Скважинное фиксирующее устройство

 

1. СКВАЖИННОЕ ФИКСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее связь, соединяющую его с поверхностью, внешний и внутренний корпуса, стопорный узел, тяговый механизм, включающий упоры, конус, полую тягу с вилкой, окнами и коромыслом , прижимные элементы, шарнирно, через рычаги, соединенные с внешним корпусом , два упругих элемента разной мощности , больший из которых помещен между упором тягового механизма и внутренним корпусом, а меньщий - между упором тягового механизма и внешним корпусом, направляющие , шарнирно, . через рычаги, соединенные с прижимными элементами и через оси - с заклинивающими роликами, полую втулку, шарнирно связанную с направляющими , отличающееся тем, что, с целью повышения надежности его в работе, оно снабжено полыми сепараторами с отверстиями по периферии, в которых помещены шарики, при этом один из сепараторов жестко связан с внешним корпусом и способен через внешнюю образующую шариков взаимодействовать с подпружиненным относительно внешнего корпуса конусом, и через внутреннюю образующую - с полой втулкой , щарнирно связанной с направляющими, а другой сепаратор установлен во внутреннем корпусе, подпружинен относительно тягового механизма, имеет с ним подвижное сочленение и способен внещней образующей щариков, через конус, взаимодействовать с внутренним корпусом, а внутренней образующей - с полой тягой, причем полая тяга способна одной стороной взаимодействовать с тяговым механизмом, а другой - вилкой с окнами, через коромысла, шарнирно через оси, закрепленные во внешнем корпусе, - с подпружиненными относительно внешнего корпуса конусом, при этом сам конус способен взаимодействовать с вилкой полой тяги. 2.Устройство по п. 1, отличающееся (Л тем, что направляющие снабжены конусными упорами, способными взаимодействовать с конусной поверхностью меньшего упругого элемента, содержащего подпружиненную нажимную втулку, имеющую возможность ограниченного смещения относительно тягового механизма. 3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся кэ тем, что направляющие шарнирно через тяги соединены с дополнительной втулкой, свободно помещенной и взаимодействующей со с тяговым механизмом. 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полая тяга имеет разные диаметры наружной поверхности. 5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения наружного диаметра, внешний и внутренний корпуса разнесены по вертикали и контактируют друг с другом торцовыми сторонами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН за Е 21 В 2308

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CO

C)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3608687/22-03 (22) 24.06.83 (46) 23.10.84. Бюл. № 39 (72).В. С. Кулагин (71) Восточно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (53) 622.241 (088.8! (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3390094, кл. Е 21 В 47/00, 25.01.82.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3556921, кл. Е 21 В 23/08, 31.12.82 (прототип) (54) (57) 1. СКВАЖИННОЕ ФИКСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее связь, соединяющую его с поверхностью, внешний и внутренний корпуса, стопорный узел, тяговый механизм, включающий упоры. конус, полую тягу с вилкой, окнами и коромыслом, прижимные элементы, шарнирно, через рычаги, соединенные с внешним корпусом, два упругих элемента разной мощности, больший из которых помещен между упором тягового механизма и внутренним корпусом, а меньший — между упором тягового механизма и внешним корпусом, направляющие, шарнирно, . через рычаги, соединенные с прижимными элементами н через оси — с заклинивающими роликами, полую втулку, шарнирно связанную с направляющими, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности его в работе, оно снабжено полыми сепараторами с отверстиями по периферии, в которых помещены шарики, при этом один из сепараторов жестко связан с внешним корпусом и способен через внешнюю образующую шариков взаимодействовать с подпружиненным относи„„SU„„1120091 A тельно внешнего корпуса конусом, и через внутреннюю образующую — с полой втулкой, шарнирно связанной с направляющими, а другой сепаратор установлен во внутреннем корпусе, подпружинен относительно тягового механизма, имеет с ним подвижное сочленение и способен внешней образующей шариков, через конус, взаимодействовать с внутренним корпусом, а внутренней образующей — с полой тягой, причем полая тяга способна одной стороной взаимодействовать с тяговым механизмом, а другой — вилкой с окнами, через коромысла, шарнирно через оси, закрепленные во внешнем корпусе, с подпружиненными относительно внешнего корпуса конусом, при этом сам конус способен взаимодействовать с вилкой полой тяги.

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что направляющие снабжены конусными упорами, способными взаимодействовать с конусной поверхностью меньшего упругого элемента, содержащего подпружиненную нажимную втулку, имеющую возможность ограниченного смещения относительно тягового механизма.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что направляющие шарнирно через тяги соединены с дополнительной втулкой, свободно помещенной и взаимодействующей с тяговым механизмом.

4. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что полая тяга имеет разные диаметры наружной поверхности.

5. Устройство по и. I, отличающееся тем, что, с целью уменьшения наружного диаметра, внешний и внутренний корпуса разнесены по вертикали и контактируют друг с другом торцовыми сторонами.

112OO9I

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

Известно скважинное фиксирующее устройство, содержащее гибкую связь, два корпуса, между которыми помещена пружина, привод и связанный с ним тяговый механизм с конусной поверхностью, кулачки, взаимодействующие с уступами одного из корпусов и конусной поверхностью, распорный элемент, связанный с подпружиненным кольцом, стопорную вилку, подпружиненные сухари, направляющую с пазом, в котором помещен штифт, связанный с подпружиненным кольцом, расположенным на направляющей, пружину, помещенную между тягой и одним из корпусов, и прижимной рычаг, одним концом шарнирно связанный с распорным элементом, а другим с одним из корпусов (!).

Недостатком этого устройства является то, что распорный элемент имеет малый угол заклинивания, что ограничивает диапазон рабочих диаметров скважин, причем конструкция устройства не позволяет однократным погружением связи, на которой оно подвешено, перевести его из рабочего поло- 5 жения в транспортное.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для бурения скважин, содержащее прижимной узел, включающий гибкую связь, внешний и внутренний корпуса, привод и связанный с ним тяговый механизм с конусной поверхностью, стопорную вилку, большой конус, кулаки, взаимодействующие с уступами внешнего корпуса и конусной поверхностью, подпружиненные сухари, заклинивающие ролики, упругий элемент, помещенный между корпусами, прижимные элементы, шарнирно, через рычаги, соединенные с внешним корпусом, два упругих элемента, один из которых помещен между тяговым механизмом и 40 внешним корпусом, а другой — между внутренним корпусом и тяговым механизмом, направляющие, одними сторонами шарнирно соединенные с втулкой, а другими — шарнирно, через рычаги, с прижимными эле- 45 ментами, подпружиненные фиксаторы, помещенные во втулке, взаимодействующие одними сторонами с малым конусом тягового механизма, а другим — с выступами внешнего корпуса, гибкие связи, соединяющие тяговый механизм с направляющими, на 50 которых через оси закреплены заклинивающие ролики 12).

Недостатком известного устройства является то, что при переводе его из рабочего положения в транспортное, складывание

55 прижимных элементов происходит после полного выхода большого конуса из контакта с заклинивающими роликами, причем в первый момент выхода из заклиненного состояния между конусом и закли нивающими роликами возможно нахождение бурового шлама, который препятствует выходу большого конуса из заклиненного состояния, что может привести к перегрузкам элементов прижимного узла и их разрушению в момент перевода устройства из рабочего положения в транспортное. Прижимной узел снабжен кулаками, взаимодействующими с уступами внешнего корпуса, причем уступы расположены друг от друга на величину, большую чем линейный размер контактирующей поверхности кулаков, что не позволяет кулакам взаимодействовать с внешним корпусом в любой точке.

Корпуса устройства расположены один внутри другого, что является усложнением конструкции и приводит к увеличению диаметра устройства и снижению его надежности работы, поскольку буровой шлам, попадая между корпусами, может вызвать их за кл и ни ва нне.

Гибкие связи, соединяющие направляющие с тяговым механизмом, в рабочем положении ослаблены, что может привести к попаданию их в движущиеся части устройства и заклиниванию последнего.

Устройство также снабжено подпружиненными фиксатора ми, взаи модействующи ми с малым конусом тягового механизма и уступами внешнего корпуса, при этом фиксаторы могут контактировать с уступами внешнего корпуса только в определенных точках, что усложняет работу устройства, а попадание бурового шлама между уступами снижает его надежность.

Целью изобретения является повышение надежности работы и уменьшение наружного диаметра устройства.

Поставленная цель достигается тем, что скважинное фиксирующее устройство, содержащее связь, соединяющую его с поверхностью, внешний и внутренний корпуса, стопорный узел, тяговый механизм, включающий упоры, конус, полую тягу с вилкой, окнами и коромыслом, прижимные элементы, шарнирно, через рычаги, соединенные с внешним корпусом, два упругих элемента разной мощности, больший из которых помещен между упором тягового механизма и внутренним корпусом, а меньший — между упором тягового механизма и внешним корпусом, направляющие, шарнирно, через рычаги, соединенные с прижимными элементами и через оси — с заклинивающими роликами, полую втулку, шарнирно связанную с направляющими, снабжено полыми сепараторами с отверстиями по периферии, в которых помещены шарики, при этом один из сепараторов жестко связан с внешним кор-, пусом и способен через внешнюю образую. щую шариков взаимодействовать с подпружиненными относительно внешнего корпуса конусом, и через внутреннюю образующую 1120091

Скважинное фиксирующее устройство 35 состоит из внутреннего 1 и внешнего 2 корпусов, которые контактируют друг с другом

45

55 с полой втулкой, шарнирно связанной с направляющими, а другой сепаратор установлен во внутреннем корпусе, подпружинен относительно тягового механизма, имеет с ним подвижное сочленение и способен внешней образующей шариков, через конус, взаимодействовать с внутренним корпусом, а внутренней образующей — с полой тягой, причем полая тяга способна одной стороной взаимодействовать с тяговым механизмом, а другой — вилкой с окнами, через коромысла, шарнирно через оси закрепленные во внешнем корпусе, — с подпружиненными относительно внешнего корпуса конусом, при этом сам конус способен взаимодействовать с вилкой полой тяги.

Кроме того, направляющие снабжены конусными упорами, способцыми взаимодействовать с конусной поверхностью меньшего упругого элемента, содержащего подпружиненную нажимную втулку, имеющую возможность ограниченного смещения относительно тягового механизма.

Направляющие шарнирно через тяги соединены с дополнительной втулкой, свободно помещенной и взаимодействующей с тяговым механизмом.

Полая тяга имеет разные диаметры наружной поверхности.

Внешний и внутренний корпусы разнесены по вертикали и контактируют друг с другом торцовыми сторонами.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении; на фиг. 2 — то же, в рабочем положении; на фиг. 3 — момент перевода устройства из рабочего положения в транспортное. торцовыми сторонами. Корпус 1 через гибкий элемент, кабель-трос 3, соединен с поверхностью и содержит стопорный узел 4, способный по команде с поверхности освобождать упор 5, являющийся частью тяги

6. Тяга 6 проходит по внутренней части корпусов 1 и 2 и имеет упор 7 с втулкой 8, конус 9, штифт 10, упоры 11 и 12. Втулка 8 имеет упоры 13 и 14, между которыми помещен упругий элемент— нагруженная пружина 15 и упор 1б сепаратора 17. В сепараторе 17 в отверстиях по периферии помещены шарики

18, причем шарики 18 внешней образующей взаимодействуют с конусом 19, который жестко связан с корпусом 1, а внутренней образующей шарики 18 взаимодействуют с наружной поверхностью полой тяги 20.

Полая тяга 20 имеет разные диаметры наружной поверхности, которыми способна взаимодействовать с внутренней образующей шариков 18. Стороной с меньшим диаметром полая тяга 20 упирается в упор 7, 5

30 а со стороны большего диаметра имеет вилку 21 с окнами 22.

На осях 23, жестко связанных с корпусом 2, шарнирно закреплены коромысла

24, одни стороны которых взаимодействуют с окнами 22, а другие — с конусом 25, причем конус 25 взаимодействует с вилкой 21 полой тяги 20. Между конусом 25 и корпусом 2 помещен упругий элемент — нагруженная пружина 26. Конус 25 способен взаимодействовать с внешней образующей шариков 27, помещенных в отверстие сепаратора 28, который жестко связан с корпусом 2. Полая втулка 20 способна взаимодействовать наружной поверхностью с внутренней образующей шариков 27 и шарнирно связана с направляющими 30.

Заклинивающие ролики 31 через оси

32 закреплены на направляющих 30 и способны взаимодействовать с конусом 9.

Направляющие 30 имеют конусные упоры 33, которыми способны взаимодействовать с конусной поверхностью 34 нажимной втулки 35, которая помещена на тяге 6. Между нажимной втулкой 35 и упором 11 тяги 6 помещен упругий элемент — нагруженная пружина 36, при этом штифт 10 тяги 6 помещен в паз 37 нажимной втулки 35 и ограничивает смещение нажимной втулки 35 относительно тяги 6. Направляющие 30 шарнирно через рычаги 38 соединены с прижимными э4ементами 39, при этом прижимные элементы 39 шарнирно через рычаги 40 соединены с корпусом 2.

Оси 32 через тяги 41 шарнирно соединены с втулкой 42, помещенной на нажимной втулке 35, причем втулка 42 упирается в конус 9. Между корпусом 2 и упором 12 на тяге 6 помещен упругий элемент — нагруженная пружина 43, мощность которой больше суммы мощностей пружин 15 и

26, а мощность пружины 15 больше мощности пружины 26.

Между корпусом 1 и упором 7 тяги 6 помещен упругий элемент — нагруженная пружина 44, мощность которой больше мощности пружины 43.

Устройство работает следующим образом.

При спуске устройства в скважину все элементы занимают положение, показанное на фиг. 1. При достижении устройством необходимой отметки в скважине по кабелю-тросу 3 подается команда на стопорный узел 4, при этом последний освобождает упор 5 тяги б. Нагруженная пружина 44 через упор 7 смещает тягу 6, при этом втулка 8 упором 14 через упор 16 выводит сепаратор 17 с шариками 18 из контакта с конусом 19 и полой тягой 20. Одновременно пружина 26 смещает конус 25, который надвигается на шарики 27 и заклинивает их между собой и полой втулкой 29, причем освобожденная полая тяга 20 через вилку

1120091

21 сдвигается конусом 25 на величину его смещения. Конусная поверхность 34 нажимной втулки 35 входит в контакт с конусными упорами ЗЗ направляющих 30. Направляющие 30 смещаются и сдвигают связанную с ними полую втулку 29, которая поворачивает наружной поверхностью шарики 27 относительно своих осей. Подпружиненный конус 25 под действием вращения шариков 18 частично смещается, сжимая пружину 26 и не препятствует сдвижению полой тяги 29. Рычаги 38, упираясь в прижимные элементы 39 и через них в рычаги

40 и корпус 2, открывают прижимные элементы 39. Пружина 43 сжимается между корпусом 2 и упором 12, а пружина 15, освобождаясь, прижимает упор 16 сепаратора 17 к упору 14 втулки 8, при этом шарики

18 выходят из конуса 19 и удерживаются от выпадания сепаратором 17. При достижении прижимными элементами д9 противоположных стенок скважины возрастает нагрузка на конусные упоры 33 направляющих 30, при этом через нажимную втулку 35 нагружается пружина 36, а сама нажимная втулка 35, скользя пазом 37 по штифту IO, смещается относительно тяги 6. Происходит предварительное открытие прижимных эле-, ментов 39 и упругое прижатие их к противоположным стенкам скважины. При дальнейшем сдвижении тяги 6 конус 9 входит в контакт с роликами 31, при этом ролики

3l накатываются на конус 9 и через оси 32 открывают направляющие 30, при этом конусные упоры 33 выходят из контакта с конусной поверхностью 34 нажимной втулки 35, а сама нажимная втулка 35 смещается относительно тяги 6, нагружая пружину 36. Тяги 41 открываются одновременно с направляющими 30 и сдигают втулку 42 относительно тяги 6, при этом конус 9 выходит из контакта с втулкой 42. При полном выходе конусных упоров ЗЗ.из контакта с конусной поверхностью 34 заклинивающие ролики 31, накатываясь на конус 9, заклинивают через направляющие 30 и рычаги 38 прижимные элементы 39 между противоположными стенками скважины, при этом под действием сжатой пружины 36 нажимная втулка 35 занимает исходное положение. (одновременно направляющие ЗО под дей, г111и м заклиппвающих нагрузок стремятся

i чсГ1 пт ьси B 1! сходное положение, при этом сппл;п1ная с ними полая втулка 29 наруж1к1п 1п,верхностыо поворачивает шарики 27 отпос1:тельно своих осей и заклинивает их между ко:1, сом 25 и своей наружной поверхност11О, cl поскольку шарики 27 удержива1отся ссп;1р11тором 28, то полая тяга 29 удержпваст связанпые с ией направляющие 30 ,и. смеп1сппя относительно корпуса 2.

<1>пгуры А, образованные рычагами 40, : 1ппл пчными элементами 39, рычагами 38, 50

Поскольку величина складывания прижимных элементов 39 через рычаги 38 намного больше, чем величина раскрытия их через заклинивающие ролики 31 о конус

9 при одном и том же смещении направляющих 30, то прижимные элементы 39 не достигают стенок скважины. При сдвижении корпусов 1 и 2 друг к другу полая тяга 20 за счет инерции и сил трения подпружиненных шариков 18 о наружную поверхнаправляющими 30 и корпусом 2 в контакте со стенками скважины имеют одну степень свободы и способны раздвигаться только в сторону стенок скважины.

Корпус 9 заклинивает через заклинивающие ролики 31 фигуры А между противоположными стенками скважины. Пружина 43 сжимается между упором 12 и корпусом 2 при смещении тяги 6 от исходного положения.

io

Устройство занимает рабочее положение, показанное на фиг. 2, где фигуры А заштрихованы.

При переводе устройства из рабочего положения в транспортное нагружается ка15 бель-трос 3, который смещает связанный с ним корпус 1, при этом нагружается пружина 44, а через нее — упор 7 с тягой, 6, причем сама тяга 6 смещает конус 9, тем самым дополнительно заклинивает фигуры А между противоположными стенками скважины. Корпус 1 смещается относительно неподвижного корпуса 2. При выходе упора

5 из стопорного узла 4 последний занимает исходное положение. При дальнейшем смещении корпуса 1 подпружиненный cenapa2s тор 17 вводит шарики 18 в конус 19, при этом шарики 18 заклиниваются между конусом 19 и меньшим диаметром полой тяги

20, которая, смещаясь совместно с корпусом

1, окнами 22 вилки 21, поворачивает на осях 23 коромысла 24. Поворачиваясь, коромысла 24 другими концами нагружают конус 25, смещая его относительно корпуса 2 и через него нагружая пружину 26. Заклиненные шарики 27 освобождаются и освобождают полую втулку 29 с направляющими 30. Устройство занимает положение, показанное на фиг. 3. Направляющие ЗО под действием заклинивающих нагрузок частично смещаются в исходное положение. Одновременно сжатая пружина 43 сдвигает корпус 2 к корпусу 1, а сжатая

4О пружина 44 смещает тягу 6, при этом упор 5 упирается в стопорный узел 4 и отключает пружину 44.

Таким образом, при частичном смещении направляющих ЗО они через рычаги 33

45 частично складывают прижимные элементы

39, при этом конус 9 через заклинивающие ролики 31 частично раскрывает направляющие 30.

1120091

37

И

Л

1у

ЗУ ность вилкой 21 воздействует на конус 25, смещая его и освобождая шарики 27. Освобожденные направляющие 30 сдвигаются относительно корпуса 2 в исходное положение, при этом одновременно корпус 2 через рычаги 40 складывает прижимные элементы 39 и рычаги 38, и сдвигает направляющие 30 относительно неподвижного конуса 9. Втулка 42 достигает конус 9 и, упираясь в него через тяги 41, складывает направляющие 30 в исходное положение, а через них (т.е. направляющие 30) и рычаги 38 — прижимные элементы 39. Конусные упоры 33 направляющих 30 входят в контакт с конусной поверхностью 34 нажимной втулки 35. Одновременно полая тяга 20 большим диаметром через шарики 18 сдвигает сепаратор 17 и через него нагружает пружину 15, при этом шарики 18 заклини вают между большим диаметром полой тяги 20 и конусом 19, причем полая тяга 20 стороной с меньшим диаметром упирается в упор 7 тяги 6 и стороной с вилкой 21 удерживает конус 25, освобождая шарики 27 и нагружая пружину 26.

Устройство занимает положение, показанное на фиг. 1, и может быть поднято на поверхность или смещено на другую отметку в "кважине.

Таким образом, при переводе устройства из рабочего положения в транспортное в первый момент происходит освобождение прижимных элементов от заклинивающих нагрузок, при этом попадание бурового шлама и механических частиц между заклинивающими роликами и конусом не препятствует выходу из их контакта друг с другом, что повышает надежность работы уст1О ройства в скважинах, заполненных буровым шламом и механическими частицами. Устройство снабжено сепараторами с шари ками, которые взаимодействуют с конусами и цилиндрическими поверхностями, причем шарики способны взаимодействовать с ци1 линдрическими поверхностями на любой отметке их длины, а попадание бурового шлама и механических частиц под шарики не влияет на их работу, поскольку шарики контактируют с поверхностями по точкам.

Корпуса устройства разнесены по вертикали и контактируют друг с другом торцовыми сторонами, что исключает попадание бурового шлама между корпусами и уменьшает диаметр снаряда. Направляющие в предлагаемом устройстве шарнирно связаны через д тяги и втулку с тяговым механизмом, что повышает надежность работы устройства и исключает попадание гибких связей в движущие части устройства.

1120091

1120091

5

Составитель,В. Стрельченко

Редактор В. Иванова Тираж 564 Корректор И. Эрдейи

Заказ 7712/24 Техред И. Верее Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

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