ЩЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК E21B43/26 E21C37/00 

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.

Известно устройство для образования щелей на стенках скважин (авт. св. СССР №1458569, Е 21 С 37/00, Е 21 В 7/28, опубл. в БИ №6 за 1989 г.), состоящее из полого корпуса с торцовым каналом для подвода рабочего тела, двух валов, установленных на корпусе параллельно и симметрично относительно его продольной оси. На валах установлены рабочие органы в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, с возможностью вывода за его пределы при повороте валов. В корпусе установлены натяжная подпружиненная шайба и поршень с противоположных сторон плоскости расположения рабочих органов, а также гибкая тяга, связанная средней частью с поршнем и намотанная своими ветвями на валы. Концы ветвей гибкой тяги спущены с валов и закреплены на натяжной шайбе.

Недостатком этого устройства является сложность его изготовления и эксплуатации вследствие большого количества узлов и деталей.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для образования поперечных полостей на стенках скважин (патент SU №1790674, Е 21 С 37/00, опубл. в БИ №3 за 1993 г.), включающее толкатель с шарнирно закрепленными на нем режущими органами и упорную направляющую. Толкатель выполнен с наконечником в виде двузубой вилки, между зубьями которой перекрестно установлены режущие органы, а упорная направляющая выполнена в форме стакана с продольными окнами для выхода режущих органов и донными перекрестными оппозитными уклонами для разворота режущих органов. Толкатель установлен в стакане с возможностью упора зубьями вилки в его дно в конце рабочего хода и подпружинен относительно стакана.

Недостатком этого устройства является сложность его конструкции. Кроме того, прямолинейные уклоны обуславливают взаимодействие режущих органов со стенками скважины всей режущей поверхностью, что значительно повышает нагрузку на режущие органы и негативно сказывается на их долговечности, понижая тем самым эффективность и надежность данного устройства.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности устройства и надежности работы за счет возможности увеличения диаметра нарезаемой инициирующей полости и обеспечения благоприятного режима резания при упрощении конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в щелеобразователе, включающем стакан с продольными окнами, в котором перекрестно установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, и пружину возврата толкателя, причем режущие органы установлены с возможностью выхода их режущих частей из продольных окон стакана по указанным уклонам при перемещении толкателя, согласно техническому решению перекрестные оппозитные направляющие уклоны, имеющие фигурный профиль, выполнены на толкателе, который установлен с возможностью вдвижения в стакан. Пружина возврата толкателя размещена на стакане и зафиксирована в исходном положении. Режущие органы установлены на общей оси и зафиксированы в исходном положении на указанных уклонах с помощью фигурных пружин. Такая совокупность признаков существенно упрощает конструкцию за счет уменьшения количества деталей и повышает эффективность и надежность работы щелеобразователя, так как улучшается кинематика конструкции, за счет чего появляется возможность увеличить диаметр нарезаемой инициирующей полости, а фигурный профиль направляющих уклонов обеспечивает оптимальную траекторию движения режущих органов для благоприятного режима резания.

Сущность технического решения поясняется описанием конструкции щелеобразователя и чертежами - фиг.1, на которой представлен общий вид щелеобразователя в продольном разрезе в исходном положении с возможным положением режущих органов в процессе работы, и фиг.2, на которой показан общий вид толкателя.

Щелеобразователь состоит из стакана 1 (фиг.1), в котором выполнены продольные окна 2 и установлен толкатель 3. Режущие органы 4 перекрестно установлены в стакане 1 на общей оси 5. С помощью фигурных пружин 6 режущие органы 4 зафиксированы в исходном положении на перекрестных оппозитных направляющих уклонах 7 (далее направляющие уклоны 7) толкателя 3, которые имеют фигурный профиль. Пружина 8 возврата толкателя 3 размещена на стакане 1 со стороны хвостовой части толкателя 3 и закреплена упором 9 и штифтом 10, причем режущие органы 4 установлены с возможностью выхода их режущих частей из продольных окон 2 стакана 1 по указанным уклонам 7 при перемещении толкателя 3.

Щелеобразователь работает следующим образом. Перед началом работы в стакане 1 устанавливается толкатель 3 и фиксируется в исходном положении посредством пружины 8 возврата. Режущие органы 4 устанавливают на направляющих уклонах 7 и фиксируют в исходном положении общей осью 5 и фигурными пружинами 6, которые одним концом устанавливаются в стакане 1, а другим опираются о режущие органы 4, предотвращая тем самым их самопроизвольный выход из стакана 1. Затем на буровом ставе вводят щелеобразователь в скважину до соприкосновения упора 9 с забоем скважины. При включении подачи возникает осевое усилие, под действием которого толкатель 3 начинает поступательно вдвигаться в стакан 1, а режущие органы 4 по направляющим уклонам 7 выходят режущей частью из стакана 1 через продольные окна 2 и нарезают в стенках скважины инициирующую полость тарельчатой формы. При этом происходит постепенное сжатие пружины 8 возврата и фигурных пружин 6. После полного прорезания инициирующей полости упор 9 упирается в стакан 1, в результате прекращается его перемещение и дальнейший выход режущих органов 4 из стакана 1. В процессе образования инициирующей полости на режущие органы 4 щелеобразователя через внутренние отверстия в буровых штангах и стакане 1 постоянно подается промывочно-охлаждающая жидкость.

После завершения работы толкатель 3 возвращается в исходное положение под действием усилия со стороны пружины 8 возврата толкателя 3, а режущие органы 4 занимают первоначальное положение под действием фигурных пружин 6.

Изобретение относится к горному делу и используется для образования поперечных зародышевых трещин в массиве горных пород для направленного разупрочнения путем развития плоскости флюидоразрыва. Обеспечивает возможность увеличения диаметра нарезаемой инициирующей полости и благоприятный режим резания при упрощении конструкции. Устройство включает стакан с продольными окнами, в котором перекрестно установлены режущие органы, толкатель и перекрестные оппозитные направляющие уклоны, и пружину возврата толкателя. Режущие органы установлены с возможностью выхода их режущих частей из продольных окон стакана при перемещении толкателя по указанным уклонам, которые выполнены на толкателе и имеют фигурный профиль. Толкатель установлен с возможностью вдвижения в стакан, а пружина возврата толкателя размещена на стакане и зафиксирована в исходном положении. Режущие органы установлены на общей оси и зафиксированы в исходном положении на указанных уклонах с помощью фигурных пружин. 2 ил.

Щелеобразователь, включающий стакан с продольными окнами, в котором перекрестно установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны и пружину возврата толкателя, причем режущие органы установлены с возможностью выхода их режущих частей из продольных окон стакана по указанным уклонам при перемещении толкателя, отличающийся тем, что перекрестные оппозитные направляющие уклоны выполнены на толкателе и имеют фигурный профиль, толкатель установлен с возможностью вдвижения в стакан, а пружина возврата толкателя размещена на стакане и зафиксирована в исходном положении, при этом режущие органы установлены на общей оси и зафиксированы в исходном положении на указанных уклонах с помощью фигурных пружин.