами на торцах спирали, отличающийся тем, что опорные полосы на торцах спирали расположены только на первом звене бурового става, следующего за коронкой, и размещены на одном-двух первых и последних витках, причем нависание опорных полос выполнено только в сторону коронки, а их внеший диаметр равен диаметру коронки.

РИСУНКИ

Рисунок 1