ПОДЗЕМНЫЙ РАЗБУРИВАТЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК E21B10/26 

Изобретение относится к разбуривателю для подземных каналов, предназначенных, например, для монтажа кабелей или трубопроводов для распределения услуг в сеткообразной сети.

Уровень техники

Меньшие подземные каналы для кабелей и труб, как правило, создаются посредством предварительного бурения направляющего отверстия с применением бурильной колонны. Поскольку как ближние, так и дальние концы направляющего отверстия открыты, разбуриватель закрепляется в бурильной колонне либо в ближнем, либо в дальнем конце. Затем разбуриватель проталкивается вперед при вращении по длине отверстия, увеличивая его до необходимого диаметра, в зависимости от размера трубы или кабеля, который будет монтирован. Некоторые разбуриватели с постепенно увеличивающимися размерами могут использоваться в зависимости от требуемого конечного диаметра. Возможны некоторые варианты: например, разбуриватель может быть продвинут через отверстие (разбуривание вперед) или вытащен в обратном направлении (разбуривание назад).

Обратимся теперь к фиг.1, на которой представлен известный подземный разбуриватель 10, содержащий цилиндрическую корпусную деталь 12, которую при применении соединяют с бурильной колонной. Цилиндрическая корпусная деталь содержит три проходящих вбок режущих лезвия 14, которые приварены к цилиндрической корпусной детали или скреплены болтами в углублениях 16 в цилиндрической корпусной детали 12.

При движении через отверстие, например, в направлении, указанном стрелкой 18, разбуриватель вращается посредством бурильной колонны в направлении по часовой стрелке (против часовой стрелки сзади, как показано стрелкой 20). Именно вращение лезвий приводит к увеличению отверстия.

Основной проблемой разбуривателей с лезвиями, установленными посредством сварки, является невозможность их легкого ремонта на месте. Соответствующие требованиям ремонты могут проводиться только в хорошо оборудованной ремонтной мастерской. Это представляет еще одну трудность в том, что крайне затруднительно достичь допусков осевого биения, необходимых в процессе изготовления. При последующем развитии ожидалось, что разбуриватели с лезвиями, закрепленными болтами в цилиндрической корпусной детали или внутреннем вале с установленными точками привязки, преодолеют эти проблемы. Тем не менее, то, что произошло с разбуривателями такого типа, было то, что при применении болты 22 были помещены под большой нагрузкой при скручивании и были в состоянии расшатываться, вызывая отклонения лезвий 14. Этот тин отклонения увеличивает диаметр разбуривателя и делает его чувствительным к соединению в отверстии, что может привести к выходу из строя разбуривателя и бурильной колонны и иногда к закрытию скважины. Еще одной проблемой является то, что разбуриватель не может быть хорошо стабилизирован в скважине. Это вызывает вибрацию, которая еще более усугубляет проблему соединения.

В результате этого лезвия 14, которые приварены или закреплены болтами к цилиндрической корпусной детали 12, обычно используют стабилизирующее кольцо 24, которое приваривается к кончикам режущих лезвий 14. Приваривание лезвий к стабилизирующему кольцу характеризуется двумя функциями:

соединять режущие лезвия вместе для обеспечения боковой устойчивости лезвий,

сглаживать вращение разбуривателя в отверстии, снижать влияние вибрации и обеспечивать устойчивость.

Это фактически делает их фиксированными лезвиями и исключает легкость замены режущих лезвий 14 на месте. Следовательно, это требует возвращения их в мастерскую для проведения ремонтов.

Раскрытие изобретения

Изобретение представляет собой разбуриватель для подземных каналов, содержащий:

опорный корпус, содержащий множество интегральных пар разнесенных, проходящих вбок опорных перьев, где между каждой парой опорного пера есть продольно проходящая прорезь для приема проходящего вбок режущего лезвия так, что каждое режущее лезвие фиксируется между соответствующей парой опорных перьев;

стабилизирующее кольцо, содержащее круглую гильзу, поддерживаемую множеством радиальных опорных стоек, которые проходят от центральной втулки;

причем режущие лезвия входят в зацепление с опорным корпусом для сопротивления обратному продольному движению, с опорными перьями для сопротивления силам скручивания и с круглой гильзой стабилизирующего кольца для сопротивления радиальному движению.

Режущие лезвия могут входить в зацепление с другими элементами с возможностью расцепления для обеспечения возможности замены лезвий на рабочем месте без необходимости возвращения разбуривателя в мастерскую.

Кроме того, режущие лезвия могут входить в зацепление с соответствующими опорными стойками стабилизирующего кольца для сопротивления относительному вращению между ними.

Вкладыш может быть применен для соединения стабилизирующего кольца с опорным корпусом и фиксации круглой гильзы в зацеплении с режущими лезвиями.

Вкладыш может захватывать центральную втулку стабилизирующего кольца, когда она соединяет его с опорным корпусом.

Зацепление между режущими лезвиями и опорным корпусом, которое препятствует обратному продольному движению, может, в каждом случае, содержать выступ, проходящий от лезвия, которое входит в углубление нижней части продольно проходящей прорези.

Зацепление между режущими лезвиями и опорными перьями, которое оказывает сопротивление скручивающим силам, может обеспечиваться их точной посадкой и использованием болтов для взаимного соединения режущих лезвий с их соответствующими опорными перьями. Для этой цели могут применяться отверстия для болтов в режущих лезвиях, которые совпадают с отверстиями для болтов в опорных перьях, когда разбуриватель собирается должным образом. В одном примере есть четыре режущих лезвия, установленные в четырех соответствующих прорезях, и четыре пары опорных перьев, скрепленных с режущими лезвиями двумя болтами каждая.

Зацепление между режущими лезвиями и круглой гильзой стабилизирующею кольца, которое оказывает сопротивление радиальному движению, может содержать ступень в задней части каждого режущего лезвия, которая принимает переднюю часть круглой гильзой. Таким образом, круглая гильза перекрывает задний выступ режущих лезвий.

Зацепление между режущими лезвиями и опорными стойками может содержать выступ в одном, входящий в закрытую прорезь другого.

Возможно наличие четырех пар опорных перьев, четырех режущих лезвий и четырех опорных стоек.

Каждая из опорных стоек стабилизирующего кольца может быть снабжена отверстием для болта, которое совмещается с отверстием для болта в опорных лезвиях, когда разбуриватель собирают так, что они могут быть соединены вместе болтами.

Режущие лезвия могут быть откалиброваны для различных диаметров каналов и могут быть сформированы для разбуривания вперед или разбуривания назад в зависимости от требований. Они обычно содержат режущие грани, которые удовлетворяют требованиям рельефа местности.

Краткое описание чертежей

Пример из известного уровня техники был описан со ссылкой на фиг.1 прилагаемых чертежей:

Фиг.1(a) представляет собой поперечное сечение разбуривателя из известного уровня техники.

Фиг.1(b) представляет собой профиль разбуривателя с фиг.1(a).

Пример изобретения будет сейчас описан со ссылкой на следующие прилагаемые чертежи:

Фиг.2(a) представляет собой упрощенный вид опорного корпуса, показывающий только боковые поверхности двух опорных перьев.

Фиг.2(b) представляет собой вид сзади опорного корпуса.

Фиг.3(a) представляет собой вид сбоку режущего лезвия.

Фиг.3(b) представляет собой вид сзади режущего лезвия.

Фиг.3(c) представляет собой нижнюю часть режущего лезвия.

Фиг.4(a) представляет собой поперечное сечение стабилизирующего кольца и его опорного элемента.

Фиг.4(b) представляет собой вид сзади стабилизирующего кольца и его опорный элемент.

Фиг.5 представляет собой профиль сердечника разбуривателя.

Фиг.6(a) представляет собой упрощенный вид разбуривателя в сборе, показывающий только боковые поверхности двух из опорных перьев.

Фиг.6(b) представляет собой вид сзади разбуривателя в сборе.

Лучший вариант осуществления изобретения

Обратимся теперь к фиг.2, на которой представлен опорный корпус 102 подземного разбуривателя (см. фиг.6 для разбуривателя 100 в сборе), содержащий цилиндрическую стальную корпусную деталь, окружающую полый сердечник 104. При применении бурильная колона проходит через нее и связана с ней посредством конструкции 105 на переднем конце. Сам опорный корпус содержит четыре пары цельнолитых или механически обработанных, проходящих вбок стальных опорных перьев 106 с открытой прорезью 108 между каждой парой опорных перьев 106. Углубления 110 на переднем конце каждой открытой прорези 108 характеризуется определенным размером для приема плотно прилегающей кромки 132 режущего лезвия (см. фиг.3 для режущего лезвия). Каждое опорное перо 106 снабжено тремя отверстиями 112, 113 и 114 для болтов. В задней части опорного корпуса 102 есть конструкция 109 для соединения с вкладышем (см. фиг.5 для вкладыша 150).

Обратимся теперь к фиг.3, на которой представлено каждое режущее лезвие 130. оснащенное проходящей вниз кромкой 132, для зацепления с открытой прорезью 108 опорного корпуса 102. Кроме того, каждое режущее лезвие содержит два отверстия для болтов 134 и 135. Режущие пластины 136 расположены вдоль передней изогнутой поверхности 137. Кроме того, есть проходящая сзади кромка 138, которую пронизывает закрытая прорезь 139.

Обратимся теперь к фиг.4, на которой стабилизирующее кольцо 140 содержит круглую гильзу 142, имеющую опору в виде четырех опорных стоек 144, которые проходят от втулки 146. Всю структуру стабилизирующего кольца интегрируют в одно целое посредством сваривания составных частей друг с другом. Каждая из опорных стоек 144 снабжена посредством отверстия 147 для болта и каждая содержит проходящую вперед кромку 148, подгоняемую по величине для плотного прилегания в закрытой прорези 139 соответствующих режущих лезвий 130.

Обратимся теперь к фиг.5. на которой полый вкладыш или вал 150 содержит конструкции 151, предназначенные для создания резьбового зацепления с конструкцией 109 в задней части опорного корпуса 102. Вкладыш является полым, так что буровой раствор может проходить через него, и соединен с ним посредством конструкции 152 на заднем конце. Конструкция 152 может быть применена для присоединения к ведущей буровой штанге при разбуривании вперед или к буксировочному отверстию при разбуривании назад. Поверхность 158 точно подгоняется по величине к втулке 146 стабилизирующего кольца 140.

Разбуриватель в сборе будет описан со ссылкой на фиг.6. Перед использованием четыре режущих лезвия 130 вставляются в соответствующие прорези 108 между парами опорных перьев 106. Режущие лезвия 130 перемещаются вниз до тех пор, пока кромка 132 не будет полностью вставленной в углубление 110 в опорном корпусе 102. Затем режущие лезвия 130 крепятся болтами к прилегающей паре опорных перьев 106; при этом два болта проходят соответственно через отверстия 112 и 113 в опорных перьях 106 и отверстия 134 и 135 в режущих лезвиях 130. Этот узел образуется в передней части 160 разбуривателя 100.

Следующим этапом является установка стабилизирующего кольца 140 на задней части передней части 160 разбуривателя 100. Для этого опорные стойки 144 совмещают с режущими лезвиями 130 и задвигают в прорези 108 сзади. Стабилизирующее кольцо 140 перемещается вперед до тех пор, пока кромки 148 не входят в прорези 139 соответствующих режущих лезвий 130. Такое зацепление оказывает сопротивление любому вращению стабилизирующего кольца 140 относительно разбуривателя в результате усилий кручения при применении. Кроме того, в этом положении передняя часть круглой гильзы 142 перекрывается ступенью в верхней части кромки 138, проходящей назад от задней части режущих лезвий 130. Таким образом, круглая гильза 142 содержит заднюю кромку 138 режущих лезвий и оказывает сопротивление их круговым движениям. Поскольку стабилизирующее кольцо установлено должным образом, оно закреплено болтами к разбуривателю, которые проходят через отверстия 114 в опорных перьях 106 и отверстия 147 в опорных стойках 144.

Наконец, вкладыш 150 вставляется через втулку 146 в стабилизирующем кольце и соединяется с полым сердечником опорного корпуса 102. Втулка 146 плотно прикреплена к опорному корпусу 102 посредством вкладыша 150.

При применении во время прохождения через отверстие, например, к направлении, указанном стрелкой 400, разбуриватель вращают посредством бурильной колонны в направлении по часовой стрелке (против часовой стрелки сзади, как показано стрелкой 420). Именно вращение режущих лезвий 130 увеличивает отверстие. Силы, приложенные к режущим лезвиям 130, передаются на опорные перья 106 и не поглощаются болтами, которые фиксируют режущие лезвия 130 и опорные перья 106 друг к другу. В общем, намного больше металла служит опорой для режущих лезвий, чем в расположении, известном из уровня техники, описанном выше. В результате такого расположения болты не подвергаются напряжению и не разбалтываются. В качестве дополнительной меры безопасности применяются контргайки к основным болтам для сведения к минимуму любой вероятности их разбалтывания.

Центральный сердечник бурильной колонны и разбуриватель являются полыми, и, как правило, смазочная "промывочная жидкость" закачивается в сердечник, чтобы выйти из разбуривателя и вымыть новые разрезанные обломки пород из отверстия.

Режущие пластины 136, установленные на переднюю поверхность режущих лезвий 130. изнашиваются при применении и требуют периодической замены. С целью замены режущих лезвий 130 процесс сборки осуществляют в обратной последовательности и новые лезвия устанавливают перед повторной сборкой. Так как режущие лезвия могут быть просто отвинчены от разбуривателя, они могут быть заменены на месте при износе режущих пластин. Старые режущие лезвия могут быть затем отправлены обратно в мастерскую для ремонта.

Несмотря на то, что изобретение было описано со ссылкой на конкретный пример, специалисту в соответствующей области техники станет понятным то, что возможны многие изменения и дополнения. Например, разбуриватель может быть реверсивным с режущими поверхностями вдоль обеих передней и задней противолежащих граней режущих лезвий.

Группа изобретений относится к разбуривателям для подземных каналов и к режущим лезвиям для использования в указанных разбуривателях. Технический результат заключается в обеспечении сопротивления усилиям кручения. Разбуриватель для подземных каналов содержит опорный корпус, содержащий множество составляющих с ним одно целое пар разнесенных, проходящих вбок опорных перьев, где между каждой парой опорных перьев выполнена продольно проходящая прорезь для приема проходящего вбок режущего лезвия с захватом каждого режущего лезвия между соответствующей парой опорных перьев, и стабилизирующее кольцо, содержащее круглую гильзу, поддерживаемую множеством радиальных опорных стоек, проходящих от центральной втулки, причем режущие лезвия входят в зацепление с опорным корпусом для сопротивления обратному продольному движению, с опорными перьями для сопротивления усилиям кручения и с круглой гильзой стабилизирующего кольца для сопротивления радиальному движению. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Разбуриватель для подземных каналов, содержащий:
опорный корпус, содержащий множество составляющих с ним одно целое пар разнесенных, проходящих вбок опорных перьев, где между каждой парой опорных перьев выполнена продольно проходящая прорезь для приема проходящего вбок режущего лезвия с захватом каждого режущего лезвия между соответствующей парой опорных перьев;
стабилизирующее кольцо, содержащее круглую гильзу, поддерживаемую множеством радиальных опорных стоек, проходящих от центральной втулки, причем режущие лезвия входят в зацепление с опорным корпусом для сопротивления обратному продольному движению, с опорными перьями для сопротивления усилиям кручения и с круглой гильзой стабилизирующего кольца для сопротивления радиальному движению.

2. Разбуриватель по п. 1, в котором режущие лезвия выполнены с возможностью вхождения в зацепление с опорным корпусом, опорными перьями и стабилизирующим кольцом с возможностью расцепления для обеспечения возможности замены режущих лезвий на рабочем месте без необходимости возвращения разбуривателя в мастерскую.

3. Разбуриватель по п. 1, в котором, кроме того, режущие лезвия входят в зацепление с соответствующими опорными стойками стабилизирующего кольца для сопротивления относительному вращению между ними.

4. Разбуриватель по п. 1, в котором для соединения стабилизирующего кольца с опорным корпусом и фиксации круглой гильзы в зацеплении с режущими лезвиями применен вкладыш.

5. Разбуриватель по п. 4, в котором вкладыш захватывает центральную втулку стабилизирующего кольца, когда она соединяет его с опорным корпусом.

6. Разбуриватель по п. 1, в котором зацепление между режущими лезвиями и опорным корпусом содержит выступ, проходящий от режущего лезвия, которое входит в углубление нижней части продольно проходящей прорези.

7. Разбуриватель по п. 1, в котором зацепление между режущими лезвиями и опорными перьями обеспечивается их точной посадкой и использованием болтов для взаимного соединения режущих лезвий с их соответствующими опорными перьями.

8. Разбуриватель по п. 7, в котором в режущих лезвиях выполнены отверстия для болтов, совпадающие с соответствующими отверстиями для болтов в опорных перьях для приема болтов при должным образом выполненной сборке разбуривателя.

9. Разбуриватель по п. 1, в котором зацепление между режущими лезвиями и круглой гильзой стабилизирующего кольца содержит ступень в задней части каждого режущего лезвия, принимающую переднюю часть круглой гильзы.

10. Разбуриватель по п. 9, в котором круглая гильза перекрывает заднюю кромку режущих лезвий.

11. Разбуриватель по п. 3, в котором зацепление между режущими лезвиями и опорными стойками содержит выступ в одном, входящий в закрытую прорезь другого.

12. Разбуриватель по п. 1, в котором имеются четыре пары опорных перьев, четыре режущих лезвия и четыре опорные стойки.

13. Разбуриватель по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере часть опорных стоек вставлены в продольно проходящие прорези, когда разбуриватель собран.

14. Разбуриватель по п. 1, в котором каждая из опорных стоек стабилизирующего кольца имеет отверстие для болта, совмещаемое с соответствующим отверстием для болта в опорных перьях, когда разбуриватель собран, так что опорные стойки и опорные перья могут быть соединены вместе болтами.

15. Разбуриватель по п. 1, в котором режущие лезвия откалиброваны для требуемых диаметров каналов, и они могут быть сформированы для разбуривания вперед или разбуривания назад в зависимости от требований, при этом режущие лезвия подобраны с такими режущими гранями, которые удовлетворят требованиям разбуриваемого подземного рельефа местности.

16. Режущее лезвие для использования в разбуривателе для подземных каналов, содержащем стабилизирующее кольцо и опорный корпус, содержащий множество пар проходящих вбок опорных перьев, каждая из которых образует продольно проходящую прорезь для приема проходящего вбок режущего лезвия, при этом режущее лезвие имеет первую кромку для зацепления с углублением в опорном корпусе и вторую кромку для зацепления с круглой гильзой стабилизирующего кольца, так что при использовании первая кромка режущего лезвия входит в зацепление с углублением опорного корпуса для сопротивления обратному продольному движению режущего лезвия относительно опорного корпуса, режущее лезвие входит в зацепление с соответствующей парой опорных перьев для сопротивления усилиям кручения режущего лезвия относительно опорного корпуса, и вторая кромка режущего лезвия входит в зацепление с круглой гильзой стабилизирующего кольца для сопротивления радиальному движению разбуривателя в подземном канале.

17. Режущее лезвие по п. 16, в котором вторая кромка проходит, по существу, перпендикулярно первой кромке и имеет ступень для зацепления с передней частью круглой гильзы и закрытую прорезь для приема проходящей вперед кромки стабилизирующего кольца, так что при использовании режущее лезвие входит в зацепление со стабилизирующим кольцом для сопротивления относительному вращению между ними.

18. Режущее лезвие по п. 16 или 17, которое дополнительно содержит одно или более отверстий для болтов, предназначенных для приема болтов для взаимного соединения режущего лезвия и соответствующих опорных перьев, и переднюю изогнутую поверхность с режущими пластинами.