Механический скважинный расширитель

 

Изобретение относится к бурению скважин при разведке месторождений полезных ископаемых и преимущественно к устройствам для расширения заранее пробуренных скважин с целью получения проб увеличенного объема. Применение механического скважинного расширителя обеспечивает возможность расширения ствола скважины строго до заданного диаметра, благодаря чему отбирается определенный объем пробы, что позволяет более точно определить содержание полезного компонента в пробе, т.е. в итоге повысить достоверность опробования. Механический скважинный расширитель включает корпус, шарнирно закрепленные в нем рабочие органы и подвижный клин для их раздвижения. Подвижный клин выполнен в форме плоского клина-штока с параллельными гранями, подвешенного в корпусе с возможностью осевого перемещения вверх и снабженного в нижней части опорой, связанной с корпусом клина-штока присоединительным устройством в форме незамкнутой скобы с накидной втулкой с возможностью свободного вращения клина-штока вместе с корпусом вокруг продольной оси, а рабочие органы выполнены в виде подпружиненных лопастей и снабжены направляющими роликами. При необходимости отбора пробы на удалении от забоя опорное устройство может иметь штангу-удлинитель или быть выполнено в виде шламосборника. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к бурению скважин при разведке месторождений полезных ископаемых, а преимущественно к устройствам для расширения заранее пробуренных скважин с целью получения проб увеличенного объема.

Известен расширитель по авторскому свидетельству N 603739, МКИ E 21 B 9/26, который включает корпус, неподвижно закрепленный на нем фланец с шарнирно установленными основными и дополнительными лопастями, соединенными гибкими и жесткими тягами с подпружиненной втулкой. Фиксация лопастей в транспортном положении осуществляется специальным хомутом со шплинтом, который извлекается гибкой нитью с поверхности, освобождая лопасти.

Вывод в рабочее положение осуществляется пружиной.

Недостатками этого расширителя являются: - сложность конструкции, включающей фиксирующий хомут со шплинтом, удаляемым с поверхности; при обрыве, запутывании, зажиме гибкой нити устройство может не сработать; - вывод лопастей в рабочее положение и врезание их в стенки скважины осуществляется пружиной, силы которой может не хватить при встрече с плотными породами; - пружина может препятствовать переводу лопастей в транспортное положение при подъеме.

Известен конструктивно более простой расширитель по авторскому свидетельству N 1634771, МКИ E B 1 10/26, содержащий корпус с прорезью, закрепленные в прорези выдвижные ножи и механизм перемещения ножей, выполненный в виде подпружиненного клинового толкателя и соединенного с ним оттяжного груза; при постановке на забой оттяжной груз освобождает пружину, которая через клиновой толкатель выводит ножи в рабочее положение; при подъеме клиновой толкатель оттягивается грузом и возвращает ножи в транспортное положение.

Недостатками этой конструкции являются: - невысокая надежность пружинного вывода ножей в рабочее положение; - наличие в нижней части оттяжного груза, из-за чего расширитель намного не доходит до забоя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является механический расширитель по авторскому свидетельству N 333267, МКИ E 21 B 9/28, включающий корпус, шарнирно закрепленные внутри него рабочие органы и подвижный клин для их раздвижения.

Основным недостатком этой конструкции является то, что усилие, необходимое для фиксации рабочих органов в раздвинутом положении, создается за счет бурения скважины одновременно с расширением. Вследствие этого расширитель по авторскому свидетельству N 333267 не может быть использован в уже пробуренной скважине.

Кроме того, в этом расширителе в качестве рабочих органов использованы шарошки, которые способны эффективно расширять ствол скважины в крепких горных породах, характерных для взрывных скважин, но недостаточно эффективны в рыхлых, малосвязных породах, характерных для россыпных месторождений, для опробывания которых предназначен предлагаемый расширитель.

Задачей предлагаемого технического решения является создание расширителя, способного производить расширение ствола в нужных интервалах уже пробуренной скважины с гарантированным обеспечением заданного диаметра расширения, что должно обеспечить более высокую достоверность опробывания.

Расширитель по авторскому свидетельству N 333267 способен обеспечить диаметр расширения ствола не более предельного, определяемого раздвижением шарошек до упора скошенных частей рычагов в верхней их части и до упора рычагов в ограничительное кольцо на корпусе, однако, обеспечить расширение ствола до диаметра, не менее заданного, этот расширитель может не всегда, поскольку совершенно не гарантируется полное вхождение клина между шарошками в нерасширенной части ствола скважины, особенно в крепких горных породах; полное разведение шарошек возможно только в ранее образованной камере, до образования которой выработка в стволе в верхней ее части будет иметь конусную форму, что при опробывании полезных ископаемых недопустимо в связи с неопределенностью объема взятой пробы.

Поставленная цель достигается тем, что в механическом расширителе, включающем корпус, шарнирно закрепленные в нем рабочие органы и подвижный клин для их раздвижения, подвижный клин выполнен в форме плоского клина-штока с параллельными гранями, подвешенного в корпусе с возможностью осевого перемещения вверх и снабженного в нижней части опорой, связанной с корпусом клина-штока присоединительным устройством в форме незамкнутой скобы с накидной втулкой с возможностью свободного вращения клина-штока вместе с корпусом вокруг продольной оси, а рабочие органы выполнены в виде подпружиненных лопастей и снабжены направляющими роликами. При необходимости отбора пробы на удалении от забоя опорное устройство может иметь штангу-удлинитель или быть выполнено в виде шламосборника.

Благодаря выполнению клина в форме плоского клина-штока с параллельными гранями подвеске его в корпусе с возможностью осевого перемещения вверх и оснащению клина-штока опорой с возможностью вращения клина-штока вместе с корпусом вокруг продольной оси обеспечивается возможность расширения ствола уже пробуренной скважины, причем в нужном интервале.

Благодаря выполнению рабочих органов расширителя в виде лопастей повышается производительность труда при опробывании россыпных месторождений, а наличие направляющих роликов улучшает взаимодействие рабочих органов с поверхностью клина-штока.

Указанные признаки в совокупности обеспечивают возможность расширения ствола скважины строго до заданного диаметра, благодаря чему отбирается вполне определенный объем пробы, а это позволяет более точно определить содержание полезного компонента в пробе, т.е. в итоге повысить достоверность опробывания.

Предлагаемый механический расширитель представлен на фиг. 1 - 3, где изображено: фиг. 1 - общий вид расширителя (продольный разрез); фиг. 2 - поперечный разрез по линии А-А на фиг. 1; фиг. 3 - поперечный разрез по линии Б-Б на фиг. 1.

Механический скважинный расширитель включает корпус 1, к которому на осях 2 присоединены расширительные лопасти 3. Лопасти 3 имеют ролики 4 и режущие элементы 5, армированные твердым сплавом. Внутри корпуса находится подвижный клин-шток 6, имеющий клиновую часть и часть с параллельными гранями. В нижней части клин-шток 6 снабжен присоединительным устройством 7, выполненным в форме незамкнутой скобы с накидной втулкой 8. С помощью этого устройства к клин-штоку может быть присоединено опорное устройство 9, которое в зависимости от условий работы может быть выполнено в форме опорной пяты, штанги с опорной пятой или шламосборника.

Переходник 10, связанный с корпусом 1, предназначен для присоединения расширителя к колонне бурильных труб. Пружины 11 предотвращают самопроизвольное раскрытие лопастей 3 при спуске в скважину и возвращают лопасти в транспортное положение при подъеме. Палец 12, установленный в отверстии верхней части клина-штока, перпендикулярно его широким граням, опираясь на перемычку в корпусе 1, удерживает клин-шток с опорным устройством на весу при спуске в скважину и при подъеме из нее.

Механический скважинный расширитель работает следующим образом.

В собранном виде расширитель на колонне бурильных труб опускают в скважину и ставят на забой пятой 9 опорного устройства. Включают вращение и создают осевую нагрузку, под действием которой корпус 1 с лопастями 3 опускается вдоль клин-штока 6. При этом ролики 4 накатываются на клиновую часть клина-штока 6 и выводят лопасти 3 в рабочее положение. При дальнейшем движении вниз ролики 4 выкатываются на ту часть клина-штока, которая имеет параллельные грани, чем фиксируется рабочее положение лопастей. Это положение сохраняется на всем интервале расширения. Рабочее положение лопастей показано на фиг. 1 тонкими линиями. При дальнейшем движении корпуса 1 вдоль клина-штока с вращением лопасти разбуривают в скважине полость заданного диаметра и длины, последняя определяется заданным интервалом опробывания и длиной клина-штока. Опорное устройство при этом не вращается и не нарушает забой.

По окончании расширения производят подъем расширителя. Вначале поднимается корпус 1 до тех пор, пока ролики 4, перекатываясь по параллельным граням клина-штока 6, не попадут на его клиновую часть, позволяя лопастям 3 убраться в исходное (транспортное) положение, чему способствуют и пружины 11. Клин-шток 6 остается в нижнем положении до того момента, пока корпус 1 достигнет пальца 12. Далее поднимается все устройство. На поверхности расширитель очищают от шлама, и после зачистки скважины специальным пробоотборником работа с расширителем может продолжаться.

Формула изобретения

1. Механический расширитель, состоящий из корпуса, шарнирно закрепленных внутри него рабочих органов и подвижного клина для их раздвижения, отличающийся тем, что подвижный клин выполнен в виде плоского клина-штока с параллельными гранями, подвешенного в корпусе с возможностью осевого перемещения вверх и снабженного в нижней части опорой, установленной с возможностью свободного вращения клина-штока вместе с корпусом вокруг продольной оси, а рабочие органы выполнены в виде подпружиненных лопастей и снабжены направляющими роликами.

2. Механический расширитель по п.1, отличающийся тем, что узел подвески клина-штока к корпусу представляет собой, например, палец, установленный в отверстии верхней части клина-штока перпендикулярно его широким граням и опирающийся на перемычку в корпусе.

3. Механический расширитель по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть клина-штока связана с опорой присоединительным устройством, например, в форме незамкнутой скобы с накидной втулкой, а опора может быть выполнена также в виде штанги-удлинителя для шламосборника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3