Способ образования криволинейных скважин
Изобретение относится к строительству и горному делу и может быть использовано для образования криволинейных скважин (КЛС) малого диаметра. Цель снижение энергоемкости процесса образования КЛС за счет снижения величины отклоняющего усилия. Способ образования КЛС заключается в том, что разработку грунта производят с помощью вращающегося рабочего органа, к которому постоянно прикладывают осевое и отклоняющее усилия. При этом циклически изменяют размеры рабочего органа в поперечном сечении одновременно по всей его образующей. Способ реализуется с помощью устройства для образования КЛС. 4 ил.
Изобретение относится к строительному и горному делу и может быть использовано для образования криволинейных скважин малого диаметра. Цель изобретения снижение энергоемкости процесса образования криволинейных скважин за счет снижения величины отклоняющего усилия. На фиг.1 представлено устройство для образования скважин, с помощью которого реализуется способ образования криволинейных скважин; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 рабочий орган при его максимальном размере в поперечном сечении; на фиг.4 то же, при минимальном размере рабочего органа. Способ образования криволинейных скважин заключается в том, что при разработке грунта с помощью вращающегося рабочего органа, к которому постоянно прикладывают осевое и отклоняющее усилия, циклически изменяют размеры рабочего органа в поперечном сечении одновременно по всей его образующей. Технология работ по образованию криволинейных скважин поясняется при описании работы устройства для образования скважин, с помощью которого реализуется способ. Устройство содержит переднюю 1 и заднюю 2 секции буровой головки, связанных между собой через управляемый отклонитель, состоящий из трех двойных карданных шарниров, установленных, например, через 120о. Каждый карданный шарнир содержит входное звено 3, промежуточные звенья 4 и 5 и выходное звено 6. Звенья соединены посредством осей 7-9. Оси 9 расположены по радиусу устройства, а оси 7 и 8 перпендикулярно им. Выходные звенья 6 связаны с передней секцией 1, а входные звенья 3 с силовыми элементами, установленными на задней секции 2. Силовые элементы выполнены в виде приводов 10, связанных через торсионные валы 11 с дифференциально-винтовыми механизмами 12, жестко установленными на основаниях 13. Входные звенья 3 установлены в корпусах дифференциальных механизмов 12 по посадке, подвижной вдоль и вокруг продольной оси, а в их внутренних полостях установлены на резьбе винты 14 дифференциально-винтовых механизмов 12. На передней секции 1 буровой головки установлен рабочий орган 15 активного действия. Его составляют два породоразрушающих инструмента 16, установленных на шпинделях 17 диаметрально друг другу. Каждый инструмент 16 выполнен в виде продольно-усеченного конуса. Рабочий орган имеет диаметр: максимальный диаметр по его образующим в разложенном состоянии (когда усеченные стороны инструментов обращены к оси устройства) и минимальный диаметр в сложенном состоянии (когда усеченные стороны инструментов обращены наружу). Устройство образует скважину диаметром, равным диаметру рабочего органа в разложенном состоянии. Передняя секция имеет диаметр меньше диаметра образуемой скважины. Задняя секция 2 имеет корпус 18, выполненный в виде полой треугольной призмы, поперечный размер которой меньше диаметра скважины. Основания 13 жестко закреплены на корпусе 18. На нем же жестко закреплены сегменты сфер 19, по три на каждом поперечном сечении. Три секции сфер образуют опорный элемент, диаметр которого равен диаметру образуемой скважины. Всего на задней секции установлено два опорных элемента: передний 20 и задний 21. Таким образом, передняя 1 и задняя 2 секции установлены в скважине с зазором, а передняя 1 секция установлена на задней 2 консольно и задняя 2 секция является ее опорой. Внутри секций 1 и 2 размещены гибкий шламопровод 22 и кабели 23. На заднюю секцию действует постоянное осевое усилие от механизма подачи (на чертеже не показан). Устройство работает следующим образом. Проходка скважины производится путем бурения породы рабочим органом 15 при постоянном приложении осевого усилия. При проходке прямолинейного участка пути все карданные шарниры управляемого отклонителя имеют одинаковую длину, а приводы 10 отключены. Рабочий орган 15 при вращении обрабатывает торцовую плоскость забоя своими торцовыми поверхностями и боковую плоскость, когда он находится в разложенном положении. Складывание и раскладывание рабочего органа 15 происходит циклически при вращении породоразрушающих инструментов через определенный период. Так как оси 9 соединений звеньев шарниров лежат на радиусах устройства, т.е. находятся под углом одна к другой, то все три карданных шарнира образуют жесткую ферму. Поэтому консольно установленная передняя секция 1 удерживается на весу. Реакция от бурения воспринимается стенками скважины через опорные элементы 20 и 21. При необходимости проходки криволинейного участка скважины производится удлинение одного или двух карданных шарниров на необходимую длину 1. Для этого включаются приводы 10 этих шарниров и вращение от их валов через торсионные валы 11 передается винтам 14 и входным звеньям 3, которые выдвигаются из корпусов дифференциальных механизмов 12. При увеличении длины карданных шарниров создается отклоняющее усилие, действующее на торец передней секции 1, которое заставляет переднюю секцию 1 с рабочим органом 15 отклоняться в заданном направлении. Привод 10 остается включенным до полного поворота рабочего органа 15 на заданный угол, но выдвижение звена 3 происходит медленно и постепенно. Создаваемое отклоняющее усилие будет меньше, чем боковая реакция, возникающая при боковом бурении, имеющем место при отклонении рабочего органа 15, когда он находится в разложенном состоянии. Поэтому дальнейшего отклонения рабочего органа 15 в эти моменты не происходит. Реакция, возникающая при бурении, в том числе и при боковом бурении, сжимает упругие элементы конструкции, а в тот момент, когда рабочий орган 15 складывается и боковая реакция отсутствует, энергия упругой деформации элементов конструкции реализуется путем возникновения усилия, направленного радиально, и сложенная с отклоняющим усилием образует суммарное отклоняющее усилие, достаточное для поворота передней секции 1 и рабочего органа 15. В следующем цикле, когда рабочий орган 15 вновь разложится, поворота не происходит. Таким образом при постоянном действии отклоняющего усилия, создаваемого отклонителем, поворот передней 1 секции и рабочего органа 15 происходит циклически, в моменты складывания рабочего органа 15. Так как усилия, возникающие за счет сжатия упругих элементов незначительные, происходит очень незначительное отклонение рабочего органа 15 за каждый цикл его сложенного состояния. Поэтому в целом поворот его на заданный угол происходит очень плавно и растянут во времени, позволяющем проводить качественное бурение при медленном постепенном отклонении. Поворот передней 1 секции с рабочим органом 15 происходит без препятствий, так как сама передняя 1 секция имеет диаметр, меньше диаметра образуемой скважины. При выполнении необходимого поворота на заданный угол произошло выдвижение звена 5 карданного шарнира и в целом удлинение этого шарнира. После завершения выполнения этой операции необходимо вернуть его в исходное положение и проходить прямолинейный участок скважины. Для этого включается привод 10 в обратном направлении. Уменьшение длины шарнира происходит так же медленно и постепенно, как и увеличение, так как происходит такое же отклонение рабочего органа 15, но в обратном направлении. В моменты, когда рабочий орган 15 имеет максимальный размер и производит бурение вбок, боковую реакцию воспринимают самотормозящие кинематические пары, в частности винтовая пара отклонителя, и передает ее непосредственно на корпус. При отклонении передней 1 секции и рабочего органа 15 от положения задней секции происходит "излом" карданных шарниров по осям 7-9, а передняя секция 1 благодаря размещению в скважине с зазором занимает в ней произвольное положение. При "изломе" карданных шарниров происходит небольшой поворот входных звеньев 3 вокруг своих осей. В период, когда задняя секция 2 находится на криволинейном участке, ее корпус 18 также размещается в скважине произвольно, а опорные элементы 20, 21 своими внешними сферическими поверхностями обкатываются по стенкам скважины.
Формула изобретения
СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ КРИВОЛИНЕЙНЫХ СКВАЖИН, согласно которому осуществляют разработку грунта с помощью вращающегося рабочего органа, к которому постоянно прикладывают осевое и отклоняющее усилия, отличающийся тем, что с целью снижения энергоемкости процесса за счет снижения величины отклоняющего усилия, при разработке грунта циклически изменяют размеры рабочего органа в поперечном сечении одновременно по всей его образующей.
