Номер патента: 5361

Опубликовано: 24.02.2005

Автор: Накеруд Алан Л.

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Узел режущих буровых головок, опускаемых на колонне бурильных труб (10) в подземное формирование, включающий переходник (11), соединенный с нижним концом указанной бурильной колонны и буровую головку (12), снабженную парой консолей (16), частично соприкасающихся друг с другом, включающих шарниры (14), установленные в переходнике на общем осевом элементе, при этом консоли (16) отходят наружу от указанных шарниров между положением, при котором они расположены, в основном, в аксиальном направлении вниз от переходника, и режущим положением, при котором происходит их выдвижение в перпендикулярном направлении по отношению к оси вращения бурильной колонны, и причем консоли снабжены рядом режущих элементов (28, 44) вдоль их режущих кромок; а также средства (10, 34, 35, 40, 41) для передачи центробежной силы консолям для того, чтобы вызвать раздвижение консолей наружу в перпендикулярном направлении относительно оси вращения буровой головки.

2. Узел по п.1, в котором средства для придания центробежной силы включают средства для вращения колонны бурильных труб, гидравлический канал (34, 35), проходящий, по меньшей мере, вдоль консоли, и несколько гидравлических нагнетательных устройств (40, 41), соединенных с указанным гидравлическим каналом, для нагнетания жидкости под давлением из указанного гидравлического канала наружу из консоли.

3. Узел по п.1, в котором каждая из буровых головок включает гидравлический канал, проходящий, по меньшей мере, вдоль консоли, и несколько гидравлических нагнетательных устройств, соединенных с указанным гидравлическим каналом, для нагнетания жидкости под давлением из указанного гидравлического канала наружу из консоли.

4. Узел по п.2, отличающийся тем, что нагнетательные устройства имеют форму сопел, расположенных в корпусе указанной консоли рядом с режущими элементами, при этом сопла на каждой консоли смещены по отношению к режущим элементам, а указанные режущие элементы на одной из консолей расположены с возможностью соприкосновения с горной породой между канавками, образованными соплами.

5. Узел по п.1, отличающийся тем, что содержит защелку, включающую паз в нижней торцевой части штанги, поворотный фиксирующий элемент, установленный для расширения поперек указанного паза, и устройство (64) для оказания воздействия за счет усилия расширения на фиксирующий элемент между положением фиксации при его расположении поперек паза и разомкнутым положением при его выходе от паза.

6. Узел режущих головок, опускаемых на колонне бурильных труб в подземное формирование, включающий переходник, соединенный с нижним концом указанной бурильной колонны и буровую головку, снабженную парой консолей, частично соприкасающихся друг с другом, включающих шарниры, установленные в переходнике на общем осевом элементе, при этом консоли отходят тангенциально от указанных шарниров между положением, при котором они расположены, в основном, в аксиальном направлении вниз от переходника, и режущим положением, при котором они расположены в перпендикулярном направлении по отношению к оси вращения бурильной колонны, и при этом консоли снабжены рядом режущих элементов, при этом каждый указанный режущий элемент представляет собой шарошечный диск, установленный на подшипнике для вращения независимо от указанной консоли вдоль поверхности консоли, входящей в соприкосновение с горной породой.

7. Узел по п.6, отличающийся тем, что осевой элемент установлен с возможностью съема в переходнике, при этом подъемные пластины выступают в направлении вверх от переходника и снабжены элементом размыкания защелки на их верхних концах, а штанга для извлечения инструмента снабжена защелкой в своей нижней части и предназначена для опускания через колонну бурильных труб до зацепления с фиксацией с элементом, вступающим в зацепление с защелкой, благодаря чему обеспечивается подъем бурильных головок из переходника через колонну бурильных труб на поверхность.

8. Узел по п.7, отличающийся тем, что защелка включает паз в нижней торцевой части штанги, поворотный фиксирующий элемент, расположенный поперек паза, и устройство для оказания воздействия за счет усилия растягивания на фиксирующий элемент между положением фиксации при его расположении поперек паза и разомкнутым положением при его отходе от паза.

9. Способ бурения подземных горных пород, включающий стадии

нагнетания высокоскоростных струй жидкости через несколько сопел по меньшей мере в одной паре поворотных режущих головок и создания вращательного движения режущих головок с целью образования головками ряда концентрических круговых канавок в горной породе; и

установки нескольких режущих элементов, по меньшей мере, на другой режущей головке для разрушения материала горных пород между канавками.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что режущие элементы смещены по отношению к соплам, причем сопла и режущие элементы расположены вдоль соприкасающихся с горными породами поверхностей каждой из режущих буровых головок.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

005361 Настоящее изобретение относится к роторным буровым головкам, и в частности к новому и усовершенствованному узлу режущей буровой головки, который может быть установлен на нижнем конце стандартной бурильной колонны с возможностью извлечения и снабжен поворотными консолями, которые имеют способность раздвигаться наружу в радиальном направлении под действием давления жидкости в сочетании с силой вращения бурильной колонны и силой трения, возникающей при воздействии веса бурильной колонны на материал, подвергающийся бурению. Были разработаны многочисленные типы извлекаемых узлов режущих головок для проведения бурильных работ в скважинах или на земной поверхности. Однако прежде они являлись дорогостоящими в производстве и эксплуатации, трудоемкими и не были способны выполнять различные виды режущих работ, например расширение ствола скважины, прочистку скважины или фрезеровочные работы. Типичными патентами являются патенты на изобретения США 2,203,998, выданные Д.Дж. O'Рейди,2,814,463 - А.В. Каммереру, мл., 3,196,961 - А.В. Каммереру, 3,552,509 - С.С. Брауну, 3,554,304 - Линку и др., 3,656,564 - С.С. Брауну, 3,684,041 - А.В. Каммерреру и др. и 5,271,472 - Р.Е. Летурно. Существует постоянная потребность в узлах режущих головок, характеризующихся исключительно большой гибкостью, а также эффективностью и долговечностью в эксплуатации, и в частности удобных для использования в качестве бурильных инструментов, раздвижных расширителей, расширителей для значительного увеличения диаметра скважины, инструментов для фрезерования или сочетания этих инструментов, и которые могут приводиться в действие гидравликой или использоваться без нее, снабжены извлекаемыми или стационарными буровыми головками, со струйным врубным бурением или без него, с направляющим торцом или без него, с карбидвольфрамовыми зубьями шарошки или без них, режущими зубьями, режущими шарошками или поликристаллическими алмазными вставками. Наиболее предпочтительно, чтобы узел буровой головки по настоящему изобретению включал уникальное сочетание и расположение режущих инструментов и гидравлических каналов вдоль одной или более консолей узла буровой головки и далее характеризовался простотой и быстротой извлечения и замены. Краткое изложение существа изобретения Таким образом, целью настоящего изобретения является создание нового и усовершенствованного узла буровой головки, обладающего гибкостью и удобством эксплуатации при проведении различных режущих работ, например расширении диаметра скважины, фрезеровании и расширении ствола скважины. Другая цель настоящего изобретения заключается в создании нового усовершенствованного способа и устройства для монтажа узла буровой головки или иного инструмента в нижней части стандартной бурильной колонны или колонны обсадных труб для проведения различных работ в скважине. Еще одной целью настоящего изобретения является создание нового и усовершенствованного способа и устройства для монтажа режущих головок и иных инструментов в нижней части стандартной бурильной колонны или колонны обсадных труб, в которых производится оперативное извлечение и замена инструментов. Еще одной целью настоящего изобретения является создание нового и усовершенствованного узла буровой головки, в которой используется уникальное сочетание режущих вставок и гидравлических каналов для проведения бурильных работ в скважине; в частности, в котором режущие элементы могут быть использованы отдельно или в сочетании с гидравлическим давлением для проведения различных режущих и врубных работ. Еще одной целью настоящего изобретения является создание нового и усовершенствованного узла буровой головки, в которой режущие вставки неподвижно установлены вдоль передней кромки консоли,образуя часть каждой буровой головки; и в альтернативном, но предпочтительном варианте - создание ряда вращающихся шарошечных дисков, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль нижней части каждой консоли для проведения шарошечных работ. Настоящее изобретение относится к узлу режущей буровой головки, опускаемому на колонне бурильных труб или колонне обсадных труб в подземные горные породы, в которых переходник соединяется с нижней частью бурильной колонны, а буровая головка снабжена парой режущих кромок, размещенных рядом друг с другом, включая шарниры, установленные в переходнике вокруг общего осевого элемента, и режущие пластины, отходящие тангенциально от шарниров между положением, при котором они расположены, в основном, в аксиальном направлении вниз от переходника, и режущим положением,при котором происходит выдвижение в противоположном перпендикулярном направлении по отношению к оси вращения бурильной колонны, и при этом консоли снабжены рядом режущих элементов вдоль одной своей кромки. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения режущие элементы установлены в углублениях вдоль всей длины каждой консоли и включают дуговой участок поверхности, выступающий из нижней части консоли. Кроме того, режущие элементы снабжены плоским участком поверхности, в основном, заподлицо с передней кромкой консоли. Во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения режущие элементы имеют форму шарошечных дисков, посаженных на отдельные роликовые валы под нижней поверхностью каждой консоли, при этом ось вращения каждого шарошечного диска является таковой, что диск вращается вдоль линии, являющейся тангенциальной к радиусу кривизны буровой головки в этом месте.-1 005361 При любом предпочтительном варианте осуществления изобретения в каждой консоли имеется гидравлический канал, проходящий, по меньшей мере, по длине консоли, и несколько гидравлических нагнетательных отверстий, сообщающихся с гидравлическим каналом для нагнетания жидкости под давлением из канала в виде высокоскоростных струй, врезающихся в горную породу. Наиболее предпочтительно, чтобы устройство нагнетания располагалось поперечно по отношению к каналу в корпусе каждого лезвия и ограничивалось соплами, проходящими через лезвие позади режущего элемента. Для более эффективной резки и удаления отколотых горных пород сопла располагаются в шахматном порядке по отношению к расположению режущего элемента таким образом, чтобы режущие элементы разрушали материал между канавками, образованными соплами. Например, если сопла расположены только вдоль одного лезвия, а режущие элементы расположены только вдоль другого лезвия, то режущие элементы будут разрушать материал горной породы между канавками, образованными соплами на одном лезвии. Если режущие элементы расположены на обоих лезвиях, то они предпочтительно располагаются в шахматном порядке по отношению друг к другу для прохождения различных радиальных расстояний в горной породе между канавками, и соответственно, если сопла расположены вдоль обоих лезвий, режущие элементы должны быть смещены по отношению друг к другу для формирования канавок на различных радиальных дистанциях, обеспечивая тем самым достижение наиболее эффективного режущего действия. Количество режущих элементов и расстояние между ними и соплами,разумеется, будет изменяться в зависимости от твердости материала, в котором ведется бурение, размера скважины и скорости нагнетаемой жидкости. Исходя из вышеизложенного, способ бурения подземных горных пород включает этапы нагнетания высокоскоростного потока жидкости через несколько сопел по меньшей мере в одной паре вращающихся лезвий, с помощью которых производится формирование ряда канавок по концентрическим окружностям, и размещения ряда режущих элементов по меньшей мере на одном из двух лезвий для разрушения материала горной породы между канавками, образованными реактивными струями, выходящими из сопел. Независимо от того, расположены ли сопла и режущие элементы вдоль одного или обоих лезвий,наиболее предпочтительно, чтобы режущие элементы были смещены по отношению к траектории перемещения сопел с целью разрушения горной породы между канавками, образованными соплами. При использовании вращающихся режущих дисков в качестве режущих элементов диски ориентированы таким образом, чтобы следовать канавкам, образованным соплами, с целью усиления эффекта разрушения горной породы или иного материала между канавками. Дополнительной отличительной особенностью настоящего изобретения является то, что поворотный элемент для пластин установлен с возможностью съема в переходнике, а подъемные пластины выступают в направлении вверх из переходника, снабженного замком, который вводится в зацепление штангой подъема с целью достижения зацепления между штангой подъема и фиксирующим элементом с целью поднятия буровой головки из скважины для замены. Выше были изложены отличительные признаки настоящего изобретения в целях более полного понимания ниже приведенного детального описания изобретения и более полной оценки предлагаемого усовершенствования существующего уровня техники. Несомненно, существуют дополнительные отличительные признаки изобретения, которые будут описаны ниже и которые образуют существо формулы изобретения, прилагаемой к настоящему патенту. В этом отношении, прежде чем приступить к детальному пояснению по меньшей мере одного примера осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено в своем применении элементами конструкции и расположением элементов, изложенными в ниже приведенном описании. Настоящее изобретение допускает другие примеры осуществления, а также его применение на практике и реализацию различными способами. Следует также понимать, что фразеология и терминология, используемые в настоящем изобретении, служат для целей описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. В этом отношении термин бурильная колонна используется в настоящем описании для равнозначной ссылки на вращающуюся колонну бурильных труб или обсадных труб. Специалистам в данной области должно быть очевидно, что концепция, на которой основано раскрытие настоящего изобретения, может быть непосредственно использована в качестве базы для разработки иных конструкций, способов и систем для достижения ряда целей настоящего изобретения. Таким образом, важно, чтобы формула изобретения рассматривалась как включающая такие эквивалентные конструкции постольку, поскольку они не выходят за пределы существа и объема настоящего изобретения. Краткое описание фигур Фиг. 1 - вид в разрезе предпочтительного варианта узла буровой головки в соответствии с настоящим изобретением, при этом режущие головки показаны в их рабочем положении. Фиг. 2 - вид сбоку узла, показанного на фиг. 1. Фиг. 3 - вид, аналогичный виду на фиг. 1, но иллюстрирующий узел, повернутый на 90 по отношении к углу, показанному на фиг. 1, при этом режущие головки находятся в рабочем положении. Фиг. 4 - вид в разрезе предпочтительного варианта узла буровой головки, показанного в нерабочем положении, соединенного с предпочтительным вариантом устройства для извлечения буровой головки. Фиг. 5 - вид сбоку узла, показанного на фиг. 4, с буровой головкой в внерабочем положении.-2 005361 Фиг. 6 - вид в поперечном разрезе узла, показанного на фиг. 4 и 5, но повернутого на 90 по отношению к углу на фиг. 4 и 5. Фиг. 7 - увеличенный вид в разрезе предпочтительного варианта узла буровой головки и использованного в нем уплотнения. Фиг. 8 - вид в поперечном разрезе по линии 8-8 на фиг. 7. Фиг. 9 и 10 - увеличенный детальный вид каждой буровой головки, используемой в узле буровой головки в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 11 - вид в поперечном разрезе буровой головки, показанной на фиг. 9 и иллюстрирующей расположение гидравлических каналов в буровой головке. Фиг. 12 - вид с торца частично в разрезе буровой головки, показанной на фиг. 11. Фиг. 13 - вид в поперечном разрезе буровой головки, показанной на фиг. 10. Фиг. 14 - вид с торца частично в разрезе буровой головки, показанной на фиг. 13. Фиг. 15 - вид снизу в плане одного предпочтительного варианта осуществления узла буровой головки, показанного на фиг. 9-14. Фиг. 16 и 17 - увеличенный вид сбоку каждой буровой головки второго предпочтительного варианта изобретения. Фиг. 18 - вид снизу в плане второго предпочтительного варианта узла буровой головки. Фиг. 19 - вид сбоку части устройства для извлечения буровой головки, показанного вместе с фиксирующим элементом в закрытом положении. Фиг. 20 - вид сбоку устройства, показанного на фиг. 19, с фиксирующим элементом в открытом положении. Фиг. 21 - увеличенный вид части фиксирующего устройства, показанного на фиг. 19. Подробное описание предпочтительного примера осуществления изобретения На фиг. 1-6 со ссылкой на чертежи к описанию настоящего изобретения показан предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором стандартная бурильная труба 10 соединена с помощью резьбы с переходником в форме установочной муфты 11 для установки пары режущих головок, или режущих пластин 12. Каждая буровая головка включает верхний круглый шарнир, или шайбы 14 и консоли режущих пластин 16, при этом шайбы 14 посажены на общую ось 18, расположенную поперек бурильной трубы 10 и поддерживающую режущие головки 12 для вращательного движения между положением, при котором они расположены в основном в продольном направлении бурильной трубы 10 в нерабочем положении и в поперечном положении при их работе, как показано на фиг. 6 и 1, соответственно. При такой схеме головки 12 установлены на общей оси 18 между парой подъемных пластин 20, выступающих вверх от оси 18, при этом подъемные пластины имеют болты 22 подъемных пластин, расположенные на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении. Противоположные концы оси 18 установлены в пазах G с возможностью их скольжения на диаметрально противоположных сторонах муфты 11 и показаны опирающимися на нижние концы пазов G. Кольцевое уплотнение 24, детально показанное на фиг. 7 и 8, расположено над головками 12 с подъемными пластинами 20, выступающими в верхнем направлении через прорези 25 в уплотнении 24, с целью удержания потока жидкости, отверстие 26 уплотнения в гидравлические каналы в головках 12 в соответствии со способом, описанным ниже. Рассмотрим более подробно установку и конструкцию головок 12, показанных на фиг. 9-15. Каждая из консолей режущих лезвий 15 и 16 отходит тангенциально от шайбы 14 и снабжена вставками 28 из упрочненного режущего материала, установленного в круглые углубления вдоль передней кромки 30 каждой консоли 15 и 16. Вставки 28 имеют форму цилиндров, при этом их продольные оси проходят перпендикулярно длине консоли 16. Далее, большая часть каждой вставки 28 утоплена в корпусе консоли таким образом, что только ограниченная дуговая поверхность 28' выступает над нижней поверхностью 31 консолей 15 и 16. Дополнительные вставки 29 выступают поперечно консоли на ограниченном отрезке шарнира 14, а также вдоль свободных концевых кромок 32 каждой консоли 15 и 16, как показано на фиг. 9 и 10. В частности, на фиг. 9 и 10 показано смещение вставок по отношению друг к другу на соответствующих консолях 15 и 16, что будет более подробно описано ниже. Как показано на фиг. 11-15, каждая из консолей 15 и 16 имеет предпочтительно, в целом, прямоугольное сечение и снабжена гидравлическими каналами, состоящими из первого канала 34, проходящего по хорде через шарнир 14 консоли, и второго канала 35, проходящего, в основном, под прямым углом к первому каналу в продольном направлении по всей длине консолей 15 и 16, но под постепенно увеличивающимся углом, отходя от вставок 28. Ряд сопел, или насадок, 38 сообщается с каналом 38 и отходит от него в поперечном направлении, проходя через корпус консолей 15 и 16, и служит для нагнетания жидкости в виде высокоскоростной струи через определенные промежутки вдоль нижних поверхностей 31 консолей 15 и 16 непосредственно позади вставок 28. Каждое сопло, или насадка, предпочтительно имеет цилиндрический корпус 39, снабженный внутренним коническим отверстием 40, сходящимся к своему нагнетательному концу, а корпус установлен внутри нагнетательного канала 41 и крепится с помощью соответствующего фиксирующего кольца 42.-3 005361 Заглушка 37 на дальнем внешнем, или свободном, конце консоли 16 может быть заменена одним из сопел 38, как описано выше, или, при необходимости, нагнетательный конец канала 35 может быть полностью заглушен путем установки цельной цилиндрической заглушки 37, как показано на фигуре. Как видно из фиг. 15, на котором показана нижняя поверхность 31 режущих головок 12, вставки 28 на одной консоли смещены по отношению к вставкам 28 на другой консоли; аналогичным образом, насадки 38 на консоли 15 смещены или расположены в шахматном порядке по отношению к насадкам 38 на другой консоли 16. Основная функция сопел заключается в формировании канавок, как показано пунктирной линией на фиг. 15, и, таким образом, насадки 38 на одной консоли формируют канавки K1, в то время как насадки 38 на другой консоли формируют канавки К 2 между канавками K1. Основная функция режущих вставок 28 заключается в разрушении горной породы между канавками K1 и К 2, и, таким образом, они расположены между соплами своих соответствующих консолей или, иными словами, в разрушении горных пород между канавками, образованными соплами. Соответствующим образом, как видно из фиг. 15, на которой показан вид режущих головок 12 снизу, если смотреть на них из забоя скважины, режущие вставки, или шарошки 28, на левой консоли перемещаются в породе или ином материале между канавками K1, образованными насадками 38 на правой консоли 16, при этом подразумевается, что консоли вращаются по часовой стрелке, если смотреть на консоли сверху. И наоборот, шарошки 28 на правой консоли перемещаются в породе или ином материале формации между канавками К 2, образованными насадками 38 на левой консоли. В частности, режущие вставки 28 работают для чистки или срезания горной породы, или материала формации. В другом предпочтительном варианте настоящего изобретения, показанном на фиг. 16-18, шарошечные диски 44 установлены с возможностью вращения вокруг индивидуальных роликовых валов 45,которые закреплены в углублениях на нижней поверхности консолей 15' и 16' непосредственно перед соплами, или насадками 38. На фиг. 18, на котором показан вид узла снизу, ось вращения каждого диска 44 соответствует радиусу кривизны, по которой перемещается этот диск, или, иными словами, вал 45 для каждого подшипника ориентирован перпендикулярно радиусу кривизны в этой точке на нижней поверхности консолей 15' и 16'. Отдельные диски 44 выполнены из упрочненного материала, например карбидвольфрама или поликристаллического алмаза, то есть из материала, аналогичного материалу вставок 28,и имеют конические поверхности, пересекающиеся или заканчивающиеся на режущей кромке 46, перемещающейся по канавке, сформированной реактивными струями насадок с противоположной консоли в этой конкретной точке, или радиусе, как показано на фиг. 11. Кроме того, режущие вставки 29, соответствующие вставкам 29, показанным на фиг. 15, могут быть расположены вдоль нижней поверхности участка шайбы каждой буровой головки 12. Жидкость подается из циркуляционных каналов под достаточным давлением для создания канавки на забое скважины и для удаления обломков породы или, по меньшей мере, для разрушения породы для более эффективного удаления ее с помощью дисков 44, после чего жидкость и шлам перемещаются вверх между бурильной трубой и забоем скважины до тех пор, пока они не будут выведены на поверхность. Очевидно, что термин жидкость, используемый в данном документе, подразумевает любую жидкость, газ или их смесь, которые обычно применяются при бурении земной поверхности или режущих работах. С целью извлечения и замены головок 12, например, в случае затупления или износа головки 12 или вставки 28, они могут быть удалены с помощью штанги 50 для извлечения инструмента, прикрепляемой к нижнему концу талевого каната W, спускаемого с расположенных на поверхности стандартного блока и полиспаста, лебедки или аналогичного устройства для опускания инструментов в скважину и их подъема из нее. Штанга 50 для извлечения подвешена за нижний петлевой конец талевого каната W и включает центраторы 54, прикрепленные с помощью крепежных элементов, например болтов 53, расположенных друг от друга на определенном расстоянии в вертикальном направлении. В паз 55 для извлечения инструмента на нижнем конце 51 штанги 50 входит один из верхних болтов 22 подъемной пластины,как показано на фиг. 4 и 6. Как показано более подробно на фиг. 19-21, узел защелки установлен на нижнем скошенном конце штанги 50 для извлечения инструмента и включает защелку 56, которая установлена с возможностью поворота вдоль паза 55 на штифте 58 защелки и размещена в опоре 60, приваренной к нижней части штанги 50 для извлечения инструмента. Опорные пальцы 61 и 62 расположены в верхней и нижней части опоры 60, и пружинный элемент 64, присоединенный к защелке 56, может переставляться и подсоединяться либо к опорному пальцу 61 либо 62. Например, когда необходимо извлечь консоли 12 из скважины, пружина 64 присоединяется таким образом, чтобы подпружинить защелку 56 в направлении, поперечном пазу 55, чтобы при опускании защелки 56 до упора с верхним болтом 22 подъемной пластины усилие пружины было преодолено для поворота защелки в верхнем направлении до тех пор, пока болт 22 не освободит защелку, и защелка не вернется в свое начальное положение закрыто. Затем происходит подъем талевого каната W для извлечения консолей 12 из скважины. При опускании в скважину нового комплекта консолей 16 пружина 64 отсоединяется от верхнего опорного пальца 61 и крепится к нижнему опорному пальцу 62 с целью отклонения защелки 56 и установки ее в положение открыто в пазе 55. Верхний болт 22 подъемной пластины для нового комплекта консолей устанавливается в пазе 55, и защелка 56 вручную поворачивается в положение закрыто, и затем производится опускание узла консолей до тех пор, пока болт 22 не упрется в защелку 56, далее-4 005361 происходит опускание новых консолей на талевом канате в бурильную трубу 10 до их посадки в установочную муфту 11. После того как узел консолей должным образом установлен в установочной муфте 11,благодаря дальнейшему опусканию фиксирующего узла с целью освобождения верхнего болта 22 от защелки 56 обеспечивается поворот защелки 56 вверх за счет усилия пружины 64 в положение открыто,и затем штанга 50 для извлечения инструмента может быть удалена из скважины. На практике, сборка режущих головок 12 производится вместе с подъемными пластинами 20 на штифте, или валу 18, и после этого они устанавливаются в установочную муфту 11, которая затем ввинчивается в бурильную трубу 10. Нижние подъемные пластины 20 и штифт скользят по пазу G в установочной муфте 11 до упора в нижнем конце паза. Затем бурильная труба 10 опускается в горные породы, в которых производится бурение, и при оказании усилия вращения на бурильную трубу 10 консоли 16 поворачиваются наружу в положение бурения, как показано на фиг. 3. В циркуляционные, или нагнетательные каналы 34 и 35 режущих головок 12, подается жидкость под давлением, которая на выходе из сопел 38 образует высокоскоростные реактивные струи. Нагнетание жидкости под высоким давлением через консоли 16 позволяет поддерживать консоли в перпендикулярном положении по отношению к бурильной трубе. Далее сила трения, создаваемая материалом, подвергающимся бурению, удерживает консоли 16 в перпендикулярном положении, как описано выше. Жидкость, нагнетаемая с помощью насоса через насадки или сопла 38, образует канавки K1 и K2 в породе, кроме исключительно твердых горных пород. В некоторых формациях сила реактивной струи будет достаточной для бурения и удаления материала без использования дополнительных режущих элементов или, по крайней мере, достаточной для разрушения материала с целью его более эффективного удаления консолями 16. Используя любой вариант шахматного или смещенного расположения режущих элементов 28 или 44, как описано выше, любой оставшийся материал удаляется между канавками, и жидкость обеспечивает отвод шлама между бурильной трубой 10 и забоем скважины на поверхность. При необходимости извлечения режущих головок 12 в случае их износа или поломки или в результате увеличения диаметра сопел 38 или снижения эффективности их работы, устройство для извлечения инструмента опускается с помощью талевого каната W через бурильную трубу 10, как показано на фиг. 4-6. Центраторы 54 удерживают штангу 50 в центральном положении внутри бурильной трубы 10 до тех пор, пока нижний скошенный конец штанги 50 для извлечения инструмента не войдет в контакт с верхним болтом 22 подъемных пластин. Дальнейшее перемещение штанги вниз обеспечивает открытие защелки 56, затем болт 22 освобождает защелку 56, и она возвращается в положение закрыто под действием пружины 64. Весь узел, готовый к подъему, затем извлекается из установочной муфты и поднимается по бурильной трубе с помощью талевого каната до тех пор, пока не будет полностью извлечен из бурильной трубы 10. После замены или ремонта режущих головок 12 производится перестановка и подсоединение пружины 64, как описано выше, для установки защелки 56 в нормальное положение открыто. После установки верхнего болта 22 подъемных пластин для нового или отремонтированного узла режущих головок в паз 55 защелка 56 вручную возвращается в положение закрыто, и затем производится опускание узла режущих головок до их посадки в установочную муфту 11. После того как вес узла режущих головок перестает действовать на защелку 56, пружина 64 открывает защелку, в результате чего обеспечивается подъем талевого каната W и штанги для извлечения инструмента из бурильной трубы с целью возобновления бурения. Как описано выше, работы по расширению ствола скважины ниже башмака обсадной колонны,прочистке скважины, фрезерованию и иные работы могут быть выполнены с применением предпочтительных вариантов осуществления узлов режущих головок. Во всех скважинах, в частности в скважинах,в которых стандартная замена скважинных инструментов является дорогостоящей или трудоемкой, или в тех случаях, когда необходимо бурение скважин с изменяющимся по глубине диаметром, узлы режущих головок в соответствии с настоящим изобретением являются исключительно эффективными. Следует понимать, что хотя выше изложены и описаны настоящие предпочтительные примеры осуществления изобретения, в него могут быть внесены вышеуказанные и иные изменения и дополнения, не выходящие за пределы существа и объема настоящего изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения и его приемлемых эквивалентах. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Узел режущих буровых головок, опускаемых на колонне бурильных труб (10) в подземное формирование, включающий переходник (11), соединенный с нижним концом указанной бурильной колонны и буровую головку (12), снабженную парой консолей (16), частично соприкасающихся друг с другом,включающих шарниры (14), установленные в переходнике на общем осевом элементе, при этом консоли(16) отходят наружу от указанных шарниров между положением, при котором они расположены, в основном, в аксиальном направлении вниз от переходника, и режущим положением, при котором происходит их выдвижение в перпендикулярном направлении по отношению к оси вращения бурильной колонны, и причем консоли снабжены рядом режущих элементов (28, 44) вдоль их режущих кромок; а также-5 005361 средства (10, 34, 35, 40, 41) для передачи центробежной силы консолям для того, чтобы вызвать раздвижение консолей наружу в перпендикулярном направлении относительно оси вращения буровой головки. 2. Узел по п.1, в котором средства для придания центробежной силы включают средства для вращения колонны бурильных труб, гидравлический канал (34, 35), проходящий, по меньшей мере, вдоль консоли, и несколько гидравлических нагнетательных устройств (40, 41), соединенных с указанным гидравлическим каналом, для нагнетания жидкости под давлением из указанного гидравлического канала наружу из консоли. 3. Узел по п.1, в котором каждая из буровых головок включает гидравлический канал, проходящий,по меньшей мере, вдоль консоли, и несколько гидравлических нагнетательных устройств, соединенных с указанным гидравлическим каналом, для нагнетания жидкости под давлением из указанного гидравлического канала наружу из консоли. 4. Узел по п.2, отличающийся тем, что нагнетательные устройства имеют форму сопел, расположенных в корпусе указанной консоли рядом с режущими элементами, при этом сопла на каждой консоли смещены по отношению к режущим элементам, а указанные режущие элементы на одной из консолей расположены с возможностью соприкосновения с горной породой между канавками, образованными соплами. 5. Узел по п.1, отличающийся тем, что содержит защелку, включающую паз в нижней торцевой части штанги, поворотный фиксирующий элемент, установленный для расширения поперек указанного паза, и устройство (64) для оказания воздействия за счет усилия расширения на фиксирующий элемент между положением фиксации при его расположении поперек паза и разомкнутым положением при его выходе от паза. 6. Узел режущих головок, опускаемых на колонне бурильных труб в подземное формирование,включающий переходник, соединенный с нижним концом указанной бурильной колонны и буровую головку, снабженную парой консолей, частично соприкасающихся друг с другом, включающих шарниры,установленные в переходнике на общем осевом элементе, при этом консоли отходят тангенциально от указанных шарниров между положением, при котором они расположены, в основном, в аксиальном направлении вниз от переходника, и режущим положением, при котором они расположены в перпендикулярном направлении по отношению к оси вращения бурильной колонны, и при этом консоли снабжены рядом режущих элементов, при этом каждый указанный режущий элемент представляет собой шарошечный диск, установленный на подшипнике для вращения независимо от указанной консоли вдоль поверхности консоли, входящей в соприкосновение с горной породой. 7. Узел по п.6, отличающийся тем, что осевой элемент установлен с возможностью съема в переходнике, при этом подъемные пластины выступают в направлении вверх от переходника и снабжены элементом размыкания защелки на их верхних концах, а штанга для извлечения инструмента снабжена защелкой в своей нижней части и предназначена для опускания через колонну бурильных труб до зацепления с фиксацией с элементом, вступающим в зацепление с защелкой, благодаря чему обеспечивается подъем бурильных головок из переходника через колонну бурильных труб на поверхность. 8. Узел по п.7, отличающийся тем, что защелка включает паз в нижней торцевой части штанги, поворотный фиксирующий элемент, расположенный поперек паза, и устройство для оказания воздействия за счет усилия растягивания на фиксирующий элемент между положением фиксации при его расположении поперек паза и разомкнутым положением при его отходе от паза. 9. Способ бурения подземных горных пород, включающий стадии нагнетания высокоскоростных струй жидкости через несколько сопел по меньшей мере в одной паре поворотных режущих головок и создания вращательного движения режущих головок с целью образования головками ряда концентрических круговых канавок в горной породе и установки нескольких режущих элементов, по меньшей мере, на другой режущей головке для разрушения материала горных пород между канавками. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что режущие элементы смещены по отношению к соплам,причем сопла и режущие элементы расположены вдоль соприкасающихся с горными породами поверхностей каждой из режущих буровых головок.

МПК / Метки

МПК: E21B 10/16

Метки: головки, буровой, узел, сменный

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-5361-smennyjj-uzel-burovojj-golovki.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Сменный узел буровой головки</a>

Похожие патенты