Скважинное фиксирующее устройство

 

СКВАЖИННОЕ ФИКСИРУМЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее подпружиненные один относительно другого внешний и внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-огра ниченно сочлененные тяги, одна из которых имеет конусную поверхность и стопорную вилку, кулаки для взаимодействия с уступами внешнего корпуса и конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающие элементы, прижимные элементы, шарнирI , 13 . I но связанные через рычаги с внешним корпусом, два упругих элемента,один из которых размещен между одной из тяг и.внешним корпусом, а другой между внутренним корпусом и другой тягой, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих диаметров и повьш1ения его надежности в работе, устройство снабжено втулкой с подпружиненными фиксаторами и шарнирно связанными с ней направляющими с рычагами, шарнирно Связанньми с рычагами прижимных элементов, внешний корпус имеет дополнительные выступы для взаимодействия с фиксаторами втулки, при « этом тяга имеет два конуса, один из которых может взаимодействовать с фиксатором втулки, причем заклинивающие элементы установлены на направляющих для взаимодействия с другим § конусом тяги, а привод выполнен в виде подпружиненного поршня с калиброванным центральным отверстием. UD ;о о 4 :л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОИИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

as uu

3цр E 21 В 23/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ

-." f к

1

> (21) 3556921/22-03 (22) 31. 12.82 (46) 23.06.84. Бюл. № 23 (72) В.С.Кулагин (7 1) Восточно-Сибирский научно-иссле1 довательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (53) 622.241(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 3390094, кл. E 21 В 47/00, 25.01,82. (54)(57) СКВА11ИННОЕ ФИКСИРЛМЦЕК

УСТРОЙСТВО, содержащее подпружиненные один относительно другого внешний и внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-огра. ниченно сочлененные тяги, одна из которых имеет конусную поверхность и стопорную вилку, кулаки для взаимодействия с уступами внешнего корпуса и конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающие элементы, прижимные элементы, шарнир. но связанные через рычаги с внешним ..корпусом, два упругих элемента,один из которых размещен между одной из тяг и внешним корпусом, а другой— между внутренним корпусом и другой тягой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапаэона рабочих диаметров и повышения его надежности в работе, устройство снабжено втулкой с подпружиненными фиксаторами и шарнирно связанными с ней направляющими с рычагами, шарнирно связанными с рычагами прижим ных элементов, внешний корпус имеет дополнительные выступы для взаимодействия с фиксаторами втулки, при Я этом тяга имеет два конуса, один из которых может взаимодействовать с фиксатором втулки, причем ваклинивающие элементы установлены на направляющих для взаимодействия с другим а конусом тяги, а привод выполнен в виде подпружиненного поршия с калиброванным центральным отверстием.

1099045

Иэобратение относится к горному делу, а именно к буровому оборудованию и может быть использовано для бурения скважин.

Известно скважинное фиксирующее 5 устройство, содержащее подпружиненные один относительно другого внешний и внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-ограниченно сочлененные тяги, одна из ко1О торых имеет конусную поверхность и стопорную вилку, кулаки для взаимодействия с уступами внешнего корпуса и конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающие и прижимные элементы, шарнирно связанные через рычаги с внешним корпусом, два упругих элемента, один из которых помещен между одной из тяг и внешним корпусом, а другой — между внутренним корпусом и другой тягой (1" . Однако в известном устройстве распорный элемент имеет малый угол заклинивания, что ограничивает диа25 пазон рабочих диаметров скважин, причем стенки скважины, в которых заклинивается устройство, должны быть весьма прочны, что ограничивает применение устройства в скважинах со слабыми стенками.

Целью изобретения является расширение диапазона рабочих диаметров и повышение надежности в работе устройства в скважинах со слабыми стенками.

Поставленная цель достигается тем, что скважинное фиксирующее уст. ройство, содержащее подпружиненные один относительно другого внешний 40 и внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-ограниченно сочлененные тяги, одна из которых имеет конусную поверхность и стопорную вилку, кулаки для взаимо-45 действия с уступами внешнего корпуса и конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающие элементы, прижимные элементы, шарнирно связанные через рычаги с внешним 5О корпусом, два упругих элемента, один из которых размещен между одной из тяг и внешним корпусом, а другой между внутренним корпусом и другой тягой, снабжено втулкой с подпружи.ненными фиксаторами и шарнирно связанными с ней направляющими с рычагами,шарнирно связанными с рычагами прижимных элементов, внешний корпус имеет дополнительные выступы для взаимодействия с фиксаторами втулки, при этом тяга имеет два конуса, один из которых может взаимодействовать " фиксатором втулки, причем заклинивающие элементы установлены на направляющих для взаимодействия с другим конусом тяги, а привод выполнен в виде подпружиненного поршня с калиброванным центральным отверстием.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении (верхняя часть); на фиг. 2 — то же„ нижняя часть; на фиг. 3 — устройство в момент закрепления и начала бурения (верхняя часть); на фиг. 4 — то же, нижняя часть; на фиг. 5 — устройство в момент окончания цикла бурения при переводе устройства в транспортное положение (верхняя часть), на фиг. 6- то же, нижняя часть.

Устройство состоит из внешнеге 1 и внутреннего 2 корпусов, имевщих возможность ограниченно перемещаться один относительно другого. Между корпусами 1 и 2 помещена пружина 3.

В корпусе 1 помещена полая тяга 4, состоящая из большого 5 и малого 6 конусов, упора 7 и поршня 8, который помещен в цилиндр 9, являющийся продолжением корпуса 1. На тяге 4 помещена втулка 10, на которой шарнирно закреплены направляющие 11, при этом втулка 10 снабжена подпружиненными фиксаторами 12, взаимодействующими одними сторонами с малым конусом 6 полой тяги 4, а другими — с выступами 13 на корпусе 1. Между направляющими 11 и большим конусом 5 помещены заклинивающие элементы 14, выполненные в виде роликов, причем ролики через оси соединены с направляющими 11 и могут свободно вращаться на осях. Направляющие 11 через гибкие связи 15 соединены с полой тягой 4 и одновременно через рычаги 16 соединены с рычагами 17, которые шарнирно соединены с прижимными элементами 18, причем последние шарнирно через рычаги 17 и 19 соединены с корпусом 1. Поршень 5 центральным отверстием упирается в неподвижный упор 20, который перекрывает центральное отверстие на поршне 5. В цилиндре 9 помещен поршень 21 с центральным отверстием, причем упор 20 может перекрывать центральное отверстие на.

1099045 поршне 21. Поршень 21 соединен с полым штоком 22, который через обратный клапан 23 соединен с буровым механизмом 24, причем поршень 21 помещен в цилиндр 25, являющийся 5 продолжением корпуса 1. Между упором 7 на полой тяге 4 и корпусом 1 помещена пружина 26, а сама полая тяга 4 через подвижное и герметичное сочленение 27 соединена подвижно- 10 ограниченно с полой тягой 28, которая помещена во внутреннем корпусе 2. Полая тяга 28 имеет упор 29, стопорную вилку 30, конусную поверхность 31 и концевую часть 32. 15

Ю

Между упором 29 и корпусом 2 помещена пружина 33, мощность которой больше мощности пружины 26, причем упор 29 может упираться в гильзу 34, соединенную с корпусом 2. В пазах 20 корпуса 2 помещены кулаки 35, нагруженные плоскими пружинами 36 и 37, причем плоские пружины 37 закреплены на кулаках 35, а плоские пружины 36 — на корпусе 2. Кулаки 35 за- 25 креплены на осях 38 и способны смещаться сквозными пазами 39 по осям 38 до упора в выступы 40 корпуса 2, Стопорная вилка 30 упирается в сухари 41, которые подпружинен- 5б ны концевой пружиной 42, причем сухари помещены в специальных отверстиях, выполненных в корпусе 2 и упираются в продолжение, поршня 43 привода. Поршень 43 подпружинен пружиной 44 относительно корпуса 2 и имеет центральное калиброванное отверстие, в которое герметично входит концевая часть 32 полой тяги 28, причем сам поршень 43 помещен в цилиндр 45, являющийся частью корпуса 2 и имеет конус 46. Корпус 2 через гибкую связь 47 соединен с поверхностью, при этом гибкая связь 47 проходит с зазором через отверстие в корпу- 45 се 1. Корпус 1 имеет упор 48, в который может упираться корпус 2,и выступы 49, в которые могут упираться кулаки 35.

Устройство работает следующим образом.

При спуске устройства в скважину все элементы занимают положение, показанное на фиг. 1 и 2. По достижении буровым механизмом 24 забоя сква-55 жины по связи 47 подается под давлением приводная среда. Поршень 43, смещаясь конусом 46, воздействует на сухари 41, сдвигая их, и через них, нагружая пружину 42, одновременно давлением нагружается пружина 44 на поршне 43, При достижении сухарями 4 1 краев стопорной вилки 30 последняя под действием сжатой пружины 33 сдвигает сухари 4 1 и при дальнейшем продвижении стопорит их. Концевая часть 32 полой тяги 28 сдвигается по центральному отверстию поршня 43, одновременно конус 31 стопорной вилки 30 освобождает плоские пружины 37 на кулаках,35, при этом плоские пружины 36 поворачивают кулаки 35 на осях 38, выводя их из контакта с выступами 49 корпуса 1.

Полая тяга 28, смещаясь через сочленение 27, смещает полую тягу 4, при . этом через упор 7 сжимается пружина 26. Одновременно малый конус 6 через фиксаторы 12 смещает втулку 10, которая смещает направляющие 1. Таким образом, направляющие 11 и полая тяга 4 смещаются как одно целое, при этом направляющие через рычаги 16 открывают рычаги 17, которые раскрывают прижимные элементы 18, при этом за счет рычагов 19 прижимные элементы 18 раздвигаются параллельно оси скважины. При достижении элементами 18 стенок скважины устройство центрируется в скважине . при этом возрастает нагрузка на малый конус 6 и при определенной нагрузке на малый конус 6 он смещает подпружиненные фиксаторы 12, которые одной стороной входят в контакт с выступами 13 корпуса 1, а другой упираются в полую тягу 4 ° с !

Таким образом, втулка 10 и шарнирно соединенные с ней направляющие 11 стопорятся относительно корпуса 1.

При дальнейшем продвижении полой тяги 4 ролики накатываются на большой конус 5, при этом направляющие 11 через рычаги 16 и 17, прижимные элементы 18 заклиниваются между противоположными стенками скважины, причем направляющие 11 удерживаются от смещения относительно корпуса 1 фиксаторами 12. Устройство занимает положение, показанное на фиг. 2 и 4. При нагружении связи 47, соединенной с корпусом 2, последний нагружает пружину 32, которая через упор 29 нагружает полую тягу 28, при этом тяга 28 через сочленение 27 нагружает

1099045 полую тягу 4, которая через большой конус 5, ролики 14 эаклинивает направляющие 11 через рычаги 16 и 17 и прижимные элементы 18 между противоположными стенками скважины. Одновременно давление приводной среды через поршень 8, полую тягу 4 и большой конус 5 дополнительно заклинивает направляющие 11 а поршень 21 через шток 22 .(полый) прижимает буровой

fO механизм к забою скважины.

Приводная среда приводит в действие буровой механизм 24 и, выходя из него, выносит буровой шлам на поверхность. При дальнейшем нагружении свя15 зи 47 края cTQQopHOA вилки 30 достиа ают сухарей 41 которые под действием сжатой пружины 42 выходят из от— верстий корпуса 2 и упираются в конус 46 поршня, при этом конус 31 сто- О порной вилки 30 нагружает плоские пружины 37 и через кулаки 35 плоские пружины 36, тем самым прижимая кулаки 35 к внутренним стенкам корпуса 1.

Одновременно нагружается пружина 3 между корпусами 1 и 2.

При достижении упора 29 гильзы 34 нагружение связи 47 через корпус 2, полую тягу 28, сочленение 27 и полую тягу 4 передается на большой конус 5 о который жестко заклиыивает через ролики 14. направляющие 11, причем по 1 следние через рычаги 16 и 17, прижим ной элемент 18 жестко заклиниваются между противоположными стенками сква-3S жины.

По мере проходки скважины поршень 21 смещается и останавливается в конце цилиндра 25, при этом также останавливается, буровой механйзм 24.

Устройстно занимает положение, показанное на фиг. 5 и 6. В полой связи 47 производится, например, реверс давления, т.е. приводная среда откачивается из полой связи 47, при этом поршень 21 под действием разности давления в скважине и связи 47 смещается и через полый шток 22 приводит в исходное положение буровой механизм 24, причем обратный клапан 23 препятствует поступлению бурового шлама в цилиндр 25. После достижения буровым механизмом 24 исходного положения снимается нагрузка со связи 47, при этом корпус 2 под .действием сжатой пружины 3 смещается относительно корпуса 1, а упругоприжатые кулаки 35 скользят rto внутренним стенкам корпуса 1 и входят н контакт с выступами 49 корпуса 1 и упор 20 перекрывает центральное от,верстие на поршне 21. Поршень 43 под действием разности давления в цилиндре 45 и скважине, а также под действием сжатой пружины 44 сдвигается в исходное положение, при этом сухари 41 под действием пружины 42 сдвигаются до упора н продолжение поршня 43.

Одновременно сжатая пружина 26 упи. рается с одной стороны в упор 48, а с другой — в упор 7 полой тяги 4 и смещает корпус 2 н исходное положение, при этом одновременно большой конус 5 выходит из контакта с роликами 14, которые через оси освобождают заклиненные направляющие 11 и при дальнейшем смещении. тяги 4, малый конус 6 освобождает подпружиненные фиксаторы 12, которые выходят из контакта с выступами 13 корпуса 1, и становится в исходное положение. Гибкие связи 15 смещают направляющие н исходное положение, при этом напранляющие 11 прижимаются через ролики 14 к началу большого конуса 5.

Направляющие 11 через рычаги 16 и 17 смещают прижимные элементы 18, а через них рычаги 19 в исходное положение. Поршень 8 под действием разности давления стремится через тягу 4 сложить прижимные элементы в исходное положение, причем централь" ное отверстие на нем перекрывается упором 20. При. невозможности мощностью пружины 26 и разностью давления отделить прижимные элементы 18 от сте" нок скважины полая тяга 28 смещается .н сочленении 27 при неподвижной полой тяге 4 и при последующем нагружении связи 47 корпуса 1 и 2 эа счет сцепления кулаков 35 с выступами 49 перемещаются как одно целое, заставляя через рычаги 19 и 17 отделиться прижимные элементы 18 от стенок скважины, при этом кулаки 35 сдвигаются сквозными пазами 39 по осям 38 и расклиниваются между выступами 49 корпуса 1 и выступами 40 корпуса 2.

Устройство для бурения скважин занимает исходное положение, показанное на фиг. 2 и 1, и может быть сйова опущено яа забой или поднято на поверхность.

Таким образом, наличие в устройст-. ве направляющих, соединенных одними

1099045 сторонами через рычаги с прижимными элементами, а другими сторонами — со втулкой, снабженной подпружиненными фиксаторами, позволяет жестко зафиксировать буровой снаряд перед забоем скважины, при этом величина рабочих диапазонов диаметров скважин значительно увеличивается. Жесткая фиксация снаряда в скважине осуществляется через прижимные элементы, площадь контакта которых со стенками скважины может быть по сравнению с известными устройствами намного больше, что позволяет предлагаемому устройству работать в осложненных скважинах, пройденных в слабых породах.

Усилие прижатия прижимных элементов к противоположным стенкам скважины возможно регулировать при бурении путем вертикального нагружения гибкой связи, на которой устройство подвешено, что позволяет менять режим работы прижимного узла в момент бурения. Так, например, при смещении снаряда от забоя скважины при бурении ослабевает гибкая связь, которая может быть нагружена до величины, предотвращающей смещение снаряда непосредственно в момент бурения.

Предлагаемое устройство позволяет производить буровые работы на значи- . тельных глубинах при широком рабочем диапазоне диаметров скважин. I099045

1099045

t099045

Составитель А.Сергачев

Редактор О.Черниченко Техред T.Маточка Корректор М,Шароши

Заказ 4334/26 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

f13035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4