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

Изобретение относится к горному делу, а точнее к буровому оборудованию, и может быть использовано для бурения скважин. Известно скважинное фиксирующее устройство, содержащее гибкую связь, два корпуса, между которыми помещена пружина, привод и связанный с ним тяговый механизм с конусной поверхностью, кулачки, взаимодействующие с уступами одного из корпусов и конусной поверхностью, распорный элемент, связанный с подпружиненным кольцом, стопорную вилку, подпружиненные сухари, направляющую с пазом, в котором помещен щтифт, связанный с подпружиненным кольцом, расположенным на направляющей, пружину, помещенную между тягой и одним из корпусов, и прижимной рычаг, одним концом щарнирно связанный с распорным элементом, а другим с одним из корпусов I. Недостатком этого устройства является то, что распорный элемент имеет малый угол заклинивания, что ограничивает диапазон рабочих диаметров скважин, причем конструкция устройства не позволяет однократным погружением связи, на которой оно подвещено, перевести его из рабочего положения в транспортное. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для бурения скважин, содержащее прижимной узел, включающий гибкую связь, внещний и внутренний корпуса, привод и связанный с ним тяговый механизм с конусной поверхностью, стопорную вилку, больщой конус, кулаки, взаимодействующие с уступами внещнего корпуса и конусной поверхностью, подпружиненные сухари, заклинивающие ролики, упругий элемент, помещенный между корпусами, прижимные элементы, щарнирно, через рычаги, соединенные с внещним корпусом, два упругих элемента, один из которых помещен между тяговым механизмом и внещним корпусом, а другой - между внутренним корпусом и тяговым механизмом, направляющие, одними сторонами щарнирно соединенные с втулкой, а другими -т- щарнирно, через рычаги, с прижимными элементами, подпружиненные фиксаторы, помещенные во втулке, взаимодействующие одними сторонами с малым конусом тягового механизма, а другим - с выступами внещнего корпуса, гибкие связи, соединяющие тяговый механизм с направляющими, на которых через оси закреплены заклинивающие ролики 2. Недостатком известного устройства является то, что при переводе его из рабочего положения в транспортное, складывание прижимных элементов происходит после полного выхода больщого конуса из контакта с заклинивающими роликами, причем в первый момент выхода из заклиненного состояния между конусом и заклинивающими роликами возможно нахождение бурового шлама, который препятствует выходу больщого конуса из заклиненного состояния, что может привести к перегрузкам элементов прижимного узла и их разрущению в момент перевода устройства из рабочего положения в транспортное. Прижимной узел снабжен кулаками, взаимодействующими с уступами внешнего корпуса, при.чем уступы расположены друг от друга на величину, большую чем линейный размер контактирующей поверхности кулаков, что не позволяет кулакам взаимодействовать с внешним корпусом в любой точке. Корпуса устройства расположены один внутри другого, что является усложнением конструкции и приводит к увеличению диаметра устройства и снижению его надежности работы, поскольку буровой щлам, попадая между корпусами, может вызвать их заклинивание. Гибкие связи, соединяющие направляющие с тяговым механизмом, в рабочем положении ослаблены, что может привести к попаданию их в движущиеся части устройства и заклиниванию последнего. Устройство также снабжено подпружиненными фиксаторами, взаимодействующими с малым конусом тягового механизма и уступами внешнего корпуса, при этом фиксаторы могут контактировать с уступами внешнего корпуса только в определенных точках, что усложняет работу устройства, а попадание бурового шлама между уступами снижает его надежность. Целью изобретения является повышение надежности работы и уменьшение наружного диаметра устройства. Поставленная цель достигается тем, что скважинное фиксирующее устройство, содержащее связь, соединяющую его с поверхностью, внешний и внутренний корпуса, стопорный узел, тяговый механизм, включающий упоры, конус, полую тягу с вилкой, окнами и коромыслом, прижимные элементы, шарнирно, через рычаги, соединенные с внешним корпусом, два упругих элемента разной мощности, больший из которых помещен между упором тягового механизма и внутренним корпусом, а меньший - между упором тягового механизма и внешним корпусом, направляющие, шарнирно, через рычаги, соединенные с прижимными элементами и через оси - с заклинивающими роликами, полую втулку, шарнирно связанную с направляющими, снабжено полыми сепараторами с отверстиями по периферии, в которых помещены шарики, при этом один из сепараторов жестко связан с внешним кор-, пусом и способен через внешнюю образующую щариков взаимодействовать с подпружиненными относительно внешнего корпуса конусом, и через внутреннюю образующую с полой втулкой, шарнирно связанной с направляющими, а другой сепаратор установлен во внутреннем корпусе, подпружинен относительно тягового механизма, имеет с ним подвижное сочленение и способен внешней образующей шариков, через конус, взаимодействовать с внутренним корпусом, а внутренней образующей - с полой тягой, причем полая тяга способна одной стороной взаимодействовать с тяговым механизмом, а другой - вилкой с окнами, через коромысла, щарнирно через оси закрепленные во внешнем корпусе, - с подпружиненными относительно внешнего корпуса конусом, при этом сам конус способен взаимодействовать с вилкой полой тяги. Кроме того, направляющие снабжены конусными упорами, способными взаимодействовать с конусной поверхностью меньшего упругого элемента, содержащего подпружиненную нажимную втулку, имеющую возможность ограниченного смещения относительно тягового механизма. Направляющие шарнирно через тяги соединены с дополнительной втулкой, свободно помещенной и взаимодействующей с тяговым механизмом. Полая тяга имеет разные диаметры наружной поверхности. Внещний и внутренний корпусы разнесены по вертикали и контактируют друг с другом торцовыми сторонами. На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении; на фиг. 2 - то же, в рабочем, положении; на фиг. 3 - момент перевода устройства из рабочего положения в транспортное. Скважинное фиксирующее устройство состоит из внутреннего 1 и внещнего 2 корпусов, которые контактируют друг с другом торцовыми сторонами. Корпус 1 через гибкий элемент, кабель-трос 3, соединен с поверхностью и содержит стопорный узел 4, способный по команде с поверхности освобождать упор 5, являющийся частью тяги 6. Тяга 6 проходит по внутренней части корпусов 1 и 2 и имеет упор 7 с втулкой 8, конус 9, щтифт 10, упоры 11 и 12. Втулка 8 имеет упоры 13 и 14, между которыми помещен упругий элемент - нагруженная пружина 15 и упор 16 сепаратора 17. В сепараторе 17 в отверстиях по периферии помещены шарики 18, причем шарики 18 внешней образующей взаимодействуют с конусом 19, который жестко связан с корпусом 1, а внутренней образующей щарикй 18 взаимодействуют с наружной поверхностью полой тяги 20. Полая тяга 20 имеет разные диаметры наружной поверхности, которыми способна взаимодействовать с внутренней образующей щариков 18. Стороной с меньщим диаметром полая тяга 20 упирается в упор 7, а со стороны больщего диаметра имеет вилку 21 с окнами 22. На осях 23, жестко связанных с корпусом 2, щарнирно закреплены коромысла 24, одни стороны которых взаимодействуют с окнами 22, а другие - с конусом 25, причем конус 25 взаимодействует с вилкой 21 полой тяги 20. Между конусом 25 и корпусом 2 помещен упругий элемент - нагруженная пружина 26. Конус 25 способен взаимодействовать с внешней образующей щариков 27, помещенных в отверстие сепаратора 28, который жестко связан с корпусом 2. Полая втулка 20 способна взаимодействовать наружной поверхностью с внутренней образующей щариков 27 и щарнирно связана с направляющими 30. Заклинивающие ролики 31 через оси 32 закреплены на направляющих 30 и способны взаимодействовать с конусом 9. Направляющие 30 имеют конусные упоры 33, которыми способны взаимодействовать с конусной поверхностью 34 нажимной втулки 35, которая помещена на тяге 6. Между нажимной втулкой 35 и упором 11 тяги 6 помещен упругий элемент - нагруженная пружина 36, при этом штифт 10 тяги 6 помещен в паз 37 нажимной втулки 35 и ограничивает смещение нажимной втулки 35 относительно тяги 6. Направляющие 30 шарнирно через рычаги 38 соединены с прижимными Э4ементами 39, при этом прижимные элементы 39 щарнирно через рычаги 40 соединены с корпусом 2. Оси 32 через тяги 41 шарнирно соединены с втулкой 42, помещенной на нажимной втулке 35, причем втулка 42 упирается в конус 9. Между корпусом 2 и упором 12 на тяге 6 помещен упругий элемент - нагруженная пружина 43, мощность которой больще суммы мощностей пружин 15 и 26, а мощность пружинь 15 больше мощности пружины 26. Между корпусом 1 и упором 7 тяги 6 помещен упругий элемент - нагруженная пружина 44, мощность которой больше мощности пружины 43. Устройство работает следующим образом. При спуске устройства в скважину все элементы занимают положение, показанное на фиг. 1. При достижении устройством необходимой отметки в скважине по кабелю-тросу 3 подается команда на стопорный узел 4, при этом последний освобождает упор 5 тяги 6. Нагруженная пружина 44 через упор 7 смещает тягу 6, при этом, втулка 8 упором 14 через упор 16 выводит сепаратор 17 с щариками 18 из контакта с конусом. 19 и полой тягой 20. Одновременно пружина 26 смещает конус 25, который надвигается на щарикй 27 и заклинивает их между собой и полой втулкой 29, причем освобожденная полая тяга 20 через вилку 21 сдвигается конусом 25 на величину его смещения. Конусная поверхность 34 нажимной втулки 35 входит в контакт с конусными упорами 33 направляющих 30. Направляющие 30 смещаются и сдвигают связанную с ними полую втулку 29, которая поворачивает наружной поверхностью шарики 27 относительно своих осей. Подпружиненный конус 25 под действием вращения шариков 18 частично смещается, сжимая пружину 26 и не препятствует сдвижению полой тяги 29. Рычаги 38, упираясь в прижимные элементы 39 и через них в рычаги 40 и корпус 2, открывают прижимные элементы 39. Пружина 43 сжимается между корпусом 2 и упором 12, а пружина 15, освобождаясь, прижимает упор 16 сепаратора 17 к упору 14 втулки 8, при этом шарики 18 выходят из конуса 19 и удерживаются от выпадания сепаратором 17. При достижении прижимными элементами 39 противоположных стенок скважины возрастает нагрузка на конусные упоры 33 направляющих 30, при этом через нажимную втулку 35 нагружается пружина 36, а сама нажимная втулка 35, скользя пазом 37 по штифту 10, смещается относительно тяги 6. Пронсходит предварительное открытие прижимных элег ментов 39 и упругое прижатие их к противоположным стенкам скважины.При дальнейшем сдвижении тяги 6 конус 9 входит в контакт с роликами 31, при этом ролики 31 накатываются на конус 9 и через оси 32 открывают направляющие 30, при этом конусные упоры 33 выходят из контакта с конусной поверхностью 34 нажимной втулки 35, а сама нажимная втулка 35 смещается относительно тяги 6, нагружая пружину 36: Тяги 41 открываются одновременно с направляющими 30 и сдигают втулку 42 относительно тяги 6, при этом конус 9 выходит из контакта с втулкой 42. При полном выходе конусных упоров 33 из контакта с конусной поверхностью 34 заклинивающие ролики 31, накатываясь на конус 9, заклинивают через направляющие 30 и рычаги 38 прижимные элементы. 39 между противоположными стенками скважины, при этом под действием сжатой пружины 36 нажимная втулка 35 занимает исходное положение. Одновременно направляющие 30 под дейстиноу, заклинивающих нагрузок стремятся с кч;титься в исходное положение, при этом сия:к1)1иая с ними полая втулка 29 наружной поверхностью иоворачивает шарики 27 oiiiocinxvibiio своих осей и заклинивает их между KOiivco.M 25 и своей наружной поверхностыо, а поскольку 1иарики 27 удерживаются сепаратором 28, то полая тяга 29 удерживает связанные с ней направляющие 30 ;)Т смеигепия относительно корпуса 2. Ф 1гуры А, образованные рычагами 40, при/кимиыми элементами 39, рычагами 38, направляющими 30 и корпусом 2 в контакте со стенками скважины имеют одну степень свободы и способны раздвигаться только в сторону стенок скважины. Корпус 9 заклинивает через заклинивающие ролики 31 фигуры А между противоположными стенками скважины. Пружина 43 сжимается между упором 12 и корпусом 2 при смещении тяги 6 от исходного положения. Устройство занимает рабочее положение, показанное на фиг. 2, где фигуры А заштрихованы. При переводе устройства из рабочего положения в транспортное нагружается кабель-трос 3, который смещает связанный с ним корпус 1, при этом нагружается пружина 44, а через нее - упор 7с тягой. 6, причем сама тяга 6 смещает конус 9, тем самым дополнительно заклинивает фигуры А между противоположными стенками сква жины. Корпус 1 смещается относительно неподвижного корпуса 2. При выходе упора 5 из стопорного узла 4 последнийзанимает исходное положение. При дальнейшем смещении корпуса 1 подпружиненный сепаратор 17 вводит шарики 18 в конус 19, при этом щарики 18 заклиниваются между конусом 19 и меньшим диаметром полой тяги 20, которая .смещаясь совместно с корпусом 1, окнами 22 вилки 21, поворачивает на осях 23 коромысла 24. Поворачиваясь, коромысла 24 другими концами нагружают конус 25, смещая его относительно корпуса 2 и через него нагружая пружину 26. Заклиненные шарики 27 освобождаются и освобождают полую втулку 29 с направляюЩ - Устройство занимает положение, показанное на фиг. 3. Направляющие 30 под действием заклинивающих нагрузок частично смещаются в исходное положение. Одновременно сжатая пружина 43 сдвигает корпус 2 к корпусу 1, а сжатая пружина 44 смещает тягу 6, при этом упор 5 упирается в стопорный узел 4 и отключает пружину 44. Таким образом, при частичном смещении направляющих 30 они через рычаги 33 частично складывают прижимные элементы 39, при этом конус 9 через заклинивающие ролики 31 частично раскрывает направляющие 30. Поскольку величина складывания прижимных элементов 39 через рычаги 38 намного больще, чем величина раскрытия их через заклинивающие ролики 31 о конус 9 при оДном и том же смещении направляюшлх 30, то прижимные элементы 39 не достигают стенок скважины. При сдвижении корпусов 1 и 2 друг к другу полая тяга 20 за счет инерции и сил трения подпружиненных шариков 18 о наружную поверхность вилкой 21 воздействует на конус 25, смещая его и освобождая шарики 27. Освобожденные направляющие 30 сдвигаются относительно корпуса 2 в исходное положение, при этом рдновременно корпус 2 через рычаги 40 складывает прижимные элементы 39 и рычаги 38, и сдвигает направляющие 30 относительно неподвижного конуса 9. Втулка 42 достигает конус 9 и, упираясь в него через тяги 41, складывает направляющие 30 в исходное положение, а через них (т.е. направляющие 30) и рычаги 38 - прижимные элементы 39. Конусные упоры 33 направляющих 30 входят в контакт с конусной поверхностью 34 нажимной втулки 35. Одновременно полая тяга 20 больщим диаметром через шарики 18 сдвигает сепаратор 17 и через него нагружает пружину 15, при этом щарики 18 заклинивают между больщим диаметром полой тяги 20 и конусом 19, причем полая тяга 20 стороной с меньшим диаметром упирается в упор 7 тяги 6 и стороной с вилкой 21 удерживает конус 25, освобождая щарики 27 и нагружая пружину 26.

Устройство занимает положение, показанное на фиг. 1, и может быть поднято на поверхность или смещено на другую отметку в скважине.

Таким образом, при переводе устройства из рабочего положения в транспортное в первьгй момент происходит освобождение прижимных элементов от заклинивающих нагрузок, при этом попадание бурового щлама и механических частиц между заклинивающими роликами и конусом не препятствует выходу из их контакта друг с другом, что повышает надежность работы устройства в скважинах,заполненных буровым шламом и механическими частицами. Устройство снабжено сепараторами с щариками, которые взаимодействуют с конусами и цилиндрическими поверхностями, причем шарики способны взаимодействовать с цилиндрическими поверхностями на любой Отметке их длины, а попадание бурового щлама и механических частиц под щарики не влияет на их работу, поскольку щарики контактируют с поверхностями по точкам. Корпуса устройства разнесены по вертикали и контактируют друг с другом торцовыми сторонами, что исключает попадание бурового шлама между корпусами и уменьшает диаметр снаряда. Направляющие в предлагаемом устройстве щарнирно связаны через тяги и втулку с тяговым механизмом, что повышает надежность работы устройства и исключает попадание гибких связей в движущие части устройства.

S

1. СКВАЖИННОЕ ФИКСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее связь, соединяющую его с поверхностью, внешний и внутренний корпуса, стопорный узел, тяговый механизм, включающий упоры, конус, полую тягу с вилкой, окнами и коромыслом, прижимные элементы, шарнирно, через рычаги, соединенные с внешним корпусом, два упругих элемента разной мощности, больший из которых помещен между упором тягового механизма и внутренним корпусом, а меньщий - между упором тягового механизма и внешним корпусом, направляющие, шарнирно, . через рычаги, соединенные с прижимными элементами и через оси - с заклинивающими роликами, полую втулку, шарнирно связанную с направляющими, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности его в работе, оно снабжено полыми сепараторами с отверстиями по периферии, в которых помещены шарики, при этом один из сепараторов жестко связан с внешним корпусом и способен через внешнюю образующую шариков взаимодействовать с подпружиненным относительно внешнего корпуса конусом, и через внутреннюю образующую - с полой втулкой, щарнирно связанной с направляющими, а другой сепаратор установлен во внутреннем корпусе, подпружинен относительно тягового механизма, имеет с ним подвижное сочленение и способен внещней образующей щариков, через конус, взаимодействовать с внутренним корпусом, а внутренней образующей - с полой тягой, причем полая тяга способна одной стороной взаимодействовать с тяговым механизмом, а другой - вилкой с окнами, через коромысла, шарнирно через оси, закрепленные во внешнем корпусе, - с подпружиненными относительно внешнего корпуса конусом, при этом сам конус способен взаимодействовать с вилкой полой тяги. 2.Устройство по п. 1, отличающееся (Л тем, что направляющие снабжены конусными упорами, способными взаимодействовать с конусной поверхностью меньшего упругого элемента, содержащего подпружиненную нажимную втулку, имеющую возможность ограниченного смещения относительно тягового механизма. 3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся кэ тем, что направляющие шарнирно через тяги соединены с дополнительной втулкой, свободно помещенной и взаимодействующей со с тяговым механизмом. 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полая тяга имеет разные диаметры наружной поверхности. 5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения наружного диаметра, внешний и внутренний корпуса разнесены по вертикали и контактируют друг с другом торцовыми сторонами.