EA010225B1

EA010225B1 - Вибрационное устройство

Info

Publication number: EA010225B1
Application number: EA200701290A
Authority: EA
Inventors: Роджер Пфалерт
Original assignee: Флексидрилл Лимитед
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2008-06-30
Also published as: JP5260057B2; WO2006065155A1; BRPI0519032A2; KR101299274B1; US20110203395A1; AU2005317319B2; CN101107417A; CA2589046A1; JP2008522820A; AR052991A1; MX2007007042A; US20110260815A1; AP2007004068A0; ZA200704214B; EP1825095A1; AU2005317319A1; CN101107417B; EP1825095A4; US20080135294A1; US20100282514A1

Abstract

Вибрационное устройство, способное производить вибрационное выходное воздействие, содержащее сборный узел, имеющий челнок, способный совершать возвратно-поступательное движение между дополнительными структурами, по меньшей мере одна из которых обеспечивает вибрационное выходное воздействие, отличающееся тем, что имеет привод для вращения челнока и имеются магнитные взаимодействия между вращающимся челноком и дополнительными структурами, причем взаимодействия с каждой дополнительной структурой, фазировка дополнительных структур относительно челнока и чередование магнитных взаимодействий приводят к возвратно-поступательному движению челнока.

Description

Настоящее изобретение относится к вибрационному устройству.

Настоящее изобретение относится к вибрационному устройству, способному производить вибрацию для любого предназначения из широкого диапазона (например, для вибрации буровой штанги, загрузочного бункера, линии порошкового питателя, конвейера и т.п.).

Многие вибрационные устройства основаны на вращении эксцентрика. Другие основаны на пневматическом и/или гидравлическом оборудовании для возвратно-поступательного движения поршня, который обеспечивает прямое вибрационное выходное воздействие. Однако такие конструкции, созданные для многих применений, имеют недостаток в том, что, когда устройство, к которому прикреплен выходной поршень, стопорится, трудно обеспечить возобновление вибрационного воздействия вследствие отказа самого поршня перемещаться относительно своего цилиндра или его эквивалента.

Вибрационные головки, созданные для многих применений, имеют недостаток в том, что, когда устройство, к которому прикреплен выходной поршень, стопорится, трудно обеспечить возобновление вибрационного воздействия вследствие отказа самого поршня перемещаться относительно своего цилиндра или его эквивалента. Это имело бы место с устройством, описанным в заявке ΡΟΤ/ΝΖ2003/000158 (опубликованной как \СО 2004/009298) компании Ваи1гу Ышйеб.

Настоящее изобретение обеспечивает существенное преимущество с точки зрения начала вибрации и/или с точки зрения настройки (независимо от того, как закреплено устройство). Вибрация может быть получена от челнока без прямой ее подачи на устройство, которому должна быть сообщена вибрация.

Независимо от устройства, которому должна быть сообщена вибрация (т.е. представляет ли собой устройство буровую штангу или оборудование для буровой штанги или нет), использован режим возвратно-поступательного движения челнока, альтернативный для раскрытого в упомянутых выше документах. Предпочтительно он не требует текучей среды в камерах с переменной геометрией.

Было обнаружено, что можно обеспечить магнитные взаимодействия на каждом торце направляемого челнока, которые в результате действия вращательного привода для челнока приводят челнок в возвратно-поступательное движение, тем самым значительно упрощая работу.

Определено, что посредством обеспечения разнесенных в пространстве одинаковых по полярности магнитов и посредством обеспечения дополнительных магнитов, которые чередуются по полярности на каждом конце, возможно посредством вращения челнока вызвать возвратно-поступательное движение без соударения с твердых поверхностей друг с другом. Настройка устройства основывается на свойствах, присущих используемым магнитам, характере их множеств и общей геометрии конструкции. К этому добавляется вес самого челнока и скорость его вращения.

Предполагается, что постоянные магниты могут эффективно использоваться в такой конфигурации, чтобы позволить вращающемуся челноку быть настроенным с точки зрения его вибрационного выходного воздействия. Синхронизация переходов взаимодействий от одинаковых полярностей к разным полярностям такова, что соударение предотвращается и при этом тем не менее обеспечивается вибрационное воздействие от челнока без любого прямого соединения с любым выходным устройством.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание вибрационной головки, основанной на вращении элемента головки для обеспечения магнитных взаимодействий различного вида (предпочтительно, но не обязательно на каждом торце челнока), тем самым приводя челнок в возвратнопоступательное движение между границами, которые предпочтительно определены не каким-либо соударением или амортизацией, а магнитным взаимодействием, несмотря на любую амортизацию.

Определено, что с помощью с воздушной или другой плавающей опоры или опоры на магнитной подвеске можно избежать нагрева между вращающимся челноком и направляющим элементом, вокруг которого челнок вращается. Альтернативно определено, что полуоси на каждом торце вращаемого челнока могут поддерживаться поплавковым или иным образом без нагрева.

Поэтому настоящее изобретение вместе со сборными узлами, способами работы и применениями направлено на некоторые аспекты такой конструкции.

Настоящее изобретение в некоторых аспектах имеет по меньшей мере одно из следующих преимуществ независимо от формы вибрационной головки:

возможность бурения на большую глубину;

преимущество в изъятии бура;

преимущество в перезапуске бурения;

преимущество при вибрационном бурении.

Настоящее изобретение также имеет преимущество в подвижной опоре вибрационной головки или каркасе для ее податливой поддержки. К вибрационной головке добавляется длина буровой штанги. Податливое закрепление или опора обеспечивает вибрационной головке степени свободы в движении без вреда для опоры или каркаса, что тем не менее дает выгоду для бурения, возможность бурить на большую глубину, выгоду в ситуациях начала бурения, перезапуска бурения и/или изъятия бура и/или выгоду в сроке действия устройства и/или простоте перед другим образом подвешенными вибрационными головками и буровой штангой, которая прикреплена или должна быть прикреплена.

Поэтому настоящее изобретение направлено на то, чтобы, по меньшей мере, предоставить публике полезный выбор.

- 1 010225

Согласно настоящему изобретению создано вибрационное устройство, способное производить возвратно-поступательное вибрационное выходное воздействие, содержащее челнок, имеющий первый и второй торцы, первую дополнительную структуру, связанную с первым торцом челнока, и вторую дополнительную структуру, связанную со вторым торцом челнока, механический привод или механические приводы для вращения челнока вокруг оси, проходящей через дополнительные структуры, магниты, расположенные на челноке на каждом торце, и магниты, расположенные на каждой дополнительной структуре, имеющие такое воздействие, что в результате первый торец перемещается от второй дополнительной структуры и второй торец перемещается от первой дополнительной структуры, причем вибрационное выходное воздействие производится от одной или другой либо обеих дополнительных структур, а не непосредственно от самого челнока, и является возвратно-поступательным по направлению или параллельно упомянутой оси.

Предпочтительно первая и вторая дополнительные структуры закреплены неподвижно относительно друг друга, что касается расстояния, но не вращения относительно друг друга вокруг упомянутой оси.

Предпочтительно тип привода для челнока в каждом из его направлений является одним и тем же, но несовпадающим по фазе, хотя в некоторых менее предпочтительных вариантах настоящего изобретения может использоваться смешанная конфигурация.

Предпочтительно возвратно-поступательное движение совершается без сильного соударения или ударного контакта твердых тел.

Предпочтительно вибрационное выходное воздействие происходит от одной из дополнительных структур.

Настоящее изобретение также создает вибрационное устройство, способное обеспечить возвратнопоступательное вибрационное выходное воздействие, содержащее челнок, способный совершать возвратно-поступательное движение воспроизводимым образом по оси челнока или линии (оси) между первой и второй дополнительными структурами, механический привод для вращения челнока по меньшей мере вокруг части оси челнока или линии и области магнитного взаимодействия по меньшей мере на одной дополнительной структуре и челноке, посредством чего вращение челнока подвергает челнок воздействию сил, вызывающих возвратно-поступательное движение и являющихся попеременно силами притяжения и силами отталкивания между дополнительной структурой и челноком, причем вибрационное выходное воздействие осуществляется от одной или другой либо обеих дополнительных структур, а не непосредственно от самого челнока и является возвратно-поступательным по направлению или параллельно упомянутой оси.

Настоящее изобретение также состоит в вибрационном устройстве, способном обеспечить возвратно-поступательное вибрационное выходное воздействие, содержащее челнок, способный вращаться вокруг определенной оси челнока и совершать возвратно-поступательное движение по оси челнока, механический привод для вращения челнока вокруг его оси, первую дополнительную структуру, по направлению к которой и по направлению от которой, и наоборот, движется челнок, вторую дополнительную структуру, по направлению к которой и по направлению от которой, и наоборот, движется челнок, челнок находится между упомянутыми дополнительными структурами, причем ближние участки каждой пары из первой дополнительной структуры/челнока и челнока/второй дополнительной структуры имеют магнитные области, выполненные с возможностью обеспечивать для каждой пары попеременные силы притяжения или отталкивания, по мере того как челнок вращается, при этом фазировка между парами является или может быть такой, что челнок совершает возвратно-поступательное движение по своей оси вследствие магнитных взаимодействий, которым челнок подвергается в силу своего вращения, и вибрационное выходное воздействие производится от одной или другой либо обеих дополнительных структур, а не непосредственно от самого челнока, и является возвратно-поступательной по направлению или параллельно упомянутой оси.

Предпочтительно первая и вторая дополнительные структуры закреплены неподвижно относительно друг друга, что касается расстояния.

В качестве варианта, но не предпочтительно, челнок действует совместно по меньшей мере с одного торца со своей дополнительной структурой, чтобы обеспечить амортизирующее действие, например, посредством сжатия текучей среды. Альтернативно это может происходить на обоих торцах. Один или оба торца челнока (несмотря на любой ведущий контакт, который он уже может иметь) могут быть выполнены с возможностью контактировать с частью дополнительной структуры только в конце его возвратно-поступательного движения или контактировать с некоторым материалом, вставленным между этим торцом челнока и дополнительной структурой.

Предпочтительно вибрационное выходное воздействие производится от одной из дополнительных структур.

В еще одном аспекте изобретения создано вибрационное устройство, способное производить возвратно-поступательное вибрационное выходное воздействие, содержащее сборный узел, имеющий челнок, способный совершать возвратно-поступательное движение между дополнительными структурами,

- 2 010225 по меньшей мере одна из которых обеспечивает вибрационное выходное воздействие, отличающееся тем, что имеет механический привод для вращения челнока и имеются магнитные взаимодействия между вращающимся челноком и дополнительными структурами, причем взаимодействия с каждой дополнительной структурой, фазировка дополнительных структур относительно челнока и чередование магнитных взаимодействий приводят к возвратно-поступательному движению челнока.

Предпочтительно магнитные взаимодействия являются результатом действия постоянных магнитов.

Предпочтительно приводом челнока является ремень или другой периферийный привод челнока, не мешающий возвратно-поступательному движению челнока в пределах совершаемых колебаний (предпочтительно определяемых магнитными взаимодействиями).

Настоящее изобретение направлено на варианты вибрационных головок, альтернативные для раскрытых в заявках Ρ0Γ/ΝΖ2ΟΟ3/ΟΟΟ128 (опубликованной как \УО 2004/113668) и Ρ0Γ/ΝΖ2ΟΟ5/ΟΟΟΟ47.

Согласно изобретению создана также вибрационная головка для бурения, включающая в себя вышеописанное вибрационное устройство. Настоящее изобретение также предполагает использование бурового устройства, имеющего плавающую или податливую опору для вышеописанной вибрационной головки, которая прикреплена или может быть прикреплена к буровой штанге, на которую направлено настоящее изобретение.

В настоящем изобретении предпочтительно содержатся по меньшей мере один, несколько или все из следующих компонентов:

податливое ограничение на одной (или обеих) границе (границах) хода челнока;

податливое ограничение на движение вибрационного устройства относительно его опоры; податливая опора веса вибрационного устройства и любой присоединенной буровой штанги; привод для вращения буровой штанги независимо от движения вращения или отсутствия вращения части или всего вибрационного устройства;

сборный узел опоры цилиндрического типа для подвески вибрационной головки.

В другом аспекте изобретения создано буровое устройство, содержащее вибрационную головку настоящего изобретения, которая прикреплена или может быть прикреплена к буровой штанге, опору и по меньшей мере один изменяющий конфигурацию, например, податливый резервуар текучей среды (например, податливый газовый баллон), для поддержки некоторого ограничения вибрационной головки относительно опоры, причем взаимодействие вибрационной головки, опоры и по меньшей мере одного указанного резервуара текучей среды обеспечивает поддержку веса буровой штанги, которая прикреплена или должна быть прикреплена, обеспечивающей некоторую свободу движения вибрационной головки относительно опоры и в продольном, и в поперечном направлениях относительно оси буровой штанги.

Предпочтительно имеется по меньшей мере два резервуара.

Предпочтительно текучей средой по меньшей мере в одном резервуаре является газ, например воздух.

Предпочтительно по меньшей мере один и предпочтительно несколько или все резервуары являются газовыми баллонами.

Предпочтительно опорой является каркас.

Предпочтительно большая часть вибрационной головки (при вертикальной оси бурения) находится ниже резервуара (резервуаров).

Предпочтительно опора в продольном направлении предоставляет большую свободу движения, чем опора в поперечном направлении, но не обязательно.

Предпочтительно независимо от того, каким образом челнок при помощи магнитов заставляют совершать возвратно-поступательное движение, имеется следующее:

предпочтительно вибрационное выходное воздействие происходит не непосредственно от челнока; челнок совершает возвратно-поступательное движение;

челнок предпочтительно сталкивается на каждом конце своего движения с податливой структурой; одна или каждая податливая структура могут быть газовым баллоном;

податливая структура (структуры) предпочтительно может различно воздействовать на удар посредством изменения запаса текучей среды или газа;

вибрационное выходное воздействие происходит не от податливой структуры, но через податливую структуру;

челнок может вращаться или не вращаться на своей оси.

Предпочтительно вибрационное выходное воздействие от вибрационной головки на буровую штангу происходит через переходной участок от не вращающегося, но вибрирующего компонента прямо или косвенно на способный вращаться и вращающийся компонент (например, присоединяемый к буровой штанге или являющийся ее частью).

В другом аспекте изобретение состоит в буровом устройстве, содержащем вибрационную головку настоящего изобретения, которая прикреплена или может быть прикреплена к буровой штанге, опору, по меньшей мере один газовый баллон вставлен между частью (частями) вибрационной головки и опоры, в качестве первого взаимодействия, чтобы нести вес вибрационной головки и прикрепленной буровой штанги, и по меньшей мере один газовый баллон вставлен между опорой и частью (частями) вибрацион

- 3 010225 ной головки, в качестве второго взаимодействия, для ограничения вибрационной головки относительно опоры, посредством чего упомянутое первое взаимодействие полностью не теряется в течение любой части вибрационного цикла вибрационной головки.

Предпочтительно часть (части) вибрационной головки вставлена (вставлены) между верхним и нижним ограничениями, обеспеченными упомянутой опорой, и по меньшей мере один воздушный баллон вставлен выше части (частей) и ниже одного ограничения, и по меньшей мере один воздушный баллон вставлен ниже части (частей) и выше другого ограничения.

Предпочтительно большая часть вибрационной головки находится ниже упомянутой части (частей).

Конфигурация является такой, чтобы обеспечить свободу движения вибрационной головки и буровой штанги, которую она несет или должна нести, относительно опоры, которая все же способна в ответ на вес производить смещение к состоянию нулевой отметки вибрационной головки относительно опоры.

В другом аспекте изобретение состоит в буровом устройстве, содержащем вибрационную головку, которая прикреплена или может быть прикреплена к буровой штанге и имеет в поперечном направлении продольной оси, которая определена или должна быть определена буровой штангой, один или более выступов для образования по меньшей мере одной верхней поверхности и по меньшей мере одной нижней поверхности, опорный каркас для вибрационной головки, по меньшей мере один газовый баллон для действия между каркасом и по меньшей мере одной верхней поверхностью и по меньшей мере один газовый баллон для действия между каркасом и по меньшей мере одной нижней поверхностью.

Предпочтительно вибрационная головка имеет оба податливых ограничения (например, газовые баллоны и т.п.) на каждом конце движения челнока и податливое крепление (например, газовый баллон и т.п.) самой вибрационной головки к опоре или каркасу.

Предпочтительно и верхняя поверхность (поверхности), и нижняя поверхность (поверхности) находятся ближе к верхней части, чем к нижней части вибрационной головки.

В другом аспекте изобретение состоит в буровом устройстве, содержащем вибрационную головку, которая прикреплена или может быть прикреплена к буровой штанге, опору, при этом вибрационная головка имеет челнок, податливо ограниченный в своем движении, по меньшей мере, частично посредством податливого средства, и вибрационная головка податливо поддерживается посредством опоры, причем опора через податливо поддерживаемую вибрационную головку выполнена с возможностью нести вес буровой штанги, которая прикреплена или должна быть прикреплена, обеспечивая некоторую свободу движения вибрационной головки относительно опоры как в продольном, так и в поперечном направлениях относительно оси буровой штанги.

Предпочтительно имеется по меньшей мере два резервуара текучей среды для обеспечения податливой опоры вибрационной головки.

Предпочтительно текучей средой по меньшей мере в одном резервуаре является газ (например, воздух).

Предпочтительно опорой является каркас.

Предпочтительно податливым ограничением челнока является резервуар текучей среды на торце челнока на границе его движения.

В другом аспекте изобретение состоит в буровом устройстве, содержащем вибрационную головку, которая прикреплена или может быть прикреплена к буровой штанге и имеет приводимый во вращение челнок, который вращается вокруг оси и взаимодействует при вращении с различными магнитными воздействиями таким образом, что он приводится в возвратно-поступательное движение, при этом вибрационное воздействие производится не от самого челнока, опору, податливое средство (например, предпочтительно по меньшей мере один газовый баллон, помещенный между частью (частями) вибрационной головки и опоры), в качестве первого взаимодействия, чтобы нести вес вибрационной головки и прикрепленной буровой штанги, и податливое средство в качестве второго взаимодействия (предпочтительно для ограничения вибрационной головки относительно опоры), посредством чего первое взаимодействие (предпочтительно) полностью не теряется в течение любой части вибрационного цикла вибрационной головки.

Предпочтительно вибрационная головка включает в себя челнок, податливо ограниченный в движении.

Предпочтительно часть (части) вибрационной головки вставлена (вставлены) между верхним и нижним ограничениями, обеспеченными упомянутой опорой, и по меньшей мере один воздушный баллон вставлен выше части (частей) (например, как один вариант упомянутого податливого средства) и ниже одного ограничения, и по меньшей мере один воздушный баллон вставлен ниже части (частей) и выше другого ограничения.

- 4 010225

Предпочтительно большая часть вибрационной головки находится ниже упомянутой части (частей). Существуют другие варианты для податливого средства, например пружина, сжимаемая текучая среда в резервуаре переменного объема, несжимаемая или сжимаемая текучая среда или обе из них в баллоне или любом таком контейнере с переменной геометрией, эластичном или нет.

В другом аспекте изобретение состоит в буровом устройстве, содержащем вибрационную головку настоящего изобретения, которая прикреплена или может быть прикреплена к буровой штанге и имеет в поперечном направлении продольной оси, которая определена или должна быть определена буровой штангой, один или более выступов для определения по меньшей мере одной верхней поверхности и по меньшей мере одной нижней поверхности, опорный каркас для вибрационной головки, по меньшей мере один газовый баллон для действия между каркасом и по меньшей мере одной верхней поверхностью и по меньшей мере один газовый баллон для действия между каркасом и по меньшей мере одной нижней поверхностью, при этом вибрационная головка имеет вращательный привод буровой штанги, смежный с его соединением для буровой штанги.

В наиболее предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения создано вибрационное буровое устройство, содержащее вибрационную головку, имеющую челнок, с вибрационным выходным воздействием не непосредственно от челнока, подвижную опору, на которой установлена вибрационная головка для свободной вибрации под действием челнока, опору, поддерживаемую от отдачи вибрации от вибрационной головки, и соединитель буровой штанги, поддерживаемый опорой, вращательный привод к соединителю буровой штанги, при этом челнок взаимодействует с использованием магнитов на каждом из своих торцов при своем вращении под действием привода таким образом, чтобы совершать возвратно-поступательное движение в результате этих взаимодействий.

Предпочтительно вращательный привод к соединителю буровой штанги состоит из гибкой передачи от моторного двигателя или другого источника мощности (например, топливного, гидравлического, пневматического, электрического и т.п.).

Предпочтительно гибким приводом является ремень, способный обеспечить передачу вращения, имеющий некоторую возможность сокращения передачи удара от соединителя буровой штанги к опоре, и все же способный позволить вибрационное движение соединителя буровой штанги через подшипник от отдачи.

Настоящее изобретение также состоит в вибрационном устройстве, способном производить вибрационное выходное воздействие, содержащем челнок, способный совершать воспроизводимое возвратнопоступательное движение на оси челнока или линии между первой и второй дополнительными структурами, привод для вращения челнока вокруг по меньшей мере части оси челнока или линии, и области магнитного взаимодействия по меньшей мере на одной дополнительной структуры и челноке, посредством чего вращение челнока подвергает челнок воздействию сил, вызывающих возвратно-поступательное движение, которые являются попеременно силами притяжения и силами отталкивания между дополнительной структурой и челноком, при этом производится от одной или другой или обеих дополнительных структур, а не непосредственно от самого челнока.

Предпочтительно в изобретении содержатся по меньшей мере один, несколько или все из следующих компонентов:

Настоящее изобретение также состоит в вибрационном устройстве, способном производить вибрационное выходное воздействие, содержащем челнок, способный вращаться вокруг определенной оси челнока и совершать возвратно-поступательное движение по оси челнока, привод для вращения челнока вокруг его оси, первую дополнительную структуру, по направлению к которой и по направлению от которой, и наоборот, движется челнок, вторую дополнительную структуру, по направлению к которой и по направлению от которой, и наоборот, движется челнок, челнок находится между упомянутыми дополнительными структурами, при этом ближние участки каждой пары из первой дополнительной структуры/челнока и челнока/второй дополнительной структуры имеют магнитные области, выполненные с возможностью обеспечивать для каждой пары попеременные силы притяжения или отталкивания, по мере того как челнок вращается, и фазировка между парами является или может быть такой, что челнок совершает возвратно-поступательное движение по своей оси вследствие магнитных взаимодействий, которым челнок подвергается при своем вращении, причем вибрационное выходное воздействие производится от одной или другой или обеих дополнительных структур, а не непосредственно от самого челнока.

- 5 010225

Предпочтительно изобретение содержит по меньшей мере один, несколько или все из следующих компонентов:

В еще одном аспекте изобретение состоит в вибрационном устройстве, способном производить вибрационное выходное воздействие, содержащем сборный узел, имеющий челнок, способный совершать возвратно-поступательное движение между дополнительными структурами, по меньшей мере одна из которых обеспечивает вибрационное выходное воздействие, отличающееся тем, что имеет механический привод для вращения челнока и имеются магнитные взаимодействия между вращающимся челноком и дополнительными структурами, причем взаимодействия с каждой дополнительной структурой, фазировка дополнительных структур относительно челнока и чередование магнитных взаимодействий приводят к возвратно-поступательному движению челнока.

В качестве варианта не полагаются на наличие сжимаемой извне текучей среды в качестве средства обеспечения движения челнока посредством того, что она вводится так, чтобы совершать сжатие без дополнительного события между дополнительной структурой и упомянутым челноком.

Используемый здесь термин челнок имеет наиболее широкое значение для обозначения того, что движется и что не движется. Предпочтительно это челнок, который движется прямолинейно.

Используемый здесь термин и/или обозначает и, или или, или, где позволяет контекст, и то и другое.

Используемый здесь термин содержит или содержащий может обозначать включает в себя или включающий в себя.

Используемая здесь форма множественного числа в скобках после существительного может обозначать форму и единственного, и множественного числа этого существительного.

Используемая здесь форма множественного числа в скобках после существительного может относиться к единственному числу или множественному числу.

Ниже описаны предпочтительные варианты настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:

фиг. 1 изображает схематический вид предпочтительного варианта устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 2 - вид в плане устройства в соответствии с настоящим изобретением, показывающий каркас, фиксирующий дополнительные элементы в каждом торце направляющей челнока, и вращательные приводы, соединенные ремнями, для вращения челнока;

фиг. 3 - схематический вид, показывающий вращение челнока по часовой стрелке между неподвижными дополнительными элементами и показывающая с помощью букв К и А такие состояния отталкивания и притяжения соответственно между дополнительным элементом и челноком и между челноком и другим дополнительным элементом, что на челноке имеется результирующее возвратнопоступательное усилие в направлении, отмеченном стрелками;

фиг. 4 - конструкцию, представленную на фиг. 3, в более поздний момент времени, когда происходит инверсия сил притяжения А и отталкивания К между парами неподвижного дополнительного элемента и челнока, и челнок перемещается в отмеченном стрелками направлении;

фиг. 5 - вид, например, второго дополнительного элемента;

- 6 010225 фиг. 6 - вид каждого торца челнока, полярность каждого из торцов челнока необязательно должна быть такой же, как полярность другого торца, хотя это наиболее предпочтительно;

фиг. 7 - вид, аналогичный представленному на фиг. 5, но для первого дополнительного элемента (например того, от которого может осуществляться вибрация), дуговая стрелка на фиг. 5 показывает, как под действием домкрата или другой внешней силы может быть обеспечено вращение одного компонента, чтобы настраивать устройство по требованию время от времени для обслуживания или для управления амплитудой и частотой;

фиг. 8 - буровую головку в соответствии с настоящим изобретением, подвешенную так, чтобы нести вибрационную головку в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 9 - процедуру сборки для магнитов в форме усеченного конуса для челнока, прикрепленных к челноку зафиксированной пластиной;

фиг. 10 - вариант воплощения, отличающийся от представленного на фиг. 9, показывающий, как выточенная на станке или отформованная опора для магнитов в форме усеченных конусов или в другой форме может быть зафиксирована таким способом, при котором менее вероятна подверженность разрушению от возвратно-поступательной вибрации;

фиг. 11 - часть предпочтительного сборного узла челнока с магнитной подвеской и фиг. 12 - ременные приводы для челнока (в данном случае два, но может быть три или больше).

Посредством примера ниже раскрыт один предпочтительный вариант вибрационного устройства буровой штанги, согласно изобретению, выполненного с возможностью прикрепляться к буровой штанге 13.

Устройство, независимо от того, как оно закреплено (предпочтительно податливо подвешено), имеет торцевые элементы 15 и 16, которые функционируют в качестве первого дополнительного средства, и торцевые элементы 18 и 20, которые функционируют в качестве второго дополнительного средства. Эти дополнительные средства удерживаются неподвижно относительно друг друга посредством элементов

19. Челнок 17 движется назад и вперед в пределах заданных физических границ и в идеале имеет меньшее расстояние возвратно-поступательного движения, чтобы избежать соударений.

Не имеет значения, функционирует ли сам челнок в качестве поршня внутри цилиндра дополнительного торца или наоборот. Также не имеет значения, если во взаимодействии цилиндра вообще нет поршня. Важным является возвратно-поступательное движение, каким бы образом оно ни было вызвано.

На фиг. 1 показаны буровая штанга 13, вращательное сочленение/приводной шкив 14, торцевая пластина 15, сопряженный элемент 16, челнок 17, сопряженный элемент 18, соединительные стержни 19, торцевая пластина 20.

Назначение челнока 17 состоит в том, чтобы передавать энергию на сопряженные элементы 16 и 18 при возвратно-поступательном движении. Эта передача энергии может быть достигнута, как раньше, посредством инжекции нефтепродуктов между челноком и его сопряженными элементами с соответствующей синхронизацией, чтобы заставить челнок совершать возвратно-поступательное движение, таким образом заставить буровую штангу перемещаться линейно параллельно движению челнока, тем самым передавая энергию по буровой штанге к буру наиболее эффективным образом. Однако в настоящем изобретении предпочтительно использование магнитного взаимодействия, которое будет описано далее.

Масса челнока имеет ключевое значение для передачи энергии сопряженным элементам. Изменение направления движения передает энергию сопряженным элементам. Чем больше масса, которую имеет челнок, тем больше энергии требуется для достижения этого изменения направления, и она непосредственно связана с требуемой мощностью. Соотношение между массой челнока и общей массой буровой штанги, которой передается вибрация, нужно должным образом учесть и соразмерить.

Действие челнока имеет преимущество в том, что он никогда не оказывается застопоренным посредством блокирования или заедания буровой штанги в буровой скважине. Челнок может передавать всю мощность буровой штанге или оборудованию, которое может быть приспособлено.

Торцевые пластины и соединительные стержни 19, 20 являются связью между сопряженными элементами, и они передают энергию возвратно-поступательного движения буровой штанге.

Челнок предпочтительно приводится в возвратно-поступательное движение посредством магнитов. Торцы челнока имеют электромагниты или (предпочтительно) редкоземельные магниты, расположенные так, чтобы при вращении челнок 17 совершал колебания относительно сопряженных элементов, также оборудованных магнитами таким образом, чтобы заставить челнок совершать возвратно-поступательное движение. Это будет описано далее со специальной ссылкой на вариант воплощения, представленный на фиг. 2-7.

Могут использоваться комбинации предшествующих и/или других приводов.

Все приведенные выше примеры имеют общие характеристики.

1. Челнок предпочтительно никогда не должен прикасаться к сопряженным элементам в физическом смысле, поскольку это может повредить магниты и сочленения буровой штанги вместе с присоединенным оборудованием скважины.

2. Движение челнока предпочтительно никогда не зависит от буровой штанги или прикрепленного оборудования, которые свободно перемещаются относительно движения челнока.

3. Действие челнока предпочтительно приводит в движение буровую штангу в обоих направлениях,

- 7 010225 то есть внутрь и наружу, и при этом позволяет вращению головки бура продвигать с очень небольшим смещением твердосплавные насадки головки бура. Это действие предусматривает расширение буровой скважины снизу вверх.

Другой механизм бурения с использованием отбойника не приводит буровую штангу в движение из скважины, производя бурение скважины внутрь. При этом рассчитывают на сильный удар буровой штанги.

Отбойник совершает удары сталью по стали и при этом вызывает разрушительную ударную волну через буровую штангу.

Примечание. Отбойником назван традиционный гидравлический бурильный молоток (перфоратор).

Далее описан предпочтительный вариант изобретения с магнитным приводом.

Фиг. 2 показывает челнок 1 на неподвижном направляющем валу 2, поддерживаемом каркасом 3, который служит опорой неподвижным первой и второй дополнительным конструкциям 4 и 5 соответственно.

Отбор мощности вибрации может осуществляться с торца 6 или торца 7 или любого другого механизма отбора, связанного с каркасом 3.

Двигатели 8 предпочтительно приводят в движение ремни 9, выполненные с возможностью вращать челнок 1, которые все же предусматривают ограниченное количество движения челнока вдоль оси, когда он вращается для обеспечения возвратно-поступательного движения, который является источником вибрационного выходного воздействия на торце 6, торце 7 или каркасе 3.

Фиг. 3 и 4 показывают действие областей различной полярности постоянных или других магнитов. Стрелка с ломаной линией показывает вибрационное воздействие от первой дополнительной конструкции 10. Однако в показанной конфигурации имеется вторая дополнительная конструкция 11, которая показана несовпадающей по фазе, поскольку речь идет об изображенных полярностях плюс и минус. Челнок 12 предпочтительно имеет одинаковую полярность с каждого торца, так что в состоянии, показанном на фиг. 3, между челноком 12 и первой дополнительной конструкцией 10 имеется результирующая сила отталкивания, являющаяся результатом расположения на одной линии полярностей плюс и плюс, и в то же время между челноком 12 и второй дополнительной структурой 11 имеется сила притяжения А полярностей плюс и минус. Через короткий промежуток времени возникает противоположная ситуация, как изображено на фиг. 4, и именно это быстрое изменение отталкивания К и притяжения А на притяжение А и отталкивание К приводит к реверсу направления движения челнока, по мере того как челнок вращается.

В некоторых вариантах настоящего изобретения, создано условие, посредством которого показанная ситуация несовпадения по фазе на 180° для дополнительных конструкций 10 и 11 может быть изменена, и это показано посредством дуговой стрелки на фиг. 5. Это может быть выполнено с помощью домкрата или другого средства (не показано), так что во время работы фазировка может быть изменена от ситуации несовпадения по фазе на 180° или от некоторых других ситуаций на такую, при которой может быть обеспечена лучшая настройка частоты и амплитуды возвратно-поступательного движения по оси челнока.

Вибрационное выходное воздействие осуществляется через первую дополнительную конструкцию 10, как показано на фиг. 3 и 4.

Даже в модификациях изобретения, в которых нет двустороннего магнитного взаимодействия, описанного со ссылкой на фиг. 3-7, тем не менее может быть обеспечен эффект возвратно-поступательного движения, если альтернативно обеспечено адекватное средство возврата челнока. Примеры этого были даны ранее.

Также в объем настоящего изобретения входит использование магнитных взаимодействий на торце или не на торце сборного узла, с которого снимается вибрация.

Однако предполагается, что взаимодействия челнока, несущего магниты, с дополнительной конструкцией обеспечат желаемую вибрационную отдачу, которую можно использовать для бурения и в других вибрационных инструментах. Очевидно, что конфигурация настоящего изобретения является альтернативой для конфигураций, раскрытых в заявках Ρί.’Τ/ΝΖ2004/000128 и Ρί.’Τ/ΝΖ2005/000047. или может быть вспомогательным оборудованием для других входных устройств для целей конечного применения.

Предпочтительно используются постоянные магниты (в частности, редкоземельные магниты высокой магнитной плотности, например, магниты из неодима, такие как магниты из сплава ΝάΡεΒ, которые могут быть стабильны при температурах до 180°С, и магниты из сплава кобальта и самария (8тСо), которые могут использоваться при температурах до 400°С).

Могут использоваться другие виды магнитов, в том числе магниты, которые могут быть созданы в будущем. Однако, вообще говоря, использование электромагнитов противопоказано исключительно с точки зрения размеров и необходимости обеспечения соответствующих электрических входов в конструкции, которая подвержена вибрации и неблагоприятным воздействиям окружающей среды.

Предусмотрено, что скорости вращения челнока 1 могут значительно изменяться. Простой пример такого вращения составляет 1600 об/мин, что является достаточным с изображенными магнитами для

- 8 010225 обеспечения удовлетворительного хода челнока назад и вперед для обеспечения целесообразной вибрационной отдачи. Обычные диапазоны могут составлять от 1000 до 2000 об/мин, но могут быть выше или ниже. 2000 об/мин соответствует приблизительно 130 Гц.

Далее описан другой вариант настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 8.

На фиг. 8 показана главная группа 25 воздушных баллонов или баллонов с текучей средой (газом), функционирующих совместно, между частью 28 вибрационного устройства, являющейся неподвижным или подвижным сборным узлом каркаса буровой головки. Этот сборный узел дает буровой штанге 23 возможность плавать в буровой скважине, работая независимо от веса буровой штанги, поскольку посредством воздушных клапанов (не показаны) постоянно регулируется обеспечение одинакового давления на крепление буровой штанги 32, удерживаемое между воздушными камерами 25. Этот сборный узел также обеспечивает изоляцию между перемещающейся массой буровой штанги 29 и сборным узлом челнока и конструкцией буровой установки или опорой/каркасом 28.

Эти две функции являются предпочтительными и могут оказаться критичными при работе головки.

Торцевые пластины 27 и 26 (дополнительные конструкции) должны обеспечить отдачу буровой штанге 23 через вал 29 и его насадку 25. Сборный узел 24 подшипника вращения как переходник позволяет буровой штанге 29 вращаться. Над сборным узлом 24 подшипника вибрационная отдача не зависит от вращения буровой штанги, то есть буровой штанге 25 не нужно вращаться. Вращение на шпиндель буровой штанги ниже позиции 24 предпочтительно обеспечивается сборным узлом 43 с широким зубчатым ремнем, приводимым в движение неподвижным мотором 44. Расстояние между приводами таково, что движение буровой штанги и соответствующая вибрация рассеиваются ременным приводом и поэтому не передаются на буровую конструкцию. Ременной привод также является таким, что не выходит из строя вследствие вибрации.

Предпочтительно привод вращения челнока является приводом с гибким валом, приводимым в движение электрическим, пневматическим или гидравлическим двигателем 42.

Предпочтительно используются несколько приводных ремней 31. Такие ремни предпочтительно могут обеспечивать требуемые амплитуды движения.

В других вариантах привода челнок можно заставить вращаться посредством лопастей, находящихся под напором текучей среды (например, воздуха, воды и т. п.). Также существуют или могут использоваться другие варианты для привода.

Что касается вибрационного устройства, можно заметить, что торцевая пластина 27 несет множество магнитов 40 для взаимодействия с множеством магнитов 38 на данном торце челнока 30. Аналогично торцевая пластина 26 несет множество магнитов 41 для взаимодействия с множеством магнитов 39, находящихся на другом торце челнока.

Как можно видеть, каждый из магнитов 38 и 39 предпочтительно имеет форму усеченного конуса или другую форму, способствующую их прикреплению посредством закрепляющих пластин 36 и 37 к основной части челнока 30.

Эта основная часть челнока предпочтительно выровнена с постоянными магнитами 35 первого полюса, которые должны быть подвешены на магнитной подвеске магнитных линий 34 второго полюса вала 29.

Предпочтительная конфигурация описана ранее. Если вследствие интенсивности возвратнопоступательного движения имеется трудность в удерживании пластин 36 и 37 у основной части челнока 30, вместо конфигурации, показанной на фиг. 9, где магниты 51 просто удерживаются у торца основной части 47 посредством торцевой пластины 48, которая может быть зафиксирована с помощью приклеивания, винтового или болтового скрепления и т. п. (не показано), альтернативно может быть обеспечен элемент 49 для достижения той же самой цели для магнитов 52 посредством закручивания винтов в радиальном направлении в позиции 50 в основную часть 46 челнока.

Хотя предпочтительно магниты выставлены наружу на каждом торце челнока, в некоторых случаях может быть обеспечено защитное покрытие, которое не создает помех для эффективности магнитного взаимодействия. Аналогично для неподвижных магнитов 40 и 41 торцевых пластин 27 и 26 соответственно. Они могут удерживаться у челнока аналогичным образом, или может быть достаточно простого приклеивания.

Предусмотрено, что торцевая пластина 27 может поворачиваться (например, на 45°) с тем, чтобы при желании челнок 30 мог находиться в устойчивом состоянии между торцевыми пластинами 27 и 26 независимо от того, вращается он или нет. Чтобы достичь этого, конфигурация с несовпадением по фазе, описанная ранее достаточно подробно, используется так, что имеется некоторое уравновешивание сил. Какой поворот пластины 27 требуется, если вообще требуется, зависит от расположения множеств и магнитных вставок во взаимодействующих поверхностях.

Магнитная опора челнока на ведущей оси предпочтительна, но в других альтернативных вариантах может быть обеспечена опора на воздушной подушке или другая опора. Это может быть сделано, чтобы избежать любого нагрева, который может ухудшить работу постоянных магнитов. Системы в соответствии с настоящим изобретением, которые были обеспечены подшипником со смазкой, имели тенденцию образовывать некоторое нагревание, но такие системы, тем не менее, могут работать, если в них имеется

- 9 010225 охлаждение смазки или операционные параметры таковы, что не достигаются температуры, при которых ухудшается работа постоянных магнитов.

Также обеспечивается проход 53 для текучей среды, который проходит через устройство в буровую штангу, таким образом обеспечивая возможность промывки, а также функцию охлаждения.

Такая текучая среда может представлять собой воздух, жидкость (например, воду) или может содержать смазочную текучую среду (например, взвесь), традиционно используемую при бурении.

В конфигурации, представленной на фиг. 8-12, например, челнок имеет длину 1,5 м и амплитуда движения челнока составляет от 0,1 до 15 мм (в зависимости от скоростей вращения челнока, массы челнока, множеств магнитов, магнитных сил, геометрии и размеров промежутков).

Предпочтительно при условиях устойчивого состояния предусматривается циклическая частота от (предпочтительно) 20 циклов в секунду до, например, 200 циклов в секунду. Частота 200 циклов в секунду может быть легко получена с использованием 4/8 магнитных взаимодействий, представленных на фиг. 2-7, на основе вращения челнока со скоростью приблизительно 3000 об/мин.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Вибрационное устройство, способное обеспечить возвратно-поступательное вибрационное выходное воздействие, содержащее челнок, имеющий первый и второй торцы, первую дополнительную структуру, связанную с первым торцом челнока, и вторую дополнительную структуру, связанную со вторым торцом челнока, механический привод или механические приводы для вращения челнока вокруг оси, проходящей через дополнительные структуры, магниты, расположенные на каждом торце челнока, и магниты, расположенные на каждой дополнительной структуре, имеющие такое воздействие, что в результате вращения первый торец перемещается от второй дополнительной структуры и второй торец перемещается от первой дополнительной структуры, при этом вибрационное выходное воздействие осуществляется от одной или другой либо обеих дополнительных структур, а не непосредственно от самого челнока, и вибрационное выходное воздействие является возвратно-поступательным по направлению оси или параллельно ей.
2. Устройство по п.1, в котором первая и вторая дополнительные структуры закреплены неподвижно относительно друг друга, что касается расстояния, но не вращения относительно друг друга вокруг упомянутой оси.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором дополнительные структуры расположены на валу, по которому направляется челнок.
4. Вибрационное устройство, способное обеспечить возвратно-поступательное вибрационное выходное воздействие, содержащее челнок, способный совершать возвратно-поступательное движение воспроизводимым образом по оси челнока или линии между первой и второй дополнительными структурами, механический привод для вращения челнока вокруг по меньшей мере части оси челнока или линии, и области магнитного взаимодействия по меньшей мере на одной дополнительной структуре и челноке, при этом при вращении челнока челнок подвергается воздействию сил, вызывающих его возвратно-поступательное движение и являющихся попеременно силами притяжения и силами отталкивания между дополнительной структурой и челноком, причем вибрационное выходное воздействие осуществляется от одной или другой либо обеих дополнительных структур, а не непосредственно от самого челнока, и вибрационное выходное воздействие является возвратно-поступательным по направлению оси или параллельно ей.
5. Вибрационное устройство, способное обеспечить возвратно-поступательное вибрационное выходное воздействие, содержащее челнок, способный вращаться вокруг определенной оси челнока и совершать возвратно-поступательное движение по оси челнока, механический привод для вращения челнока вокруг его оси, первую дополнительную структуру, по направлению к которой и по направлению от которой и наоборот движется челнок, вторую дополнительную структуру, по направлению к которой и по направлению от которой и наоборот движется челнок, причем челнок находится между дополнительными структурами, и ближние участки каждой пары из первой дополнительной структуры/челнока и челнока/второй дополнительной структуры имеют магнитные области, выполненные с возможностью обеспечивать для каждой пары попеременные силы притяжения или отталкивания по мере вращения челнока, и фазировка между парами является или может быть такой, что челнок совершает возвратнопоступательное движение по своей оси вследствие магнитных взаимодействий, которым челнок подвергается при своем вращении, и вибрационное выходное воздействие осуществляется от одной или другой или обеих дополнительных структур, а не непосредственно от самого челнока, и является возвратнопоступательным по направлению оси или параллельно ей.
6. Устройство по п.5, в котором первая и вторая дополнительные структуры закреплены неподвижно относительно друг друга, что касается расстояния.
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором челнок находится на магнитном или пневматическом подшипнике вокруг направляющего вала.
8. Вибрационное устройство, способное обеспечить возвратно-поступательное вибрационное вы

- 10 010225 ходное воздействие, содержащее сборный узел, имеющий челнок, способный совершать возвратнопоступательное движение между дополнительными структурами, по меньшей мере одна из которых осуществляет вибрационное выходное воздействие, отличающееся тем, что имеет механический привод для вращения челнока и имеются магнитные взаимодействия между вращающимся челноком и дополнительными структурами, причем взаимодействия с каждой дополнительной структурой, фазировка дополнительных структур относительно челнока и чередование магнитных взаимодействий приводят к возвратно-поступательному движению челнока.
9. Устройство по п.8, в котором магнитные взаимодействия являются результатом действия постоянных магнитов.
10. Устройство по п.8 или 9, в котором приводом челнока является ремень или другой периферийный привод челнока, не мешающий возвратно-поступательному движению челнока в пределах совершаемых колебаний.
11. Вибрационная головка для бурения, содержащая вибрационное устройство по любому из предыдущих пунктов.
12. Использование бурового устройства, имеющего плавающую или податливую опору для вибрационной головки по п.11, которая прикреплена или способна прикрепляться к буровой штанге.
13. Буровое устройство, содержащее вибрационную головку по п.11, которая прикреплена или способна прикрепляться к буровой штанге, опору и по меньшей мере один изменяющий конфигурацию резервуар текучей среды, например податливый газовый баллон, для поддержки некоторого ограничения вибрационной головки относительно опоры, при этом взаимодействие вибрационной головки, опоры и по меньшей мере одного указанного резервуара текучей среды обеспечивает поддержку веса буровой штанги, которая прикреплена или должна быть прикреплена, обеспечивающую некоторую свободу движения вибрационной головки относительно опоры и в продольном, и в поперечном направлениях относительно оси буровой штанги.
14. Устройство по п.13, которое имеет по меньшей мере два резервуара.
15. Устройство по п.14, в котором по меньшей мере один из резервуаров является газовым баллоном.
16. Устройство по любому из пп.13-15, в котором по меньшей мере большая часть вибрационной головки, когда ось бурения вертикальна, расположена ниже резервуара.
17. Устройство по любому из пп.13-16, в котором вибрационное выходное воздействие вибрационной головки на буровую штангу осуществляется через переходной участок от не вращающегося, но вибрирующего компонента, прямо или косвенно на способный вращаться и вращающийся компонент, например присоединяемый к буровой штанге или являющийся ее частью.
18. Буровое устройство, содержащее вибрационную головку, прикрепленную или приспособленную прикрепиться к буровой штанге и имеющую приводимый во вращение челнок, который вращается вокруг оси и взаимодействует при вращении с различными магнитными воздействиями таким образом, что он приводится в возвратно-поступательное движение, причем вибрационное выходное воздействие осуществляется не от самого челнока, опору, податливое средство, например предпочтительно по меньшей мере один газовый баллон, помещенный между частью вибрационной головки и опоры, в качестве первого взаимодействия, для поддержания веса вибрационной головки и прикрепленной буровой штанги, и податливое средство в качестве второго взаимодействия предпочтительно для ограничения вибрационной головки относительно опоры, посредством чего первое взаимодействие предпочтительно полностью не теряется в течение любой части вибрационного цикла вибрационной головки.
19. Вибрационное буровое устройство, содержащее вибрационную головку, имеющую челнок, непосредственно от которого не осуществляется вибрационное выходное воздействие, подвижную опору, на которой установлена вибрационная головка для свободной вибрации под действием челнока, опору, поддерживаемую от вибрационного выходного воздействия вибрационной головки, и соединитель буровой штанги, поддерживаемый опорой, вращательный привод к соединителю буровой штанги, причем челнок взаимодействует с использованием магнитов на каждом из своих торцов при своем вращении под действием привода таким образом, чтобы совершать возвратно-поступательное движение в результате этих взаимодействий.
20. Вибрационное устройство, способное обеспечить вибрационное выходное воздействие, содержащее сборный узел, имеющий челнок, способный совершать возвратно-поступательное движение между дополнительными структурами, по меньшей мере одна из которых обеспечивает вибрационное выходное воздействие, отличающееся тем, что имеет механический привод для вращения челнока и имеются магнитные взаимодействия между вращающимся челноком и дополнительными структурами, причем взаимодействия с каждой дополнительной структурой, фазировка дополнительных структур относительно челнока и чередование магнитных взаимодействий приводят к возвратно-поступательному движению челнока.