Расширитель скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B4/14 E21B7/28 

Изобретение относится к горной промьшшенности, в частности к пневмоударным устройствам для расширения скважин или образования скважин большого диаметра.

Известен расширитель скважин, включающий ударНЕлй узел с камерами рабочего и холостого ходов, корпус-ударник с породоразрушающими элементами и распределительный блок IJ.

Недостатком данного расширителя является то, что при увеличении площади .расширения снижается мощность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин, включающий ударный узел в виде соосных центрального и периферийного ударников с породоразрушающими элементами, кришкой периферийного ударника, полостями рабочего и холостого ходов, распределительный блок с воздухоподводящей трубкой и клапанным распределителем с толкателем, направляющую буксу и упругий элемент 2 .

Недостатком известного расширителя является то, что ударное воздействие на горную породу производится ступенчато установленными ударниками и при увеличении площади забоя вследствие значительной нагрузки на толкатель снижается как мощность ударного воздействия, так и надежность конструкции.

Цель изобретения - повышение ударной мощности и надежности конст рукции при бурении нисходящих скважин..

Указанная цель достигается тем, что в расширителе скважин, включающем ударный узел в виде соосных центрального и периферийного ударников с породоразрушающими элементами, крышкой периферийного ударника, полостями рабочего и. холостого ходов, распределительный блок с воздухоподводящей трубкой и клапанным распределителем с толкателем, направляющую буксу и упругий элемент, ударники образованы коаксиальной парой, причем в периферийном ударнике выполнена выточка, а в центральном - бурт, при этом последний и упругий элемент размещены в выточке периферийного ударника, а полост рабочего хода - между буртом центрального и крышкой периферийного ударников.

Ударный узел снабжен манжетойклапаном, которая образует полость рабочего хода, причем в последней размещен толкатель клапанного распределителя с возможностью соприкосновения с буртом центрального ударника.

Распределительный блок снабжен эластичной муфтой, которая установлена между крышкой периферийного ударника и воздухоподводящей трубкой, причем в направляющей буксе выполнена полость, а воздухоподводящая трубка заглушена в торцовой части, которая размещена в полости буксы.

На фиг. 1 показан расширитель скважин в момент начала впуска энергоносителя в полость рабочего яода, осевой разрез) на фиг. 2 то же, в момент выхлопа энергоносителя из полости рабочего хода; на . 3 - то же, вид со стороны породоразрушакидих элементов.

Расширитель скважин состоит из периферийного ударника 1, оснащенного с рабочей стороны породоразрушающими элементами 2 и с помощью крышки 3 и тел 4 качения подвижно установленного в направляющей буксе 5. Тела 4 качения помещены в продольных пазах, противоположно выполненных в крышке 3 периферийного ударника и в направляющей буксе 5. Крышка 3 может также подвижно соединяться с направлящей буксой 5 посредством граненных поверхностей, например четырехгранника. Внутри периферийного ударника 1 размещен центральный ударник 6 с породоразрушающими элементами 2, Ё нижней части выполненный с вытупами 7, входящими в прорези 8, выполненные в периферийном ударнике 1, ,а в верхней части выполненны с круговым буртом 9. Между буртом 9 и внутренним уступом периферийного ударника 1 установлены пружины 10, а между буртом 9 и крынкой 3 помещена манжета-клапан 11, перио(дически герметизирующая камеру 12 рабочего хода, сообщенную через клапанный распределитель 13, размещенный в выборке крышки 3, центральный канал 14 и воздухоподводящую трубку 15 с источником энергоносителя посредством буровых штан 16. Клапанный распределитель 13 имеет возможность контактирования с буртом 9 центрального ударника б с помощью толкателя -17. Воздухоподводящая трубка, заглушенная сверху в торцовой части, имеет радиальные окна 18 и установлена в крышке 3 посредством эластичной муфты 19, обеспечивающей возможнос радиального люфта. Верхняя заглушенная часть воздухоподводящей трубки 15 (золотника) входит в центральный канал 14 направляющей буксы 5, в которой выполнена полость 20 так, что при рабочем положении буксы относительно периферийного ударника 1, трубка 15 сообщена с под ВОДЯЩИМканал ом, а при

крайне нижнем положении - разобщена. Верхняя кромка полости 20 расположена так, что при крайне верхнем положении периферийного ударника 1 относительно направляющей буксы 5 ее центральныйканал 14 перекрывается заглушенной частью трубки. Крышка 3 периферийного 1 удерживается в направляющей буксе 5 с помощью гайки 21.

Периферийный 1 и центральный б ударники с камерой 12 рабочего и полостью 2 2 холостого ходов, выполненных в виде коаксиальной пары, образуют ударный узел, причем полость 22 холостого хода образована выточкой 23 в периферийном ударнике. Клапанный распределитель 13 с толкателем 17 и воздухоподводящей трубкой 15 (золотником) образуют расп1редвлительный блок расширителя скважин.

Расширитель скважин работает следующим образом

. Над пробуренной (передовой) скважиной монтирую устройство для вращательного бурения скважин одного из известных типов, подбор которого производят исходя из достаточной г{)узоподъемности его лебедки, обеспечивающей спуско-подъемныё операции с буровым ставом с подсоединенным к нему расширителем скважин, после чего приступают к разбуриванию скважины до заданного диаметра..

При опускании расширителя на забо его узлы и детали занимают положени показанное на фиг. 1. При этом периферийный ударник 1 своими породоразрушающими элементами 2 упирается на забой, этот упор передается на крышку 3, направляющая букса 5, испытывая осевое давление со стороны става буровых штанг -16, продвинута относительно крышки 3 вниз, трубка 15 продвинута по центральному каналу 14 соответственно вверх и радиальные окна 18 в трубке золотника находятся в полости 20, благодаря чему образуется проход по центральному каналу 14 для энергоносителя, например сжатого воздуха, к. клапанному распределителю 13. Центральный ударник б под действием пружин 10 приподнят относительно периферийного ударника 1, благодаря чему бурт 9 прижат к манжете-клапану 11 и герметизирует камеру 12 рабочего хода, в которую .через открытый толкателем 17 клапанный распределитель 13 начинает поступать сжатый воздух. Развиваемое в камере 12 рабочего хода давление воздействует как на крышку 3, поднимая ее вместе с периферийнь1м ударником 1, так и на круговой бурт 9, а с ним и на центральный ударник 6, который, преодолевая

сопротивление пружин 10, двигается вниз и наносит удар по забою породо разрушающими элементами 2. Периферийный .ударник 1, поднимаясь, открывает манжету-клапан 11 от кругового бурта 9, камера 12 рабочего з4ода разгерметизируется и находящийся в ней сжатый воздух выхлопывается через прорези 8, что способствует очищению забоя от буровой мелоч

Длина толкателя 17 регулируется так, что. при опускании центрального ударника 6 толкатель отЕялвается от клапанного распределителя 13 и .последний под действием своей пружины перекрывает доступ сжатого воздуха в полость рабочего хода еще до начала ее разгерметизации. Это позволяет использовать энергию расширечия сжатого воздуха, находящегося в полости рабоче.го хода, на совершение полезной работы. После разгерметизации камеры 12 рабочего -хода и резкого падения давления сжатого воздуха в ней периферийный удаj ник 1 под воздействием собственной Iмассы, а также и массы соединенной с ним крышки 3 начинает ускоренно дв1 гаться вниз, наносит по забою уд породоразрушающими элементами 2 и разрушает его, а центральный-ударник 6 под.воздействием сжатых пружи 10 поднимается вверх, поджимается своим круговым буртом 9 к манжетеклапану 11, которая вновь герметизирует камеру 12 рабочего хода, после чего толкатель 17 открывает клапанный распределитель 13, в камеру 12 рабочего хода поступает сжатый воздух, и цикл повторяется.

Кроме тото, воздухоподводящая трубка 15 (золотник) выполняет следующие функции: при исчезновении сопротивления на забое невыключенно находящееся в работе устройство могло бы оказать вредные дина ические воздействия на буровой .став, однако в таком случае крышка 3, продвигаясь относительно направляющей буксы 5.вверх, поднимает трубку 15, которая своей заиглушенной частью вхдит в центральный канал 14 и прекрает доступ сжатого воздуха в устройство, при совершении спуско-подъем- ных операций устройство автойатически отключается, таккак, находясь на весу, перемещается крышка 3 и трубка 15 опускается по центральному каналу 14, при этом радиальные окна 18 выходят за, пределы полости 20 и доступ воздуха -в устройство также прекращается.

При использовании изобретений кроме повышения ударной мощности и надежности конструкции возможно снизить непроизводительные утечки энергоносителя, что приводит к повышению экономичности устройства.

If

Фиг,.2,

1. РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИН, включающий ударный узел в виде соосных центрального и периферийного ударников с породоразрушающими элементами, крышкой периферийного ударника, полостями рабочего и холостого ходов, распределитель ный блок с воздухоподводящей трубкой и клапанным распределителем с толкателем, направляющую буксу и упругий элемент, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения ударной мощности и надежности конструкции при бурении нисходящих скважин. ударники образованы коаксиальной .парой, причем в периферийном ударнике выполнена выточка, а в центральном - бурт, при этом последний и упругий элемент размещены в выточке периферийного ударника, а полость рабочего хода - между буртсял центрального и крышкой периферийного ударников. 2,Расширитель по п. 1, о т л ичающ1 йся тем, что ударный узел снабжен манжетой-клапаном, ко-торая образует полость рабочего хода, причем в последней размещен толкатель клапанного распределителя с возможностью соприкосновения с буртом центрального ударника. 3.Расширитель по пп. 1 и 2, (Л 6тличающийся тем, что распределительный блок снабжен с эластичной муфтой, которая установлена между крышкой периферийного .ударника и воздухоподводя;щей трубкой, причем в направлякмцей буксе выполнена полость, а воздухоподводящая трубка заглушена в. Торцовой части, которая размещена вполости со буксы. tvD (Ж) ND