Устройство для бурения скважин

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к устройствам для бурения скважин в грунте с возможностью расширения призабойных зон скважин. Установленный на поверхности земли гидроаккумулятор 9 подает среду под давлением в рабочую полость гидроцилиндра 5 для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра 5. Подвижная рамка 4 выдвигается и сменные буровые накладки 3 с породоразрушающим инструментом осуществляют разрушение породы и требуемое расширение призабойной зоны скважины. Профильные накладки 11 обеспечивают беспрепятственный обратный ход штока гидроцилиндра 5. По каналам 8 в зону работы расширителя подается промывочная жидкость. Средства 10 обеспечивают заданную скоростью и заданную величину усилия при перемещении штока гидроцилиндра 5. 1 н.п. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к устройствам для бурения скважин в грунте с возможностью расширения призабойных зон скважин.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленной полезной моделью признаков.

Известен расширитель грунтовых скважин, включающий упорный обод на корпусе пневмопробойника и перемещающийся по поверхности корпуса пневмопробойника до соприкосновения с ободом конусообразный стальной стакан, оборудованный гибкой связью в виде троса с выходом его на дневную поверхность, отличающийся тем, что стакан выполнен в виде цельного кольца и по боковой поверхности кольца, контактирующей со стенками скважины, выполнена круговая выточка, в которой размещены несколько витков пружинной проволоки, в одном месте выточки выполнена прорезь с размещенной в ней сомкнутой скобой эллипсообразной формы, охватывающей витки пружинной проволоки, и прикрепленным к скобе тросом, а по периметру верхней горизонтальной поверхности кольца выполнены дополнительные прорези, сообщающие внутреннее пространство выточки с внутренним пространством скважины, см. патент РФ 2436901.

Известен расширитель скважин, содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, поршень, взаимодействующий со штоком, и закрепленные в наклонных пазах корпуса лапы с цапфами, на которых установлены шарошки с зубками, при этом лапы снабжены опорами, соединенными посредством тяг с поршнем и имеющими отверстия, в которых расположены свободные концы цапф лап, а поршень выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса. Кроме этого, зубки на каждой из шарошек размещены с различным шагом, а тяги поршня выполнены двухзвенными и соединены с опорами лап шарнирно, см. патент РФ 2172385.

Известен расширитель скважин, содержащий корпус с наклонными поверхностями и размещенным в нем штоком с образованием камеры, кольцевой поршень с толкателем, размещенный в камере, лапы, выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими наклонными поверхностями корпуса и толкателя поршня и ограниченного радиального перемещения наружу, отличающийся тем, что толкатель поршня выполнен в виде многогранной призмы, размещенной сверху поршня, а лапа снизу снабжена фаской под соответствующую грань призмы поршня, причем корпус оснащен верхним и нижним ограничителями, выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним концами лап для ограничения при их радиальном перемещении наружу, см. патент РФ 2445431.

Известен буровой расширитель, содержащий по существу трубчатый корпус, имеющий вогнутую носовую часть, проходящую к боковой стенке через по существу дугообразную переходную область перегиба, несколько разнесенных по кругу спиральных лопастей на наружной поверхности корпуса, проходящих от области вблизи переходного перегиба и образующих в промежутках между друг другом канавки, при этом каждая лопасть долота сначала по существу не выступает на своем аксиально переднем конце и далее расходится радиально наружу к части, выступающей по существу на постоянную высоту и имеющей на аксиально заднем конце проходящий радиально внутрь скос, и режущую структуру, конфигурация и расположение которой на боковой стенке корпуса обеспечивают ее контакт с боковой стенкой ствола скважины, и которая включает множество режущих элементов, расположенных вдоль передней по направлению вращения кромке каждой лопасти долота, из указанных нескольких, расположенных вблизи аксиально переднего конца, см. патент РФ 2436927.

Известно устройство для бурения скважин, включающее колонну бурильных труб с центратором, установленным на колонне бурильных труб над расширителем, забурник с корпусом и промывочным каналом, отличающееся тем, что центратор установлен на расстоянии, большем длины полуволны изгиба колонны бурильных труб в процессе бурения, и выполнен в виде шарнирных, подпружиненных лопастей, диаметр центрации которых в транспортном положении соответствует диаметру скважины, а в рабочем - диаметру расширенной части ствола скважины, при этом расширитель выполнен с эксцентрично расположенными породоразрушающими лопастями, а корпус забурника выполнен в виде ограничительной ступени и снабжен стабилизирующими элементами, закрепленными к корпусу со стороны эксцентрично размещенных породоразрушающих лопастей, см. патент РФ 2254433.

Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков полезной модели, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.

Недостатком данного устройства является ненадежность конструкции расширителя скважины, обусловленная отсутствием возможности контроля величины и скорости выхода породоразрушающего инструмента с поверхности земли и защиты выдвижных деталей инструмента от заклинивания при попадании песка или камней, а также отсутствием возможности совмещать вращение бурильных труб с выходом породоразрушающего инструмента расширителя.

Задача полезной модели заключается в повышении надежности конструкции расширителя скважины с обеспечением возможности контроля величины и скорости выхода породоразрушающего инструмента с поверхности земли, защитой выдвижных деталей инструмента от заклинивания, возможностью совмещать вращение бурильных труб с выходом породоразрушающего инструмента расширителя.

Сущность полезной модели как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше результата.

Устройство для бурения скважин, включающее колонну бурильных труб с расширителем призабойной зоны скважины, включающим укрепленный с возможностью перемещения по меньшей мере один породоразрушающий инструмент, характеризующееся тем, что породоразрушающий инструмент выполнен в виде сменной буровой накладки, укрепленной на подвижной рамке, жестко связанной со штоком гидроцилиндра двухстороннего действия, который укреплен в корпусе расширителя, который посредством присоединительной муфты соединен с колонной бурильных труб, снабженной каналами для подачи промывочной жидкости, при этом рабочая полость гидроцилиндра сообщена с установленным на поверхности средством для подачи в нее среды под давлением, снабженным средствами для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра с заданной скоростью и заданным усилием.

Кроме этого, заявленное решение имеет ряд признаков, характеризующих полезную модель в частных случаях ее выполнения, конкретных формах ее материального воплощения либо особых условиях ее использования, а именно:

- средство для подачи в рабочую полость гидроцилиндра среды под давлением может быть выполнено в виде гидроаккумулятора;

- средство для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра с заданной скоростью может быть выполнено в виде запорного органа, регулирующего удельный объем подаваемой в гидроцилиндр среды;

- средство для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра с заданным усилием может быть выполнено в виде регулятора давления подаваемой в гидроцилиндр среды;

- подвижная рамка может быть снабжена профильной накладкой для обеспечения беспрепятственного обратного хода штока гидроцилиндра;

- трущиеся поверхности расширителя могут быть снабжены пескосъемными накладками, обеспечивающими их очистку;

- режущие кромки породоразрушающего инструмента могут быть выполнены с отрицательной геометрией;

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленной полезной модели. Технический результат, достигаемый при использовании существенных признаков полезной модели заключается в том, что привод гидроцилиндрами двухстороннего действия и контроль скорости и усилия породоразрушающего инструмента осуществляются с поверхности земли, осуществляется постоянная промывка в процессе работы в зоне резания расширителя с подачей жидкости через колонну бурильных труб, при этом породоразрушающий инструмент выполнен сменным.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг.1 - изображен общий вид заявленного устройства, на фиг.2 - расширитель с выдвинутыми породоразрушающими элементами.

Устройство для бурения скважин включает колонну бурильных труб 1 с расширителем призабойной зоны скважины, который включает укрепленный с возможностью перемещения по меньшей мере один породоразрушающий инструмент 2 в виде сменной буровой накладки 3, укрепленной на подвижной рамке 4, жестко связанной со штоком гидроцилиндра двухстороннего действия 5, который укреплен в корпусе 6 расширителя, который в свою очередь посредством присоединительной муфты 7 соединен с колонной бурильных труб 1, снабженной каналами 8 для подачи промывочной жидкости. Рабочая полость гидроцилиндра 5 сообщена с установленным на поверхности гидроаккумулятором 9, снабженным средствами 10 для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра 5 с заданной скоростью и заданным усилием. Подвижная рамка 4 снабжена профильной накладкой 11 для обеспечения беспрепятственного обратного хода штока гидроцилиндра 5. Трущиеся поверхности расширителя снабжены пескосъемными накладками (на чертеже не показаны), обеспечивающими их очистку. Режущие кромки породоразрушающего инструмента для повышения эффективности работы может быть выполнен с отрицательной геометрией, т.е. иметь отрицательный передний угол - угол между передней гранью и основной плоскостью.

Заявленный расширитель работает следующим образом.

Установленный на поверхности земли гидроаккумулятор 9 подает среду под давлением в рабочую полость гидроцилиндра 5 для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра 5. Подвижная рамка 4 выдвигается и сменные буровые накладки 3 с породоразрушающим инструментом осуществляют разрушение породы и требуемое расширение призабойной зоны скважины. Профильные накладки 11 обеспечивают беспрепятственный обратный ход штока гидроцилиндра 5. По каналам 8 в зону работы расширителя подается промывочная жидкость. Средства 10 обеспечивают заданную скоростью и заданную величину усилия при перемещении штока гидроцилиндра 5. Регулирование скорости выдвижения породоразрушающего инструмента 2 осуществляют за счет регулирования запорным органом 10 величины удельного объема подаваемой в гидроцилиндр 5 среды. Величину усилия породоразрушающего инструмента регулируют с помощью регулятора давления гидроаккумулятора 9. При этом появляется возможность с помощью расходомера подачи среды под давлением в рабочую полость гидроцилиндра 5 измерять объем подаваемой среды и по этому показателю точно определять длину выдвижения породоразрушающего инструмента и контролировать размер расширяемой зоны скважины.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных материалов и технических средств.

1. Устройство для бурения скважин, включающее колонну бурильных труб с расширителем призабойной зоны скважины, включающим укрепленный с возможностью перемещения, по меньшей мере, один породоразрушающий инструмент, отличающееся тем, что породоразрушающий инструмент выполнен в виде сменной буровой накладки, укрепленной на подвижной рамке, жестко связанной со штоком гидроцилиндра двухстороннего действия, который укреплен в корпусе расширителя, который посредством присоединительной муфты соединен с колонной бурильных труб, снабженной каналами для подачи промывочной жидкости, при этом рабочая полость гидроцилиндра сообщена с установленным на поверхности средством для подачи в нее среды под давлением, снабженным средствами для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра с заданной скоростью и заданным усилием.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для подачи в рабочую полость гидроцилиндра среды под давлением выполнено в виде гидроаккумулятора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра с заданной скоростью выполнено в виде запорного органа, регулирующего удельный объем подаваемой в гидроцилиндр среды.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для обеспечения прямого и обратного хода штока гидроцилиндра с заданным усилием может быть выполнено в виде регулятора давления подаваемой в гидроцилиндр среды.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижная рамка может быть снабжена профильной накладкой для обеспечения беспрепятственного обратного хода штока гидроцилиндра.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трущиеся поверхности расширителя могут быть снабжены пескосъемными накладками, обеспечивающими их очистку.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что режущие кромки породоразрушающего инструмента могут быть выполнены с отрицательной геометрией.