Щеленарезной инструмент для образования полостей на стенках скважин

Полезная модель относится к горному делу, предназначена для образования полостей на стенках скважин в забое массива горных пород при направленном гидроразрыве.
Известно техническое решение ЩЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (патент РФ на изобретение № 2 359 124, E21C 37/00, E21B 43/26, опубл. 20.06.2009, бюл. № 17). Данное техническое решение характеризуется следующими признаками: щелеобразователь, включающий стакан, в котором выполнены продольные окна и перекрестно установлены режущие органы с возможностью перемещения по перекрестным оппозитным направляющим уклонам и выхода их режущих частей из продольных окон стакана по указанным уклонам, пружину возврата, отличающийся тем, что перекрестные оппозитные направляющие уклоны выполнены на внутренней поверхности стакана, а режущие органы установлены на поршне, размещенном внутри стакана с возможностью осевого перемещения, в полости которого установлен регулируемый подпорный клапан, при этом между поршнем и стаканом размещена пружина возврата. Недостатком является недолговечность и более низкая эффективность технического решения из-за отсутствия армирования алмазными пластинами корпуса и оснащения режущих органов поликристаллическими алмазными пластинами.
Известно техническое решение ЩЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (патент РФ на изобретение № 2 691 258, E21C 37/00 (2006.01) E21B 43/26 (2006.01), опубл. 11.06.2019 Бюл. № 17). Данное техническое решение характеризуется следующими признаками: щелеобразователь, включающий корпус, в котором выполнено продольное окно и установлен нож с возможностью выхода его режущей части из продольного окна корпуса, а также размещен поршень с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с ножом, причем в полости поршня имеется подпорный клапан, между корпусом и поршнем размещена пружина возврата, а в головной части корпуса установлена буровая коронка и обратный клапан, при этом подклапанная полость обратного клапана соединена каналом с подпоршневой полостью, отличающийся тем, что ось поршня смещена относительно оси корпуса. Недостатком является недолговечность и более низкая эффективность технического решения из-за отсутствия армирования алмазными пластинами корпуса и оснащения режущих органов поликристаллическими алмазными пластинами, то есть режущие органы армированы алмазными пластинами.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения полостей в скважине, включающее корпус с продольными окнами и перекрестно установленные в них режущие органы с возможностью выхода режущих частей из продольных окон корпуса по оппозитным направляющим уклонам при перемещении штока вверх до упора (патент РФ на полезную модель №129148, МПК E21C 37/26, опубл.20.06.2013, бюл. №17).
Недостатком известной конструкции является короткий срок службы изделия (как корпуса, так и режущих органов) из-за отсутствия армирования алмазными пластинами корпуса, вследствие этого трудоемкость досылки устройства в забой скважины, что приводит в процессе досылки устройства к заклиниванию по причине неровностей стенок скважины.
Недостатком является более быстрая изнашиваемость, низкая эффективность работы рабочих органов покрытых или изготовленных из твердых сплавом, которые преждевременно истираются, не исключая невозможность нарезания полости в твердых породах.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение продолжительности срока службы инструмента. Вследствие этого сокращается количество ремонтных работ, снижается риск заклинивания в процессе досылки в забой скважины, повышается эффективность прорезания поперечных полостей в твердых породах, что приводит в целом к повышению темпов работы.
Указанный технический результат достигается тем, что корпус армирован алмазными пластинами, обеспечивающими срезание неровностей стенок скважины, тем самым снижая риск заклинивания устройства при досылке в забой скважины, а также тем, что режущие органы имеют оснащение поликристаллическими алмазными пластинами (армированы алмазными пластинами), при работе которых повышается эффективность прорезания поперечных полостей в твердых породах.
Щеленарезной инструмент включает корпус с продольными окнами и перекрестно установленными в них режущими органами с возможностью выхода режущих частей из продольных окон корпуса по оппозитным направляющим уклонам при перемещении штока. Отличие от известных аналогов в том, что корпус армирован алмазными пластинами и режущие органы имеют оснащение поликристаллическими алмазными пластинами.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид щеленарезного инструмента в продольном разрезе с положением режущих органов в сжатом состоянии; на фиг. 2 показан щеленарезной инструмент с положением режущих органов в раздвинутом состоянии; на фиг. 3 – разрез.
Щеленарезной инструмент состоит из цилиндрического корпуса 1 (Фиг.1, 2) армированного алмазными пластинами 2, в котором выполнены продольные окна 3, предназначенные для выхода резцов 4 с поликристаллическими алмазными пластинами 5, шток 6 с пружиной возврата 9, к которому с помощью штифта 7 прикреплены резцы 4, зафиксированные пружиной 8 в исходном положении.
Щеленарезной инструмент работает следующим образом: к штоку 6 присоединяются штанги бурового станка и щеленарезной инструмент вводят в заранее пробуренную скважину. С вращением бурового станка и наращиванием штанг, верхняя часть корпуса, армированная алмазными пластинами, вращаясь в процессе досылки и срезая неровности стенок скважины, снижает риск заклинивания устройства, тем самым позволяет дослать щеленарезной инструмент в забой скважины. При упоре верхней частью корпуса 1 в забой нарастают осевые усилия на шток 6, который начинает давить на резцы 4, заставляя их выдвигаться из корпуса, нарезая поперек скважины зародышевую полость, на концах которой в массиве острыми поликристаллическими пластинами создаются напряжения. По завершению работы по нарезанию зародышевой полости резцы складываются с помощью пружины  возврата 9 и фиксируются в исходном положении пружиной 8.
Алмазные пластины припаиваются в пазы корпуса и резцов.
Предлагаемый щеленарезной инструмент обеспечивает надежную и эффективную работу в области горного дела по образованию полостей на стенках скважин в забое массива горных пород при направленном гидроразрыве с более длительным сроком службы.