Способ образования криволинейных скважин

 

Изобретение относится к строительному и горному делу и м. б. использовано для образования криволинейных скважин малого диаметра. Цель изобретения повышение эффективности работы за счет снижения величины отклоняющего усилия. Согласно способу площадь разрушаемой рабочим органом 15 поверхности забоя циклически изменяют путем циклического изменения поперечного размера рабочего органа 15. При этом к нему постоянно прикладывают осевое усилие Р. Отклоняющее усилие F к органу 15 прикладывают циклически при минимуме площади поверхности бурильного забоя, что исключает боковую реакцию повороту. 4 ил.

Изобретение относится к строительному и горному делу и может быть использовано для образования криволинейных скважин малого диаметра. Цель изобретения повышение эффективности работы за счет снижения величины отклоняющего усилия. На фиг. 1 показано устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 разложенный рабочий орган, вид спереди; на фиг.4 то же, сложенный рабочий орган. Устройство содержит переднюю 1 и заднюю 2 секции буровой головки, связанные между собой через управляемый отклонитель, состоящий из трех двойных карданных шарниров, установленных через 120^о по сечению. Каждый карданный шарнир содержит входное звено 3, промежуточные звенья 4 и 5 и выходное звено 6. Звенья соединены осями 7-9. Оси 9 расположены по радиусу устройства, а оси 7 и 8 перпендикулярно им. Выходные звенья 6 связаны с передней секцией 1, а входные звенья 3 с силовыми элементами, установленными на задней секции 2 и выполненными в виде приводов 10, связанных через торсионнные валы 11 с дифференциально-винтовыми механизмами 12, жестко установленными на основаниях 13. Входные звенья 3 установлены в корпусах механизмов 12 по посадке, подвижной вдоль и вокруг оси, а в их внутренних полостях установлены на резьбу винты 14 механизмов 12. На передней секции 1 буровой головки установлен рабочий орган 15 активного действия. Его составляют два породообразующих инструмента 16, установленных на шпинделях 17 диаметрально друг другу. Каждый инструмент 16 выполнен в виде продольно-усеченного конуса. Рабочий орган имеет диаметр D в разложенном состоянии (когда усеченные стороны инструментов обращены к оси устройства) и диаметр d_x в сложенном состоянии (когда усеченные стороны инструментов обращены наружу). Устройство образует скважину диаметром D. Передняя секция имеет диаметр, меньше диаметра D образуемой скважины. Задняя секция 2 имеет корпус 18, выполненный в виде полой треугольной призмы, поперечные размер которой меньше диаметры скважины. Основания 13 жестко закреплены на корпусе 18. На нем же жестко закреплены сегменты сфер 19, по три на каждом поперечном сечении. Три секции сфер образуют опорный элемент, диаметр которого равен диаметру образуемой скважины. Всего на задней секции установлено два опорных элемента: передний 20 и задний 21. Таким образом, передняя и задняя секции установлены в скважине с зазором, а передняя секция установлена на задней консольно, и задняя секция является ее опорой. Внутри секций 1 и 2 размещены гибкий шламопровод 22 и кабели 23. На заднюю секцию действует постоянное осевое усилие Р. Устройство снабжено датчиками 24 положения инструментов 16. Предлагаемый способ реализуется при работе устройства следующим образом. Проходка скважины производится бурением поверхности забоя рабочим органом 15 при постоянном приложении осевого усилия Р к устройству. При проходке прямолинейного участка пути все карданные шарниры управляемого отклонителя имеют одинаковую длину, а приводы 10 отключены. Рабочий орган при вращении обрабатывает торцовую плоскость забоя своими торцовыми поверхностями и боковую плоскость, когда он находится в разложенном положении. Складывание и раскладывание рабочего органа происходит циклически при вращении породообразующих инструментов через определенный период. Так как оси 9 соединений звеньев шарниров лежат на радиусах устройства, т.е. находятся под углом друг к другу, то все три карданных шарнира образуют жесткую ферму, поэтому консольно установленная передняя секция 1 удерживается на весу. Реакция от бурения воспринимается стенками скважины через опорные элементы 20 и 21. При необходимости проходки криволинейного участка скважины производится удлинение одного или двух карданных шарниров на длину l. Для этого включаются приводы 10 этих шарниров и вращение от их валов через торсионные валы 11 передается винтам 14 и входным звеньям 3, которые выдвигаются из корпусов механизмов 12. При увеличении длины карданных шарниров создается отклоняющее усилие F, действующее на торец передней секции 1 в заданном месте, которое заставляет переднюю секцию 1 с рабочим органом 15 отклоняться также в заданном направлении. Включение приводов 10 происходит в тот момент, когда усеченные стороны инструментов 16 приближаются к положению, близкому к складыванию рабочего органа 15, которое контролируется датчиками 24 их положения. В это время происходит удлинение карданных шарниров на величину Δ l₁, которое длится некоторое время. Инструменты проходят положение полного складывания, когда их боковые поверхности не контактируют, со стенками скважины, боковое бурение отсутствует и, следовательно, отсутствует боковая реакция. Поворот секции 1 с рабочим органом происходит без препятствий, так как сама передняя секция имеет диаметр меньше диаметра скважины и между ней и стенками скважины имеется зазор. Величина отклоняющего усилия F незначительна. После этого некоторое время производится бурение скважины с частично отклоненными передней секцией и рабочим органом. В момент, когда рабочий орган имеет максимальный размер и производит бурение вбок, боковую реакцию воспринимают самотормозящие кинематические пары, в частности винтовая пара отклонителя, и передает ее непосредственно на корпус. Затем вновь включается привод 10 и при тех же условиях происходит удлинение этих же карданных шарниров на величину Δ l₂, a через некоторое время на Δ l₃ и т.д. пока сумма будет равна заданной величине. На этот период криволинейный участок полностью пройден и рабочий орган и передняя секция возвращаются в исходное положение путем включения приводов 10 выдвинутых карданных шарниров, но в обратном направлении. Процесс возвращения в исходное положение производится также циклически, как и выдвижение, так как этот процесс происходит при постоянном приложении осевого усилия Р и происходит как бы отклонение в обратную сторону. При отклонении передней секции и рабочего органа от положения задней секции происходит "излом" карданных шарниров по осям 7-9, а передняя секция 1 благодаря размещению в скважине с зазором занимает в ней произвольное положение. При "изломе" карданных шарниров происходит небольшой поворот входных звеньев 3 вокруг своих осей. В период, когда задняя секция 2 находится на криволинейном участке, ее корпус 18 также размещается в скважине произвольно, а опорные элементы 20 и 21 своими внешними сферическими поверхностями обкатываются по стенкам скважины. Предлагаемый способ требует отклоняющих усилий малой величины, так как отклонение передней секции с рабочим органом производится в период отсутствия бокового бурения и, следовательно, боковой реакции. Таким образом, площадь поверхности буримого забоя циклически изменяют путем циклического изменения поперечного размера рабочего органа, а отклоняющее усилие прикладывают также циклически при минимуме площади поверхности буримого забоя, т.е. в момент, когда рабочий орган имеет минимальный поперечный размер.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ КРИВОЛИНЕЙНЫХ СКВАЖИН, согласно которому поверхность забоя разрушают рабочим органом посредством бурения, при этом постоянно прилагают к рабочему органу осевое усилие и воздействуют на него отклоняющим усилием, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности работы за счет снижения величины отклоняющего усилия, площадь поверхности бурового забоя в процессе образования скважины циклически изменяют путем циклического изменения поперечного размера рабочего органа, причем отклоняющее усилие прикладывают к рабочему органу во время, когда рабочий орган имеет минимальный поперечный размер.

РИСУНКИ

Рисунок 1