RU155728U1

RU155728U1 - DEVICE FOR CONNECTING A Pneumatic Impact Machine to a Drill Column

Info

Publication number: RU155728U1
Application number: RU2015102563/03U
Authority: RU
Inventors: Борис Николаевич Смоляницкий; Борис Борисович Данилов; Данила Александрович Воротников; Дмитрий Олегович Чещин
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2015-10-20

Abstract

1. Устройство для соединения пневмоударной машины с буровой колонной, состоящее из сочленяемых элементов, один из которых предназначен для соединения с пневмоударной машиной, другой - для соединения с буровой колонной, отличающееся тем, что указанные элементы представляют собой шлицевые полумуфты, причём на шлицевой полумуфте буровой колонны установлен элемент крепления воздухораспределительного патрубка пневмоударной машины.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина L хода шлицевых полумуфт равна длине перемещения воздухораспределительного патрубка в режиме работы на реверс.1. A device for connecting a pneumatic impact machine with a drill string, consisting of articulated elements, one of which is designed to connect to a pneumatic impact machine, the other for connecting to a drill string, characterized in that these elements are slotted coupling halves, moreover, on a slotted drill coupling half the column has an element for fastening the air distribution pipe of the pneumatic impact machine. 2. The device according to claim 1, characterized in that the stroke length L of the spline coupling halves is equal to the travel length of the air distribution pipe in reverse operation.

Description

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, и может найти применение при горизонтальном направленном бурении.The technical solution relates to mining and construction, namely to drilling equipment, and can find application in horizontal directional drilling.

Известно резьбовое соединение для элементов бурильной колонны для ударного бурения, описанное в патенте РФ №2155852, кл. E21B 17/042, 10.09.2000 г.Это соединение содержит первый элемент бурильной колонны, снабженный у свободного конца внутренней резьбой и второй элемент бурильной колонны, имеющий центрирующий выступ, снабженный внешней резьбой для взаимодействия с внутренней резьбой первого элемента бурильной колонны, причем второй элемент бурильной колонны имеет контактную поверхность для взаимодействия со свободным концом первого элемента бурильной колонны. На контактную поверхность или свободный конец путем плазменной сварки или пайки нанесен износостойкий дополнительный материал, который покрывает 50÷90% контактной поверхности, который имеет глубину 0,5÷5 мм и максимальный диаметр которого уступает внешнему диаметру этой поверхности.Known threaded connection for elements of the drill string for shock drilling, described in the patent of the Russian Federation No. 2155852, class. E21B 17/042, 09/10/2000 This connection comprises a first drill string element provided with an internal thread at the free end and a second drill string element having a centering protrusion provided with an external thread for engaging with the internal thread of the first drill string element, the second element The drill string has a contact surface for engaging with the free end of the first drill string element. A wear-resistant additional material is applied to the contact surface or free end by plasma welding or soldering, which covers 50–90% of the contact surface, which has a depth of 0.5–5 mm and whose maximum diameter is inferior to the outer diameter of this surface.

В данном устройстве нанесение износостойкого дополнительного материала частично решает вопрос увеличения срока службы элементов бурильной колонны, однако достаточно скоро наступает износ резьбы на двух элементах бурильной колонны, что приводит к поломке устройства. Поэтому описанное резьбовое соединение ненадежно в работе.In this device, the application of wear-resistant additional material partially solves the issue of increasing the service life of the elements of the drill string, however, soon enough, thread wear occurs on the two elements of the drill string, which leads to breakdown of the device. Therefore, the described threaded connection is unreliable in operation.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому решению является резьбовое соединение для бурильной колонны, предназначенной для ударного бурения по породе и описанное в патенте РФ №2204684, кл. E21B 17/042, опубл. 20.05.2003 г., включающее наружную резьбу, взаимодействующую с ней внутреннюю резьбу, при этом наружная резьба расположена на первом элементе бурильной колонны, а внутренняя резьба расположена на втором элементе бурильной колонны, и указанный первый элемент бурильной колонны имеет первую ударную поверхность, а указанный второй элемент бурильной колонны имеет вторую ударную поверхность, причем первая и вторая ударные поверхности расположены с упором друг в друга. В данном устройстве наружная резьба и внутренняя резьба выполнены коническими, а вершины наружной резьбы имеют радиус кривизны, составляющий более 30% шага резьбы.The closest in technical essence and the set of essential features to the proposed solution is a threaded connection for a drill string designed for shock drilling on the rock and described in the patent of the Russian Federation No. 2204684, class. E21B 17/042, publ. 05/20/2003, including an external thread, an internal thread interacting with it, wherein the external thread is located on the first drill string element, and the internal thread is located on the second drill string element, and said first drill string element has a first impact surface, and said the second element of the drill string has a second impact surface, the first and second impact surfaces being abutting against each other. In this device, the external thread and the internal thread are tapered, and the tops of the external thread have a radius of curvature of more than 30% of the thread pitch.

Недостатком устройства является возможное возникновение поломок. Причиной этих поломок является то, что в буровой колонне создается предварительное напряженное состояние, которое рано или поздно приводит к разрушению буровой колонны и механических устройств бурового комплекса. В результате, несмотря на усовершенствование устройства, проблема, связанная с напряжениями, возникающими во время прохождения ударной волны и приводящими к разрушению буровой колонны и механизмов бурового комплекса, остается не решенной.The disadvantage of this device is the possible occurrence of breakdowns. The reason for these breakdowns is that a preliminary stress state is created in the drill string, which sooner or later leads to the destruction of the drill string and mechanical devices of the drilling complex. As a result, despite the improvement of the device, the problem associated with the stresses arising during the passage of the shock wave and leading to the destruction of the drill string and the mechanisms of the drilling complex remains unsolved.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности работы бурового комплекса при проходке направленных горизонтальных скважин за счет исключения передачи ударных нагрузок от пневмоударной машины к буровой колонне.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the drilling complex when driving directional horizontal wells by eliminating the transmission of shock loads from the pneumatic hammer machine to the drill string.

Решение этой задачи обеспечиваеся тем, что в устройстве для соединения пневмоударной машины с буровой колонной, состоящем из сочленяемых элементов, один из которых предназначен для соединения с пневмоударной машиной, другой - для соединения с буровой колонной, согласно техническому решению указанные элементы представляют собой шлицевые полумуфты, причем на шлицевой полумуфте буровой колонны установлен элемент крепления воздухораспределительного патрубка пневмоударной машины.The solution to this problem is provided by the fact that in the device for connecting a pneumatic hammer machine with a drill string, consisting of articulated elements, one of which is designed to connect to a pneumatic hammer machine, the other for connecting to a drill string, according to the technical solution, these elements are slotted coupling halves, moreover, on the spline half-coupling of the drill string is an element for fastening the air distribution pipe of the pneumatic hammer machine.

Выполнение сочленяемых элементов в виде шлицевых полумуфт, установленных соответственно на пневмоударной машине и буровой колонне, а также установка элемента крепления воздухораспределительного патрубка пневмоударной машины на шлицевой полумуфте буровой колонны позволяет исключить передачу на буровую колонну ударных импульсов, создаваемых пневмоударной машиной. Шлицевые полумуфты имеют возможность перемещения, поэтому ударный импульс от пневмоударной машины не распространяется на буровую колонну. При этом сохраняется возможность передачи статического усилия и крутящего момента от буровой колонны к пневмоударной машине. В предлагаемом техническом решении пневмоударная машина соединена с буровой колонной посредством устройства, допускающего возможность осевого перемещения пневмоударной машины относительно буровой колонны и способного обеспечивать передачу крутящего момента, нажимного и тянущего усилий. Кроме того, предлагаемое устройство, в случае, когда скорость пневмоударной машины превышает скорость подачи буровой колонны, обеспечивает изменение направления ударных импульсов в сторону буровой колонны за счет перехода пневмоударной машины в режим работы на реверс, а при дальнейшем приложении статической нагрузки опять переходит в режим работы прямого хода пневмоударной машины. Предлагаемое устройство исключает передачу ударных нагрузок от пневмоударной машины к буровой колонне и, как следствие, повышает надежность работы бурового комплекса при проходке направленных горизонтальных скважин.The execution of articulated elements in the form of slotted coupling halves mounted respectively on a pneumatic hammer machine and a drill string, as well as the installation of a fastening element for the air distribution pipe of a pneumatic hammer machine on a splined coupling half of a drill string allows excluding the transmission of shock pulses generated by the pneumatic hammer to the drill string. Splined coupling halves have the ability to move, so the shock impulse from the pneumatic hammer machine does not extend to the drill string. At the same time, it remains possible to transmit static force and torque from the drill string to the pneumatic hammer machine. In the proposed technical solution, the pneumatic hammer machine is connected to the drill string by means of a device that allows axial movement of the pneumatic hammer machine relative to the drill string and is capable of transmitting torque, pressing and pulling forces. In addition, the proposed device, in the case when the speed of the pneumatic impact machine exceeds the feed rate of the drill string, provides a change in the direction of shock pulses in the direction of the drill string due to the transition of the pneumatic impact machine to the reverse operation mode, and when the static load is further applied, it switches back to the operating mode forward stroke pneumatic impact machine. The proposed device eliminates the transmission of shock loads from the pneumatic hammer machine to the drill string and, as a result, increases the reliability of the drilling complex during the drilling of directional horizontal wells.

Целесообразно длину L хода шлицевых полумуфт выполнить равной длине перемещения воздухораспределительного патрубка в режим работы на реверс. Это позволит обеспечить устойчивую работу пневмоударной машины под воздействием нагрузок в режиме прямого хода и переходе на реверс, а следовательно повысить надежность работы бурового комплекса при проходке направленных горизонтальных скважин.It is advisable to perform the length L of the stroke of the splined half-couplings equal to the length of the air distribution nozzle in the reverse mode of operation. This will ensure the stable operation of the pneumatic impact machine under the influence of loads in the forward stroke mode and switching to reverse, and therefore increase the reliability of the drilling complex during the drilling of directional horizontal wells.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения устройства для соединения пневмоударной машины с буровой колонной и чертежами фиг. 1, 2.The essence of the proposed technical solution is illustrated by an example of a specific embodiment of a device for connecting a pneumatic hammer machine with a drill string and drawings of FIG. 12.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для соединения пневмоударной машины с буровой колонной в продольном разрезе в положении упора шлицевой полумуфты, соединенной с буровой колонной, в шлицевую полумуфту пневмоударной машины, а на фиг. 2 - разрезе А-А на фиг. 1.In FIG. 1 shows a general view of a device for connecting a pneumatic hammer machine with a drill string in a longitudinal section in the stop position of a splined coupling half connected to a drill string into a splined half coupling of a pneumatic hammer machine, and FIG. 2 is a section A-A in FIG. one.

Устройство состоит из шлицевой полумуфты 1, имеющей на внутренней цилиндрической поверхности выступы для соединения с пазами шлицевой полумуфты 2 (фиг. 1, 2). При этом длина L хода шлицевых полумуфт равна длине перемещения воздухораспределительного патрубка в режим работы на реверс и ограничивается упором 3. Высота выступов существенно больше глубины пазов, что создает каналы 4 (фиг. 2) для выхлопа отработанного воздуха в атмосферу. На шлицевой полумуфте 1 размещен элемент 5 крепления с пневмоударной машиной, а на шлицевой полумуфте 2 размещены элементы крепления 6 и 7 с буровой колонной и воздухораспределительным патрубком соответственно (фиг. 1).The device consists of a spline coupling half 1 having protrusions on the inner cylindrical surface for connection with the grooves of the spline coupling half (Fig. 1, 2). Moreover, the stroke length L of the spline coupling halves is equal to the travel length of the air distribution pipe in reverse operation and is limited by emphasis 3. The height of the protrusions is significantly greater than the depth of the grooves, which creates channels 4 (Fig. 2) for exhaust air exhaust into the atmosphere. On the slotted coupling half 1 there is an attachment element 5 with a pneumatic hammer machine, and on the slotted coupling half 2 there are fasteners 6 and 7 with a drill string and an air distribution pipe, respectively (Fig. 1).

Устройство для соединения пневмоударной машины с буровой колонной работает следующим образом.A device for connecting a pneumatic hammer machine with a drill string works as follows.

При подаче сжатого воздуха к пневмоударной машине, закрепленной на шлицевой полумуфте 1 посредством элемента крепления 5, пневмоударная машина начинает движение вперед (на фиг. 1 влево). Буровой колонной, закрепленной на шлицевой полумуфте 2 посредством элемента крепления 6, осуществляется осевая подача пневмоударной машины. В процессе работы пневмоударной машины выхлоп отработанного воздуха в атмосферу осуществляется через каналы 4 (фиг. 2). Одинаковая скорость проходки пневмоударной машины и подачи буровой колонны обеспечивает устойчивую работу пневмоударной машины в режиме прямого хода. При необходимости осуществляется поворот пневмоударной машины посредством передачи крутящего момента через шлицевые полумуфты 1 и 2. В случае, когда скорость продвижения пневмоударной машины превышает скорость осевой подачи буровой колонны, воздухораспределительный патрубок начинает смещаться назад (на чертеже вправо), так как он закреплен на шлицевой полумуфте 2 элементом крепления 7. Пневмоударная машина при этом переводится в режим слабых ударов, и скорость ее движения уменьшается. Если направление подачи буровой колонны изменить на противоположное, то связанный с буровой колонной воздухораспределительный патрубок переводится в крайнее заднее положение (на фиг. 1 вправо), пневмоударная машина автоматически реверсируется и удары направляются в сторону движения буровой колонны. При этом перемещение воздухораспределительного патрубка пневмоударной машины в режим работы на реверс равно длине L хода шлицевых полумуфт 1 и 2 и ограничено упором 3.When compressed air is supplied to the pneumatic impact machine mounted on the slotted coupling half 1 by means of the fastening element 5, the pneumatic impact machine begins to move forward (to the left in Fig. 1). The drill string, mounted on the splined coupling half 2 by means of the fastening element 6, is the axial feed of the pneumatic impact machine. During operation of the pneumatic impact machine, exhaust air is exhausted into the atmosphere through channels 4 (Fig. 2). The same speed of penetration of the pneumatic hammer machine and the feed of the drill string ensures stable operation of the pneumatic hammer machine in the forward stroke mode. If necessary, the pneumatic impact machine is rotated by transmitting torque through the slotted coupling halves 1 and 2. In the case when the advancement rate of the pneumatic hammer machine exceeds the axial feed rate of the drill string, the air distribution pipe begins to shift backward (to the right in the drawing), since it is mounted on the splined coupling half 2 by the fastening element 7. The pneumatic impact machine is in this case transferred to the mode of weak impacts, and its speed decreases. If the direction of supply of the drill string is reversed, then the air distribution pipe connected to the drill string is moved to its extreme rear position (to the right in Fig. 1), the pneumatic hammer machine is automatically reversed and blows are directed in the direction of movement of the drill string. In this case, the movement of the air distribution pipe of the pneumatic impact machine in the reverse mode is equal to the length L of the stroke of the splined coupling halves 1 and 2 and is limited by the stop 3.

Таким образом, подвижное соединение пневмоударной машины с буровой колонной, кроме своих прямых функций, обеспечивает динамическую обратную связь, свойственную автоматическим следящим системам, и позволяет согласовать движение пневмоударной машины и буровой колонны. В результате этого повышается надежность работы бурового комплекса при проходке направленных горизонтальных скважин за счет исключения передачи ударных нагрузок от пневмоударной машины к буровой колонне.Thus, the movable connection of the pneumatic hammer machine with the drill string, in addition to its direct functions, provides the dynamic feedback inherent in automatic tracking systems and allows you to coordinate the movement of the pneumatic hammer machine and the drill string. As a result of this, the reliability of the drilling complex increases during the drilling of directional horizontal wells by eliminating the transmission of shock loads from the pneumatic hammer machine to the drill string.

Claims

1. A device for connecting a pneumatic impact machine with a drill string, consisting of articulated elements, one of which is designed to connect to a pneumatic impact machine, the other for connecting to a drill string, characterized in that these elements are slotted coupling halves, moreover, on a slotted drill coupling half columns installed element fastening the air distribution pipe pneumatic shock machine.

2. The device according to p. 1, characterized in that the length L of the stroke of the spline coupling halves is equal to the length of movement of the air distribution pipe in reverse operation.