Скважинное фиксирующее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ае ии ЯОВ 23/08 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 921/22-032,82б,84, Бюл. Р 2 огии, ырья б ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ Н АВТОРСКОМУ( СВ ЕТЕП(56) 1, Авторское свидетельство СССР по заявке У 3390094,кл. Е 21 В 47/00, 25.01,82.(54)(57) СКВАЯИННОЕ ФИКСИРУВМЦЕЕ 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 взаимо. действия с уступами внешнего корпуса и конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающие элементы, прижимные элементы, шарнирно 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, приэтом 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 кали - рованным центральным отвеостием.5 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 Иэобратение относится к горномуделу, а именно к буровому оборудованиюи может быть использовано длябурения скважин,Известно скважинное фиксирующееустройство, содержащее подпружиненныеодин относительно другого внешнийи внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-ограниченно сочлененные тяги, одна изкоторых имеет конусную поверхность истопорную вилку, кулаки для взаимодействия с уступами внешнего корпусаи конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающие иприжимные элементы, шарнирно связанные через рычаги с внешним корпусом,два упругих элемента, один иэ которых помещен между одной из тяг ивнешним корпусом, а другой - междувнутренним корпусом и другой тягой 11,Однако в известном устройствераспорный элемент имеет малый уголзаклинивания, что ограничивает диапазон рабочих диаметров скважин, причем стенки скважины, в которых заклинивается устройство, должны бытьвесьма прочны, что ограничивает применение устройства в скважинах сослабыми стенками.Целью изобретения является расширение диапазона рабочих диаметрови повышение надежности в работе устройства в скважинах со слабыми стенками.Поставленная цель достигаетсятем, что скважинное фиксирующее уст.ройство, содержащее подпружиненныеодин относительно другого внешнийи внутренний корпусы, привод и связанные с ним полые подвижно-ограниченно сочлененные тяги, одна из которых имеет конусную поверхностьи стопорную вилку, кулаки для взаимодействия с уступами внешнего корпусаи конусной поверхностью тяги, подпружиненные сухари, заклинивающиеэлементы, прижимные элементы, шарнирно связанные через рычаги с внешнимкорпусом, два упругих элемента, одиниз которых размещен между одной изтяг и внешним корпусом, а другоймежду внутренним корпусом и другойтягой, снабжено втулкой с подпружиненными 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 внешнего 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.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 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. 15й 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 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- ЗО 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 отверс" тие, 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 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, по- . казанное на фиг. 1 и 2. По достижении буровым механизмом 24 забоя скважины по связи 47 подается под давлением приводная среда. Поршень 43, смещаясь конусом 46, воздействует на сухари 4 1, сдвигая их, и через них,нагружая пружину 42, одновременно давлением нагружается пружина 44 напоршне 43,При достижении сухарями 4 1 краевстопорной вилки 30 последняя поддействием сжатой пружины 33 сдвигаетсухари 4 1 и при дальнейшем продвижении стопорит их. Концевая часть 32полой тяги 28 сдвигается по центральному отверстию поршня 43, одновремен.но конус 31 стопорной вилки 30 освобождает плоские пружины 37 на кулаках,35, при этом плоские пружины 36поворачивают кулаки 35 на осях 38,выводя их из контакта с выступами 49корпуса 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 11. Таким образом, направляющие 11 и полаятяга 4 смещаются как одно целое, приэтом направляющие через рычаги 16открывают рычаги 17, которые раскрывают прижимные элементы 18, при этомза счет рычагов 19 прижимные элементы 18 раздвигаются параллельно осискважины, При достижении элементами 18 стенок скважины устройство центрируется в скважине . при этом возрастает нагрузка на малый конус 6 и приопределенной 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 4сТаким 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 нагружаетполую 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 буровой1 О механизм к забою скважины.Приводная среда приводит в действие буровой механизм 24 и, выходя из него, выносит буровой шлам на поверхность. При дальнейшем нагружении свя 15 зи 47 края стоцорной 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 50 который жестко заклиыивает через ролики 14 направляющие 11, причем по- следние через рычаги 16 и 17, прижим- ной элемент 18 жестко заклиниваются между противоположными стенками скважины.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 отка" чивается 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 дей ствием сжатой пружины 3 смещается относительно корпуса 1, а упругоприжатые кулаки 35 скользят по 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 элемецты 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 при" жимные 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 устройстве направляющих, соединенных однимисторонами через рычаги с прижимнымиэлементами, а другими сторонами - совтулкой, снабженной подпружиненнымификсаторами, позволяет жестко зафиксировать буровой снаряд перед забоем 5скважины, при этом величина рабочихдиапазонов диаметров скважин значительно увеличивается. Жесткая фиксация снаряда в скважине осуществляется через прижимные элементы, площадьконтакта которых со стенками скважны 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 под" вешено, 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, предотвращающейсмещение снаряда непосредственно в момент бурения.Предлагаемое устройство позволяет производить буровые работы на значи- . тельных глубинах при широком рабочем диапазоне диаметров скважин.1099045 Составитель А.Сергачеведактор О.Черниченко Техред Т.Маточка Корректор М,Шароши Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектна Заказ 4334/26 ВНИИПИ Госуд по дел 113035, Москва, ирак 5 б 4 Поцписнственяого комитета СССРизобретений и открытий35, Раушская наб., д, 4/5