Патент на изобретение №2315169

(54) ШАХТНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ШПУРОВ

(57) Реферат:

Шахтная буровая коронка вращательного действия предназначена для выполнения шпуров. Позволяет продлить срок полезного использования и снизить расходы на бурение. Коронка имеет соединение на одном конце корпуса для прикрепления к бурильной колонне и на втором конце корпуса множество проходящих в продольном направлении пазов. Нажимной буртик расположен между концами корпуса и проходящими в продольном направлении опорными стойками, расположенными в каждом пазе и присоединенными разъемным соединением к корпусу. Один конец каждой опорной стойки примыкает к выступам для принятия продольного осевого усилия и для избежания действия осевого усилия на соединительные средства. К концу каждой опорной стойки присоединено шарошечное долото. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на шахтную буровую коронку вращательного действия для выполнения шпуров, в которых детали отделимы и заменяемы в эксплуатационных условиях, таким образом обеспечивая коронку, в которой детали подлежат повторному использованию, и, следовательно, обеспечивают снижение стоимости коронки. В частности, коронка включает опорные стойки коронки, расположенные в проходящих в продольном направлении пазах, разъемные соединительные средства, удерживающие стойки в пазах, не требуя, чтобы соединительные средства выдерживали осевые усилия работающей коронки.

Для бурения поверхности земли применяют различные типы шарошечных долот. Например, в нефтегазовой промышленности для бурения скважин применяют постоянно и за одно целое собранные шарошечные долота. Такие долота могут пробурить поверхность земли на глубину до нескольких миль, и такие долота не разбирают, а, как правило, эксплуатируют, пока они не износятся, а затем списывают. Долота похожего типа применяют в шахтных буровых коронках для бурения шпуров, в которых взрывчатые вещества закладывают в шпуры для разрушения пласта для сбора. Такие шпуры, как правило, неглубоки, например, от 50 до 100 футов. Однако применяемые цельные или монолитные буровые коронки не являются легко ремонтируемыми и, по существу, являются дорогостоящими. Шпуры легко доступны для осмотра после выемки грунта из каждого шпура. Если детали изнашиваются или ломаются, они будут пригодны для ремонта или замены при наличии подходящей конструкции с деталями, соединенными разъемными соединениями.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на шахтную буровую коронку вращательного действия для выполнения шпуров, в которой детали, износ или поломка которых наиболее вероятны, могут быть заменены в эксплуатационных условиях.

Шахтная буровая коронка вращательного действия согласно настоящему изобретению содержит цельный корпус, имеющий продольную ось, один конец которого имеет соединение для прикрепления к бурильной колонне. Второй конец корпуса включает множество проходящих в продольном направлении пазов на периферии второго конца, и проходящей в поперечном направлении нажимной буртик расположен на корпусе между концами корпуса. Между каждой опорной стойкой и вторым концом корпуса расположены проходящие в поперечном направлении соединительные средства для разъемного присоединения стоек к корпусу, и один конец опорных стоек приспособлен зацепляться с нажимным буртиком для принятия продольного осевого усилия корпуса от бурильной колонны. Шарошечное долото присоединено ко второму концу каждой опорной стойки.

Согласно варианту настоящего изобретения шарошечные долота разъемно присоединены к каждой стойке.

Согласно другому варианту пазы образованы первым и вторым ребрами, проходящими в продольном направлении наружу из корпуса на противоположной стороне каждого паза. Первое и второе ребра предпочтительно проходят наружу в расходящемся направлении друг от друга, образуя расходящиеся выступы на противоположных сторонах каждого паза, а опорные стойки имеют расходящиеся стороны для сопряжения с взаимодействующими расходящимися выступами, когда стойки расположены в одном из пазов. Угол между первым и вторым ребрами предпочтительно составляет приблизительно 90 градусов.

Согласно еще одному варианту каждая из опорных стоек имеет внутреннюю сторону, расположенную на расстоянии от корпуса без контакта с ним, для облегчения взаимодействия и надежного сопряжения расходящихся сторон стойки с расходящимися выступами на противоположных сторонах каждого паза.

Согласно еще одному варианту соединительные средства содержат один или несколько болтов для каждой стойки, присоединенных к ребрам и проходящих через отверстия в стойках и отверстия в ребрах, при этом отверстия больше, чем болты, для зацепления одного из концов каждой опорной стойки с опорным буртиком, в результате чего не требуется, чтобы болты выдерживали осевые нагрузки.

Согласно еще одному варианту корпус включает проходящее в продольном направлении осевое сквозное отверстие и продольное проходное отверстие, выходящее наружу из корпуса и расположенное между смежными стойками для удаления обломков из шпура.

В еще одном варианте настоящего изобретения болты затянуты достаточно для удерживания стоек на месте посредством трения между смежными ребрами.

Предшествующим описанием в общих чертах, довольно обширно, обрисованы признаки и технические преимущества настоящего изобретения, чтобы можно было лучше понять подробное описание изобретения, которое следует далее. Далее здесь будут описаны дополнительные признаки и преимущества изобретения, которые образуют объект формулы изобретения. Специалистам в данной области техники следует принять во внимание, что раскрытые концепция и конкретный вариант осуществления изобретения могут без труда быть использованы в качестве основы для модификации или разработки других конструкций для выполнения тех же целей настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники также следует осознавать, что такие эквивалентные конструкции не отходят от сущности и объема изобретения, как сформулировано в приложенной формуле изобретения. Новые признаки, которые считаются отличительными признаками изобретения, в отношении как его структуры, так и способа эксплуатации, совместно с дополнительными задачами и преимуществами, будут лучше поняты из последующего описания при рассмотрении совместно с сопровождающими чертежами. Однако следует отчетливо понимать, что каждый из чертежей предназначен только в целях иллюстрации и описания и не предназначен для определения границ объема настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более полного понимания настоящего изобретения приводится последующее описание со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

Фиг. 1 представляет вид в разрезе настоящего изобретения;

Фиг. 2 – вид по линии 2-2 на Фиг. 1;

Фиг. 3 – вид по линии 3-3 на Фиг. 1;

Фиг.4 – вид сверху, с частичным пространственным разделением деталей, настоящего изобретения;

Фиг. 5 – вид по линии 5-5 на Фиг. 4;

Фиг. 6 – местная вертикальная проекция, частично в разрезе, иллюстрирующая относительные положения корпуса, стойки и шарошечного долота;

Фиг. 7 – увеличенный местный вид области 7 на Фиг. 6;

Фиг. 8 – местный вид с пространственным разделением деталей для разъемного присоединения шарошечного долота к стойке;

Фиг. 9 – вид в разрезе по линии 9-9 на Фиг. 6;

Фиг. 10 – вид в разрезе по линии 10-10 на Фиг. 6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1, 3, 4 и 5 показана шахтная буровая коронка 10 вращательного действия согласно настоящему изобретению для выполнения шпуров в поверхности земли, таких как, например, при добыче железа. Буровая коронка 10 имеет цельный металлический корпус 12, имеющий продольную ось 14, первый конец 16 и второй конец 18. Первый конец 16 имеет соединение, такое как резьба 20 (Фиг. 3 и 5), такая как резьба типа ВЕСО, хотя для прикрепления к бурильной колонне (не показана) может быть использовано любое подходящее соединение.

Второй конец 18 корпуса 12 имеет множество проходящих в продольном направлении пазов 22 на периферии второго конца 18, как лучше всего видно на Фиг. 1, 3 и 5. В то время как можно использовать любое подходящее число пазов 22, в предпочтительном варианте осуществления, как показано здесь, число пазов – три. Проходящий в поперечном направлении нажимной буртик 24, как лучше всего видно на Фиг. 3 и 5, расположен на корпусе 12 между концами 16 и 18. Назначение буртика 24 состоит в обеспечении направленного вниз осевого усилия от бурильной колонны для бурения пласта. Проходящая в продольном направлении опорная стойка 26 расположена в каждом из проходящих в продольном направлении пазов 22. Опорные стойки 26 присоединены проходящими в поперечном направлении соединительными средствами, такими как болты 28, ко второму концу 16 корпуса 12, для разъемного присоединения стоек 26 к корпусу 12. Опорные стойки 26, как лучше всего видно на Фиг. 3 и 5, имеют первый конец 30, способный сцепляться с нажимным буртиком 24 для принятия направленного вниз продольного осевого усилия корпуса 12 от бурильной колонны. Шарошечное долото 34 присоединено ко второму концу 32 каждой опорной стойки 26 для бурения шпура обычным способом, в то время как бурильная колонна вращается и обеспечивает направленное вниз осевое усилие к корпусу 12.

Шарошечные долота 34, которые могут быть обычными шарошечными долотами, имеющими множество вставок 35 из карбида вольфрама, предпочтительно присоединены разъемным соединением к каждой опорной стойке 26, как будет более полно описано далее. Таким образом, после того, как буровая коронка 10 убрана из шпура, она может быть осмотрена, и, если нужно, опорные стойки 26 и/или шарошечные долота 34 могут быть заменены в эксплуатационных условиях, при помощи чего коронка 10 всегда работает оптимально, и множество изнашивающихся деталей может быть заменено без замены всей коронки 10.

Как показано на Фиг. 1 и 4, проходящие в продольном направлении пазы 22 корпуса 12 образованы первым и вторым ребрами 36, 38, проходящими в продольном направлении наружу из корпуса 12 на противоположных сторонах каждого паза 22. Следовательно, первое ребро 36 и второе ребро 38 проходят наружу из корпуса 12 на противоположных сторонах каждого паза 22 для образования пазов 22. Кроме того, первые ребра 36 и вторые ребра 38 проходят наружу в расходящемся направлении друг от друга, образуя расходящиеся выступы 40 и 42 соответственно на противоположных сторонах каждого паза 22. И, кроме того, опорные стойки 26 включают расходящиеся стороны 44 и 46, соответственно для взаимодействия с расходящимися выступами 40 и 42, когда стойки 26 расположены в одном из пазов 22. Угол между каждым первым ребром 36 и взаимодействующим вторым ребром 38 предпочтительно составляет приблизительно 90 градусов. Каждая стойка 26 включает внутреннюю сторону 48, которая предпочтительно находится на расстоянии от корпуса 12, чтобы не контактировать с ним. Несмотря на то, что было бы желательно, чтобы внутренняя сторона 48 контактировала с корпусом 12 для дополнительной опоры, производственные допуски недостаточны. То есть, важнее, чтобы расходящиеся стороны 44 и 46 на опорных стойках 26 надежно сцеплялись и взаимодействовали с расходящимися выступами 40 и 42 соответственно ребер 36 и 38. Это становится важным, так как опорные стойки 26 закреплены во взаимодействующем пазе 22 одним или несколькими болтами 28.

Как показано на Фиг. 1-6, 9 и 10 болты 28 проходят через отверстия 50 в корпусе 12 и через отверстия 52 в опорных стойках 26. Болты 28 имеют головку 54 и гайку 56. Предпочтительно головка 54 включает выемку под торцовый ключ, а гайка 56 включает выступ 58 неправильной формы для затягивания болтов 28. Также следует отметить, что отверстия 50 в корпусе и отверстия 52 в опорных стойках 26 больше, чем диаметр болтов 28, таким образом, гарантируя, что к болтам 28 приложены только силы растяжения. Опорные стойки 26 закреплены на месте в пазах 22 достаточным затягиванием болтов 28, так что взаимодействующие расходящиеся выступы 40 и 42 находятся во фрикционном сцеплении с расходящимися сторонами 44 и 46 соответственно, достаточном для удержания опорных стоек 26 в нужном положении. Это также гарантирует, что, так как первый конец 30 каждой опорной стойки 26 сцепляется с нажимным буртиком 24, можно избежать любых осевых усилий на болты 28.

В то время как болты 28 служат в качестве вспомогательного средства для удержания опорных стоек 26 в пазах 22, предпочтительно, чтобы все усилия, приложенные к болтам, а именно – силы растяжения, сжатия и моменты, были исключены. Вращение буровой коронки 10 и корпуса 12 вращает и ребра 36 и 38, и опорные стойки 26, и шарошечные долота 34.

Как показано на Фиг. 1 и 4, корпус 12 имеет продольное осевое сквозное отверстие 60 и одно или несколько продольных проходных отверстий 62, выходящих наружу из корпуса и расположенных между смежными стойками 26. Таким образом, текучая среда, такая, как воздух, может проходить через бурильную колонну через осевое отверстие 60 из нижней части корпуса 12 и возвращаться наверх по проходным отверстиям 62 для удаления шлама из шпура во время бурения.

На Фиг. 6, 7 и 8 показан один тип средств для разъемного присоединения шарошечных долот 34 к опорным стойкам 26. Втулка 64 присоединена ко второму концу каждой опорной стойки 26 и включает выемку 66. Внутренняя часть шарошечного долота 34 имеет внутреннюю резьбу 68. Разрезное кольцо 70 включает зацепляющий буртик 72 для сцепления с выемкой 66 во втулке 64, а также имеет резьбу 74 для резьбового сцепления с резьбой 68 на шарошечном долоте 34. Кроме того, одно из разрезных колец 70 содержит канавку 76, которая может быть выровнена по проходному отверстию 78 в элементе 64. Таким образом, буртики 72 на кольцевых сегментах 70 вставляются в выемку 66, шарошечное долото 34 размещено над сегментом 70 и вращается, в то время как штифт 80 вставляется в проходное отверстие 28 для сцепления с канавкой 76, чтобы удерживать сегмент 70 относительно внутренней резьбы 68 для затягивания шарошечного долота 34 на месте. Предпочтительно предварительно вставляется уплотнительное кольцо 82, чтобы защитить подшипники внутри шарошечного долота 34. Штифт 80 удаляют, а проходное отверстие 28 затыкают. Проходное отверстие 28 может быть подсоединено к отверстиям 86 для заливки масла в стойках 26.

Как упоминалось до этого, шахтную буровую коронку 10 вращательного действия по настоящему изобретению можно без труда осмотреть между бурением взрывных скважин, и изнашивающиеся детали, такие как шарошечные долота 34, опорные стойки 26 и болты 28, можно ремонтировать в эксплуатационных условиях, таким образом, продлевая срок полезного использования коронки 10 и снижая расходы на бурение.

Хотя настоящее изобретение и его преимущества были подробно описаны, следует понимать, что здесь могут быть выполнены разнообразные изменения, замены и перестройки без отхода от сущности и объема изобретения, как определено приложенной формулой изобретения. Кроме того, объем настоящей заявки не предназначен для ограничения конкретными вариантами осуществления процесса, машины, производства, состава материалов, средств, способов и стадий, описанных в описании изобретения. Специалист в данной области техники без труда поймет из раскрытия настоящего изобретения процессы, машины, производство, составы материалов, средства, способы или стадии, существующие в настоящее время или могущие быть разработанными в дальнейшем, которые выполняют, по существу, ту же функцию, или позволяют достигать, по существу, тех же результатов, и соответствующие описанные здесь варианты осуществления могут быть использованы по настоящему изобретению. Соответственно, приложенная формула изобретения предназначена для того, чтобы включить в ее объем такие процессы, машины, производство, составы материалов, средства, способы или стадии.

Формула изобретения

1. Шахтная буровая коронка вращательного действия, содержащая корпус, имеющий продольную ось, первый конец которого имеет соединение для прикрепления к бурильной колонне и второй конец которого имеет множество проходящих в продольном направлении пазов на периферии второго конца, проходящий в поперечном направлении нажимной буртик на корпусе между концами корпуса, проходящую в продольном направлении опорную стойку, расположенную в каждом пазе, при этом один конец каждой опорной стойки выполнен с возможностью сцепления с нажимным буртиком для принятия продольного осевого усилия корпуса от бурильной колонны, шарошечное долото, присоединенное ко второму концу каждой опорной стойки, причем пазы образованы первым и вторым ребрами, проходящими в продольном направлении наружу из корпуса в расходящемся направлении друг от друга, образуя расходящиеся выступы на противоположных сторонах каждого паза, опорные стойки имеют расходящиеся стороны для сопряжения с взаимодействующими расходящимися выступами, когда стойки расположены в одном из пазов, множество соединительных болтов для разъемного соединения каждой стойки в пазе, проходящих через расходящиеся стороны стоек через отверстия в стойках и через отверстия в расходящихся выступах ребер, причем отверстия в стойках и отверстия в ребрах больше чем периферия болтов для обеспечения продольного перемещения стоек в пазах для сцепления одного конца каждой стойки с нажимным буртиком, обеспечивая предотвращение воздействия осевых усилий на болты при бурении.

2. Буровая коронка по п.1, в которой угол между первым и вторым ребрами составляет приблизительно 90°.

3. Буровая коронка по п.1, в которой каждая стойка содержит внутреннюю сторону, расположенную на расстоянии от корпуса без контакта с ним для обеспечения сопряжения расходящихся сторон стоек с взаимодействующими расходящимися выступами пазов.

4. Буровая коронка по п.1, в которой корпус представляет собой одну цельную деталь.

5. Буровая коронка по п.1, в которой каждый болт проходит только через одну сторону стойки.

6. Буровая коронка по п.1, в которой каждый болт проходит через сторону двух смежных стоек.

РИСУНКИ