Диэлектрическая буровая головка для машин горизонтально направленного бурения - RU173105U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к области строительства трубопроводов методом горизонтально направленного бурения и может быть использована для прокладывания скважины в установке горизонтально направленного бурения.

Известна буровая головка торцевой загрузкой зонда производства компании Vermeer производства США, содержащая корпус, выполненный из металла, корпус имеет сквозные пазы для прохождения электромагнитных волн, с каждой из сторон корпуса имеется резьба для присоединения с передней стороны бурового инструмента, и с задней стороны - приводных штанг. В корпус устанавливается пенал для размещения зонда. На пенал установлены передний малый оголовок и задний малый оголовок. Задний малый оголовок имеет крышку пенала, закрывающую посадочное место (пенал) зонда для отслеживания местоположения буровой головки, зонд, состоящий из блока питания, измерительного блока, включающий датчики, блок обработки, и антенное устройство. Зонд установлен в пластиковый корпус (пенал) [https://gnb1.ru/catalog/instrumenty_i_shtangi_1/burovye_golovki_1/burovye_golovki_2/234837001_burovaya_golovka_s_tortsevoy_zagruzkoy_v_sbore_2_125_16kh20_40kh40/, опубл. 29. 03. 2017 г.]

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является буровая головка производства Brewis Engineering Limited c торцевой загрузкой зонда производства Великобритании, содержащая корпус, выполненный из металла, корпус имеет сквозные пазы для прохождения электромагнитных волн, передний большой оголовок с резьбой для присоединения бурового инструмента, задний большой оголовок для присоединения буровых штанг, передний малый оголовок, пенал для размещения зонда, задний малый оголовок, задний малый оголовок имеет крышку, закрывающую пенал (посадочное место для зонда), Зонд устанавливается в корпусе буровой головки и состоит из блока питания, измерительного блока, включающий датчики, блок обработки, и антенное устройство. Зонд установлен в пластиковый корпус (пенал). [http://southernrigging.co.uk/Brewis/pdf/INFOSONDE.pdf, опубл. 18. 11. 2003 г.]

Недостатками данных аналогов буровых головок, выполненных из металла, является существенное поглощение энергии переменного магнитного поля зонда за счет вихревых токов в теле металлической буровой головки, что приводит к снижению ресурса батарей зонда, сокращению времени его рабочего состояния и непроизводительным временным затратам, связанным с необходимостью полного извлечения буровой колонны для замены батарей, затем ее обратного проталкивания. Для увеличения энергии переменного магнитного поля зонда в теле буровой головки прорезаны сквозные пазы. При этом степень поглощения энергии возможно снизить путем увеличения количества щелей, но при этом снижается конструктивная жесткость буровой головки при передаче вращающего усилия на буровой инструмент. Кроме указанных недостатков существует вероятность проникновения сквозь щели к поверхности пластикового корпуса пенала подаваемого к форсункам бурового инструмента бурового раствора и, в конечном счете, к зонду, что приводит к износу последнего абразивными частицами, содержащимися в буровом растворе и выходу из строя.

Технической проблемой предлагаемого решения является исключение непроизводительного расхода энергии батарей зонда, повышение временного ресурса непрерывного бурения, снижения непроизводительных затрат времени бригады бурильщиков, снижение себестоимости буровых работ, а также расширение арсенала средств аналогичного назначения – создание надежной буровой головки, обеспечивающей указанные выше параметры, и устранение недостатков указанных аналогов.

Техническими результатами заявленной полезной модели являются повышение надежности и эффективности работы буровой головки, увеличение дальности действия системы (пары) зонд-локационный прибор, уменьшение потерь энергии зонда, повышение мощности излучения встроенной антенны при той же энергоемкости автономных источников питания, увеличение дальности передачи сигнала от зонда, исключение конструктивного ослабления буровой головки при передаче крутящего усилия.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в буровой головке для машин горизонтально направленного бурения, содержащей корпус, оснащенный передним большим оголовком с резьбой для присоединения буровой лопатки, задним большим оголовком для присоединения буровых штанг, установленный в корпусе пенал, при этом пенал выполнен в виде корпуса, оснащенного передним малым оголовком и задним малым оголовком с крышкой, закрывающей посадочное место зонда, помещенного в упомянутый пенал и состоящего из блока питания, измерительного блока, датчиков, блока обработки и антенного устройства, при этом передний большой оголовок оснащен резьбой для крепления переднего малого оголовка и фиксации пенала в корпусе буровой головки, согласно заявленной полезной модели, корпус буровой головки и корпус пенала зонда изготовлены из высокопрочного неэлектропроводного диэлектрического материала, при этом стенки корпуса выполнены цельными. Корпус и пенал буровой головки могут быть изготовлены из конструкционного стеклопластика.

Известно, что зонд является источником переменного магнитного поля. Изготовление корпуса и пенала из высокопрочного неэлектропроводного диэлектрического материала, например, из конструкционного стеклопластикового материала на основе связующего, усиленного стекловолокном и (или) кварцевым наполнителем по ГОСТ Р 53201-2008, либо из материала, имеющего состав не менее 80% стекловолокно и не более 20% эпоксидная смола [Экспериментальные трубы производства ООО НПП "Завод стеклопластиковых труб", http://zct.ru/products/obsadnye-truby/] или другого аналогичного материала, исключает непроизводительные потери энергии автономных источников электропитания зонда. Энергия автономных источников электропитания зонда не расходуется на преодоление экранирующего электромагнитные поля корпуса из металла, применяемого в аналогах, что, в целом, при тех же параметрах передатчика и встроенной антенны повышает мощность излучения и дальность передачи сигнала от зонда, таким образом, повышает надежность и эффективность работы буровой головки. Выполнение корпуса цельным (отсутствие сквозных пазов) увеличивает конструктивную прочность корпуса и буровой головки при передаче вращающего усилия на буровой инструмент, исключает проникновение подаваемого к форсункам бурового инструмента бурового раствора к поверхности пенала и к зонду, что повышает надежность, безаварийную работу буровой головки (эффективность работы). Кроме того, снижение непроизводительных затрат энергии позволяет увеличить дальность (контролируемую глубину) разрабатываемой методом горизонтально направленного бурения скважины, либо увеличить время непрерывного бурения, а, следовательно, снизить непроизводительные затраты труда и себестоимость выполнения работ.

Диэлектрическая буровая головка для машин горизонтально направленного бурения иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 представлена диэлектрическая буровая головка для машин горизонтально направленного бурения, вид сверху в разрезе, на фигуре 2 – общий вид в разрезе, на фигуре 3 – диаграмма распространения электромагнитных волн через пенал и корпус, изготовленный из конструкционного стеклопластика.

Диэлектрическая буровая головка для машин горизонтально направленного бурения содержит корпус 1 (фиг.1, 2), оснащенный передним большим оголовком 2 с резьбой 3 (фиг. 1) для присоединения буровой лопатки (на фигуре не показано), задним большим оголовком 4 с резьбой 5 для присоединения буровых штанг (на фигуре не показано), установленный в корпусе 1 пенал 6. Пенал 6 выполнен в виде корпуса 7, оснащенного передним малым оголовком 8 и задним малым оголовком 9. Задний малый оголовок имеет крышку 10, закрывающую посадочное место зонда 11, помещенного в упомянутый пенал 6. Зонд 11 состоит из блока питания (на фигуре не показано), измерительного блока (на фигуре не показано), датчиков (на фигуре не показано), блока обработки (на фигуре не показано) и антенного устройства (на фигуре не показано). Передний большой оголовок 2 оснащен резьбой 12 для крепления переднего малого оголовка 8 и фиксации пенала 6 в корпусе 1 буровой головки. Корпус 1 буровой головки и корпус 7 пенала 6 зонда 11 изготовлены из высокопрочного неэлектропроводного диэлектрического материала. Корпус 1 имеет резьбу 13 для соединения с ответной резьбой переднего и заднего больших оголовков 2 и 4. Резьба 13 корпуса 1 перед сборкой диэлектрической буровой головки для машин горизонтально направленного бурения покрывается клеевым составом и после сборки с ответными передним и задним большими оголовками 2 и 4 представляет собой цельную неразборную деталь. Корпус 7 имеет резьбу 14 для соединения с ответной резьбой переднего и заднего малых оголовков 8 и 9. Резьба 14 корпуса 7 перед сборкой пенала 6 покрывается клеевым составом и после сборки с передним и задним малыми оголовками 8 и 9 представляет собой цельную неразборную деталь. Корпус 1 и корпус 7 пенала 6 буровой головки могут быть изготовлены из конструкционного стеклопластика.

Сборка диэлектрической буровой головки для машин горизонтально направленного бурения осуществляется следующим образом. Передний большим оголовком 2 зажимают на стенде. Далее на обе резьбы 13 сторон корпуса 1 наносят клеевой состав (эпоксидную смолу) и закручивают в передний большой оголовок 2. Аналогичным образом закручивают задний большой оголовок 4 с другой стороны корпуса. Все соединения затягивают ключом. Далее собирают пенал 6. На резьбу 14 корпуса 7 пенала 6 наносят клеевой состав (эпоксидную смолу). Корпус 7 пенала 6, имеющий резьбу 14, накручивают на передний малый оголовок 8 и, с другой стороны, - на задний малый оголовок 9. Все соединения затягивают ключом. Пенал 6 в сборе вкручивают в передний большой оголовок 2, оснащенный резьбой 12 для крепления переднего малого оголовка 8, тем самым, фиксируя пенал 6 в корпусе 1 буровой головки. Все соединения неразборные и представляют собой цельную конструкцию, кроме присоединения крышки 10, закрывающей посадочное место зонда 11. Крышка 10 является съемной и служит для закрывания пенала 6 после установки зонда 11.

Работа диэлектрической буровой головки для машин горизонтально направленного бурения осуществляется следующим образом. Перед выполнением горизонтально направленного бурения просматривают и примерно определяют трассу прокладки коммуникаций и, следовательно, трассу прохождения буровой головки с электронным зондом 11. В корпус 1 диэлектрической буровой головки для машин горизонтально направленного бурения, изготовленной в экспериментальной модели из конструкционного стеклопластика, устанавливают зонд 11 системы локации. Зонд буровой головки бурового инструмента при горизонтально направленном бурении используют для контроля положения буровой головки в процессе бурения под землей. Сигнал зонда в виде переменного магнитного поля определенной частоты, несущий информацию о положении и глубине залегания буровой головки, принимается и обрабатывается приемным устройством на поверхности земли. На переднюю часть накручивают буровую лопатку. К задней части прикручивают первую буровую штангу. Во время бурения к первой штанге прикручивают все последующие, составляющие буровую колонну. Буровая головка постепенно заглубляется, согласно проекту. Путем модуляции переменного магнитного поля зонд передает информацию об угле наклона относительно горизонта, положение относительно оси вращения, внутренней температуре, остаточном заряде батарей автономного электропитания. По силе принимаемого сигналы и направлению вектора силовых линий переменного магнитного поля определяют взаимное расположение зонда и локационного приемника, включая глубину и смещение в плане. При использовании экспериментальной модели диэлектрической буровой головки для машин горизонтально направленного бурения были отмечены следующие положительные результаты: повышение временного ресурса непрерывного бурения, то есть снижение непроизводительных затрат времени бригады бурильщиков, снижение себестоимости буровых работ, значительное увеличение дальности действия системы (пары) зонд-локационный прибор (фиг.3) при сохранении конструктивной прочности корпуса буровой головки при передаче вращающего усилия на буровой инструмент.

Реферат

Диэлектрическая буровая головка для машин горизонтально направленного бурения относится к области строительства трубопроводов методом горизонтально направленного бурения и может быть использована для прокладывания скважины в установке горизонтально направленного бурения.Диэлектрическая буровая головка для машин горизонтально направленного бурения содержит корпус (1), оснащенный передним большим оголовком (2) с резьбой (3) для присоединения буровой лопатки, задним большим оголовком (4) с резьбой (5) для присоединения буровых штанг, установленный в корпусе (1) пенал (6). Пенал (6) выполнен в виде корпуса (7), оснащенного передним малым оголовком (8) и задним малым оголовком (9). Задний малый оголовок имеет крышку (10), закрывающую посадочное место зонда (11), помещенного в упомянутый пенал (6). Зонд (11) состоит из блока питания, измерительного блока, датчиков, блока обработки и антенного устройства. Передний большой оголовок (2) оснащен резьбой (12) для крепления переднего малого оголовка (8) и фиксации пенала (6) в корпусе (1) буровой головки. Корпус (1) буровой головки и корпус (7) пенала (6) зонда (11) изготовлены из высокопрочного неэлектропроводного диэлектрического материала. Корпус (1) имеет резьбу (13) для соединения с ответной резьбой переднего и заднего больших оголовков (2) и (4). Резьба (13) корпуса (1) перед сборкой диэлектрической буровой головки для машин горизонтально направленного бурения покрывается клеевым составом и после сборки с ответными передним и задним большими оголовками (2) и (4) представляет собой цельную неразборную деталь. Корпус (7) имеет резьбу (14) для соединения с ответной резьбой переднего и заднего малых оголовков (8) и (9). Резьба (14) корпуса (7) перед сборкой пенала (6) покрывается клеевым составом и после сборки с передним и задним малыми оголовками (8) и (9) представляет собой цельную неразборную деталь. Корпус (1) и корпус (7) пенала (6) буровой головки могут быть изготовлены из конструкционного стеклопластика.Технической проблемой предлагаемого решения является исключение непроизводительного расхода энергии батарей зонда, повышение временного ресурса непрерывного бурения, снижения непроизводительных затрат времени бригады бурильщиков, снижение себестоимости буровых работ, а также расширение арсенала средств аналогичного назначения – создание надежной буровой головки, обеспечивающей указанные выше параметры, и устранение недостатков указанных аналогов.Техническими результатами заявленной полезной модели являются повышение надежности и эффективности работы буровой головки, увеличение дальности действия системы (пары) зонд-локационного прибора, уменьшение потерь энергии зонда, повышение мощности излучения встроенной антенны при той же энергоемкости автономных источников питания, увеличение дальности передачи сигнала от зонда, исключение конструктивного ослабления буровой головки при передаче крутящего усилия. 3 фиг.

Формула