RU2812992C1 - Гидроперфораторная буровая штанга - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при ударно-вращательном бурении горных пород, а именно при гидроперфораторном бурении. Гидроперфораторная буровая штанга содержит трубу, свободный конец которой снабжен буровым инструментом. Во внутренней полости трубы установлен клапан, содержащий головку и хвостовик, сопряженный с головкой, выполненной с обращенной от хвостовика наружной поверхностью, представляющей собой часть сферы. Хвостовик содержит центральный продольный участок с расходящимися от него продольными ребрами таким образом, что поперечное сечение хвостовика представляет собой фигуру с расходящимися от центрального участка лучами. Диаметр головки меньше, чем диаметр внутренней полости трубы, в которой установлен клапан. Концы трубы выполнены с центральными пропускными отверстиями, диаметр которых меньше, чем диаметр головки клапана, который установлен в полости штанги таким образом, что его хвостовик обращен к буровому инструменту. Обеспечивается сокращение времени, необходимого для осуществления работ по наращиванию буровых штанг, и, соответственно, сокращение времени на бурение, а также расширение функциональных возможностей буровой штанги. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при ударно-вращательном бурении горных пород (гидроперфораторное бурение).

Из патента Китая № CN111927336A на изобретение известна буровая штанга с односторонним клапаном для связи при бурении в угольной шахте, содержащая корпус буровой штанги, отличающаяся тем, что левая и правая стороны корпуса буровой штанги соответственно снабжены концевыми кронштейнами, а концевые кронштейны расположены через отверстия со стопорными кольцами и обратный клапан. Седло установлено в середине внутренней части корпуса буровой штанги, два конца седла одностороннего клапана соответственно расположены в отверстии со стопорным кольцом, один конец сердечника одностороннего клапана установлен в седле одностороннего клапана, а другой конец сердечника одностороннего клапана соединен с пружиной. Один конец подключен, другой конец пружины соединен с изолирующим охватываемым концом, правый конец изолирующего охватываемого конца оснащен проводящим охватываемым концом, левый конец изолирующего охватываемого конца соединен с одним концом изолирующей оболочки, при этом один конец изолирующей оболочки соединен с левым концом изолирующего охватываемого конца через уплотнительное кольцо. Внутреннее отверстие герметизировано. Один конец изолирующего охватывающего конца проходит через концевой кронштейн, а отверстие соединяется с левым концом седла одностороннего клапана с помощью стопорного кольца. Другой конец изолирующей оболочки устанавливается во внутреннее отверстие правого конца изолирующего охватывающего конца и соединяется уплотнительным кольцом, которое изолируется. Левое внутреннее отверстие охватывающего конца соединяется с проводящим охватывающим концом, правое внутреннее отверстие проводящего охватывающего конца соединено с одним концом внутреннего проводника, левое внутреннее отверстие проводящего охватывающего конца соединено с проводящей пружиной, а другой конец внутреннего проводника установлен во внутреннем отверстии левого конца проводящего охватываемого конца. Концы соответственно снабжены стопорными пружинами, и стопорные пружины соответственно соединены с проводящим охватывающим концом и проводящим охватываемым концом.

Недостатком изобретения по патенту Китая № CN111927336A является сложность конструкции. Кроме того, клапан буровой штанги приводится в движение за счет пружины, что в условиях ударных нагрузок и коррозии делает ее ненадежной.

Из патента Китая № CN208024295U на полезную модель известна буровая штанга, предотвращающая обратный поток воды, содержащая: первую буровую штангу с резьбой на хвостовой части и соединительным отверстием на другом конце; и вторую буровую штангу с соединительным отверстием на каждом конце, соединение первой буровой штанги. Внутренняя сторона отверстия соединена с одним концом обратного клапана, другой конец обратного клапана соединен с внутренней стороной один конец второй бурильной трубы, а труба подачи воды соединена с внутренней стороной другого конца второй бурильной трубы.

Недостатком полезной модели по патенту Китая № CN208024295U является неудобство в эксплуатации. Кроме того, форма клапана буровой штанги по патенту № CN208024295U в форме шара позволяет выполнять исключительно направленное вверх бурение вертикальных скважин и не позволяет выполнять направленное вниз бурение, поскольку при направленном вниз бурении вода стоит в скважине постоянно, и конструкция клапана в форме шара перекрывает воду во внутренней полости буровой штанги, препятствует ее заполнению.

Буровая штанга, известная из патента Китая № CN208024295U на полезную модель выбрана в качестве прототипа.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - устранение недостатков аналогов.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в сокращении времени, необходимого для осуществления работ по наращиванию (удлинению) буровых штанг (соответственно, сокращение времени на бурение), экономии воды за счет исключения постоянного слива воды из става при наращивании и наполнению става (колонны труб) вновь, а также в расширении функциональных возможностей буровой штанги.

Технический результат достигается за счет того, что в гидроперфораторной буровой штанге, содержащей трубу, свободный конец которой снабжен буровым инструментом, во внутренней полости трубы установлен клапан, содержащий головку и хвостовик, сопряженный с головкой, выполненной с обращенной от хвостовика наружной поверхностью, представляющей собой часть сферы, хвостовик содержит центральный продольный участок с расходящимися от него продольными ребрами таким образом, что поперечное сечение хвостовика представляет собой фигуру, с расходящимися от центрального участка лучами, диаметр головки меньше, чем диаметр внутренней полости трубы, в которой установлен клапан, концы трубы выполнены с центральными пропускными отверстиями, диаметр которых меньше, чем диаметр головки клапана, который установлен в полости штанги таким образом, что его хвостовик обращен к буровому инструменту.

Внутренние поверхности выходных отверстий трубы могут быть сопряжены с ее внутренней поверхностью, в которой размещен клапан, посредством переходных наклонных участков, при этом внутренняя поверхность каждого переходного участка представляет собой усеченный конус.

Труба может быть выполнена составной, содержащей центральный продольный участок и концевые участки, представляющие собой ниппели и муфты, посредством которых обеспечиваются соединения трубы с соседней трубой или с буровым инструментом.

Заявляемое устройство поясняется фигурами.

На фиг. 1 изображена буровая штанга и положение обратного клапана при бурении вниз.

На фиг. 2 изображено сечение А-А клапана.

На фиг. 3 изображена буровая штанга при бурении вверх с открытым клапаном.

На фиг. 4 изображена буровая штанга при бурении вверх с закрытым клапаном.

На фиг. 5 изображен клапан.

Позиции на фигурах:

1 - труба;

2 - клапан;

3 - головка клапана;

4 - хвостовик клапана;

5 - центральное пропускное отверстие трубы;

6 - переходной наклонный участок;

7 - продольные ребра хвостовика.

Заявляемая гидроперфораторная буровая штанга, содержит трубу 1, свободный конец которой снабжен буровым инструментом (на фиг. не показан), во внутренней полости трубы установлен клапан 2, содержащий головку 3 и хвостовик 4, сопряженный с головкой 3, выполненной с обращенной от хвостовика 4 наружной поверхностью, представляющей собой часть сферы, хвостовик 4 содержит центральный продольный участок с расходящимися от него продольными ребрами 7, таким образом, что поперечное сечение хвостовика 4 представляет собой фигуру, с расходящимися от центрального участка лучами, диаметр головки 3 меньше, чем диаметр внутренней полости трубы 1, в которой установлен клапан 2, концы трубы выполнены с центральными пропускными отверстиями 5, диаметр которых меньше, чем диаметр головки 3 клапана 2, который установлен в полости штанги таким образом, что его хвостовик 4 обращен к буровому инструменту (на фиг. не показан).

Внутренние поверхности центральных пропускных отверстий 5 трубы 1 могут быть сопряжены с ее внутренней поверхностью, в которой размещен клапан 2, посредством переходных наклонных участков 6, при этом внутренняя поверхность каждого переходного участка 6 представляет собой усеченный конус.

При бурении вниз, клапан 2 размещен хвостовиком 4 на переходном участке 6, обеспечивая беспрепятственный поток воды в полость трубы 1, поскольку диаметр головки 3 клапана меньше, чем диаметр внутренней полости трубы 1, в которой установлен клапан 2. Поэтому вода имеет возможность протекать вдоль продольных ребер 7 хвостовика, огибая головку 3. Конкретные геометрические параметры диаметра головки 3, диаметра внутренней полости трубы 1, в которой установлен клапан 2, толщины и количества ребер 7, диаметра отверстий 5, определяется исходя из геометрических параметров скважины.

При бурении вверх, когда буровой инструмент ориентирован вверх (прямо или под наклоном), хвостовик 4 клапана (обращенный к буровому инструменту) будет также ориентирован вверх, а головка 3 клапана будет обращена в сторону, противоположную от бурового инструмента, т.е. в сторону переходного участка 6, который выполняет функцию седла для клапана 2, обеспечивая надежную (устойчивую) посадку клапана 2 и, соответственно, обеспечивая надежное перекрытие центрального пропускного отверстия 5, при котором вода из участка труб 1, расположенных за клапаном (между клапаном и буровым инструментом) не будет вытекать из внутренней полости указанных труб 1. Седло для клапана 2 можно выполнить иным образом или же седлом для клапана 2 может являться переходный участок, выполненный не наклонным, а горизонтальным. Наклонный участок является оптимальным, т.к. обеспечивает не только надежную посадку клапана 2, но и выполняет, в том числе, функцию направляющей поверхности для клапана, ускоряя его посадку на отверстие 5.

Труба 1 может быть выполнена составной, содержащей центральный продольный участок и концевые участки, представляющие собой ниппели, посредством которых обеспечиваются соединения трубы 1 с соседней трубой и с буровым инструментом. В процессе бурения по мере углубления скважины возникает необходимость наращивания трубы 1. Наращивание трубы 1 осуществляется путем добавления других труб 1 с использованием соединительных элементов (например, ниппеля и муфты), которые в свою очередь соединяются между собой и с трубой посредством внешних и внутренних резьбовых соединений.

Работа заявляемого изобретения осуществляется следующим образом.

Бурение любой скважины начинается путем бурения вниз. При бурении вниз, клапан 2 размещается хвостовиком 4 на переходном участке 6, при этом полости между ребрами хвостовика 4 клапана и диаметр головки 3 клапана (меньший, чем диаметр внутренней полости трубы 1) не препятствуют свободному потоку воды во внутренней полости трубы 1. Вода течет между клапаном 2 и внутренней поверхностью трубы 1. В отличие от бурения вверх, наращивание трубы 1 осуществляется беспрепятственно и без необходимости перекрытия пропускного отверстия 5, поскольку вода находится внизу, а наращивание трубы 1 производится сверху.

При изменении направления скважины, при необходимости осуществления бурения по направлению вверх (прямо или под наклоном), во время работы буровой штанги (в процессе бурения вверх) через пропускное отверстие 5 в полость трубы 1 подается вода, и головка 3 клапана под воздействием давления воды смещается от пропускного отверстия 5, обеспечивая беспрепятственный поток воды в полость трубы 1 и обеспечивая, таким образом, поддержание объема воды во всей колонне труб.

При необходимости наращивания труб 1, подачу воды прекращают, и клапан 2 в результате воздействия силы тяжести (под собственным весом) опускается головкой 3 на седло (переходный участок), перекрывая для воды, находящейся в полости трубы 1, возможность вытекания из полостей труб 1, обеспечивая, таким образом, поддержание объема воды во всей колонне буровых штанг, расположенных за клапаном 2.

По окончании работ по наращиванию труб 1, возобновляют подачу воды, при этом для обеспечения работоспособности буровой гидроперфораторной штанги водой необходимо заполнять не всю колонну труб 1, а только первую трубу 1, расположенную в самом начале колонны.

После того как наращивание колонны труб произвели, подача воды через пропускное отверстие 5 в полость трубы 1 возобновляется. При этом головка клапана 2 трубы, ориентированная вверх, под воздействием давления воды отходит от седла (пропускного отверстия 5), и буровая гидроперфораторная штанга готова к осуществлению бурения.

Таким образом, за счет формы клапана 2 обеспечивается расширение функциональных возможностей гидроперфораторной буровой штанги, а именно: обеспечивается полноценное функционирование заявляемой гидроперфораторной буровой штанги как при бурении вниз, так и при бурении вверх.

Заявляемое изобретение позволяет сократить время на наращивание колонны труб по мере продвижения буровой штанги при бурении вверх (не менее, чем на 30%) вследствие постоянного сохранения объема воды в колонне труб 1. Поэтому при работах по наращиванию колонны труб не требуется сливать воду из всей колонны, соответственно, после осуществления работ по наращиванию колонны труб не требуется заполнять водой всю колонну труб. Также снижается потребление воды от 100%-400%.

Сокращение времени на работы, связанные с наращиванием колонны труб при бурении вверх, обеспечивает соответствующее сокращение времени на бурение скважины.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в сокращении времени, необходимого для осуществления работ по наращиванию (удлинению) буровых штанг (соответственно, сокращение времени на бурение), а также в расширении функциональных возможностей гидроперфораторной буровой штанги.

Claims (3)

1. Гидроперфораторная буровая штанга, содержащая трубу, свободный конец которой снабжен буровым инструментом, во внутренней полости трубы установлен клапан, содержащий головку и хвостовик, сопряженный с головкой, выполненной с обращенной от хвостовика наружной поверхностью, представляющей собой часть сферы, хвостовик содержит центральный продольный участок с расходящимися от него продольными ребрами таким образом, что поперечное сечение хвостовика представляет собой фигуру с расходящимися от центрального участка лучами, диаметр головки меньше, чем диаметр внутренней полости трубы, в которой установлен клапан, концы трубы выполнены с центральными пропускными отверстиями, диаметр которых меньше, чем диаметр головки клапана, который установлен в полости штанги таким образом, что его хвостовик обращен к буровому инструменту.

2. Буровая штанга по п. 1, отличающаяся тем, что внутренние поверхности центральных пропускных отверстий трубы сопряжены с ее внутренней поверхностью, в которой размещен клапан, посредством переходных наклонных участков, при этом внутренняя поверхность каждого переходного участка представляет собой усеченный конус.

3. Буровая штанга по п. 1, отличающаяся тем, что труба выполнена составной, содержащей центральный продольный участок и концевые участки, представляющие собой ниппели и муфты, посредством которых обеспечиваются соединения трубы с соседней трубой или с буровым инструментом.