способ регулирования бурения бурильной машиной (варианты) и бурильная машина

Формула изобретения

1. Способ регулирования бурения бурильной машиной, содержащей корпус, поршень ударного действия, установленный в корпусе и перемещающийся в продольном направлении корпуса, амортизатор, расположенный в переднем конце рабочего хода поршня ударного действия, хвостовик, соосно расположенный с поршнем ударного действия и соединенный с бурильной колонной, имеющей на своем переднем конце буровое долото, и, по меньшей мере, два поршня, расположенные в корпусе с возможностью перемещения в направлении по его оси и имеющие различную длину рабочего хода в направлении переднего конца бурильной машины, причем поршни расположены в осевых цилиндрических полостях, образованных вокруг хвостовика таким образом, чтобы действовать на хвостовик и толкать его в направлении переднего конца бурильной машины при помощи рабочей среды, воздействующей на заднюю поверхность поршней, в результате чего во время бурения устанавливается такое давление рабочей среды, воздействующее на заднюю поверхность поршней, что общее усилие всех поршней, действующее на хвостовик и толкающее его вперед, превышает усилие подачи, воздействующее на бурильную машину во время бурения, вследствие чего один из поршней достигает самого переднего положения своего рабочего хода с помощью рабочей среды, в результате чего хвостовик, поддерживаемый им, находится в своей оптимальной ударной точке, в которой энергия, передаваемая поршнем на хвостовик, является максимальной, отличающийся тем, что для изменения положения бурения регулируется давление, действующее на, по меньшей мере, один поршень, способный перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, при этом для сохранения бурового долота в контакте с пробуриваемой породой устанавливается такое давление, действующее на, по меньшей мере, один поршень, способный перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, что усилие, создаваемое этим поршнем для толкания бурового долота, меньше, чем усилие подачи бурильной машины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величина давления, действующего на поршень, способный перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, регулируется в соответствии с количеством бурильных штанг, используемых при бурении длинномерных скважин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для регулирования бурения устанавливается такое давление на, по меньшей мере, один поршень, способный перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, что этот поршень перемещает хвостовик из оптимальной ударной точки в направлении переднего конца бурильной машины.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что для уменьшения ударной мощности на поршень, способный перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной рабочей точке, устанавливается такое давление, что этот поршень перемещает хвостовик в направлении переднего конца бурильной машины на такое расстояние, что в конце своего хода поршень ударного действия ударяет амортизатор, так что часть его ударной мощности поглощается им и только часть ударной мощности передается хвостовику.

5. Способ по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что равное давление воздействует на все поршни, а величина давления устанавливается такой, что поршень, способный перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной рабочей точке, перемещается в самое переднее положение своего рабочего хода для регулирования положения бурения.

6. Способ регулирования бурения бурильной машиной, содержащей корпус, поршень ударного действия, установленный в корпусе и перемещающийся в продольном направлении, амортизатор, расположенный в переднем конце рабочего хода поршня ударного действия, хвостовик, расположенный соосно с поршнем ударного действия и соединенный с бурильной колонной, имеющей на своем переднем конце буровое долото, и группы поршней, расположенных в корпусе с возможностью перемещения в направлении по его оси, состоящие из равного количества поршней и имеющие различную длину рабочего хода поршней в направлении переднего конца бурильной машины, причем поршни расположены в осевых цилиндрических полостях, образованных вокруг хвостовика таким образом, чтобы действовать на хвостовик и толкать его в направлении передней части бурильной машины при помощи рабочей среды, воздействующей на заднюю поверхность поршней, в результате чего во время бурения устанавливается такое давление рабочей среды, воздействующее на заднюю поверхность поршней, что общее усилие всех поршней, действующее на хвостовик и толкающее его вперед, превышает усилие подачи, воздействующее на бурильную машину во время бурения, вследствие чего поршни, по меньшей мере, одной группы достигают самого переднего положения своего рабочего хода с помощью рабочей среды, в результате чего хвостовик, поддерживаемый ими, находится в своей оптимальной ударной точке, в которой энергия, передаваемая поршнем на хвостовик, является максимальной, отличающийся тем, что давление, воздействующее на, по меньшей мере, поршни одной группы, регулируется для изменения положения бурения и в бурильной машине имеются, по меньшей мере, три группы поршней, в которых длина рабочего хода увеличивается от первой до третьей группы, для регулирования бурения хвостовик устанавливается в заранее определенную заданную ударную точку путем подачи рабочей жидкости с достаточно высоким давлением на, по меньшей мере, те поршни трех групп, рабочий ход которых соответствует определяемой ударной точке таким образом, что создаваемое в результате усилие, действующее на хвостовик, превышает усилие подачи бурильной машины.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в бурильной машине имеются четыре группы поршней, в которых длина рабочего хода поршней увеличивается от первой до четвертой группы, регулируется давление, действующее на, по меньшей мере, некоторые из поршней второй, третьей и четвертой группы, которые способны перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для сохранения бурового долота в контакте с пробуриваемой породой устанавливается такое давление, действующее на, по меньшей мере, некоторые из поршней второй, третьей и четвертой группы, способные перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, что усилие, создаваемое этими поршнями для толкания бурового долота, меньше, чем усилие подачи бурильной машины.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что величина давления, действующего на поршни второй, третьей и четвертой группы, способные перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, регулируется в соответствии с количеством бурильных штанг, используемых при бурении длинномерных скважин.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для регулирования бурения устанавливается такое давление на, по меньшей мере, некоторые из поршней второй, третьей и четвертой группы, способных перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, что эти поршни перемещают хвостовик из оптимальной ударной точки в направлении переднего конца бурильной машины.

11. Бурильная машина, содержащая корпус, поршень ударного действия, установленный в корпусе и перемещающийся в продольном направлении, амортизатор, расположенный в переднем конце рабочего хода поршня ударного действия, хвостовик, расположенный соосно с поршнем ударного действия и соединенный с бурильной колонной, имеющей на своем переднем конце буровое долото, и упорный подшипник, расположенный в корпусе для приема осевых усилий, направленных на корпус через хвостовик, и образованный, по меньшей мере, из двух поршней, размещенных в корпусе с возможностью перемещения в направлении по его оси и имеющих различную длину рабочего хода в направлении переднего конца бурильной машины, причем поршни расположены в осевых цилиндрических полостях, образованных вокруг хвостовика, таким образом, чтобы действовать на хвостовик и толкать его в направлении передней части бурильной машины при помощи рабочей среды, воздействующей на заднюю поверхность поршней, в результате чего во время бурения устанавливается такое давление рабочей среды, воздействующее на заднюю поверхность поршней, что общее усилие всех поршней, действующее на хвостовик и толкающее его вперед, превышает усилие подачи, действующее на бурильную машину во время бурения, и вследствие чего рабочий ход одного из поршней в направлении передней части бурильной машины ограничивается таким образом, что при нахождении этого поршня в своем самом переднем положении хвостовик, поддерживаемый им, по существу, находится в своей оптимальной ударной точке, в которой энергия, передаваемая поршнем на хвостовик, является максимальной, отличающаяся тем, что она содержит каналы для рабочей жидкости, отдельные один от другого, ведущие в рабочие полости за поршнями, и средства для подачи рабочей жидкости в рабочие полости за поршнями таким образом, что давление воздействует на них вне зависимости одного от другого.

12. Бурильная машина по п. 11, отличающаяся тем, что упорный подшипник образован из, по меньшей мере, двух групп поршней, состоящих из равного количества поршней и имеющих различную длину рабочего хода поршней в направлении передней части бурильной машины.

13. Бурильная машина по п. 12, отличающаяся тем, что упорный подшипник образован из трех групп поршней, длина рабочего хода поршней увеличивается от первой до третьей группы и поршни этих групп способны выдвигаться на три различных расстояния рабочего хода, так что хвостовик способен перемещаться от своей оптимальной ударной длины на два различных расстояния в направлении переднего конца бурильной машины путем подачи достаточно большого давления рабочей среды на поршни второй и третьей группы при рабочем ходе, соответствующем нужному положению хвостовика.

14. Бурильная машина по п. 12, отличающаяся тем, что упорный подшипник образован из четырех групп поршней, при этом длина рабочего хода поршней увеличивается от первой до четвертой группы поршней.

15. Бурильная машина по п. 14, отличающаяся тем, что рабочий ход, по меньшей мере, некоторых из поршней второй, третьей и четвертой групп в направлении переднего конца бурильной машины настолько дальше положения, соответствующего указанной оптимальной ударной точке, что при расположении хвостовика впереди поршней третьей и четвертой групп поршень ударного действия способен ударять амортизатор таким образом, что часть ударной мощности поглощается им и только часть ударной мощности передается хвостовику.

16. Бурильная машина по одному из пп. 14 и 15, отличающаяся тем, что поршни каждой группы, имеющие одинаковую длину рабочего хода, при каждом рабочем ходе соединены друг с другом общим каналом для подачи рабочей жидкости.

17. Бурильная машина по п. 16, отличающаяся тем, что общие каналы для подачи рабочей жидкости различных групп поршней отделены друг от друга так, что рабочая среда может направляться за поршни первой, второй и третьей группы при каждом рабочем ходе вне зависимости одного от другого.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу регулирования бурения бурильной машиной, содержащей корпус, поршень ударного действия, установленный в корпусе и перемещающийся в продольном направлении корпуса, амортизатор, расположенный в переднем конце рабочего хода поршня ударного действия, хвостовик, соосно расположенный с поршнем ударного действия и соединенный с бурильной колонной, имеющей на своем переднем конце буровое долото, и, по меньшей мере, два поршня, расположенные в корпусе с возможностью перемещения в направлении по его оси и имеющие различную длину рабочего хода в направлении переднего конца бурильной машины, причем поршни расположены в осевых цилиндрических полостях, образованных вокруг хвостовика таким образом, чтобы действовать на хвостовик и толкать его в направлении переднего конца бурильной машины при помощи рабочей среды, воздействующей на заднюю поверхность поршней, в результате чего во время бурения устанавливается такое давление рабочей среды, воздействующее на заднюю поверхность поршней, что общее усилие всех поршней, действующее на хвостовик и толкающее его вперед, превышает усилие подачи, воздействующее на бурильную машину во время бурения, вследствие чего один из поршней достигает самого переднего положения своего рабочего хода с помощью рабочей среды, в результате чего хвостовик, поддерживаемый им, находится в своей оптимальной ударной точке, в которой энергия, передаваемая поршнем на хвостовик является максимальной, согласно изобретению для изменения положения бурения регулируется давление, действующее на, по меньшей мере, один поршень, способный перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, при этом для сохранения бурового долота в контакте с пробуриваемой породой устанавливается такое давление, действующее на, по меньшей мере, один поршень, способный перемещаться в направлении переднего конца бурильной машины из положения, соответствующего оптимальной ударной точке, что усилие, создаваемое этим поршнем для толкания бурового долота, меньше, чем усилие подачи бурильной машины.

Настоящее изобретение относится также к способу регулирования бурения бурильной машиной, содержащей корпус, поршень ударного действия, установленный в корпусе и перемещающийся в продольном направлении, амортизатор, расположенный в переднем конце рабочего хода поршня ударного действия, хвостовик, расположенный соосно с поршнем ударного действия и соединенный с бурильной колонной, имеющей на своем переднем конце буровое долото, и группы поршней, расположенных в корпусе с возможностью перемещения в направлении по его оси, состоящие из равного количества поршней и имеющие различную длину рабочего хода поршней в направлении переднего конца бурильной машины, причем поршни расположены в осевых цилиндрических полостях, образованных вокруг хвостовика таким образом, чтобы действовать на хвостовик и толкать его в направлении передней части бурильной машины при помощи рабочей среды, воздействующей на заднюю поверхность поршней, в результате чего во время бурения устанавливается такое давление рабочей среды, воздействующее на заднюю поверхность поршней, что общее усилие всех поршней, действующее на хвостовик и толкающее его вперед, превышает усилие подачи, воздействующее на бурильную машину во время бурения, вследствие чего поршни, по меньшей мере, одной группы достигают самого переднего положения своего рабочего хода с помощью рабочей среды, в результате чего хвостовик, поддерживаемый ими, находится в своей оптимальной ударной точке, в которой энергия, передаваемая поршнем на хвостовик, является максимальной, согласно изобретению давление, воздействующее на, по меньшей мере, поршни одной группы, регулируется для изменения положения бурения, и в бурильной машине имеются, по меньшей мере, три группы поршней, в которых длина рабочего хода увеличивается от первой до третьей группы, для регулирования бурения хвостовик устанавливается в заранее определенную заданную ударную точку путем подачи рабочей жидкости с достаточно высоким давлением на, по меньшей мере, те поршни трех групп, рабочий ход которых соответствует определяемой ударной точке таким образом, что создаваемое в результате усилие, действующее на хвостовик, превышает усилие подачи бурильной машины.

Настоящее изобретение относится также к бурильной машине, содержащей корпус, поршень ударного действия, установленный в корпусе и перемещающийся в продольном направлении, амортизатор, расположенный в переднем конце рабочего хода поршня ударного действия, хвостовик, расположенный соосно с поршнем ударного действия и соединенный с бурильной колонной, имеющей на своем переднем конце буровое долото, и упорный подшипник, расположенный в корпусе для приема осевых усилий, направленных на корпус через хвостовик, и образованный, по меньшей мере, из двух поршней, размещенных в корпусе с возможностью перемещения в направлении по его оси и имеющих различную длину рабочего хода в направлении переднего конца бурильной машины, причем поршни расположены в осевых цилиндрических полостях, образованных вокруг хвостовика, таким образом, чтобы действовать на хвостовик и толкать его в направлении передней части бурильной машины при помощи рабочей среды, воздействующей на заднюю поверхность поршней, в результате чего во время бурения устанавливается такое давление рабочей среды, воздействующее на заднюю поверхность поршней, что общее усилие всех поршней, действующее на хвостовик и толкающее его вперед, превышает усилие подачи, действующее на бурильную машину во время бурения, и вследствие чего рабочий ход одного из поршней в направлении передней части бурильной машины ограничивается таким образом, что при нахождении этого поршня в своем самом переднем положении хвостовик, поддерживаемый им, по существу, находится в своей оптимальной ударной точке, в которой энергия, передаваемая поршнем на хвостовик, является максимальной, согласно изобретению бурильная машина содержит каналы для рабочей жидкости, отдельные один от другого, ведущие в рабочие полости за поршнями, и средства для подачи рабочей жидкости в рабочие полости за поршнями таким образом, что давление воздействует на них вне зависимости одного от другого.

При бурении скважин бурильной машиной условия бурения изменяются по-разному и в некоторых ситуациях необходимо, чтобы можно было быстро и эффективно регулировать ударную мощность бурильной машины или другие факторы, влияющие на бурение. В технических решениях предшествующего уровня техники ударная мощность регулируется путем регулирования давления рабочей жидкости в ударном оборудовании, что, однако, очень трудно выполнять точно и контролируемым способом. Кроме того, в технических решениях предшествующего уровня техники положение хвостовика относительно поршня ударного действия следует всегда сохранять в определенной так называемой оптимальной ударной точке, где как можно большая ударная мощность перемещается к хвостовику и через хвостовик и через бурильную штангу к буровому долоту. В патенте Финляндии 84701 описано техническое решение, где положение хвостовика устанавливается путем использования нескольких поршней, при этом общее воздействующее давление толкает хвостовик в оптимальную ударную точку, но позволяет ему перемещаться назад под воздействием сильного возвратного толчка, воспринимая таким образом созданное напряжение. В указанном патенте Финляндии некоторые из поршней могут перемещаться дальше, чем другие в направлении переднего конца бурильной машины и, таким образом, следовать за хвостовиком, в результате чего они воспринимают возвратное движение и амортизируют его на более ранней стадии во время возвратного толчка.

В технических решениях известного уровня техники регулирование бурения представляет трудность и целью этого изобретения является создать способ и бурильную машину, где бурение легко регулируется как это требуется. Способ согласно изобретению отличается тем, что давление, действующее по меньшей мере на некоторые поршни, регулируется для обеспечения необходимого положения бурения.

Бурильная машина согласно изобретению отличается тем, что она содержит по меньшей мере два поршня, каналы для рабочей жидкости, отдельные один от другого, ведущие в рабочие полости за поршнями, и средства для подачи рабочей жидкости в рабочие полости за поршнями таким образом, что давление воздействует на них вне зависимости одного от другого.

Основной идеей изобретения является то, что бурение регулируется путем регулирования положения хвостовика относительно оптимальной ударной точки и силы, воздействующей на хвостовик, когда он отклоняется от своей оптимальной ударной точки. В этом случае при регулировании ударной мощности необходимая величина мощности передается через хвостовик к бурильной штанге и остающаяся часть мощности поглощается амортизатором в переднем конце рабочего хода поршня ударного действия. Подобно этому, когда регулируется контакт с породой бурового долота, давление, действующее за поршнями сохраняется таким, что давление меньше, чем усилие подачи, создается за поршнями, которые способны перемещаться вперед из их оптимальной ударной точки, при этом давление меняется в соответствии с количеством бурильных штанг, используемых при бурении длинномерных скважин, таким образом, что при ударном толчке буровое долото может всегда сохраняться в необходимом контакте с породой, которую бурят, без какой-либо существенной потери мощности в амортизаторе. Способ может быть наиболее просто реализован путем использования нескольких поршней с различными рабочими ходами, причем рабочий ход поршней к переднему концу бурильной машины ограничивается надлежащим образом. В этом случае, при подаче рабочей жидкости подходящего давления за поршнями с различным рабочим ходом, хвостовик может перемещаться вперед как это требуется. Преимущество изобретения заключается в том, что используя поршни, перемещаемые на различные рабочие ходы, хвостовик может механически перемещаться в нужную ударную точку, которая либо является оптимальной ударной точкой, или отклоняющейся от нее точкой. Так как положение ударной точки определяется точно для всех ситуаций, передача мощности и, таким образом, ударная мощность машины могут быть точно рассчитаны и в соответствии с необходимыми отличительными характеристиками приняты во внимание при промышленном изготовлении. Регулирование бурения происходит быстро и просто, так как оно может выполняться только путем регулирования давления рабочей жидкости, действующей на поршни, которые поддерживают хвостовик.

Далее изобретение будет объяснено более подробно в прилагаемых чертежах, на которых:

фигура 1 изображает схематичный вид одной конструкции в бурильной машине, подходящей для реализации способа согласно изобретению,

фигура 2 изображает схематичный вид регулирования бурильной машины согласно фигуре 1 в различных ситуациях регулирования мощности,

фигура 3 изображает схематичный вид второй конструкции в бурильной машине, подходящей для реализации способа согласно изобретению,

фигура 4 изображает схематичный вид сил, возникающих под воздействием давлений в связи с одним примером реализации способа согласно изобретению, и

фигура 5 изображает схематичный вид третьей конструкции в бурильной машине, подходящей для реализации способа согласно изобретению.

Фигура 1 изображает схематичный вид бурильной машины, содержащей поршень 1 ударного действия и хвостовик 2, расположенный соосно с поршнем 1 ударного действия. Хвостовик 2 вращается известным образом с помощью ротационного мотора (не показан) вращением втулки 3 вокруг хвостовика 2, который может перемещаться в осевом направлении относительно втулки. Втулка 3 поддерживает хвостовик 2 на наклонной опорной поверхности 3а, которая находится в контакте с соответствующей наклонной опорной поверхностью 2а хвостовика. 3а втулкой 3 находятся несколько поршней 4а и 4b, связанные с задней поверхностью втулки 3 или косвенным образом механически воздействующее на заднюю поверхность втулки 3. Ограничительное кольцо 5 расположено вокруг втулки 3 для ограничения движения поршней 4а и 4b в направлении переднего конца бурильной машины. Поршни 4а и 4b расположены в цилиндрических полостях, которые выполнены в корпусе 6 и которые параллельны оси поршня 1 ударного действия, и каналы 7а и 7b для рабочей жидкости ведут в цилиндрические полости. В корпусе 6 бурильной машины расположено несколько поршней 4а и 4b, и они делятся на группы таким образом, что имеются по меньшей мере две отдельные группы, рабочий ход которых в направлении переднего конца бурильной машины различен. Эта конструкция более подробно описана в патенте Финляндии 84701, содержание которого включается в описание данной заявки. Помимо этого, бурильная машина содержит амортизатор 8 в переднем конце цилиндрической полости 1 ударного действия, то есть при рабочем ходе части 1а поршня 1 ударного действия в переднем конце бурильной машины передний конец части поршня 1b ударяется в амортизатор, когда поршень ударного действия по какой-либо причине проходит за свою нормальную оптимальную ударную точку. Эта конструкция в основном известна и используется для того, чтобы остановить бурильную машину с целью избежания поломки, и поэтому более подробно здесь не объясняется.

С помощью способа согласно изобретению положение хвостовика бурильной машины и, таким образом, ударная мощность или контакт с породой бурового долота могут регулироваться при использовании этой конструкции. Это происходит оттого что во время нормального бурения давление, создаваемое за поршнями, сохраняется таким, что поршни толкают хвостовик в его оптимальную ударную точку, но не могут толкнуть его дальше, так как мощность, передаваемая поршнями 4b с большим рабочим ходом через втулку 3 на хвостовике 2, меньше, чем усилие подачи бурильной машины. Во время удара, когда корпус бурильной машины не успевает двигаться с бурильной штангой, поршни следуют за хвостовиком и таким образом поддерживают буровое долото для упора в породу под давлением силы, действующей на них, пока бурильная машина не двинется. Когда ударная мощность должна быть уменьшена, за поршнем 4b создается по меньшей мере такое давление рабочей жидкости, что поршни 4b с большим рабочим ходом способны толкать хвостовик насколько позволяет их рабочий ход вперед, вследствие чего поршень 1 ударного действия ударяет хвостовик 2 позже, чем это обычно происходит, и поэтому некоторая часть его ударной энергии поглощается амортизатором 8 поршня ударного действия. Если, например, используются три различные ударные мощности, также используются три группы поршней с различной ударной длиной, в результате чего, создавая надлежащее давление за поршнями, можно перемещать хвостовик в нужное положение для передачи мощности.

Фигура 2 схематически изображает регулирование ударной мощности другим методом. В этом случае каждый из поршней с различным рабочим ходом, указанных цифровыми позициями 4а-4d соединены с определенной группой и с определенным каналом подачи 7a-7d рабочей жидкости, отдельными от других групп поршней. На фигуре один поршень 4а, 4b, 4с и 4d соответственно относится схематично ко всем поршням одной группы. Фигура также схематично показывает цифровыми позициями 5a-5d участки ограничительного кольца 5, которые ограничивают ход различных поршней 4a-4d. Подобно этому фигура также показывает пунктирными линиями La-Ld ход, на который каждый поршень или группа поршней может перемещаться относительно друг друга, и пунктирная линия La иллюстрирует положение, соответствующее оптимальной ударной длине хвостовика, а линии Lb-Ld показывают положения, соответствующие перемещению поршней 4b и 4с вперед относительно оптимальной ударной точки, где участок 1а поршня 1 ударного действия проходит более короткое или более длинное расстояние, соответственно, к амортизатору 8 либо, в противном случае, поршень ударного действия отходит от своей оптимальной ударной точки. Когда поперечное сечение поршней по отношению к используемому гидравлическому давлению соразмеряется надлежащим образом, рабочая жидкость Pa-Pd при различном давлении может подаваться за каждую группу поршней независимо от других и затем можно легко выбрать, каким рабочим ходом поршней 4a-4d следует установить ударную точку хвостовика. Соответственно, это должно выполняться при сохранении того же давления за всеми поршнями, в результате чего путем надлежащего выбора расположения и количества поршней и регулированием рабочего давления обеспечивают требующиеся усилия для необходимых групп поршней.

Регулирование ударной мощности выполняется автоматически путем регулирования величин давления рабочей жидкости, действующей за поршнями 4a-4d, соответствующих с точки зрения усилия подачи бурильной машины. В этом случае, если внедрение бурильного инструмента по какой-либо причине, то есть, например, из-за слабой породы или тому подобного, превышает скорость подачи, хвостовик перемещается вследствие давления, действующего за поршнями 4a-4d вперед в положение, где ударная точка больше не является оптимальной. В зависимости от того, за которыми поршнями подается рабочая жидкость под давлением или насколько велико устанавливаемое давление за поршнями, хвостовик либо движется несколько вперед от его оптимальной ударной точки (однако только на такое расстояние, что поршень ударного действия не ударяется в амортизатор), или расстояние, определяемое поршнями 4с и 4d, где он частично ударяет амортизатор 8. Чем дальше может внедриться хвостовик, тем меньше будет передача ударной мощности между поршнем 1 ударного действия и хвостовиком 2. При начале бурения или в случае, когда бурение происходит в определенных типах породы или когда этого требуют условия, способность передачи может быть выбрана путем использования достаточного давления за нужной группой поршней 4a-4d или за всеми группами, вследствие чего обеспечивается достаточно небольшая мощность внедрения для каждого отличающегося положения бурения.

Фигура 3 изображает схематичный вид второй конструкции бурильной машины, подходящей для реализации изобретения, где соответствующие детали на фигуре 3 обозначены теми же цифровыми позициями, как на фигуре 1. В примере реализации, показанном на фигуре 3, используются втулкообразные поршни вместо нескольких отдельных поршней и втулкообразные поршни установлены вокруг поршня ударного действия, соосно с ним. В этом случае поршни 14а и 14b расположены так, что поршень 14а является самым дальним от середины и к нему ведет канал 17а для работы среды, с помощью которого поршень 14а может перемещаться вперед. Поршень 14а останавливается у поверхности 15а упора в корпусе, вследствие чего, когда поршень находится в этом положении и когда хвостовик 2 упирается в поршень 14а, он занимает свою оптимальную ударную точку. Поршень 14b расположен соосно внутри поршня 14а и за ним рабочая жидкость входит по каналу 17b. Поршень 14b также имеет выступ 14b", проходящий к опорной поверхности 14а в передней части поршня 14а таким образом, что поршень 14а может толкать поршень 14b к переднему концу хвостовика. Поршень 14b толкает хвостовик с помощью втулки 3. Соответственно, когда хвостовик 2 толкает поршень 14b назад, он толкает поршень 14а с помощью его выступов. Кроме того, рабочий ход поршня 14b в направлении передней части бурильной машины ограничен поверхностью упора 15b, вследствие чего, когда поршень 14b упирается в поверхность упора 15b, хвостовик 2 располагается в новой ударной точке, отличающейся от оптимальной ударной точки.

При нормальном положении поршни 14а и 14b находятся, как показано на фигуре, когда хвостовик располагается в оптимальной ударной точке. Если через канал 17b давление за поршнем 14b добавляется, оно, при достаточном его повышении, будет создавать усилие, превышающее усилие подачи бурильной машины, и перемещать хвостовик и бурильную машину относительно друг друга таким образом, что хвостовик 2 располагается впереди своей нормальной ударной точки.

Этот пример реализации может быть выполнен по-разному, в результате чего может быть предусмотрено отдельное передающее кольцо или отдельные штыри, которые передают мощность от поршня 14b ко втулке 3. Подобно этому, поршни 14а и 14b могут быть расположены, как показано на фигуре или в противоположном направлении таким образом, что поршень 14b является самым дальним, а поршень 14а самым близким к центру. Кроме того, поршни могут также располагаться один за другим в осевом направлении хвостовика. Также несколько поршней могут быть расположены кольцеобразно и концентрично, как показано на фигуре, а также могут использоваться цилиндрические поршни фигуры 1 вместе и помимо кольцевых поршней.

Фигура 4 показывает схематичный вид усилий, вызванных (по одному примеру реализации изобретения) изменениями давления при бурении вверх длинных скважин. Усилие, показанное горизонтальной линией FS на фигуре вызывается давлением за поршнями 4а, 14а, которые поддерживают хвостовик в его оптимальной ударной точке. Ступенчатая линия FC показывает сумму сил, создаваемых за поршнями 4b-4d, 14b, которые способны перемещаться к переднему концу бурильной машины во время бурения. Когда одна бурильная штанга добавляется к агрегату бурильных штанг, давление за поршнями 4b-4d, 14b поднимается таким образом, что добавление массы компенсируется добавлением давления, и таким образом буровое долото удерживается впереди ударной точки по существу с постоянной мощностью. Сумма усилия, создаваемого давлениями за поршнями 4а; 14а и 4b-4d; 14b, соответственно, превышает усилие подачи и таким образом возможно удерживать хвостовик в оптимальной ударной точке, но сумма сил, создаваемая поршнями 4b-4d, 14b остается меньшей величины, чем усилие подачи бурильной машины. Усилие подачи изображено пунктирной линией FF, вследствие чего усилие подачи в начале бурения сохраняется таким незначительным, что сумма сил, создаваемых поршнями 4b-4d перемещает хвостовик вперед и поршень ударного действия ударяет амортизатор. В этой ситуации, как показано на фигуре, сила, создаваемая поршнем 4d, сохраняется для удержания бурового долота впереди ударной точки и дает возможность контролировать бурение. Ударная мощность может таким образом регулироваться, пока не начнется бурение. С другой стороны, иногда случается при обычном бурении, что попадается порода мягкая или нарушенная, что можно видеть на фигуре, где пунктирная линия FF внезапно падает и поднимается затем вверх в точке А. В этой ситуации активное усилие поршней 4b-4d, 14b превышает усилие подачи, в результате чего хвостовик проникает в новую ударную точку и поршень ударного действия ударяет амортизатор и ударная мощность уменьшается до того момента, пока не будет достигнута обычная порода. При добавлении бурильных штанг усилие подачи также добавляется для компенсации массы, поэтому образуется ступенчатая линия, как показано на фигуре.

Точка В находится в месте, где бурильная штанга начала резонировать, или известно, что будет резонировать. В этом положении усилие, толкающее поршни 4b-4d вперед, регулируется таким образом, чтобы превышать усилие подачи путем регулирования давления. Здесь рабочий ход поршней 4b ограничивается таким образом, что движение хвостовика вперед не перемещает поршень ударного действия к амортизатору в конце рабочего хода, так что ударная мощность не будет существенно изменяться. Такое перемещение хвостовика дает возможность избежать изменения ударной длины поршня ударного действия, и следовательно, изменения частоты ударов и резонанс. С другой стороны, уровень давления поршней 4с и, возможно, поршня 4d и усилие, создаваемое им, поднимается в то же время, так что контакт долота, то есть сила, удерживающая его впереди ударной точки, остается по существу неизменной. После добавления одной или более бурильных штанг, может быть снова получен нормальный уровень давления и, следовательно, оптимальная ударная точка хвостовика для удара. Кроме того, давление, действующее за поршнями и удерживающее хвостовик в его нормальной ударной точке может регулироваться количеством используемых бурильных штанг, вследствие чего прямя линия FS будет иметь ступени, расположенные таким образом, что отход назад (отскок), воспринимающий разность сил усилия поршня и усилия подачи становится, например, постоянным.

Фигура 5 изображает схематичный вид примера реализации изобретения, соответствующий фигуре 3 в других отношениях, но где равномерное давление действует за поршнями 14а, 14b одновременно. В этом случае регулирование ударной точки хвостовика 2 и регулирование ударного действия выполняется только путем регулирования давления рабочей жидкости, воздействующей через канал 17а, увеличение которого заставит поршень 14b толкать хвостовик 2 вперед. Кроме того, этот пример реализации содержит отдельные передающие детали 18 между поршнем 14b и втулкой, действующие на хвостовик 2 для передачи мощности вперед от поршня 14b к втулке 3 и дальше через втулку к хвостовику 2.

Изобретение было описано и показано в вышеизложенном описании и в чертежах только для примера, и оно нисколько не ограничивается этим примером. В способе согласно изобретению для автоматического регулирования мощности могут сочетаться различные способы автоматического регулирования давления и устройства. Подобно этому одинаковое давление может подаваться за все поршни, вследствие чего необходимое перемещение хвостовика вперед требует достаточного давления соответственно количеству поршней, которые способны перемещаться вперед. Поршни, как показано на фигурах, могут иметь конструкцию, содержащую по меньшей мере два поршня, каналы для рабочей среды, отдельные один от другого, ведущие к цилиндрическим напорным полостям за поршнями, и средство подачи рабочей жидкости в полости за поршнями таким образом, чтобы давление воздействовало на них, вне зависимости одного от другого, а также различные конструкции поршня, которые имеют между участками поршня и хвостовиком отдельные участки и передающие втулки и опорные участки, через которые поршни воздействуют на хвостовик и толкают его вперед.