Устройство для образования поперечных полостей в стенках скважин Российский патент 2004 года по МПК E21C37/00 E21B7/06 

Предлагаемое техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для образования поперечных зародышевых трещин в массиве горных пород с целью его направленного разупрочнения путем развития плоскости флюидоразрыва и обеспечения оптимальных условий проведения процессов подземной разработки полезных ископаемых.

Известен расширитель концевой части шпура (патент РФ № 2011780, Е 21 В 7/28, опубл. в БИ № 8 за 1994 г.), включающий корпус с продольными пазами, в которых установлены на осях резцы с тыльной частью. В корпусе с возможностью взаимодействия с тыльной частью резцов размещен зафиксированный от проворота и подпружиненный толкатель. Тыльная часть резцов выполнена в виде сектора и размещена в канавках корпуса, радиус дна которых равен радиусу сектора. При этом корпус намагничен и в нем выполнены осевой и радиальный сквозные каналы и размещена упорная шаровая пята.

Недостатком этого расширителя является сложность конструкции и необходимость создания больших осевых усилий для подачи инструмента в начальный период зарубки резцов в массив призабойной части шпура, что с учетом весьма малой прочности осей крепления резцов из-за их ограниченного сечения снижает, в целом, надежность работы устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для образования поперечных полостей в стенках скважин (свидетельство РФ № 15361, Е 21 С 37/00, опубл. в БИ № 28 за 2000 г.), включающее корпус, в котором расположены толкатель с подвижно закрепленными на нем режущими органами и упорные направляющие. Режущие органы выполнены упругими, а их выдвижная часть расположена в упорных направляющих, выполненных в виде сквозных изогнутых каналов для разворота и выхода упругих режущих органов в направлении плоскости нарезания полости.

Основным недостатком данного устройства является то, что во время прорезания полости режущие органы контактируют с вмещающим массивом не только торцевыми кромками, а всеми боковыми поверхностями, что способствует интенсивному износу режущих органов и их возможной поломке.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности работы устройства за счет снижения вероятности выхода из строя его резца и возможности увеличения радиуса поперечной полости.

Это достигается тем, что в устройстве для образования поперечных полостей в стенках скважин, включающем корпус с размещенным в нем резцом, толкателем и упорной направляющей в виде соединенного с полостью корпуса сквозного изогнутого канала для резца, согласно техническому решению между толкателем и резцом установлены кольцевые насадки с отверстиями, через которые пропущен трос, один конец которого жестко закреплен с резцом, а второй - через пружину и ось с корпусом.

В известных щелеобразователях с упругими режущими органами толщина последних лимитирована, так как режущий орган должен, изгибаясь под углом 90° и вновь войдя в корпус, выпрямиться без остаточных деформаций. Поэтому при работе, особенно в скважинах, пройденных в абразивных породах, происходит интенсивный износ режущих органов. Это требует их частой замены, и возможны случаи их разрушения до окончания прорезания поперечной полости.

В предлагаемом устройстве для образования поперечных полостей в стенках скважин резец соединен с толкателем тросом, который проходит через отверстия кольцевых насадок. Трос, как гибкий элемент, позволяет кольцевым насадкам свободно проходить через сквозной изогнутый канал, выполненный в корпусе, а кольцевые насадки после выхода из корпуса придают резцу устойчивое перпендикулярное относительно оси скважины положение и этим обеспечивается нарезание поперечной полости радиусом большим, чем с помощью известных конструкций. Кроме того, кольцевые насадки, изготовленные из износоустойчивого материала достаточной толщины, защищают трос от истирания во время рабочего цикла, что в целом обеспечивает повышение надежности работы устройства.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором показан общий вид устройства для образования поперечных полостей в стенках скважин, а также описанием его работы.

Устройство состоит из полого корпуса 1 (см. чертеж), в котором расположен толкатель 2, упругого элемента в виде пружины 3, оси 4, троса 5, резца 6 и кольцевых насадок 7. В корпусе 1 с торца запрессована износостойкая вставка 8 и имеется упорная направляющая в виде сквозного изогнутого канала 9, соединяющего полость корпуса 1 с боковым отверстием 10 в нем. В канале 9 между толкателем 2 и резцом 6 установлены кольцевые насадки 7, имеющие отверстия 11, через которые пропущен трос 5. Один конец троса 5 пропущен через центральное отверстие толкателя 2 и соединен через предварительно натянутую пружину 3, которая расположена в полости корпуса 1 по его оси, и ось 4 с корпусом 1. Противоположный конец троса 5 жестко закреплен с резцом 6. Толкатель 2 имеет две боковые прорези 12, через которые проходит ось 4. Концы оси 4 закреплены в отверстиях 13 корпуса 1. На толкателе 2 сверху имеется хвостовик 14, с помощью которого устройство прикреплено к буровой штанге (на чертеже не показано).

Работает устройство следующим образом. Устройство соединяют хвостовиком 14 с буровой штангой и вводят в буровую скважину. Резец 6 под действием предварительно натянутой пружины 3 втянут вовнутрь корпуса 1 и не выступает за его пределы. Буровой став подают в скважину до упора износостойкой вставки 8 в забой. После этого включают вращатель бурового става с одновременной подачей промывочной жидкости, которая, пройдя по центральным полостям бурового става и корпуса 1 устройства, поступает в канал 9 и далее - к резцу 6. Выход резца 6 на забой обеспечивают плавной осевой подачей бурового става. При этом толкатель 2 передает вращательное движение от бурового става корпусу 1 через ось 4, которая неподвижно закреплена в корпусе 1 и проходит через боковые прорези 12 толкателя 2. Во время осевого перемещения толкатель 2 воздействует на кольцевые насадки 7, и последние, находясь в контакте друг с другом по торцевым плоскостям, перемещаются по каналу 9 и выдвигаются в радиальном направлении относительно оси скважины вместе с резцом 6 из бокового отверстия 10 корпуса 1. По мере выдвижения кольцевых насадок 7 и резца 6 в боковое отверстие 10 корпуса 1 трос 5 натягивает пружину 3, увеличивая усилие прижатия кольцевых насадок 7 друг к другу по торцевым плоскостям, повышая их устойчивость от боковых смещений. После прорезания на боковой поверхности скважины поперечной полости осевую подачу бурового става реверсируют, и под действием пружины 3 резец 6 и кольцевые насадки 7 втягиваются вовнутрь корпуса 1. Далее буровой став выводят из скважины вместе с устройством.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования поперечных зародышевых трещин в массиве горных пород с целью его направленного разупрочнения путем развития плоскости флюидоразрыва и обеспечения оптимальных условий проведения процессов подземной разработки полезных ископаемых. Устройство включает корпус с размещенным в нем резцом, толкателем и упорной направляющей в виде соединенного с полостью корпуса сквозного изогнутого канала для резца. Между толкателем и резцом установлены кольцевые насадки с отверстиями, через которые пропущен трос, один конец которого жестко закреплен с резцом, а второй - через пружину и ось с корпусом. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы устройства за счет снижения вероятности выхода из строя его резца и возможности увеличения радиуса поперечной полости. 1 ил.

Устройство для образования поперечных полостей в стенках скважин, включающее корпус с размещенным в нем резцом, толкателем и упорной направляющей в виде соединенного с полостью корпуса сквозного изогнутого канала для резца, отличающееся тем, что между толкателем и резцом установлены кольцевые насадки с отверстиями, через которые пропущен трос, один конец которого жестко закреплен с резцом, а второй - через пружину и ось с корпусом.