снаряд для бурения скважин

Формула изобретения

Снаряд для бурения скважин, содержащий колонковую трубу с открытым вырезом и буром с забурником на нижнем конце и переходником, выполненным с возможностью соединения с приводом вращения и вертикального перемещения снаряда на верхнем конце, центральный вал, жестко закрепленный на переходнике внутри колонковой трубы, расположенный внутри полого вала с возможностью продольного перемещения вдоль него и связанный с ним шлицевым соединением, на верхнем конце полого вала укреплен упорный диск, связанный с переходником механизмом фиксации, а на нижнем конце бур с забурником, бур выполнен в виде центрального стержня с секторообразным диском, оснащенным по кромке подбирающими грунт зубьями, на оси полого вала со стороны, противоположной забурнику, установлена связанная с ним секторная пластина с по крайней мере одним радиальным выступом, размещенным в открытом вырезе колонковой трубы, и с вертикальным выступом, выполненным с возможностью упора в секторообразный диск, смонтированная с возможностью поворота относительно секторообразного диска и зафиксированная от продольного перемещения, отличающийся тем, что на нижнем конце центрального вала установлен упор, в который упираются внутренние шлицевые выступы полого вала при выдвинутом из колонковой трубы положении бура, а секторная пластина закреплена в нижней его части, центральный стержень закреплен внутри полого вала, в нижней его части, а секторообразный диск смонтирован на нем с возможностью поворота относительно центрального стержня и зафиксирован от продольного перемещения вдоль него, при этом механизм фиксации упорного диска в его положении в зоне переходника включает в себя проушину, закрепленную на упорном диске и выведенную через отверстие в крышке колонковой трубы наружу в зону переходника, поворотно установленный двуплечевой кулачок, смонтированный на переходнике колонковой трубы, одно плечо которого выполнено со скошенной гранью и с возможностью захвата проушины, а другое связано с подпружиненным толкателем, выполненным с возможностью перемещения в сторону упорного диска при приложении к нему направленного в сторону упорного диска усилия, превышающего усилие пружины толкателя.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к строительству, в частности, к буровому оборудованию, предназначенному для использования на самоходных буровых установках для бурения скважин в различных грунтах.

Предшествующий уровень техники

Известен снаряд для бурения скважин, например, фирмы «BAUER», выполненный буроколонковым, содержащий колонковую трубу, с открытым вырезом и буром с забурником на нижнем конце и переходником, связывающим снаряд со штангой, на верхнем конце, бур выполнен в виде секторообразного диска, с центральным валом и подбирающими грунт зубами, на оси вала установлена втулка с секторной пластиной, зафиксированная от продольного перемещения втулкой и пальцем. С колонковой трубой пластина соединена петлевым соединением и подпружиненным замком, расположенным внутри колонковой трубы. Гнездо замка расположено на радиальном выступе, размещенном в открытом вырезе колонковой трубы. Крутящий момент с секторной пластины на секторообразный диск передается посредством вертикального выступа на нижней части пластины (рекламный проспект фирмы «BAUER» «Инструменты для вращательного бурения», Германия, 1996 г., стр.1, 2, 3).

Недостатком данной конструкции является недостаточная эксплуатационная пригодность, заключающаяся в том, что данный снаряд не может быть без конструктивных изменений одинаково эффективно использован для бурения вязких и жидких грунтов, так как извлечение вязкого грунта под собственным весом затруднено наличием выступов внутри колонковой трубы (шайба замка, петлевое соединение, канал для вывода воздуха). Это приводит к неполной загрузке полезного объема колонковой трубы (около 50%), что вместе с длительным «вытряхиванием» вязкого грунта приводит к значительному замедлению бурения. Кроме того, шарнирные соединения (типа вал-втулка) в петле, а также между втулкой секторной пластины и валом секторообразного диска в условиях воды и песка быстро изнашиваются. Гнездо замка и сам замок вследствие трения скольжения между ними также быстро изнашиваются. Все это достаточно быстро приводит к недопустимо большим люфтам во всех подвижных соединениях снаряда и общему износу оборудования.

Известен снаряд для бурения скважин, содержащий колонковую трубу с открытым вырезом и буром с забурником на нижнем конце и переходником, выполненным с возможностью соединения с приводом вращения и вертикального перемещения снаряда на верхнем конце, бур выполнен в виде секторообразного диска с центральным стержнем, оснащенным по кромке подбирающими грунт зубами, на оси центрального стержня со стороны, противоположной забурнику, установлена связанная с ним секторная пластина с радиальным выступом, размещенным в открытом вырезе колонковой трубы, и с вертикальным выступом, выполненным с возможностью упора в секторообразный диск, смонтированная с возможностью поворота относительно центрального стержня и зафиксированная от продольного перемещения по нему, центральный стержень при этом выполнен в виде пустотелого вала, снабженного в верхней своей части упорным диском и внутренним радиально расположенным выступом, внутри пустотелого вала расположен с возможностью продольного перемещения и поворота относительно этого вала жестко закрепленный на переходнике центральный вал, выполненный с проточкой в верхней своей части, в которой расположен внутренний радиально расположенный выступ пустотелого вала, и, по крайней мере, одним закрытым вертикальным пазом (WO 03/048504, Е21В 11/00, опубл. 12.06.2003).

Недостатком данного устройства является его конструктивная сложность, обусловленная сложными формами центрального вала, большим количеством проточек в пустотелом и центральном валах, в исполнении механизма фиксации центрального вала в поднятом положении бура с забурником, что снижает эксплуатационную надежность снаряда в целом.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по упрощению конструкции снаряда, выполнению простого механизма разъема снаряда для удаления грунта и исключения элементов контактного взаимодействия, которые могут подвергаться в процессе работы заклиниванию или иному стопорению.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности с обеспечением ускорения разгрузки вязких грунтов и увеличения скорости бурения.

Достигаемый технический эффект обеспечивается тем, что снаряд для бурения скважин, содержащий колонковую трубу с открытым вырезом и буром с забурником на нижнем конце и переходником, выполненным с возможностью соединения с приводом вращения и вертикального перемещения снаряда на верхнем конце, центральный вал, жестко закрепленный на переходнике внутри колонковой трубы, расположенный внутри полого вала с возможностью продольного перемещения вдоль него и связанный с ним шлицевым соединением, на верхнем конце полого вала укреплен упорный диск, связанный с переходником механизмом фиксации, а на нижнем конце - бур с забурником, бур выполнен в виде центрального стержня с секторообразным диском, оснащенным по кромке подбирающими грунт зубьями, на оси полого вала со стороны, противоположной забурнику, установлена связанная ним секторная пластина с, по крайней мере, одним радиальным выступом, размещенным в открытом вырезе колонковой трубы, и с вертикальным выступом, выполненным с возможностью упора в секторообразный диск, смонтированная с возможностью поворота относительно секторообразного диска и зафиксированная от продольного перемещения, на нижнем конце центрального вала установлен упор, в который упираются внутренние шлицевые выступы полого вала при выдвинутом из колонковой трубы положении бура, а секторная пластина закреплена в нижней его части, центральный стержень закреплен внутри полого вала, в нижней его части, а секторообразный диск смонтирован на нем с возможностью поворота относительно центрального стержня и зафиксирован от продольного перемещения вдоль него, при этом механизм фиксации упорного диска в его положении в зоне переходника включает в себя проушину, закрепленную на упорном диске и выведенную через отверстие в крышке колонковой трубы наружу в зону переходника, поворотно установленный двуплечевой кулачок, смонтированный на переходнике колонковой трубы, одно плечо которого выполнено со скошенной гранью и с возможностью захвата проушины, а другое связано с подпружиненным толкателем, выполненным с возможностью перемещения в сторону упорного диска при приложении к нему направленного в сторону упорного диска усилия, превышающего усилие пружины толкателя.

Указанные признаки являются существенными и находятся в причинно-следственной связи между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, однозначно характеризующих заявленное изобретение, и достаточной для получения требуемого технического результата.

Так наличие телескопической связи между центральным и пустотелым валами, а также надежный механизм фискации снаряда в собранном положении позволило усилить и упростить конструкцию снаряда, а также автоматизировать удаление грунта из снаряда, упираясь толкателем в привод вращения снаряда.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется конкретным примером который, однако, не является единственным, но наглядно демонстрирует возможность реализации изобретения с получением требуемого технического результата.

На фиг.1 - общий вид снаряда для бурения скважин в собранном виде;

фиг.2 - положение элементов механизма фиксации в режиме расфиксации;

фиг.3 - разрез А-А на фиг.1;

фиг.4 - вид Б на фиг.1;

фиг.5 - разрез В-В на фиг.1;

фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.1;

фиг.7 - общий вид снаряда для бурения скважин в положении полной разгрузки от грунта;

фиг.8 - разрез Д-Д на фиг.7;

фиг.9 - разрез Е-Е на фиг.7;

фиг.10 - разрез Ж-Ж на фиг.9.

Лучший вариант осуществления изобретения

Согласно изобретению снаряд для бурения скважин, содержащий колонковую трубу с открытым вырезом и буром с забурником на нижнем конце и переходником, выполненным с возможностью соединения с приводом вращения и вертикального перемещения снаряда на верхнем конце, центральный вал, жестко закрепленный на переходнике внутри колонковой трубы, расположенный внутри полого вала с возможностью продольного перемещения вдоль него и связанный с ним плащевым соединением, на верхнем конце полого вала укреплен упорный диск, связанный с переходником механизмом фиксации, а на нижнем конце - бур с забурником, бур выполнен в виде центрального стержня с секторообразным диском, оснащенным по кромке подбирающими грунт зубьями, на оси полого вала со стороны, противоположной забурнику, установлена связанная с ним секторная пластина с, по крайней мере, одним радиальным выступом, размещенным в открытом вырезе колонковой трубы, и с вертикальным выступом, выполненным с возможностью упора в секторообразный диск, смонтированная с возможностью поворота относительно секторообразного диска и зафиксированная от продольного перемещения, на нижнем конце центрального вала установлен упор, в который упираются внутренние шлицевые выступы полого вала при выдвинутом из колонковой трубы положении бура, а секторная пластина закреплена в нижней его части, центральный стержень закреплен внутри полого вала, в нижней его части, а секторообразный диск смонтирован на нем с возможностью поворота относительно центрального стержня и зафиксирован от продольного перемещения вдоль него, при этом механизм фиксации упорного диска в его положении в зоне переходника включает в себя проушину, закрепленную на упорном диске и выведенную через отверстие в крышке колонковой трубы наружу в зону переходника, поворотно установленный двуплечевой кулачок, смонтированный на переходнике колонковой трубы, одно плечо которого выполнено со скошенной гранью и с возможностью захвата проушины, а другое связано с подпружиненным толкателем, выполненным с возможностью перемещения в сторону упорного диска при приложении к нему направленного в сторону упорного диска усилия, превышающего усилие пружины толкателя.

Ниже приводится описание примера конкретного исполнения снаряда для бурения скважин.

Снаряд для бурения скважин (фиг.1) содержит колонковую трубу 1 с открытым вырезом 2 и буром с забурником 3 на нижнем конце, и переходником 4 на верхнем. Бур выполнен в виде секторообразного диска 5 (фиг.8), оснащенного по кромке подбирающими грунт зубьями 6 и установленного на центральном стержне 7 с возможностью поворота относительно его и зафиксированного от продольного перемещения вдоль него при помощи втулки 8 и пальца 9. Центральный вал 10 жестко закреплен на переходнике 4 внутри колонковой трубы 1 и установлен внутри полого вала 11. На оси этого вала, в нижней его части, внутри закреплен центральный стержень 7, а снаружи жестко закреплена секторная пластина 12 с радиальным выступом 13, размещенным в открытом вырезе 2 (фиг.4, 9), и вертикальным выступом 14 (фиг.9), расположенным в свободном секторообразном диске 5. Полый вал 11 снабжен в верхней своей части упорным диском 15 и расположен с возможностью продольного перемещения без проворота относительно центрального вала 10. Полый вал 11 выполнен с внутренними шпилевыми выступами 16 (фиг.6), которые расположены между наружными шпилевыми выступами 17 центрального вала 10. В нижней части центрального вала 10 установлен упор в который упираются внутренний шпилевые выступы полого вала, выполненный виде втулки 18 и пальца 19.

Для фиксации положения полого вала с буром в рабочем положении, готовом для выборки грунта, используется механизм фиксации, который включает в себя закрепленный на переходнике толкатель 20, нагруженный пружиной 21. Толкатель представляет собой подпружиненный в сторону от упорного диска стержень так, что при оказании внешнего усилия на стержень в сторону упорного диска этот стержень, преодолевая усилие пружины, оказывает давление на упорный диск 15 и смещает его, обеспечивая страгивание полого вала с места в сторону его выдвижения из полости колонковой трубы.

Кроме того, механизм фиксации включает в себя проушину 22, закрепленную на упорном диске 15 так, что в рабочем положении снаряда проушина выведена через отверстие 23 в крышке 24 колонковой трубы наружу в зону переходника, как это показано на (фиг.1, 2). На переходнике поворотно закреплен двуплечевой кулачок 25, одно плечо которого выполнено с крюком для захвата проушины и со скошенной гранью, а другое шарнирно связано с толкателем так, что при сжатии пружины 21 происходит поворот двуплечевого кулачка в сторону крышки 24 трубы 1, в результате которого другое плечо этого рычага выходит из проушины, освобождая полый вал с буром и обеспечивая им возможность перемещения вниз при поднятом над землей за переходник снаряде.

Фиксирование положения полого вала 11 в рабочем положении снаряда осуществляется при его движении в сторону крышки 24 колонковой трубы 1. При подходе к крышке 24 проушина 22 входит в контакт со скошенной гранью двуплечевого кулачка, смещает последний в сторону и попадает в зев крюка, который постоянно находится в поджатом от усилия пружины состоянии. Происходит защелкивание проушины, приводящее к исключению осевого перемещения полого вала 11 относительно центрального вала 10. Для обеспечения вывода воздуха из зоны бурения в стенке колонковой трубы выполнен канал 26 сообщения зоны переходника с зоной бура с забурником.

Снаряд работает следующим образом.

В собранном виде (фиг.1) снаряд опускают в скважину. Положение полого вала 11 зафиксировано от смещения в продольном направлении за счет механизма фиксации, обеспечивающего захват проушины двуплечевым кулачком. Секторная пластина 12 перекрывает доступ в полость колонковой трубы за счет расположения ее выступа в открытом вырезе трубы 1, препятствуя попаданию грунта внутрь трубы. При рабочем вращении бура, по часовой стрелке, происходит перемещение этой пластины до упора ее вертикального выступа в секторообразный диск в зоне, противоположной подбирающим грунт зубам, в результате чего рабочая полость снаряда открывается и производится набор грунта. А при обратном вращении бура секторная пластина опять перекрывает доступ грунта в рабочую полость колонковой трубы, она поворачивается вместе с пластиной 12 до тех пор, пока вертикальный выступ 14 не упрется в секторообразный диск 5 в зоне зубов 6.

После подъема снаряда на поверхность его освобождают от грунта. Для этого толкатель 20 упирают в привод вращения снаряда, пружина 21 сжимается и происходит расфиксапия проушины 22 от двуплечевого кулачка.

После этого осуществляют подъем колонковой трубы 1, при котором она скользит относительно полого вала 11. При этом упорный диск 15 оказывает выталкивающее воздействие на грунт. Таким образом, производят автоматический разъем снаряда и освобождение его от грунта вращением в разные стороны. После нажатия снаряда о грунт снаряд приводят в исходное положение.

Промышленная применимость.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как достигаемый результат обеспечивается изменением конструкции элементов и выполнением соответствующих связей этих элементов в снаряде, что реализуемо с использованием технологии, широко применяемой при изготовлении современного бурового оборудования, например, ковшебуров и шнекоколонковых снарядов.