SU1761934A1 - Drilling rig - Google Patents

Abstract

Использование: бурение скважин с применением забойного электрического привода . Сущность изобретени : буровой снар д содержит забойный электрический привод, породоразрушающий инструмент, размещенную между приводом и инструментом трубу и установленное в трубе распорное устройство. Распорное устройство включает подвижные в направлении перпендикул рном оси снар да, плашки в хвостовиками и плоские приостренные пружины, один конец которых жестко закреплен на трубе, а другой - на подвижной плашке. Механизм перемещени  плашек включает соленоид, расположенный вдоль оси привода, и толкатель клиновидной формы, соединенный с сердечником соленоида и своей боковой клиновой поверхностью взаимодействующей с хвостовиками подвижных плашек. Уг- лы приострени  плоских пружин определ ютс  соотношени ми, приведенными в описании. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.Use: drilling with the use of downhole electric drive. SUMMARY OF THE INVENTION: The drill bit comprises a downhole electric actuator, a rock cutting tool, a pipe placed between the driver and the tool and a spacer installed in the pipe. The spreader device includes movable in the direction perpendicular to the axis of the projectile, dies in the shanks and flat pointed springs, one end of which is rigidly fixed on the pipe and the other end on the movable die. The mechanism for moving the dies includes a solenoid located along the axis of the drive, and a wedge-shaped pusher connected to the core of the solenoid and its lateral wedge surface interacting with the shanks of the movable dies. The angles of suspension of flat springs are determined by the ratios given in the description. 1 hp f-ly, 4 ill.

Description

(/(/

СWITH

Предлагаемое изобретение относитс  к горной промышленности, в частности к колонковым электромеханическим буровым снар дам, опускаемым в скважину на грузо- несущем кабеле.The present invention relates to the mining industry, in particular to core electromechanical drilling tools, lowered into a well on a load-carrying cable.

Известно буровое устройство, в котором воспри тие реактивного момента, возникающего в зоне забо  при работе породоразрушающего инструмента, осуществл етс  при помощи электромагнитов с колодками. Однако данна  конструкци  имеет следующие недостатки. Колодки устройства не перемещаютс  вдоль оси скважины , что приводит к значительному увеличению длины снар да. Кроме того, эффективна  работа устройства возможна только внутри колонны обсадных труб.A drilling device is known in which the perception of the reactive moment arising in the downhole zone during operation of the rock-destruction tool is carried out by means of electromagnets with pads. However, this construction has the following disadvantages. Device pads do not move along the well axis, which leads to a significant increase in the length of the projectile. In addition, the effective operation of the device is possible only inside the casing string.

Известен буровой снар д, вз тый нами за прототип, в котором фиксаци  привода вKnown drilling rig, taken as a prototype in which the fixation drive in

скважине осуществл етс  при помощи пружинного фонар , состо щего из плоских пружин, шарнирно закрепленных в невращающейс  части бурового снар да. Изменение усили  прижати  пружин к стенкам скважины и, следовательно, величины, воспринимаемого реактивного момента, достигаетс  изменением рассто ни  между шарнирными опорами. Данна  конструкци  имеет р д существенных недостатков. Во- первых, посто нно раскрытый пружинный фонарь преп тствует нормальному проведению спуско-подьемных операций и вызывает образование мелкого материала горной породы из стенок скважины, во-вторых , углы заточки приостренной части пружин не обеспечивает надежное сцепление их со стенками скважины, и, в-третьих, усилие прижати  пружин к стенкам скважины вThe borehole is made using a spring lamp consisting of flat springs hinged in a non-rotating part of the drill string. The change in the force of pressing the springs to the walls of the well and, consequently, the magnitude of the perceived reactive moment, is achieved by changing the distance between the pivot bearings. This structure has a number of significant drawbacks. Firstly, the spring-loaded spring lamp, which is constantly open, interferes with the normal running and lifting operations and causes the formation of fine rock material from the borehole walls, secondly, the grinding angles of the suspended part of the springs do not ensure their reliable adhesion to the borehole walls, and third, the force of the springs to press against the walls of the well in

XIXi

О ЮO u

(А)(BUT)

NN

течение рейса остаетс  посто нным. По этим причинам возможно проворачивание невращающейс  части бурового снар да, закручивание и обрыв грузонесущего кабел .the voyage remains constant. For these reasons, it is possible to turn the non-rotating part of the drill bit, twist and break the load-carrying cable.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности фиксации забойного привода в скважине и обеспечение автоматического регулировани  осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе бурени .The aim of the invention is to increase the reliability of fixing the downhole drive in the well and to provide automatic control of the axial load on the rock-breaking tool during the drilling process.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что буровой снар д, содержащий забойный электрический привод, породоразрушающий инструмент, размещенную между приводом и породоразрушающим инструментом трубу, распорное устройство в виде подвижных плашек с хвостовиками, установленными в трубе с возможностью перемещени  перпендикул рно от снар да, механизм перемещени  плашек в виде соленоида , кабельный замок и грузонесущий кабель, дополнительно снабжен плоскими приостренными пружинами, один конец которых жестко закреплен на трубе, а другой - на подвижных плашках, и толкателем клиновидной формы, при этом соленоид расположен вдоль оси снар да и его обмотки подключены в сеть питани  забойного привода , а толкатель соединен с сердечником соленоида и своей боковой поверхностью взаимодействует с хвостовиками подвижных плашек.The goal is achieved by the fact that a drilling disc containing a downhole electric actuator, a rock-breaking tool, a pipe placed between the drive and a rock-breaking tool, a spacer device in the form of movable dies with shanks installed in the pipe with the possibility of moving perpendicularly from the projectile, a mechanism for moving dies in the form of a solenoid, cable lock and carrying cable, additionally equipped with flat suspended springs, one end of which is rigidly fixed to the pipe, and the other end to moving dies, and a wedge-shaped pusher, while the solenoid is located along the axis of the projectile and its windings are connected to the power supply network of the downhole drive, and the pusher is connected to the core of the solenoid and its side surface interacts with the shanks of the movable dies.

С целью повышени  надежности фиксации забойного привода в скважине и предотвращени  излома плоских пружин углы заточки их приостренной части определ ютс  следующими соотношени ми:In order to increase the reliability of fixing the downhole drive in the borehole and prevent the flat springs from kinking, the angles of grinding of their pointed parts are determined by the following relations:

60° (1- (р):60 ° (1- (p):

у arctgu arctg

bVi - (bVi - (

D D +2h D D + 2h

++

+ arcsin+ arcsin

D + 2 hD + 2 h

,,

6 Mr6 Mr

DD

(-jf + h)(-jf + h)

где а и у - передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины, р- коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины ( р 0,1...0,3); h - величина рабочего хода пружины, b - ширина пружины; D - диаметр породоразрушающего инструмент; I - длина рабочей части пружины; Мр - развиваемый приводом крут щий момент, д - предельно допустимое напр жение изгиба материала пружины.where a and y are the front and rear angles of sharpening the flattened part of the flat spring, p is the coefficient characterizing the roughness (cleanliness) of the surface of the working part of the spring (p 0.1 ... 0.3); h is the magnitude of the working stroke of the spring, b is the width of the spring; D is the diameter of the rock-destroying tool; I - the length of the working part of the spring; Mr is the torque developed by the drive, g is the maximum permissible bending stress of the spring material.

На фиг. 1 показан общий вид буровогоFIG. 1 shows a general view of the drill

снар да; на фиг. 2 и 3 показана работа распорного устройства в скважине; на фиг. 4 показаны геометрические характеристики плоской пружины.snar yes; in fig. 2 and 3 show the operation of the spacer in the well; in fig. 4 shows the geometrical characteristics of a flat spring.

Буровой снар д содержит забойный электрический привод 1, породоразрушающий инструмент 2, колонковую трубу 3, раз- мещенную между приводом 1 и породоразрушающим инструментом 2, распорное устройство 4, кабельный замок 5 и грузонесущий кабель 6. Распорное устройство 4 состоит из подвижных плашек 7, механизма перемещени  плашек, выполненного в виде соленоида 8, расположенного вдоль оси снар да, толкател  9 кли- новидной формы, соединенного с сердечником соленоида 8, и плоских при- остренных пружин 10, один конец которых жестко закреплен на трубе 11, а другой наThe drill bit contains a downhole electric actuator 1, a rock-destroying tool 2, a core pipe 3 placed between the actuator 1 and a rock-destroying tool 2, a spacer 4, a cable lock 5 and a load-carrying cable 6. The spreader 4 consists of movable dies 7, a mechanism the movement of the dies made in the form of a solenoid 8 located along the axis of the projectile, a wedge-shaped pusher 9 connected to the core of the solenoid 8 and flat flanged springs 10, one end of which is rigidly fixed on the pipe 11, the other on

подвижных плашках 7. Обмотка соленоида 8 подключена в сеть питани  забойного привода 1.movable plates 7. The coil of the solenoid 8 is connected to the power supply network of the downhole drive 1.

При подаче питани  по грузонесущему кабелю 6 на электрический привод 1 породоразрушающий инструмент2 и колонкова  труба 3 приводитс  во вращение. При этом происходит перемещение вдоль оси снар да сердечника соленоида 8 и св занного с ним толкател  9, который своей боковойWhen power is supplied via the load-carrying cable 6 to the electric drive 1, the rock-breaking tool 2 and the column pipe 3 are rotated. When this happens, the solenoid 8 core moves along the axis of the projectile and the pusher 9 connected with it, which by its side

поверхностью взаимодейстует с хвостовиками подвижных плашек 7. Перемещение подвижных плашек 7 в направлении, перпендикул рном оси снар да, вызывает перемещение приостренных пружин 10,the surface interacts with the shanks of the movable dies 7. Moving the movable dies 7 in the direction perpendicular to the axis of the projectile causes displacement of the suspended springs 10,

которые, прижима сь к стенкам скважины, врезаютс  в них и уравновешивают реактивный момент, возникающий при работе электрического привода 1 и разрушении горной породы на забое (фиг. 2 и 3). При измененииwhich, pressing against the walls of the well, slam into them and balance the reactive moment arising from the operation of the electric drive 1 and the destruction of the rock at the bottom (Figs. 2 and 3). When it changes

физико-механических свойств разбуриваемой горной породы происходит соответствующее изменение развиваемого приводом 1 крут щего момента и силы тока в сети питани . Колебани  силы тока, проход щего через обмотки соленоида 8, вызывает перемещение его сердечника, толкател  9 и подвижных плашек 7, которые в свою очередь регулируют усилие прижати  приостренных пружин 10 к стенкам скважины иthe physicomechanical properties of the rock being drilled occurs a corresponding change in the torque developed by the drive 1 and the current in the supply network. Fluctuations of the current flowing through the windings of the solenoid 8 cause its core, pusher 9 and movable rams 7 to move, which in turn regulate the force of pressing the suspended springs 10 against the walls of the well and

величину воспринимаемого реактивного момента. При этом за счет изменени  давлени  на стенки скважины, создаваемого приостренными пружинами 10, происходит автоматическое регулирование осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе бурени .the amount of perceived reactive moment. At the same time, due to the change in pressure on the walls of the well created by the suspended springs 10, the axial load on the rock destruction tool is automatically controlled during the drilling process.

Углы заточки приостренной части плоских пружин должны обеспечивать минимальное усилие внедрение плоской пружины в стенки скважины, предотвращение обрушени  породы в зоне контакта пло- ских пружин со стенками скважины, предотвращение излома плоских пружин.The angles of sharpening the flattened part of the flat springs should ensure a minimum effort to introduce the flat spring into the borehole walls, prevent the rock from collapsing in the zone of contact of the flat springs with the borehole walls, and prevent the flat springs from breaking.

Первое условие выполн етс  приThe first condition is satisfied when

(1- р); (1- p);

у arctgu arctg

bb-(orWbb- (orW

-farcsin-farcsin

D +2 h D +2 h

где а. и у -передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины, р- коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины ( р 0,1...0,3), h - величина рабочего хода пружины, b - ширина пружины, D-диаметр породоразрушаю- щего инструмента.where a. and y is the front and rear angles of sharpening the sharpened part of the flat spring, p is the coefficient characterizing the roughness (cleanliness) of the surface of the working part of the spring (p 0.1 ... 0.3), h is the magnitude of the spring stroke, b is the width springs, D-diameter rock cutting tool.

Величина воспринимаетс  плоскими пружинами момента до обрушени  породы определ етс  соотношением:The magnitude is perceived by the flat moment springs before the collapse of the rock is determined by the relation:

r r

lh(Ј + h).lh (Ј + h).

где Мр - развиваемый приводом крут щий момент, k - коэффициент, учитывающий геометрическую форму приостренной части плоской пружины, т - удельное давление плоской пружины на стенки скважины, при котором происходит обрушение породы, I - длина рабочей части пружины. Многочисленными экспериментальными данными установлено увеличение коэффициента k с ростом переднего угла заточки а приостренной части плоской пружины. Особенно интенсивный рост k наблюдаетс  при а 60°.where Мр is the torque developed by the drive, k is the coefficient taking into account the geometrical shape of the flattened part of the flat spring, t is the specific pressure of the flat spring on the borehole walls at which the rock collapses, I is the length of the working part of the spring. Numerous experimental data have established an increase in the coefficient k with an increase in the front angle of sharpening in the sharp part of the flat spring. Especially intensive growth of k is observed at a 60 °.

Третье условие из соотношений сопротивлени  материалов св зывает углы заточки следующим образом:The third condition of the materials resistance ratios relates the sharpening angles as follows:

6 Мс6 ms

(T(T

S + h)S + h)

где о - предельно допустимое напр жение изгиба материала пружины.where o is the maximum permissible bending stress of the spring material.

Таким образом, надежное воспри тие реактивного момента и предотвращение излома плоских пружин обеспечиваетс  следующих углах заточки:Thus, the reliable perception of the reactive moment and the prevention of fracture of the flat springs is ensured by the following grinding angles:

60° (1- (р} h60 ° (1- (p} h

у arctgu arctg

-(DTW- (DTW

++

+ arcsin+ arcsin

D +2 hy tg(a-y) D + 2 hy tg (a-y)

6 Mr6 Mr

sin asin a

( + h) .(+ h).

Claims (2)

1.Буровой снар д, содержащий забойный электрический привод, породоразрушающий инструмент, размещенную между приводом и породоразрушающим инструментом трубу, распорное устройство в виде подвижных плашек с хвостовиками, установленными в трубе с возможностью перемещени  перпендикул рно оси снар да, механизм перемещени  плашек в виде соленоида , кабельный замок и грузонесущий кабель, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности фиксации забойного привода в скважине и обеспечени  автоматического регулировани  осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе бурени , он снабжен плоскими приостренными пружинами, один конец которых жестко закреплен на трубе, а другой - на подвижных плашках, и толкателем клиновидной формы, при этом соленоид расположен вдоль оси привода, а толкатель соединен с сердечником соленоида и своей боковой поверхностью взаимодействует с хвостовиками подвижных плашек.1. A drill bit containing a downhole electric actuator, a rock-destroying tool, a pipe placed between the driver and a rock-destroying tool, a spacer device in the form of movable dies with shanks installed in the pipe with the ability to move perpendicular to the axis of the projectile, a mechanism for moving dies in the form of a solenoid, cable lock and carrying cable, characterized in that, in order to increase the reliability of fixation of the downhole drive in the well and to provide automatic control of the axial load, while the rock-breaking tool is drilled, it is equipped with flat, suspended springs, one end of which is rigidly fixed to the pipe, and the other end to movable dies, and a wedge-shaped pusher, the solenoid located along the drive axis, and the pusher is connected to the solenoid core and its side surface interacts with shanks of movable dies. 2.Снар д по п. 1, отличающийс  тем, что углы заточки приостренной части плоских пружин определ ютс  следующими соотношени ми:2. A tool according to claim 1, characterized in that the angles of sharpening of the sharpened part of the flat springs are determined by the following relations: 60° (1- р}60 ° (1- p} 50 У arctg50 y arctg bVi-()2bVi - () 2 ++ + arcsin+ arcsin D +2 hD +2 h tg(e-y) sin atg (e-y) sin a 6Mr6Mr (-Ј + h)(-Ј + h) а и у - передний и задний углы заточки приостренной части плоской пружины;a and y are the front and rear angles of sharpening the flattened part of the flat spring; р- коэффициент, характеризующий шероховатость (чистоту обработки) поверхности рабочей части пружины ( р 0,1,,.0,3);p is the coefficient characterizing the roughness (cleanliness of the processing) of the surface of the working part of the spring (p 0.1, 0.3); h - величина рабочего хода пружины; b - ширина пружины;h - the value of the working stroke of the spring; b - spring width; D - диаметр породоразрушающего инструмента;D - diameter rock cutting tool; I - длина рабочей части пружины;I - the length of the working part of the spring; Мр - развиваемый приводом крут щий момент;Mr is the torque developed by the drive; а - предельно допустимое напр жение изгиба материала пружины.a is the maximum allowable stress of bending of the spring material. 5five 22 Фиг. 1FIG. one АBUT АBUT Фиг. 2. /)-АFIG. 2. /) - A ///&U// /// & U // Я5ЈЈЈЯ.I am + , +, у- Jc. Сy-jc. WITH ЯI