Устройство для направленного буренияскважин

 

Союз Советских

Соцнапистнческик

Ресрублик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ iii 802498 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.10.78 (21) 2675241/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. К .

Е 21 В 7/04

Геоударстееиный комитет

СССР до делам изооретеиий и открытий (53) УДК 622.233..6 (088.8) Опубликовано 07.02.81. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 15.02.81

К). А. Мартьянов, А. Г. Лаптев, И. С. Попов, А. В. Гайдук@в»

О. Н. Баранов, А. В. Рябов и А. A.Çàéöåâ (72) Авторы изобретения, t

Донецкий государственный проектно-констру тбрский и экспериментальный институт комплексной механизации шахт

1 I (71) Заявитель (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 шарошками (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 бурения скважин в пластовых месторождениях полезных ископаемых, содержащее коронку с резцами, плавающий подпружиненный резцедержатель с отклоняющими и расширяющими шарошками, 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 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 возможносгью ограниченного поворота в вертикальной плоскости.

to 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 фиг. 1 (при бурении с двумя подаю20 щими 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

802498 с возможностью поперечных перемещений размещен резцедержатель 6 с шарошками 7, свободно установленными на осях 8. Между боковыми поверхностями приводного вала 3 и выступами 9 резцедержателя 6 размещены пружины 10, обеспечивающие концентричное вращение шарошек 7 относительно оси бурения при разрушении однородной горной массы.

На горизонтальной оси 11, перпендикулярной направлению бурения и закрепленной на передней штанге 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 2!,на концах которых снободно установлены ролики 22, обкатывающиеся в процессе вращения рсзцедержателя

6 вокруг оси бурения по профильной поверхности 20 шайбы 19. Форма профильной поверхности шайбы 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 меньшей 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 по профильной поверхности 20 шайбы 19. При этом исключается возможность поперечного смещения 45 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

4 случае В состав устройства вход,:, 1ò 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 шарошками 7 резцедержателей 6 при передаче им крутящего момента и напорных усилий вращающимися буровыми ставами 4.

При разрушении однородной горной массы резцедержателн 6 с шарошками 7, осями

21 и роликами 22 вращаются симметрично осям бурения.

Описанные из центров буровых ставов вокруг роликов 16 окружности имеют диаметры, большие диаметров скважин, поэтому ро-. лики 16 равномерно врезаются в стенки сква-жин, 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) шарошки 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 шарошек 7 с резцедержателями 6 регламентируется зазорами а между профильной поверхностью 20 и роликами 22.

При отжатии шарошек 7 от боковых пород возникает эксцентриситет между стенками скважин, буримых коронками i, и стенками скважин, буримых резцедержателями 6 с шарошками 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

802498 шарошками 7 под действием реактивных усилий со стороны забоя и пружин 10, а так же усилий, действующих в шарнирах на оси

11, устанавливаются симметрично относительно оси бурения и устройство переходит на прямолинейное перемещение.

При очередном подходе к боковым породам шарошек 6 устройства последние смещаются в сторону пласта и устройство переходит на ограниченном участке на криволинейное движение, а затем при выходе из а контакта с породои вновь — на прямолинеиное 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 откло- нить 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 кру тых пластах в направлении снизу вверх.

Формула изобретения

Устройство для направленного бурения скважин в пластовых месторождениях полезных 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.

802498

Фсю 7

Составитель Ю. Стрелов

Редактор Т. Авдейчик Техред А. Бойкас Корректор Н. Бабинец

Заказ 10162/38 Тираж 658 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4