Скважинное фиксирующее устройство Советский патент 1984 года по МПК E21B23/08 

Изобратение относится к горному делу, а именно к буровому оборудоваНИЮ;И может быть использовано для бурения скважин. Известно скважинное фиксирующее устройство, содержащее подпружиненны один относительно другого внешний И внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-ограниченно сочлененные тяги, одна изкоторых имеет конусную поверхность и стопорную вилку, кулаки для взаимодействия с уступами внешнего корпус и конусной поверхностью тяги, подпр жиненные сухари, заклинивающие и прижимные элементы, шарнирно связан ные через рычаги с внешним корпусом два упругих элемента, один из которых помещен между одной из тяг и внешним корпусом, а другой - между внутренним корпусом и другой тягой lj . Однако в известном устройстве распорный элемент имеет малый угол заклинивания, что ограничивает-диапазон рабочих диаметров скважирг, пр чем стенки скважины, в которых заклинивается устройство, должны быть весьма прочны, что ограничивает при менение устройства в скважинах со слабыми стенками. Целью изобретения является расши рение диапазона рабочих диаметров и повышение надежности в работе уст ройства в сквлжинах со слабыми стен ками. Поставленная цель достигается тем, что скважинное фиксирующее уст ройство, содержащее подпружиненные один относительно другого внешний и внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-ограниченно сочлененные тяги, одна из которых имеет конусную поверхность и стопорную вилку, кулаки для взаим действия с уступами внешнего корпус и конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающие элементы, прижимные элементы,шарнир но связанные через рычаги с внешним корпусом, два упругих элемента, оди из которых размещен между одной из тяг и внешним корпусом, а другой между внутренним корпусом и другой тягой, снабжено втулкой с подпружи.ненными фиксаторами и шарнирно связанными с ней направляющими с рычагами шарнирно связанными с рычагами прижимных элементов, внешний корпус имеет дополнительные выступы для взаимодействия с фиксаторами втулки, при этом тяга имеет два конуса, один из которых может взаимодействовать с фиксатором втулки, причем заклинивающие элементы установлены на направляющих для взаимодействия с другим конусом тяги, а привод выполнен в виде подпружиненного поршня с калиброванным центральньм отверстием. На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении (верхняя часть); на фиг. 2 - то же, нижняя часть; на фиг. 3 - ycTpoficTBo в момент закрепления и начала бурения (верхняя часть); на фиг. 4 - то же, нижняя, часть; на фиг. 5 - устройство в момент окончания цикла бурения при переводе устрорЧства в транспортное положение (верхняя часть); ка фиг. 6- то же, нижняя часть. Устройство состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 корпусов, имеющих возможность ограниченно перемеп1аться один относительно другого. Между корпусами 1 и 2 помещена пружина 3. В корпусе 1 помещена полая тяга 4, состоящая из большого 5 и малого 6 конусов, упора 7 и поршня 8, который помещен в цилиндр 9, являющийся продолжением корпуса 1. На тяге 4 помещена втулка 10, на которой шарнирно закреплены направляющие 11, при этом втулка 10 снабжена подпружиненными фиксаторами 12, взаимодействующими одними сторонами с малым конусом 6 полой тяги 4, а другими - с выступами 13 на корпусе 1. Между направляющими 11 и большим конусом 5 помещены заклинивающие элементы 14, выполненные в виде роликов, причем ролики через оси соединены с направляющими 11 и могут свободно вращаться а осях. Направляющие 11 через гибкие связи 15 соединены с полой тягой 4 и одновременно через рычаги 16 соединены с рычагами 17, которые шарнирно соединены с прижимными элементами 18, причем последние шарнирно через рычаги 17 и 19 соединены с корпусом 1. Поршень 5 центральньм отверстием упирается в неподвижньм упор 20, который перекрывает центральное отверстие на поршне 5. В цилиндре 9 помещен поршень 21 с центральным отверстием, причем упор 20 может перекрывать центральное отверстие на поршне 21. Поршень 21 соединен с по лым штоком 22, который через обратный клапан 23 соединен с буровым механизмом 24, причём поршень 21 помещен в цилиндр 25, являющийся продолжением корпуса 1. Между упором 7 на полой тяге 4 и корпусом 1 помещена пружина 26, а сама полая Тяга 4 через подвижное и герметично сочленение 27 соединена подвижноограниченно с полой тягой 28, которая помещена во внутреннем корпусе 2. Полая тяга 28 имеет упор 29, стопорную вилку 30, конусную поверхность 31 и концевую часть 32. Между упором 29 и корпусом 2 помещена пружина 33, мощность которой больше мощности пружины 26, причем упор 29 может упираться в гильзу 34 соединенную с корпусом, 2. В пазах корпуса 2 помещены кулаки 35, нагру женные плоскими пружинами 36 и 37, причем плоские пружины 37 закреплены на кулаках 35, а плоские пружины 36 - на корпусе 2. Кулаки 35 закреплены на осях 38 и способны смещаться сквозными пазами 39 по осям 38 до упора в выступы 40 корпуса 2. Стопорная вилка 30 упирается в сухари 41, которые подпружинен ны концевой пружиной 42, причем сухари помещены в специальных отвер тиях, выполненных в корпусе 2 и упи раются в.продолжение,поршня 43 прив да. Поршень 43 подпружинен пружиной 44 относительно корпуса 2 и име ет центральное калиброванное отверс тие, в которое герметично входит ко цевая часть 32 полой тяги 28, причем сам поршень 43 помещен в цилиндр 45 являющийся частью корпуса 2 и имеет конус 46. Корпус 2 через гибкую связь 47 соединен с поверхностью, при этом гибкая связь 47 проходит с зазором через отверстие в корпусе 1. Корпус 1 имеет упор 48, в который может упираться корпус 2, и выступы 49, в которые могут упираться кулаки 35. Устройство работает следующим образом. При спуске устройства в скважину все злементы занимают положение, показанное на фиг. 1 и 2. По достижении буровым механизмом 24 забоя сква жины по связи 47 подается под давлением приводная среда. Поршень 43, смещаясь конусом 46, воздействует на сухари 41, сдвигая их, и через них, нагружая пружину 42, одновременно давлением нагружается пружина 44 на поршне 43. При достижении сухарями 41 краев стопорной вилки 30 последняя под действием сжатой пружины 33 сдвигает сухари 41 и при дальнейшем продвижении стопорит их. Концевая часть 32 полой тяги 28 сдвигается по центральному отверстию поршня 43, одновременно конус 31 стопорной вилки 30 освобождает плоские пружины 37 на кулаках, 35, при этом плоские пружины 36 поворачивают кулаки 35 на осях 38, вьшодя их из контакта с выступами 49 корпуса 1. Полая тяга 28, смещаясь через сочленение 27, смещает полую тягу 4, при . этом через упор 7 сжимается пружина 26. Одновременно малый конус 6 через фиксаторы 12 смещает втулку 10, которая смещает направляющие 11, Таким образом, направляющие 11 и полая тяга 4 смещаются как одно целое, при этом направляющие через рычаги 16 открывают рычаги 17, которые раскрывают прижимные элементы 18, при этом за счет рычагов 19 прижимные элементы 18 раздвигаются параллельно оси скважины. При достижении элементами 18 стенок скважины устройство центируется в скважине ; при этом возрастает нагрузка на малый конус 6 и при определенной нагрузке на малый конус 6 он смещает подпружиненные фиксаторы 12, которые одной стороной входят в контакт с выступами 13 корпуса 1 , а другой упираются в полую тягу 4.: Таким образом, втулка 10 и шарнирно соединенные с ней направляющие 11 стопорятся относительно корпуса 1. При дальнейшем продвижении полой тяги 4 ролики накатываются на большой конус 5, при этом направляющие 11 через рычаги 1б и 17, прижимные элементы 18 заклиниваются между противоположными стенками скважины, причем направляющие 11 удерживаются от смещения относительно корпуса 1 фиксаторами 12. Устройство занимает положение, показанное на фиг. 2 и 4. При нагружении связи 47, соединенной с корпусом 2, последний нагружает пруину 32,- которая через упор 29 нагружает полую тягу 28, при этом тяга 28 через сочленение 27 нагружает полую тягу 4, которая через большой конус 5, ролики 1Д заклинивает направляющие 11 через рычаги 16 и 17 и прижимные элементы 18 между противоположными стенками скважины. Одновременно давление приводной среды че рез поршень 8, полую тягу 4 и большой конус 5 дополнительно заклинивает направляющие t1, а поршень 21 через шток 22 .Гпольй) прижимает буровой механизм к забою скважины. Приводная среда приводит в действие буровой механизм 24 и, выходя из него, выносит буровой шлам на поверх ность. При дальнейшем нагружении свя зи 47 края стоцорной вилки 30 дости(Гают сухарей 41; которые под действи ем сжатой пружины 42 выходят из отверстий корпуса 2 и упираются в конус 46 поршня, при этом конус 31 сто порной вилки 30 нагружает плоские пружины 37 и через кулаки 35 плоски пружины 36, тем самым прижимая кулаки 35 к внутренним стенкам корпуса 1 Одновременно нагружается пружина 3 между корпусами 1 и 2. При достижении упора 29 гильзы 34 нагружение связи 47 через корпус 2, полую тягу 28, сочленение 27 и полую тягу 4 передается на большой койус 5 который жестко заклинивает через ролики 14 направляющие 11, причем по- следние через рычаги 16 и 17, прижш4 ной элемент 18 жестко заклиниваются между противоположными стенками сква жины. По мере проходки скважины поршень 21 смещается и останавливается в конце цилиндра 25, при этом также останавливается .буровой механизм 24. Устройство занимает положение, показанное на фиг. 5 и 6. В полой связи 47 производится, например, реверс давления, т.е. приводная среда откачивается из полой связи 47, при этом поршень 21 под действием разности давления в скважине и связи 47 смещается и через полый шток 22 приводит в исходное положение буровой механизм 24, причем обратный клапан 23 препятствует Поступлению буро вого шлама в цилиндр 25. После дости жения буровым механизмом 24 исходного положения снимается нагрузка со связи 47, при этом корпус 2 под -действием сжатой пружины 3 смещается относительно корпуса , а упругоприжатые кулаки,35 скользят. По BHytpeHНИМ стенкам корпуса 1 и входят в контакт с выступами 49 корпуса 1 и упор 20 перекрывает центральное отверстие на поршне 21. Поршень 43 под действием разности давления в цилиндре 45 и скважине, а также под действием сжатой пружины 44 сдвигается в исходное положение, при этом сухари 41 под действием пружины 42 сдвигаются до упора в продолжение поршня 43. Одновременно сжатая пружина 26 упирается с одной стороны в упор 48, а с другой - в упор 7 полой тяги 4 и смещает корпус 2 в исходное положение, при этом одновременно большой конус 5 выходит из контакта с роликами 14,. которые через оси освобождают заклиненные направляющие 11 и при дальнейшем смещении тяги 4, мальй конус 6 освобождает подпружиненные фиксаторы 12, которые выходят из контакта с выступами 13 корпуса 1, и становится в исходное положение. Гибкие связи 15 смещают направляющие 11 в исходное положение, при этом направляющие 11 прижимаются через ролики 14 к началу большого конуса 5. Направляющие 11 через рычаги 16 и 17 смещают прижимные элемецты 1В, а через них рычаги 19 в исходное положение. Поршень 8-под действием разности давления стремится через тягу 4 сложить прижимные элементы в исходное положение, причем центральное отверстие на нем перекрывается упором 20. При. невозможности мощностью пружины 26 и разностью давления отделить прижимные элементы 18 от стенок скважины полая тяга 28 смещается сочленении 27 при неподвижной полой тяге 4 и при последующем нагружении связи 47 корпуса 1 и 2 за счет сцепления кулаков 35 с выступами 49 перемещаются как одно целое, заставляя через рычаги 19 и 17 отделиться прижимные элементы 18 от стенок скважины, при этом кулаки 35 сдвигаются сквозными пазами 39 по осям 38 и расклиниваются между выступами 49 корпуса 1 и выступами 40 корпуса 2. Устройство для бурения скважин занимает исходное положение, показанное на фиг. 2 и 1, и может быть сйова опущено на забой или поднято на поверхность . Таким образом, наличие в устройстве ннправлякнцих, соединенных одними сторонами через рычаги с прижимными элементами, а другими сторонами - со втулкой, снабженной подпружиненными фиксаторами, позволяет жестко зафиксировать буровой снаряд перед забоем скважины, при этом величина рабочих диапазонов диаметров скважин значительно увеличивается. Жесткая фиксацця снаряда в скважине осуществляется через прижимные элементы, площадь контакта которых со стенками скважины может быть по сравнению с известными устройствами намного больше, что позволяет предлагаемому устройст ву работать в осложненных скважинах, пройденных в слабых породах . Усилие прижатия прижимных элементов к противоположным стенкам скважины возможно регулировать при бурении путем вертикального нагружений гибкой связи, на которой устройство подвешено, что позволяет менять режим работы прижимного узла в момент бурения. Так, например, при смещении снаряда от забоя скважины при бурении ослабевает гибкая связь, которая может быть нагружена до величины, предотвращающей смещение снаряда непосредственно в момент бурения. Предлагаемое устройство позволяет производить буровые работы на значительных глубинах при широком рабочем диапазоне диаметров скважин.

Фиг.1

/af Фиг. 5 Фиг.

СКВАЖИННОЕ ФИКСИРУМЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее подпружиненные один относительно другого внешний и внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-огра ниченно сочлененные тяги, одна из которых имеет конусную поверхность и стопорную вилку, кулаки для взаимодействия с уступами внешнего корпуса и конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающие элементы, прижимные элементы, шарнирI , 13 . I но связанные через рычаги с внешним корпусом, два упругих элемента,один из которых размещен между одной из тяг и.внешним корпусом, а другой между внутренним корпусом и другой тягой, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих диаметров и повьш1ения его надежности в работе, устройство снабжено втулкой с подпружиненными фиксаторами и шарнирно связанными с ней направляющими с рычагами, шарнирно Связанньми с рычагами прижимных элементов, внешний корпус имеет дополнительные выступы для взаимодействия с фиксаторами втулки, при « этом тяга имеет два конуса, один из которых может взаимодействовать с фиксатором втулки, причем заклинивающие элементы установлены на направляющих для взаимодействия с другим § конусом тяги, а привод выполнен в виде подпружиненного поршня с калиброванным центральным отверстием. UD ;о о 4 :л