Устройство для расширения наклонно-горизонтального ствола буровой скважины с целью добычи твердых полезных ископаемых

Полезная модель относится к устройствам расширения уже пробуренных наклонно-горизонтальных стволов буровых скважин в продуктивных горизонтах многопластовых месторождений твердых полезных ископаемых для последующей их добычи.

Задачей предлагаемого устройства является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении эффективности добычи ископаемых за счет увеличения давления на лопасти без увеличения энергетических затрат и в повышении прочностных характеристик узлов устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для расширения наклонно-горизонтального ствола буровой скважины с целью добычи твердых полезных ископаемых, включающем корпус, соединенный с бурильными трубами и снабженный режущими лопастями, внутреннюю цилиндрическую часть корпуса с установленным в нем толкателем, выполненным со сферическим наконечником и имеющим внутренний промывочный канал, согласно заявляемому решению, толкатель состоит из передней цилиндрической, средней конусообразной и задней цилиндрической частей, при этом передняя цилиндрическая часть толкателя выполнена с диаметром D - большим на ¼ часть по сравнению с диаметром d задней цилиндрической части толкателя; а лопасти выполнены с вогнутыми сферическими торцевыми частями, имеющими радиус, равный ½ диаметра наконечника толкателя.

Полезная модель относится к устройствам расширения уже пробуренных наклонно-горизонтальных стволов буровых скважин в продуктивных горизонтах многопластовых месторождений твердых полезных ископаемых для последующей их добычи.

Известны устройства для расширения вертикальных стволов буровых скважин с целью улучшения спуска обсадных колонн, но не с целью добычи ископаемых.

Известен расширитель скважин, включающий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем подпружиненным через посредство штока поршнем, закрепленные в наклонных пазах корпуса лапы с цапфами, на которых консольно установлены шарошки. (АС СССР 582373, МПК. E21B 7/28).

Известен расширитель скважины раздвижной, содержащий корпус с промывочными отверстиями и центральным проходным каналом и пазами, нижний центратор, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и выступами в форме зубьев, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, содержащий подпружиненный полый вал с поршнем, размещенный в проходном канале корпуса, имеющий на нижнем конце элементы зубчатого зацепления. При этом в полости, образованной внутренней стенкой корпуса и наружной поверхностью полого вала, установлена втулка, упирающаяся в уступ корпуса, с крышкой, выполненной с отверстиями для промывочной жидкости, в центре крышки закреплена игла, а во внутреннюю полость полого вала вставлена втулка вала из твердосплавного материала, центральное отверстие которой перекрывает игла, причем в верхней части расширителя установлен верхний центратор. (Патент на ИЗ 2318975, МПК E21B 7/28).

Известно устройство для расширения добычной скважины, которое включает корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения в рабочее положение. Корпус представлен в виде бурового става, а лопасти - в виде барового устройства с гидроприводом, расположенного внутри бурового става. Баровое устройство имеет возможность выдвигаться из пазов путем поворота до 90° относительно продольной оси бурового става. (патент на ПМ 84046).

Однако большинство устройств такого рода не предполагают одновременную добычу ископаемых.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является сменный рабочий орган в виде расширителя, включающий корпус с шарнирно установленными на нем режущими лопастями, толкатель с промывочным каналом и пружину. При этом корпус расширителя выполнен из двух частей, на передней из которых смонтированы режущие лопасти, армированные резцами, а внутри расположен полый шток. Пружина, расположенная внутри передней и задней частей корпуса, снабжена удерживающими кольцами, расположенными на концах пружины. (2236537, МПК7 E21B 7/06).

Однако данное устройство ограничено использованием для добычи только по категории мягкой твердости пород и не предназначено для добычи твердых полезных ископаемых по категории средней твердости пород.

Задачей предлагаемого устройства является устранение указанного недостатка.

Технический результат заключается в повышении эффективности добычи ископаемых за счет увеличения давления на лопасти без увеличения энергетических затрат и в повышении прочностных характеристик узлов устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для расширения наклонно-горизонтального ствола буровой скважины с целью добычи твердых полезных ископаемых, включающем корпус, соединенный с бурильными трубами и снабженный режущими лопастями, внутреннюю цилиндрическую часть корпуса с установленным в нем толкателем, выполненным со сферическим наконечником и имеющим внутренний промывочный канал, согласно заявляемому решению, толкатель состоит из передней цилиндрической, средней конусообразной и задней цилиндрической частей, при этом передняя цилиндрическая часть толкателя выполнена с диаметром D - большим на ¼ часть по сравнению с диаметром d задней цилиндрической части толкателя; а лопасти выполнены с вогнутыми сферическими торцевыми частями, имеющими радиус, равный ½ диаметра наконечника толкателя.

Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 - представлено устройство в закрытом состоянии, когда режущие лопасти сложены и направлены вперед, а поршень и толкатель находятся в крайнем заднем положении; на Фиг.2 - представлено устройство в раскрытом состоянии при расположении толкателя и поршня в среднем положении; на Фиг.3 - представлено устройство в положении толкателя и поршня в крайнем переднем положении, на Фиг.4 - вид спереди устройства в положении толкателя и поршня в крайнем переднем положении. Позициями на чертежах обозначены:

1 - корпус,

2 - лопасти,

3 - ось лопасти 2,

4 - паз в корпусе 1,

5 - передняя часть толкателя,

6 - задняя часть толкателя,

7 - поршень,

8 - шайба,

9 - бурильная труба,

10 - наконечник передней части 5 толкателя,

11 - торец лопасти 2,

12 - внутренняя цилиндрическая часть корпуса 1.

Устройство для расширения наклонно-горизонтального ствола буровой скважины с целью добычи полезных ископаемых содержит корпус 1 с двумя пазами 4 для размещения в нем двух лопастей 2 на осях 3 и с толкателем, размещенным с возможностью движения внутри внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1.

Толкатель имеет сквозной внутренний промывочный канал. Толкатель состоит из передней цилиндрической 5, средней конусообразной и задней цилиндрической 6 частей, причем передняя 5 часть толкателя выполнена с диаметром D - большим на ¼ часть по сравнению с диаметром d задней 6 части толкателя.

Передняя часть 5 толкателя выполнена со сферическим наконечником 10. Сферический наконечник 10 передней части 5 толкателя выполнен с диаметром, равным диаметру передней части толкателя.

Задняя часть 6 толкателя расположена с возможностью движения внутри внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1. На торцевой стороне задней части 6 толкателя закреплен поршень 7, диаметр которого равен внутреннему диаметру внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1. Поршень 7 обеспечивает гидравлическое усилие на толкатель и его движение внутри внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1.

Размер участка малого диаметра средней конической части толкателя равен диаметру задней цилиндрической части 6 толкателя, а размер участка большого диаметра средней конической части толкателя равен диаметру передней цилиндрической части 5 толкателя.

На одной из торцевых сторон внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1 расположена шайба 8, предназначенная для удержания задней части 6 толкателя по центру внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1. Внешний диаметр шайбы 8 равен внутреннему диаметру внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1, а внутренний диаметр шайбы 8 равен внешнему диаметру задней части 6 толкателя.

Лопасти выполнены с вогнутыми сферическими торцевыми частями 11, имеющими радиус, равный ½ диаметра наконечника 10 передней части толкателя. Режущие кромки лопастей снабжены резцами.

Бурильная труба 9 соединена с задней частью корпуса 1 посредством резьбового соединения.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 устройства с лопастями 2, находящимися в закрытом состоянии и направленными вперед, вводят в уже пробуренный ствол наклонно-горизонтальной скважины внутри продуктивного горизонта и продвигают до забоя. Поршень 7 вместе с толкателем при этом находится в крайнем заднем положении в торце внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1. (Фиг.1). Продвижение устройства до забоя пробуренной скважины осуществляют без промывки.

После этого включают буровой насос, создавая гидравлическое давление с помощью промывочной жидкости. Давление давит на поршень 7 и, следственно, на толкатель с одновременным вращением бурильных труб. Сферический наконечник 10 передней части 5 толкателя упирается в сферическую торцевую часть 11 лопасти 2, и происходит разворот режущих лопастей на 90° вокруг своей оси. Сферическая форма торца 11 лопасти 2 обеспечивает большую плоскость соприкосновения со сферическим наконечником 10 толкателя, что облегчает разворот лопастей. В результате лопасти расширяют диаметр скважины, выбуривая в забое сферу, в которую полностью погружаются режущие лопасти устройства в раскрытом состоянии. (Фиг.2).

После завершения разворота режущих лопастей на 90°, сохраняя постоянное вращение бурильными трубами и осуществляя постоянную промывку, начинают обратную подачу бурильных труб. Вращение бурильных труб осуществляют с помощью верхнего привода, прокачку промывочной жидкости осуществляют буровым насосом. Возникающая нагрузка на лопасти 2 симметрично сдавливает переднюю цилиндрическую часть 5 толкателя, имеющую увеличенный диаметр. В результате лопасти 2 фиксируются в раскрытом положении и при постоянном вращении бурильных труб при их обратной подаче и непрерывной промывке буровым насосом - осуществляется процесс добычи ископаемого из продуктивного пласта и вымывание его на поверхность.

При этом за счет исключения из конструкции устройства пружины, удерживающей поршень и отбирающей на себя не менее 50% гидравлического давления, создаваемого на поршень 7 толкателя, - лопасти даже в условиях горных пород средней категории твердости легко раскрываются и не требуют дополнительного энергетического воздействия. То есть, за счет исключения пружины все 100% гидравлического давления, создаваемого буровым насосом, направляют на поршень 7 и толкатель, что позволяет усилить давление на режущие лопасти 2. В этот момент поршень 7 находится в среднем положении внутри внутренней цилиндрической части 12 корпуса 1. (Фиг.2).

После завершения процесса добычи останавливают вращение бурильных труб, снимают тем самым нагрузку на режущие лопасти 2 и давление на переднюю цилиндрическую 5 толкателя. В результате толкатель выталкивается до конца в крайнее переднее положение. Участок малого диаметра средней конической части толкателя позволяет свободно пропустить возврат лопастей в направление вперед (лопасти в закрытом состоянии). (Фиг.3).

Устройство для расширения наклонно-горизонтального ствола буровой скважины с целью добычи твердых полезных ископаемых, включающее корпус, соединенный с бурильными трубами и снабженный режущими лопастями, внутреннюю цилиндрическую часть корпуса с установленным в нем толкателем, выполненным со сферическим наконечником и имеющим внутренний промывочный канал, отличающееся тем, что толкатель состоит из передней цилиндрической, средней конусообразной и задней цилиндрической частей, при этом передняя цилиндрическая часть толкателя выполнена с диаметром D, большим на ¼ часть по сравнению с диаметром d задней цилиндрической части толкателя; а лопасти выполнены с вогнутыми сферическими торцевыми частями, имеющими радиус, равный ½ диаметра наконечника толкателя.