Устройство для прорезания зародышевых щелей в скважине Советский патент 1987 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к разрушению гор- лых пород в скважинах и может быть использовано при добыче полезных ископаемых на основе взрывного способа разрушения или гидроразрыва горных пород и предназначено для прорезания зародышевой щели в плоскости юрмальной оси скважины.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства и эффер(тив- ности прорезания зародышевых щелей за счет обеспечения возможности оперативного регулирования усилия поворота рабо- 4eVo органа.

На фиг. 1 показано устройство для прорезания зародышевой щели в скважине, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А па фиг. 1; на фиг. 3 - вариант устройства для образования зародышевой ш.ели на любой за данной высоте без упора в забой; па фиг. 4 разрез Б -Б на фиг. 3.

Устройство состоит из корпуса 1, выполненного в виде несущей штанги со стака- но.м. На верхней части корпуса установлены пружинный центратор 2 и элемент для .связи с несуп еповоротной пггангой (буровым ставом). В стакане разме це11а с возможностью вращения муфта 3, опертая фрикционной поверхностью о корпус и фиксированная от выпадания штифтом 4. На муфту со стороны, противоположной корпусу, насажен распорно-центрирующий элемент 5, закрепленный кольцом 6. Стакан корпуса и муфта имеют прорези, в которые эксцентрично и параллельно оси корпуса уста1К)вле- на на вставке поворотная ось 7, расположенная эксцентрично и параллельно продольной оси корпуса. Рабочий орган 8 для выдвижения имеет паз 9, выгюлненный от периферии к поворотной оси, по которому скользит палец 10, установленный па корпусе, а образующая режущей части рабочего органа армирована и описывается окружностью диаметра, равного диаметру устройства, при этом режущая часть рабочего органа выдвигается за пределы корпуса на величину больп1ую, чем радиус корпуса.

Форма паза и начальное положение пальца оси рабочего органа определяются в зависимости от прочности горных пород, геометрических параметров устройства и его материалов. Нредельное положение пальца относительно оси рабочего органа определяется из условий невозможности заклинивания рабочего органа.

Для образования зародьипевой щели на любой заданной высоте без упора в забой распорно-центрирующий элемент выполнен в виде разд вижных опорных элементов 11, установленных параллельно оси корпуса под равными углами в прорезях корпуса элемента 5 с возможностью выхода за его пределы до упора в стенке скважины. На нижней части элемента установлен пружинный

элемент поджима к муфте 12, фиксированный от выпадения кольцом 13 и создающий постоянство прижатия к муфте.

Устройство работает следуюплим обра30 М.

На буровом ставе устройство подают в скважину до упора в забой и прижимают к нему с расчетной осевой силой.бурового станка или весо.м бурового става. При этом эле.мент 5 жестко фиксируется в забое

скважины, а устройство центрируется посредством устаноаленного в верхней части корпуса пружинног О 1.ентратора 2.

Устройству с поверхности сообщается вращательное движение и через буровой став в отверстия для промывки подают жидкость под давлением. При вращепии устройства корпус стремится одновремепно повернуть рабочий орган 8 на поворотной оси 7 посредством пальца И) и вовлечь муфту 3 в совместное вращение. Муфта прижата к элемен0 ту 5 и скользит по нему. Момент трения частично препятствует совместному вращению муфты и корпуса, при этом обеспечивается относительное перемещение корпуса и муфты, т.е. поворот рабочего органа за счет скольжения по пазу 9 пальца 10,

5 а усилие прижатия рабочег О органа к стенке скважины определяется возникающим моментом между муфтой и элементом 5.

В устройстве предусмотрен вынос штыба с обеспечением охлаждения рабочего органа подачей жидкости через отверстия в корпусе и .муфте в зону прорезания зародышевой П1,е,ли и в зону контакта муфты с элементом 5.

Устройство врапхают до полного прорезания зародышевой щели, и по достижении заданных размеров вра1цение и подачу жид- кости прекращают. Для возвращения в транспортное состояние делают несколько оборотов обратного в)ап1епия, при этом рабочий орган возвращается в исходное положение и устройство извлекается из скважины.

0 При прорезании зародышевой щели без упора в забой применяют устройство с раздвижными опорными элементами 11. Устройство опускают в скважину на колонне бурильных труб на заданную высоту, подают избыточное давление жидкости через систе5 му отверстий, нредусмотренных в корпусе устройства и муфте, для выдвижения опорных элементов за пределы устройства до упора в стенки скважины. При этом на опор- Н1э1х элементах создаются равномерные усилия, необходимые для удержания уст|эойства

на заданной высоте. Одновременно устройство центрируется посредством пружинного центратора 2 и удерживается в таком положении напором жидкости.

Прорезание зародышевой щели осущест„ вляется аналогичным образом. По окончании работы устройство прекращают вращать, сни0

мают избыточное давление жидкости, при этом элементы опоры возвращаются в исходное положение. Делают несколько обратных поворотов для возвращения рабочего органа и устройство транспортируется из скважины.

Пример. В центре образца пробуривается щпур 46 мм на заданную глубину. Затем в щпур до упора в забой подавалось устройство в транспортном положении и прижималось к забою шпура С заданным усилием, при этом элемент устройства фиксировался на забое шпура и центрировался посредством пружинного центратора 2.

Устройство приводили в движение от бурильного станка с одновременной подачей промывочной жидкости и вращали до полного прорезания щели. При этом рабочий орган 8 поворачивался вокруг оси 7 за счет выдвижения его пальцем 10, скользящим по пазу 9. Затем подачу жидкости прекращали, останавливали устройство. Для возврата рабочего органа в исходное положение делали несколько оборотов обратного вращения и, когда рабочий орган занимал исходное положение, устройство извлекали из скважины. После этого проводили разруще- ние образца гидроразрывом. При обнаружении разрыва образца было установлено измерениями, что зародышевая щель была направлена нормально оси шпура, имела форму диска с ровными берегами. Диаметр щели был равен 92 мм, а поперечные размеры соответствовали размерам рабочего органа.

При скорости вращения 300 об/мин потребовалось около 10 мин для прорезания зародышевой щели на полную глубину.

При прорезании зародышевых щелей в образцах различного состава и твердости (пес0

5

0

5

0

чаник, кварцевое стекло, мрамор, гранит) случаев отказа устройство не имело.

Формула изобретения

1. Устройство для прорезания зароды- щевых щелей в скважине, включающее корпус с торцовым элементом для связл с несуще-поворотной штангой, поворотную ось с рабочим органом, установленную эксцентрично и параллельно продольной оси корпуса, фрикционную муфту, приспособление поворота рабочего органа и распорно-центрирующий элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и эффективности прорезания зародышевых шелей за счет обеспечения возможности оперативного регулирования усилия поворота рабочего органа, фрикционная муфта установлена со стороны торца корпуса, противолежащего торцу с элементом для связи с несуще-поворотной щтангой, с возможностью поворота относительно корпуса вокруг его продольной оси и оперта о корпус фрикционной поверхностью, распорно- центрирующий элемент насажен на муфту со стороны, противолежащей корпусу, с возможностью свободного вращения относительно нее, при этом в рабочем органе от его периферии к поворотной оси выполнен паз, приспособление поворота рабочего органа выполнено в виде пальца, установленного в пазу параллельно поворотной оси с возможностью относительного перемещения вдоль него, при этом поворотная ось установлена на муфте, а палец на корпусе или наоборот.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что распорно-центрирующий элемент снабжен пружинным элементом поджима к муфте.

Изобретение относится к горной нро- мьплленности и позволяет повысить надежность работы устройства и эффективность прорезапия зародь Н1евых щелей за счет обеспечения возможности оперативного регулирования усилия поворота рабочего органа (РО) 8. Со стороны торца корпуса (К) 1 устр-ва, противолежанаего торцу с эле.ментом для связи с несуще-новоротной щтангой, установлена фрикционная муфта (М) 3. Она может поворачиваться относитель 1О К 1 вокруг его продольной оси и оперта о К 1 фрикционной повер.хностью. На Л1 3 со стороны, противолежащей К 1, насаже распорно-центрирующий элемент 5. Он может свободно вращаться относительно М 3 и имеет пружинный элемент поджима к М 3. Эксцентрично и параллельно его продольной оси установлена поворотная ось с РО 8. На Л 3 параллельно оси установлен палец приспособления поворота РО 8 с-возмож- ностью относительного перемещения вдоль него. Паз выполнен от нериферии РО 8 к оси. Налец может быть установлен в К I, а ось - на М 3. При упоре в забой элемент 5 жестко фиксируется в скважине. Вра- .ение К 1 приводит к повороту РО 8 на оси. Устройство вращают до полного проре- зания зародып1евой щели. Для его извлечения из скважины делают несколько оборотов обратного вращения. В результате РО 8 возврапхается в исходное положепие. 1 з.н. ф-лы, 4 ил. g (Л ФигЛ со о о ел с

10

Фиг. 2

-1

ч

Фиг.З

,1

.4