Расширитель скважин Советский патент 1985 года по МПК E21B7/28 

Изобретение относится к области расширения скважин. Известен расширитель скважин, включающий корпус с шарнирно установленными лопастями, которые кинематически связаны с силовыми органа ми преимущественно гидравлическими цилиндрами ij . Силовые органы, воздействуя непосредственно на лопасти, отклоняют . их в вертикальной плоскости. Вследствие такого взаимодействия силовых органов с лопастями и происходит процесс резания лопастями забоя, т.е. процесс расширения скважин. Недостатком описанного технического решения является наличие силового оборудования, снижающего надеж ность расширителя в целом и усложняющего его конструкцию. Следует от метить также и нежелательную,практически жесткуюсвязь лопасти с кор пусом, осуществляемую через гидроцилиндр . Недостатком следует считать также и то, что наличие силового обору дования уменьшает поперечное проход ное сечение, что ухудшает вынОс из скважин пульпы и уменьшает производительность расширителя. Известен также другой расширитель скважин, включающий корпус.с отверстиями для промывочной жидкости и шарнирно установленные на нем рабочие органы с режущими элементами 2 . В этом техническом решении задача расширения скважины решается с помощью гибких лопастей. Лопасти вы полнены из отрезков стального каната, на котором установлена цилиндричес;кая пружина, охватывакщая канат и резцы в виде звездочек, свободно ус тановленных на канате и вращающихся на нем. Отрезки каната жестко связа ны с корпусом, имекнцим отверстия дл промывочной, жидкости. Корпус установлен на буровой штанге, имеющей специальйое уплотнительное устройст во. При вращении буровой штанги лопасти расширителя, сложенные в обсад ной трубе параллельно ее стенкам, под действием пружины и центробежных сил воздействуют посредством звездочек на стенки скважины, т.е. происходит расширение скважины, а промывочная жидкость осуществляет вынос пульпы из забоя. 422 При опускании- расширителя в обсадной трубе лопасти должны быть отогнуты назад. Если лопасти отогнуть вперед, то при выходе их за пределы обсадной трубы под действием упругих сил пружины и каната концы лопастей, распрямляясь, будут упираться в забой, и дальнейшее опускание расширителя будет затруднено. При отогнутых назад лопастях возможно расширение скважины в форме цилиндра с плоским дном. Такая форма скважины при работе монитора не обеспечит концентрацию отбитых кусков полезного ископаемого в средней части скважины и затруднит, работу гидроэлеватора. При работе расширителя в глинистом забое возможно залипание резцовзвездочек и уменьшение производительности расширителя.При работе расширителя происходит только кон- .центричное вращение пульпы и отсутствуют потоки пульпы в вертикальной плоскости. Вследствие этого не происходит активного перемешивания пульпы, так как под действием центробежных сил более тяжелые частицы пульпы разлетаются к периферийным участкам расширяемой скважины непо,средственно в зону резания. При этом затрудняется резание и возможно заклинивание скважины, что резко уменьшает производительность расширителя. Целью изобретения является увеличение эффективности и надежности работы за счет предотвращения выпадания шлама на дно скважины. Указанная цель достигается тем, что в расширителе скважин, включающем корпус с отверстиями для промывочной жидкости и шарнирно установленные на нем рабочие органы, которые выполнены в виде лопастей, установленных под углом атаки к набегающему потоку жидкости. На фиг,I изображен расширитель, опущенный в скважину в нерабочем состоянии; на фиг.2 - то же, в рабочем состоянии; на фиг.З - взаимодействие плоской лопасти с потоком набегающей пульпы и с забоем; на фиг.4 взаимодействие криволинейной лопасти с потоком набегающей пульпы и с забоем. Расширитель состоит из наконечника 1, имеющего отверстие для пдомывочной жидкости 2, плоских лопастей 3, установленных с помощью шарниров 4 на наконечник 1. и имеющих режущие элементы 5.

Возможна также другая форма лопастей и режущих элементов. Такая форма-представлена на фиг.4. Лопаст 6 имеет форму в сечении такую, которая обеспечивает подъемную силу при движении лопасти в жидкости, при этом режущие элементы 7 расположены на наружной криволинейной поверхности лопасти 6.

Расширитель работает следуюи51м образом.

При вращении расширителя наконечник 1 через шарниры 4 увлекает за собой лопасти 3 плоской формы ил лопасти 6 криволинейной формы. При движении этих лопастей в набегающем потоке пульпы происходит их взаимодействие и в результате возникает пбдъемная сила, воздействующая на лопасти 3 или 6, при этом лопасти, вращаясь на шарнире 4, взаимодействует с забоем с помощью режущих элементов 5 для плоской лопасти 3 или режущих элементов 7 для криволинейной лопасти.6. По -мере увеличения угла раскрытия лопастей 3 и 6 происходит увеличение длины лопасти 3, участвуницей в резании, или увеличение количества режущих .элементов 7, взаимодействующих с забоем и установленных на лопасти 6. Однако при увеличении угла раскрытия лопастей при постоянной угловой скорости происходит также и рост линейной скорости каждой точки лопасти за счет увеличения ее радиуса вращения. Увеличение линейной скорости приводит к росту подъемной силы. Таким образом, происходит некоторое саморегулирование процессов резания забоя, т.е. усилие, прижимающее лопасть З.к забою и влияющее на толщину срезаемой стружки, резко не изменяется,- что может обеспечить хорошую стабильность процесса расширенияскважины.

У лопастей 6, имеющих криволинейную наружную поверхность, способность к саморегулированию процессов резания выражения выражена максимально. Лопасти, имеющие такую поверхность, разрь1хляют забой режущими элементами на заданную глубину, и это глубина практически не. зависит от свойств пульпы и скорости вращения расширителя. . .

При вращений расширителя с лопастями. 3 и 6 происходит также очень важный процесс.перемешивания пульпы за счет возникновения потоков в вертикальной плоскости. Это препятствуе выпадению осадка и заиливанию скважины.

Фиг. /7////////////А Фиг. 2 /////////////У /- /

i г

-1

I

- -|Jv/////////////)(// щт -tlr-uj- .ul