устройство для проходки скважин

Формула изобретения

1. Устройство для ударно-канатного бурения, включающее корпус, ударный механизм с ударником и шток, отличающееся тем, что ударный механизм выполнен в виде заключенного в корпус электромагнитного линейного двигателя и содержит для сцепления корпуса ударного механизма с обсадной трубой электромагнитную муфту, которая электрически соединена с блоком ее синхронизации с ударным механизмом, а ударник связан со штоком.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде системы упругих тел, установленных с возможностью перемещения в поперечном направлении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для проходки скважин на воду в рыхлых грунтах.

Известно устройство для проходки скважин [1], включающее буровой снаряд с наружным выступом и обсадную составную трубу с верхней частью в виде усеченного конуса сужением вниз, в котором выполнены на диаметрально противоположных концах прорези, и нижней цилиндрической частью с дополнительными упорами, установленными с возможностью перемещения в прорезях верхней части обсадной трубы, при этом кольцевой упор расположен в нижней части трубы. Нижняя цилиндрическая часть обсадной трубы выполнена разрезной по вертикали, а кольцевой упор выполнен из двух полуколец, одно из которых имеет пазы, а другое штыри, размещенные в пазах.

Это устройство имеет малую производительность за счет извлечения снаряда на поверхность по мере наполнения его породой и "прихваты" бурового снаряда внутри обсадной трубы от движения с большой скорость скольжения при сбрасывании. Схватывание ведет к заклиниванию бурового инструмента, аварийным ситуациям и невозможности разделения снаряда от обсадной трубы. Эти недостатки удорожают стоимость буровых работ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для ударно-канатного бурения [2], включающее корпус, ударный механизм с электромагнитным вибратором, ударником и наковальней, генератор и шток, связанный с канатом, на нижней части которого смонтирована обмотка якоря генератора, а обмотка индуктора размещена вдоль корпуса. Ударный механизм обеспечивает возвратно-поступательное движение каната с частотой 50 кол./мин.

Это устройство имеет сложное конструктивное решение в виде вибратора, генератора, привода возвратно-поступательного движения и малую производительность за счет подъема на поверхность, разгрузки грунтозаборной трубы.

Задача изобретения - повышение производительности буровых работ, упрощение устройства в условиях проходки скважины на воду в рыхлых грунтах.

Задача достигается тем, что в устройство для ударно-канатного бурения, включающего корпус, ударный механизм с ударником, шток, связанные с канатом, введена электромагнитная муфта сцепления корпуса ударного механизма в виде электромагнитного линейного двигателя с обсадной трубой и электрически соединена с блоком синхронизации ее с ударным механизмом. Кроме того, ударник может быть выполнен в виде системы упругих тел над бойком с возможностью перемещения в поперечном направлении.

Введение электромагнитной муфты сцепления корпуса двигателя с обсадной трубой дает возможность увеличить импульс удара и обеспечить поступательное движение без многократного подъема и погружения грунтозаборной трубы. Применение электромагнитного линейного двигателя с величиной импульса в 1,5 - 2 т повышает производительность буровых работ. Введение блока синхронизации и предложенной конструкции ударника позволяет более активно уплотнять грунт в радиальном направлении и увеличить скорость бурения грунта.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2,а,б - схема форм выполнения ударника.

Предлагаемое устройство содержит электромагнитную муфту сцепления 1, линейный двигатель 2, состоящий из возвратной пружины 3, направляющей втулки 4, дисковой части якоря 5, корпуса 6 с размещенной в нем катушкой 7, штока 8. Внутри катушки, представляющей собой соленоид с небольшим числом витков медного провода, размещена по скользящей посадке цилиндрическая часть якоря 5, который в нерабочем состоянии находится в верхнем положении за счет отжатия пружины 3. Положение пружины 3 зафиксировано гайкой 9. Якорь выполнен в виде цилиндра с прорезями, которые исключают появление вихревых токов. На нижней части штока 8 закреплен ударник 10 с бойком 11. Двигатель 2 установлен в обсадной трубе 12 на рабочем канате 13, который укреплен в замке 14 на крышке 15 двигателя 2. В этом же замке размещены токосъемные шины. Для ограничения движения двигателя 2 в обсадной трубе 12 смонтирован концевой выключатель 16. Ударник 10 может быть выполнен в виде конуса с постоянным углом наклона в процессе внедрения ударника в грунт и может быть выполнен с изменяющим углом наклона в процессе внедрения ударника в грунт за счет выполнения ударника 10 над бойком 11 в виде системы упругих тел, которая под действием продольной силы P перемещается в поперечном направлении x, при этом система упругих тел может быть выполнена конической оболочечной формы из пружинной стали (фиг. 2,а) или шарнирно рычажных звеньев с пружиной (фиг. 2, б).

Устройство устанавливают в нижнюю часть обсадной трубы 12, которая располагается вертикально в месте прохождения будущей скважины. Затем включается электрическая часть схемы. Питающее напряжение амплитудой 220 с частотой 50 Гц поступает на делитель, а затем на формирователь импульсов, преобразующий синусоидальное напряжение в прямоугольные импульсы. Эти управляющие сигналы инвертируются, усиливаются тиристорами и подаются на катушки 7 двигателя 2. Индуктирующая при этом в обмотке цилиндрической части якоря 5 э.д.с. перемещает шток 8, который бойком 11 осуществляет удар, разрушительно действующий на грунт и уплотняющий его в радиальном направлении. Корпусный ударник 10 раздвигает рыхлый грунт и расширяет отверстие скважины до размера диаметра обсадной трубы 12. Конструкции ударника на фиг. 2 за счет упругих деформаций в осевом и радиальном направлении позволяют более интенсивно уплотнить грунт в радиальном направлении. Электромагнитная муфта сцепления 1 включается блоком синхронизации таким образом, чтобы в момент удара было обеспечено сцепление направляющей втулки 4 двигателя 2 с обсадной трубкой 12. Процесс носит циклический характер до взаимодействия торцевой части корпуса 6 с концевым выключателем 16, обеспечивающим остановку работы двигателя. После этого поднимают за канат 13 двигатель 2 с электромагнитной муфтой сцепления 1 на высоту ударника 10 и перемещают обсадную трубу 12 вниз. Затем включается двигатель и начинается новый цикл бурения. После окончания проходки скважины двигатель 2 с муфтой 1 и концевыми выключателями 16 вынимается на поверхность.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства заключается в повышении производительности буровых работ за счет исключения большого количества циклов подъема и опускания грунтозаборной трубы на поверхность и упрощения устройства за счет применения более простого по конструкции электромагнитного линейного двигателя с ходом в 70 - 80 мм вместо специального индуктора.