Устройство для бурения скважин Советский патент 1980 года по МПК E21B10/00 

1

Изобретение относится к горно.му делу, в частности к устройствам для вращательного бурения глубоких скважин.

Известны многоступенчатые буровые коронки, состоящие из отдельных наборных секций 1.

Известно устройство для бурения скважин, содержащее оправку, установленные на ней спиральные секции, резцы и забурник 2.

Однако эти устройства не обеспечивают при бурении в неоднородном .массиве уравновещивание секциями динамических сил, действующих на отдельные режущие элементы секций, что приводит к отклонению скважины от заданного направления.

Цель изобретения - повыщение направленности буримой скважины за счет обеспечения динамической уравновешенности при бурении в неоднородном массиве.

Поставленная цель достигается тем, что каждая из секций снабжена балансировочным приспособлением, выполненным из подпружиненного плунжера, размещенного в расточке корпуса, и упорным кольцом, установленным на оправке с возможностью взаимодействия с подпружиненным плун-у

жером, при этом каждая секция закреплена с возможность поворота на оси, проходящей диаметрально через оправку.

Кроме того, между оправкой и торцами каждой из секций установлены упругие уплотнения, а на каждой секции за резцами установлены боковые упоры.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху: на фиг. 3 - сечение .А.-А на фиг. 1.

Устройство состоит из оправки 1, забурника 2, спиральных секций 3-6, которые оснащены диаметрально расположенными резцами 7, съемными упорами 8 и регулировочными прокладками 9. Секции 3-6 снабжены балансировочным приспособлением, вклю 15 чающим диаметральные оси 10, проходящие через оправку и каждую секцию, плунжеры 11, пружины 12, установленные в расточке корпуса, которые опираются на упорные кольца 13, надетые на кольцевые вкладыщи 14, установленные на оправке 1. Внутренние поверхности каждой секции 3-6, сопрягаемые с оправкой 1, выполнены конусными, отверстия меньшего диаметра которых расположены у оси 10 балансирования, и расширяются к периферии, где установлены унругие уплотнения 15.

Устройство для бурения скважин работает следующим образом.

При бурении скважины в однородном массиве на диаметрально расположенные резцы 7, установленные в одной плоскости резания на секциях 3-6, действуют равные силы, и устройство движется вдоль заданного направления под действием силы подачи и крутящего .момента.

При бурении скважин в неоднородном массиве или подходе устройства к почве или кровле пласта (твердая порода) на диа.метрально расположенные резцы секций устройства действует не только сила подачи, но и отклоняющие силы, возникающие от контакта режущих элементов секций с породами различной твердости. При этом на резец, оказавщийся в зоне более твердой породы в забое скважины, действуют большие по величине силы, чем на противоположный, которые и поворачивают секции относительно диаметрально оси 10 в сторону твердой породы. Съемные упоры 8, расположенные на противоположных лопастях секций, по достижении стенок скважины оказывают сопротивление, препятствующее дальнейшему развороту секции в сторону твердой породы. Таким образом, больщие по величине силы в зоне твердой породы уравновешиваются дополнительным сопротивлением с противоположной стороны съемного упора 8, что вызывает автоматическое выравнивание нагрузок на диаметральных концах секций, и устройство сохраняет при этом устойчивое движение вдоль заданного направления. При снятии нагрузки на резцах в зоне твердой породы секция под действием упругих сил цилиндрических пружин возвращается в исходное положение.

В случае, если дополнительно сопротивление съемного упора 8 в зоне мягкой породы оказывается больше по величине, чем на резцах 7, находящихся в зоне твердой породы, происходит разворот секций в обратную сторону, при этом дополнительное сопротивление упора 8 в зоне мягкой породы снижается до тех пор, пока не станет равным нагрузке на резце в зоне твердой породы. В результате этого происходит автоматическая са.моустановка секций относительно плоскости резания, перпендикулярной оси скважины, обеспечивающая автоматическое выравнивание нагрузок на диаметральных

резцах секций и устранение действия поперечных возмущающих сил.

Поскольку расположение секций устройства образует непрерывную спиральную лопасть, перекрывающую торцами весь периметр скважины с возможностью их относительного перемещения, самоустановка секций устройства обеспечивает выравнивание нагрузок по всей поверхности забоя скважины, где возможно появление источника отклоняющих возмущений.

Формула изобретения

1.Устройство для бурения скважин, содержащее оправку, установленные на ней

спиральные секции, резцы и забурник, огличающееся тем, что, с целью повышения направленности буримой скважины за счет обеспечения динамической уравновешенности при бурении в неоднородном массиве, каждая из секций снабжена балансировочным приспособлением, выполненным из подпружиненного плунжера, размещенного в расточке корпуса, и упорным кольцом, установленным на оправке с возможностью взаимодействия с подпружиненным плунжером, при этом каждая секция закреплена с возможностью поворота на оси, проходящей диаметрально через оправку.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между оправкой и торцами каждой из секций установлены упругие уплотнения.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на каждой секции за резцами установлены боковые упоры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции № 1427180, кл. Е 21 С, опублик. 14.09.65.

2. Авторское свидетельство СССР 418608, кл. Е 21 С 13/00, 31.10.72 (прототип).