Расширитель скважин Советский патент 1984 года по МПК E21B7/30 

Изобретение относится к погружным буровым устройствам для расширения скважин в крепких породах. Известен расширитель скважин, включающий блок из нескольких пневмоударников,буровые коронки и направляющий фонарь, причем расширител снабжен полостью, разделенной на две,камеры, одна из которых соединена каналами с камерами холостого хода, а другая - с камерами рабочего хода пневмоударников, при этом один из пневмоударников вьтолнен в виде золотникового воздз ораспределите- ля, сЬединенного Q магистралью сжато го воздуха Cl Недостатками данного расширителя являются сложность конструкции, большая металлоемкость изготовления и малая работоспособность, Наиболее близким к предлагаемому является расширитель скважин, включающий корпус, буровые коронки, поршень из упругого материала с гнездами и размещенными в них ударниками, расположенными против каждой буровой коронки, воздухораспределительное устройство с центральной трубкой, проходящей через отверстия в поршне, и направляющий фонарь 23. Недостатком известного расширителя являются значителйные потери энер гии на деформацию упругого поршня при бурении в перемежающихся по крепости горных породах, а также при несимметричном соударении ударников с хвостовиками буровых коронок Цель изобретения - повышение эффективности работы ударников при бурении в перемежаюшрЕхся по прочноети горных породах путем уменьшения потерь энергии при передаче ее б.уровьм коронкам. Поставленная цель достигается тем, что в расширителе скважин, вклю чающем корпус, буровые коронки, поршень из упругого материала с гнездами и размещенными в них ударниками, расположенными против каждой коронки, воздзгхораспределительное устройство с центральной трубкой, проходящей через отверстия в поршне, и направляющий фонарь, поршень установлен с предотвращением от проворота относительно корпуса посредством фиксатора, а ударники размещены в гнездах с возможностью ограниченного осевого перемещения. Поршень имеет на внешней поверхности скольжения продольный паз с выходом на одну из его торцовых поверхностей, сопряженная с ней поверхность корпуса - выемку, а фиксатор размещен между пазом и выемкой. Продольный паз может быть вьтолнен также на внутренней поверхности скольжения поршня, а выемка - на сопряженной с ней поверхности центральной трубки. Фиксатор вьтолнен в виде шара. Кроме того, предотвращение проворота осуществлено посредством установки центральной трубки эксцентрично относительно корпуса. Ударники выполнены двуступенчатыми с нижней ступенью меньшего диаметра, ударная поверхность которой размеще,на ниже поршня. На фиг. 1 показан расширитель скваш1Н, общий вид1 на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1j на фиг. 3 фиксатор в виде призматической шпонки; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - фиксатор в виде ролика; на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - фиксатор в виде шара-, на фиг. 8 - с.ечение Г-Г на фиг. 7; на фиг. 9 - сечение А-А на фиг. 1 с поршнем, зафиксированным от вращения посредством эксцентричной установки центральной трубки. Расширитель скважин включает корпус 1, в котором размещен поршень 2 с с ударниками 3. Корпус 1 имеет проточку с резьбой 4, в которую входит цилиндр 5 с буртом 6 для клапанного седла 7. Седло 7 контактирует с клапаном 8 через выступ 9. Ход клапана 8 ограничен распределительной коробкой 10, поджатой к седлу 7 посредством регулировочных шайб 11. Седло 7, клапан 8 и распределительная коробка 10 образуют в совокупности возду хораспределительный механизм. В корпусе установлены буровые коронки 12 на державках 13, зафиксированные от выпадания фонарем 14. В поршень 2, выполненный, например, из резины, вмонтированы ударники 3. Между торцом ударника 3 и торцом установочного гнезда 15 в поршне 2 выполнен зазор ..S , равный по меньшей мере величине возможной неровности забоя скважины. Ударники 3 располагаются по окружности и каждый взаимодействует с одной буровой коронкой 12 че31рез державку 13. Поверхности скольжения поршня 2 снабжены антифрикционными покрытиями или втулками 16. Цилиндр 5 посредством поршня 2 разделен на силовые полости прямого хо да 17 и обратного хода 18, которые имеют выхлопные окна(отверстия)19 и 20. Для подвода сжатого воздуха в силовую полость 17 прямого хода устройство снабжено каналом 21, про точкой 22, подклапанной полостью 23 и отверстием 24. Для подвода сжатого воздуха в силовую полость 18 обратного хода устройство снабжено каналом 21, проточкой 22, надкдапанной полостью 25, каналами 26 и отверстием 27 в центральной трубке 28. Для фиксации поршня 2 от проворо та в цилиндре 5 служит фиксатор, ко торый может быть выполнен в виде призматической шпонки 29, установленной в выемке 30 цилиндра, с выступом, входящим в продольньш паз 31, вьтолненный на поверхности скольжения поршня 2 с выходом на одну из его торцовых поверхностей. Фиксатор может быть выполнен также в виде ролика 32, установленного в выемке 33 на центральной трубке 28 .VI входящего в продольный паз 34 вну ренней поверхности скольжения, имею щий выход на одну из его торцовых поверхностей. Фиксатор может быть в полнен в виде шара 35, установленно го между выемкой на центральной тру ке 28 и продольным пазом на поршне 2. Фиксация поршня 2 от проворота может быть осуществлена посредством эксцентричной установки центральной трубки 28 относительно поршня 2 Ударники 3 могут бьп-ь вьшолнены дву ступенчатыми, при этом ступень мень шего диамет1)а с бойком 36 выступает из поршня 2. Для обеспечения безаварийной работы в перемежающихся по прочности породах в центральной трубке 28 предусмотрены блокировочные окна 37. Расширитель скважин работает еле дующим образом. Когда проточка 22 в распределительной коробке 10 сообщена с источ ником сжатого воздуха через канал 21, а клапан 8 прижат к выступу 9 седла 7, сжатый воздух через надкла па.нную полость 25, каналы 26 и отв стие 27 в центральной трубке 28 по 94 ступает в силовую полость 18 обратного хода. При этом поршень 2 с ударниками 3 совершает обратный ход. Перед торможением поршня 2 происходит выхлоп отработанного воздуха из силовой полости 18 обратного хода через выхлопные отверстия 20 в цилиндре 5. Вследствие разности давлений в подклапанной полости 23 и надклапанной полости 25 клапан 8 перебрасывается вверх, обеспечивая впуск сжатого во;з- духа в силовую полость 17 прямого хода через канал 21, проточку 22, подклапанную полость 23 и.отверстие 24. Поршень 2 совершает прямой ход, при этом перед ударом происходит выхлоп отработанного воздуха из силовой полости 17 прямого хода через отверстия 19. При совершении рабочего хода поршень 2 движется совместно с ударниками 3, которые опираются в гнездо 15 поршня 2, при этом зазор S отсутствует. В конце рабочего хода прои: ойдет встреча бойка 36 с державкой 13 и передача энергии буровым коронкам 12. Поршень 2 остановится, но при неровном забое коронки будут располагаться на разном уровне и соударение со смежньши ударниками будет происходить в разное время. При этом часть ударников будет двигаться по инерг ии, выбирая свободный ход, причем величина свободного хода заведомо больше, чем возможные неровности забоя. Это позволяет нанести удар по коронкам 12через державки 13 независимо от уровня забоя, на котором они находятся. Наличие свободного хода 5 обеспечивает более равномерную передачу энергии, запасенную в ударниках 3, коронкам 12. Чтобы ударники 3 всегда совер шали удары по своим коронкам, а их оси при этом располагались бы в радиальной вертикальной плосксх:ти, предусматривается фиксация поршня 2 от вращения в цилиндре 5, выполненным, например, в виде призматической шпонки 29, установленной в выемке 30 цилиндра 5 и (ящей в продольный паз 31. При возвратнопоступательном перемещении поршня 2 фиксатор препятствует его вращению, которое возникает вследствие неодновременности нанесения ударов отдельными ударниками 3 по державкам 13коронок 12,

51129319

Применение изобретения позволяет повысить производительность бурения на 30-40% путем более равномерной

передачи энергии буровым коронкам и более высокого коэффициента испольf

зования мощности ударников.

Фиг.

(Риг.г

Б

Г

16

27

28

В-6

.0 29

р

U

В Фиг.

0Ut.ljФиг.6

f

;; о

J

иг.в

Г

Фигл

Фаг.9

1. РАСПЖРИТЕЛЬ СКВАЖН, включающий корпус, буровые коронки, поршень из упругого материала с гнездами и размещенными в них ударниками, расположенными против каждой коронки, воздухораспределительное устройство с центральной трубкой, проходящей через отверстия в поршне, и направляющий фонарь, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы ударников при бурении в перемежаюш:ихся по прочности горных породах путем уменьшения потерь энергии при передаче ее буровым коронкам, поршень установлен с предотвращением от проворота относир.ельно корпуса посредством фиксатора, a ударники размещены в гнездах, с возможностью ограниченного осевого перемещения. 2.Расширитель по п.1, о т л и чающийся тем, что поршень на внешней поверхности скольжения имеет продольный паз с выходом на одну из его торцовьк поверхностей, сопряженная с ней поверхность корпуса - выемку, a фиксатор размещен между пазом и выемкой. 3.Расширитель по п.2, отличающийся тем, что продольный паз вьшолнен на внутренней поверхности скольжения поршня, a выемка § на сопряженной с ней поверхности (Л центральной трубки. 4.Расширитель по пп. 1-3, отс личающийся тем, что фиксатор выполнен в виде шара. с 5.Расширитель по п.1, отлиS чающийся тем, что предотвращение проворота осуществлено посредю ством установки центральной трубки о м эксцентрично относительно корпуса. 6.Распиритель по п.1, отличающийся тем, что ударники выполнены двуступенчатыми с нижней ступенью меньшего диаметра, ударная поверхность которой размещена ниже поршня.