Устройство для направленного буренияСКВАжиН Советский патент 1981 года по МПК E21B7/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к области горного дела, а именно к устройствам для направленного бурения скважин в пластовых месторождениях полезных ископаемых. Известно устройство для направленного бурения, содержащее корпус коронки с резцами, приводной вал, резцедержатель с расширяющими щарошками 1. Недостатком этого устройства является то, что оно не ограничивает отклонения скважин в плоскости пласта при разрушении неоднородного по составу забоя. Также известно устройство для направленного буреиия скважин в пластовых месторождениях полезных ископаемых, содержащее коронку с резцами, плавающий подпружиненный резцедержатель с отклоняющими н расширяющими щарощками, подающий став и фонарь с опорными роликами 2. Недостатком этого устройства является отсутствие ограничения отклонения устройства в плоскости пласта при бурении неоднородной массы. Цель настоящего изобретения - ограничение отклонений в плоскости пласта и обеспечение при изменяющейся гипсометрии. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено щайбой с внутренней профильной поверхностью, кинематически связанной с резцедержателем посредством установленных на нем роликов, а фонарь выполнен в виде палого прямоугольного параллелепипеда, в вершинах которого на горизонтальных осях установлены опорные ролики, причем фонарь шарнирно соединен с подающим ставом с возможностью ограниченного поворота в вертикальной плоскости. На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - вид А фиг. 1 (при бурении с одним подающим ставом); на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1 (при бурении с одним подающим ставом); на фиг. 4 - сечение В-В фиг. 1 (при бурении с одним подающим ставом); на фиг. 5 - вид А фиг. 1 (при бурении с двумя подающими ставами); на фиг. 6 сечение Б-Б фиг. 1 (при бурении с двумя подающими ставами); на фиг. 7 - сечение В-В фиг. 1 (при бурении с двумя подающими ставами). Устройство состоит из коронки 1 с резцами 2, приводного вала 3, жестко соединенного с вращающимся буровым ставом 4. В поперечном пазу 5 приводного вала 3

с возможностью поперечных перемещений размещен резцедержатель 6 с шарощками 7, свободно установленными на осях 8. Между боковыми поверхностями приводного вала 3 и выступами 9 резцедержателя б размещены пружины 10, обеспечивающие концентричное вращение щарошек 7 относительно оси бурения при разрущении однородной горной массы.

На горизонтальной оси 11, перпендикулярной направлению бурения и закрепленной на передней щтанге 12. невращающегося бурового става 13 установлен фонарь 14, выполненный в форме прямоугольного полого параллелепипеда, в вершинах которого, в вертикальных плоскостях, на горизонтальных осях 15 свободно установлены ролики 16,

Фонарь симметрично охватывает буровой став и имеет возможность ограниченного поворота в вертикальной плоскости. Угол поворота фонаря ограничивается закрепленными на нем упорами 17 и установленным на невращающемся ставе ограничителем 18.

На передней грани параллелепипеда фонаря 14 симметрично оси бурения жестко закреплена шайба 19 с внутренней профильной поверхностью 20.

На резцедержателе 6 жестко закреплены горизонтальные оси 21,на концах которых свободно установлены ролики 22, обкатывающиеся в процессе вращения резцедержателя 6 вокруг оси бурения по профильной поверхности 20 шайбы 19. Форма профильной поверхности щайбы 19 такова, что при расположении резцедержателя 6 с роликами 22, близком к вертикали, между роликами и профильной поверхностью шайбы имеются зазоры а, на величину которых резцедержатель 6 может смещаться в поперечном оси бурения направлении при разрушении неоднородной горной массы в сторону массива с меньщей сопротивляемостью разрушения. При выходе резцедержателя из вертикального положения зазор а уменьшается до нуля и при углах его расположения в пределах ±(60°-70°) к горизонтали ролики 22 без зазоров обкатываются до профильной поверхности 20 шайбы 19. При этом исключается возможность поперечного смещения резцедержателя 6 относительно оси бурения при разрушении однородной и неоднородной горной массы.

Устройство может быть выполнено с приводом от одного бурового става (фиг. 1-4) и от двух буровых ставов (фиг. 1,5, 6 и 7). При выполнении устройства в соответствии с фиг. 1-4 необходимо наличие вращающегося става 4, размещенного внутри невращающегося става 13.

При выполнении устройства в соответствии с фиг. 1, 5, 6 и 7 в наличии невращающихся ставов нет необходимости. В этом

случае в состав устройства входят стяжки 23 и 24, на которых устанавливаются соответственно горизонтальные оси 11 установки фонаря 14 и ограничители 18 его поворота в вертикальной плоскости, а шайба 19 с профильными поверхностями 20 принимает форму двух жестко соединенных между, собой колец.

Работает устройство следующим образом.

Разрушение горной массы в забое скважины осуществляется резцами 2 коронок 1 и щарошками 7 резцедержателей 6 при передаче им крутящего момента и напорных усилий вращающимися буровыми ставами 4. При разрущении однородной горной массы резцедержатели 6 с шарощками 7, осями 21 и роликами 22 вращаются сил5метрично осям бурения.

Описанные из центров буровых ставов вокруг роликов 16 окружности имеют диаметры, большие диаметров скважин, поэтому ролики 16 равномерно врезаются в стенки скважин, через фонарь 14 удерживают устройство симметрично осям скважин и обеспечивают прямолинейность их бурения,

В случае подхода шарошек 7 резцедержателей 6 к боковым породам (почве или кровле пласта) щарошки 7 совместно с резцедержателями отжимаются от породы в сторону разрушаемого пласта, сжимая при вращении поочередно каждую из пружин 10. Обязательным условием норма„;ьной работы устройства является то, что сопротивляемость разрушению горной массы пластового месторождения меньше сопротивляемости разрушению боковых пород.

Величина отжатия щарощек 7 с резцедержателями 6 регламентируется зазорами а между профильной поверхностью 20 и роликами 22.

При отжатии шарощек 7 от боковых пород возникает эксцентриситет между стенками скважин, буримых коронками 1, и стенками скважин , буримых резцедержателями 6 с щарощками 7, со смещением центров в сторону пласта. В результате сжатия шарошек 7 от боковых пород скважины, буримые устройством, искривляются в вертикальных плоскостях, и устройство изменяет в этих же плоскостях прямолинейное движение на криволинейное. При этом фонарь 14, вписываясь в кривизну скважины, изменяет свое положение относительно буровых ставов, поворачиваясь вокруг оси 11. Вечилина поворота фонаря 14 в вертикальной плоскости ограничена величинами зазоров в между упорами 17 и ограничителем 18.

При повороте фонаря 14 в его шарнирном соединении с осью 11 возникает усилие, способствующее смещению коронки 1 в сторону смещения центра окружности, описываемой шарошками 7, т.е. в сторону смещения резцедержателей 6.

После отхода устройства от боковых пород в сторону пласта резцедержателя 6 с шарошками 7 под действием реактивных усилий со стороны забоя и пружин 10, а так же усилий, действующих в шарнирах на оси II, устанавливаются симметрично относительно оси бурения и устройство переходит на прямолинейное перемещение. При очередном подходе к боковым породам шарошек б устройства последние смещаются в сторону пласта и устройство переходит на ограниченном участке на криволинейное движение, а затем при выходе из контакта с породой вновь - на прямолинейное движение. Таким образом обеспечивается слежение устройства за изменением гипсометрии пласта при ограниченной частоте его отклонений в вертикальной плоскости от прямолинейного движения. Ограничения отклонений устройства в плоскости пласта обеспечиваются следующим образом (фиг. 1-7). Ролики 16 фонаря 14 выполнены не с цилиндрическими наружными поверхностями, а заострены и имеют форму двух усеченных конусов, сопряженных большими основаниями. Это способствует врезанию роликов 16 в стенки скважины при продольном перемещении устройства. Фонарь 14 с роликами 16 удерживается от проворота относительно буровых ставов 4 невращающимся ставом 13 или стяжкой 23. При бурении со стороны забоя возникают реактивные усилия, стремящиеся отклонить устройство в плоскости пласта в сторону вращения коронки. Эти усилия передаются через фонарь 14 на ролики 16. Но ролики 16 в плоскости пласта контактируют со стенками скважины боковыми поверхностями с, которые не способны разрушать горный массив и удерживают устройство от отклонений в плоскости пласта. Кроме того, при расположении резцедержателей 6 в плоскостях, близких к горизонтальным, их ролики 22 беззазорно контактируют с профильными поверхностями 20 шайбы 19 и резцедержатели 6 не могут смещаться относительно оси бурения даже при разрушении включений в пласте, с большей сопротивляемостью разрушению чем массив пласта. Это так же способствует ограничению отклонений устройства в плоскости пласта. Выдача буровой массы из скважины может осуществляться промывочной жидкостью, поступающей в забой по полому буровому ставу, или самотеком при бурении в крутых пластах в направлении снизу вверх. Формула изобретения Устройство для направленного бурения скважин в пластовых месторождениях лолезных ископаемых, содержащее коронку с резцами, плавающий подпружиненный резцедержатель с отклоняющими и расширяющими шарошками, подающий став и фонарь с опорными рамками, отличающееся тем, что, с целью ограничения отклонений в плоскости пласта и обеспечения бурения при изменяющейся гипсометрии, оно снабжено шайбой с внутренней профильной поверхностью, кинематически связанной с резцедержателем посредством установленных на нем роликов, а фонарь выполнен в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в вершинах которого на горизонтальных осях установлены опорные ролики, причем фонарь шарнирно соединен с подающим ставом с возможностью ограничения поворота в вертикальной плоскости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 341938, кл. Е 21 С 17/00, 17.02.69. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2569569, кл. Е 21 С 17/00, 16.01.78.

к20 l

I I I

6 П

BuSA

16

19

fZ

a

Фиг.2

19

n 1-1го

16

Фиг.З

16

11

ш

ю 6 7 22 1 -J

Фиъ.

Фиг.5 идА