Бурильная колонна для направленного вверх бурения и ее компоненты

Изобретение относится к бурильной колонне для направленного вверх бурения и к его компонентам. Бурильная колонна содержит переходную муфту хвостовика, начальную штангу, удлинительную штангу и буровое долото. Эти компоненты имеют средства для передачи ударных волн и промывочной среды. Переходная муфта содержит первую часть и вторую часть, разъемно соединенные между собой. Начальная штанга содержит соединительное гнездо, имеющее нецилиндрическую внутреннюю стенку для приема соответствующей формы конца части переходной муфты. Гнездо расположено во втулке, выполненной заодно с нецилиндрическим участком штанги, и содержит передающую удары поверхность, проходящую перпендикулярно центральной линии начальной штанги. Удлинительная штанга содержит соединительное гнездо, имеющее нецилиндрическую внутреннюю стенку для приема соответствующей формы конца второй части переходной муфты. Гнездо расположено во втулке, выполненной заодно с нецилиндрическим участком, и свободный конец части штанги имеет нецилиндрическое поперечное сечение для размещения в соединительном гнезде другой удлинительной штанги или в соединительном гнезде начальной штанги. Каждый конец удлинительной штанги содержит передающую удары поверхность, проходящую перпендикулярно центральной линии удлинительной штанги. Длины начальной и удлинительной штанг менее 1 м. Обеспечивается возможность замены компонентов перфоратора без его разборки. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к бурильной колонне для направленного вверх бурения и ее компонентам согласно ограничительным частям независимых пунктов формулы изобретения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Типичный перфоратор содержит переходную муфту хвостовика, ударное устройство и вращающее устройство. В переходной муфте хвостовика может крепиться бурильная колонка, на который посредством переходной муфты от вращающего устройства передается крутящий момент, а от ударного устройства передаются ударные импульсы. Ударное устройство обычно содержит поршень-ударник, совершающий возвратно-поступательные перемещения и выполненный с возможностью передавать удары на ударную поверхность, расположенную на внешней части заднего конца переходной муфты. Такой перфоратор имеет определенную минимальную длину и на практике его нельзя сделать короче, чем эта минимальная длина. Эта минимальная длина определяется длиной поршня-ударника и переходной муфты, длиной хода поршня-ударника и остальной конструкцией перфоратора, например, кожухами. При работе в низком пространстве, например в туннелях, предпочтительно использовать как можно более короткий перфоратор, чтоб иметь возможность использовать бурильные колонки удобной длины. Однако длину перфоратора нельзя уменьшить, не уменьшив длину поршня-ударника и переходной муфты. Если поршень-ударник выполнить очень коротким, он не сможет создавать ударные импульсы, необходимые для дробления породы, и характеристики перфоратора существенно ухудшатся. Переходная муфта также должна иметь определенную длину, чтобы бурильные колонки могли прочно закрепляться в ней и чтобы переходная муфта прочно удерживалась в корпусе перфоратора. Кроме того, на переходную муфту необходимо передавать крутящий момент, требуемый для вращения переходной муфты. Ход поршня-ударника также нельзя существенно укоротить без ослабления ударных импульсов, передаваемых на переходную муфту.

Обычные, состоящие из одной детали переходные муфты, имеющие шлицы на заднем конце и резьбу на свободном конце, дороги в производстве и относятся к тем деталям перфоратора, которые чаще всего приходится заменять из-за поломок и/или износа резьбы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание новой и улучшенной переходной муфты хвостовика в перфораторе для ударного бурения породы.

Другой целью настоящего изобретения является создание новой и улучшенной легкозаменяемой переходной муфты хвостовика в перфораторе для ударного бурения породы.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание новой и улучшенной, заменяемой без разборки перфоратора переходной муфты хвостовика в перфораторе для ударного бурения породы.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание легкозаменяемых компонентов бура.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1А изображает схематическое продольное сечение перфоратора, на котором показаны поршень, первая часть и вторая часть переходной муфты;

фиг.1В - вид в перспективе первой части переходной муфты;

фиг.1С - вид сбоку первой части переходной муфты;

фиг.2 - вид сбоку второй части переходной муфты согласно настоящему изобретению;

фиг.3 - вид сбоку начальной штанги согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 - вид сбоку удлинительной штанги согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 - вид сбоку начальной штанги с буровым долотом.

На чертежах для ясности настоящее изобретение показано в упрощенном виде.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1А и 1В показан перфоратор 10 согласно настоящему изобретению. Перфоратор 10 имеет поршень-ударник 2, выполненный с возможностью нанесения ударов по заднему концу первой части 11 переходной муфты хвостовика, формируя ударные импульсы. Первая часть 11 переходной муфты передает ударные импульсы на вторую часть 14 переходной муфты и далее, через бурильную колонку на буровое долото 15 и на породу, в которой происходит бурение. Первая часть 11 переходной муфты соединена вращающими элементами или шлицами 16 с вращающим устройством, так что первая часть 11 переходной муфты и бурильная колонна могут вращаться вокруг своих продольных осей. Задний конец первой части 11 переходной муфты имеет чашевидную форму, благодаря чему поршень-ударник 12 ударяет не по самому дальнему от центра концу первой части 11 переходной муфты, а по ударной поверхности 13, которая расположена на расстоянии от заднего конца первой части 11 переходной муфты. Вращающие элементы 16 выполнены на внешнем ободе чашевидного участка первой части 11 переходной муфты, благодаря чему остается относительно длинный свободный участок на юбке 18 первой части 11 переходной муфты, на котором можно выполнить канал 19 для промывочной среды, уплотнения и подшипники первой части 11 переходной муфты. Для упрощения на фиг.1А не показаны управляющие элементы и каналы для среды под давлением, относящиеся к ударному устройству.

Первая часть 11 переходной муфты на своем переднем конце в продольном направлении этой части 11 содержит гнездо 20. Гнездо 20 имеет внутреннюю резьбу 21. Резьба 21 является внутренней круглой резьбой или трапецеидальной резьбой, пригодной для ударного бурения. Гнездо 20 далее имеет нижнюю поверхность 22 для передачи ударных волн на вторую часть 14 переходной муфты. Первая часть 11 переходной муфты имеет длину L1.

Вторая часть 14 переходной втулки выполнена удлиненной и имеет длину L2, при этом длина L2 второй части 14 составляет 60-140 мм, наиболее предпочтительно около 80 мм. Длина L2 второй части 14 переходной муфты меньше, чем длина L1 первой части 11 переходной муфты. Вторая часть 14 на конце, обращенном к первой части 11, имеет резьбу 23. Резьба 23 является круглой или трапецеидальной, пригодной для ударного бурения породы. Другой, или свободный, конец 24 второй части 14 имеет нецилиндрическое сечение, например шестигранное или квадратное. Образующая поверхность части 14 от конца до конца по существу является непрерывной в продольном направлении, т.е. не имеет никаких выступов. Вместо резьб 21 и 23, описанных выше, естественно можно использовать другие соединительные элементы, пригодные для этой цели, хотя тесты показали, что резьба является более долговечной. Промывочный канал 17 расположен на и вдоль центральной линии второй части 14. Каждый конец 14А и 14В второй части 14 содержит передающие удары поверхности, проходящие перпендикулярно центральной линии второй части 14.

На фиг.3, 4 и 5 показаны компоненты бурильной колонны. Общее пространство, имеющееся при бурении, несколько превышает 1 м, например 1,1-1,2 м, а общая длина скважины, которую необходимо пробурить, часто превышает это ограниченное пространство. Поэтому бурильная колонна по настоящему изобретению содержит переходную муфту хвостовика, начальную штангу 25, удлинительную штангу 26 и буровое долото 15, которые имеют ограниченную длину. Все эти компоненты имеют сквозные промывочные каналы, проходящие по всей их длине по центральной линии, и каждый из этих компонентов имеет длину менее 1 м.

Удлиненная начальная штанга 25 имеет длину 250-700 мм от конца до конца. Начальная штанга имеет соединительное гнездо 27, имеющее нецилиндрическую внутреннюю стенку, например шестигранной или квадратной формы, для приема соответствующей формы второй части 14 переходной муфты. Гнездо 27 расположено во втулке 28, выполненной заодно с нецилиндрическим участком 29 штанги. На свободном конце этого участка штанги выполнен конус 30, который вставлен в коническое гнездо в обычном буровом долоте 15. Гнездо 27 содержит передающую удары поверхность, проходящую перпендикулярно центральной линии начальной штанги 25.

Удлинительная штанга 26 имеет длину 600-750 мм от конца до конца. Удлинительная штанга содержит соединительное гнездо 30, имеющее нецилиндрическую внутреннюю стенку, например шестигранной или квадратной формы, для приема соответствующей формы конца 24 второй части 14 переходной муфты. Гнездо 30 расположено во втулке 31, выполненной заодно с нецилиндрическим участком 32 штанги. Свободный конец этого участка штанги имеет нецилиндрическое сечение, например шестигранное или квадратное, для установки в гнездо 30 другой удлинительной штанги или в гнездо 27 начальной штанги. Каждый конец удлинительной штанги содержит передающую удары поверхность, проходящую перпендикулярно центральной линии удлинительной штанги.

Чертежи и описание предназначены лишь для иллюстрации идеи настоящего изобретения. Детали устройства по настоящему изобретению могут меняться в рамках прилагаемой формулы изобретения.

1. Бурильная колонна для направленного вверх ударного бурения в ограниченном пространстве, содержащая переходную муфту (11, 14) хвостовика, начальную штангу (25), удлинительную штангу (26) и буровое долото (15), при этом указанные компоненты имеют средства (13, 22, 14А, 14В, 17) для передачи ударных волн и промывочной среды, отличающаяся тем, что переходная муфта содержит первую и вторую части, разъемно соединенные между собой.

2. Бурильная колонна по п.1, отличающаяся тем, что первая часть (11) переходной муфты на переднем конце содержит гнездо (20), имеющее гнездовой соединительный элемент (21) и нижнюю поверхность (22) для передачи ударных волн на вторую часть (14) переходной муфты, и длина (L2) второй части (14) меньше длины (L1) первой части (11), предпочтительно длина (L2) второй части (14) переходной втулки составляет 60-140 мм.

3. Переходная муфта для перфоратора для ударного бурения породы, имеющая удлиненную основную форму, промывочный канал (17) и ударную поверхность (13, 22) для передачи ударных импульсов, отличающаяся тем, что содержит первую часть (11) и вторую часть (14), разъемно соединенные между собой.

4. Муфта по п.3, отличающаяся тем, что первая часть (11) содержит гнездо (20), имеющее гнездовой соединительный элемент (21) и нижнюю поверхность (22) для передачи ударных волн на вторую часть (14), и длина (L2) второй части (14) меньше длины (L1) первой части (11), и предпочтительно длина (L2) второй части (14) составляет 60-140 мм.

5. Муфта по п.4, отличающаяся тем, что гнездо (20) имеет внутреннюю резьбу (21), например, круглую резьбу или трапецеидальную резьбу, пригодную для ударного бурения.

6. Муфта по п.5, отличающаяся тем, что первая часть (11) содержит вращающиеся элементы (16) для передачи крутящего момента.

7. Муфта по п.3, отличающаяся тем, что вторая часть (14) имеет нецилиндрический соединительный элемент (23), расположенный на конце, обращенном к первой части (11).

8. Муфта по п.7, отличающаяся тем, что соединительным элементом (23) является круглая резьба или трапецеидальная резьба, пригодная для ударного бурения.

9. Муфта по п.7 или 8, отличающаяся тем, что другой или свободный конец (24) второй части (14) имеет нецилиндрическое сечение, например, шестигранное или квадратное.

10. Муфта по п.4, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один канал (17) для пропускания промывочной среды в область первого конца (12) муфты (2).

11. Начальная штанга для ударного бурения, в которой свободный конец части штанги содержит конус (30) и выполнен центральный промывочный канал, отличающаяся тем, что содержит соединительное гнездо (27), имеющее нецилиндрическую внутреннюю стенку, например, шестигранной или квадратной формы, для приема соответствующей формы конца (24) части (14), состоящей из двух частей переходной муфты, при этом гнездо (27) расположено во втулке (28), выполненной заодно с нецилиндрическим участком (29) штанги, и содержит передающую удары поверхность, проходящую перпендикулярно центральной линии начальной штанги (25), при этом начальная штанга имеет длину менее 1 м.

12. Удлинительная штанга для ударного бурения, имеющая центральный промывочный канал, отличающаяся тем, что содержит соединительное гнездо (30), имеющее нецилиндрическую внутреннюю стенку, например, шестигранной или квадратной формы, для приема соответствующей формы конца (24) второй части (14) переходной муфты, при этом гнездо (30) расположено во втулке (31), выполненной заодно с нецилиндрическим участком (32), и свободный конец части штанги имеет нецилиндрическое поперечное сечение, например, шестигранной или квадратной формы, для размещения в соединительном гнезде (30) другой удлинительной штанги или в соединительном гнезде (27) начальной штанги, и каждый конец удлинительной штанги содержит передающую удары поверхность, проходящую перпендикулярно центральной линии удлинительной штанги, при этом длина удлинительной штанги менее 1 м.

Приоритет по пунктам:

07.07.2003 по пп.1-12.