Устройство для забивки обсадных труб

Используется при бурении скважин и обсадке их стенок. Устройство для забивки обсадных труб, подвешенное на гибкой подвеске балансирного механизма, включает ударную штангу с хвостовиком, наголовник обсадных труб, пружину и размещенный на хвостовике запорный элемент. Хвостовик ударной штанги выполнен с упорным буртом и снабжен опорной шайбой. Запорный элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль оси хвостовика. Пружина установлена между опорной шайбой и запорным элементом. Изобретение позволяет уменьшить габариты /длину/ устройства, при этом обеспечивается возможность работы устройства при посадке обсадной колонны в верхних интервалах скважины. 2 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, в частности - к устройствам для погружения обсадных труб как в пройденные скважины, так и при бурении обсадной ходовой колонной при разведке на редкие металлы и стройматериалы.

Известно устройство для забивки обсадных труб, включающее подвешенную на канате оттяжной рамы ударную штангу /через канатный замок/ и наголовник, надетый посредством резьбы на верхний торец обсадных труб /см. Ф.А. Шамшев и др. "Технология и техника разведочного бурения", М., Недра, 1983, стр. 500, рис. 9.17/.

К недостатку указанного технического решения относится невысокая энергия удара, пропорциональная массе ударной штанги и ее квадрату скорости в момент соударения с наголовником. При высоте подъема ударной штанги, равной 0,5-0,8 м, штанга не успевает набрать достаточную скорость падения в момент соударения с наголовником.

Известно также устройство для забивки обсадных труб, подвешенное на гибкой подвеске балансирного ударного механизма и включающее ударную штангу с хвостовиком, наголовник обсадных труб и пружину, установленную между наголовником и запорным элементом /гайкой к контргайкой/, размещенным в нижней части хвостовика /см. авторское свидетельство СССР №446624, Е 21 В 19/00, 1973/.

Указанное техническое решение является наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату и принимается в качестве уровня техники /прототипа/.

Недостаток прототипа заключается в том, что в начале обсадки скважины /первых 8-10 м/, когда вес обсадных труб и их сцепление с грунтом сравнимы по величине с весом забивного снаряда, обсадные трубы извлекаются из грунта при подъеме бурового снаряда, поскольку последний посредством пружины и наголовника связан с колонной обсадных труб. Кроме того, в прототипе рабочий ход пружины должен быть равен высоте подъема забивного снаряда /0,5-0,8 м/, следовательно, длина пружины в свободном состоянии должна быть около двух метров, что увеличивает габариты снаряда по высоте и вызывает неудобство в работе.

Технический результат изобретения - обеспечение возможности работы устройства при посадке обсадной колонны в верхних интервалах скважины и уменьшение его габаритных размеров.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для забивки обсадных труб, включающем ударную штангу с хвостовиком, наголовник обсадных труб, пружину и запорный элемент, размещенный в нижней части хвостовика, согласно изобретению хвостовик ударной штанги выполнен с упорным буртом и снабжен опорной шайбой, а запорный элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль оси хвостовика, причем пружина установлена между опорной шайбой и запорным элементом.

Анализ предложенного устройства показывает, что вновь введенные признаки позволяют работать как на начальном участке рабочей характеристики пружины, так и на любом другом ее участке, т.е. в зависимости от глубины посадки колонны менять величину усилия, с которым пружина действует на ударную штангу в момент ее сброса на наголовник.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - общий вид предложенного устройства /на левой части проекции - в начальной стадии обсадки скважины, на правой - в процессе обсадки средних и нижних интервалов скважины/;

- на фиг.2 - рабочая характеристика пружины устройства.

Устройство для забивки обсадных труб включает ударную штангу 1, имеющую средство 2 /конусную резьбу/ для подсоединения через канатный замок 3 к канату 4 лебедки /не показана/ бурового станка, имеющего балансир свободного сброса. В нижней части ударной штанги, выполненной в виде хвостовика 5, имеется резьбовой участок 6 с гайкой 7 и контргайкой 8, а также опорная шайба 9 и запорный элемент 10, между которыми установлена пружина 11.

В комплект устройства входят также наголовник 12 для обсадных труб 13, причем наружный диаметр шайбы 9 превышает внутренний диаметр наголовника 12. Конструктивно устройство выполнено таким образом, что величина 14 подъема ударной штанги превышает высоту от нижней плоскости наголовника 12 до верхней плоскости опорной шайбы 9 на величину 15.

Работает предложенное устройство для забивки обсадных труб следующим образом.

В начале процесса обсадки скважины или бурения скважины обсадной колонной пружину 11 устанавливают на хвостовике 5 в свободном состоянии или поджимают на минимальную величину. При подъеме ударной штанги 1 в верхнее положение пружина 11 сжимается на величину 15, т.е. работает на начальном отрезке своей характеристики /см. фиг.2/, где ее усилия недостаточно для подъема из скважины обсадной трубы 13.

При дальнейшем процессе обсадки скважины, когда вес обсадной колонны и ее сцепление с грунтом увеличивается, производят увеличение энергии удара, для чего при наращивании путем вращения гайки 7 и контргайки 8 сжимают пружину 11 на величину 16 /см. правую проекцию фиг.1/.

Пружина 11 в этом случае будет иметь прежний рабочий ход, равный величине 15, однако ее усилие при сбросе ударной штанги на наголовник обсадных труб возрастает соответственно углу наклона характеристики пружины в координатных осях ее усилия и осадки.

При необходимости предварительное поджатие пружины увеличивают до ее максимальной рабочей нагрузки в момент сброса ударной штанги на наголовник обсадных труб. Степень предварительного поджатия пружины в устройстве при прочих равных условиях будет определяться конструкцией обсадных труб /ее гладкоствольности/, физико-механическими показателями грунта и т.д. и в каждом конкретном случае устанавливается опытным путем.

Преимуществом предложенного устройства для забивки обсадных труб по сравнению с прототипом является возможность его применения с момента начала погружения обсадных труб, возможность варьирования величиной энергии удара в зависимости от геологического разреза, а также уменьшение габаритных размеров устройства путем установки пружины с большей жесткостью и меньшей по высоте.

Устройство для забивки обсадных труб, подвешенное на гибкой подвеске балансирного механизма и включающее ударную штангу с хвостовиком, наголовник обсадных труб, пружину и размещенный на хвостовике запорный элемент, отличающееся тем, что хвостовик ударной штанги выполнен с упорным буртом и снабжен опорной шайбой, а запорный элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль оси хвостовика, причем пружина установлена между опорной шайбой и запорным элементом.