Расширитель скважины

Настоящая полезная модель относится к буровому инструменту, в частности, к устройствам, предназначенным для расширения ствола скважины месторождения [E21B7/28, E21B7/30].
Из уровня техники известен РАСШИРИТЕЛЬ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА [RU158888U1, опубл. 20.01.2016], включающий в себя кольцевой корпус, центральный цилиндрический вал, расположенный вдоль его продольной оси, и шарошечный инструмент в виде наклонных балок с буровыми зубками, закреплённых между кольцевым корпусом и центральным цилиндрическим валом, причём кольцевой корпус соединён с центральным цилиндрическим валом наклонными распорками, буровые зубки плотно вставлены в карманы наклонных балок и направлены наружу и вперёд, а центральный цилиндрический вал с торца содержит приспособление для крепления к внешнему приводному средству, отличающийся тем, что в качестве приспособления для крепления к внешнему приводному средству в хвостовой части содержит цилиндрическую головку с внутренней резьбой, диаметр которой превышает диаметр центрального цилиндрического вала, наклонные балки с буровыми зубками содержат ступенчатые уступы, которые несут карманы для закрепления буровых зубков, а каждый буровой зубок хвостовой частью запрессовывается в эти карманы, причём наклонные балки с буровыми зубками по отношению к продольной оси кольцевого корпуса наклонены под углом, заключённым в промежутке 22-47 градусов, число балок с буровыми зубками составляет три и располагаются они относительно плоскости кольцевого корпуса так, что угол между ними составляет 120 градусов.
Недостатком аналога является низкая надежность крепления шарошечного инструмента относительно центрального вала, а также низкая эффективность его работы за счет ориентирования буровых зубков по направлению вниз, а не по направлению вращения центрального вала.
Наиболее близким по технической сущности является РИММЕР РЕЖУЩЕ-УПЛОТНЯЮЩИЙ СО ВСТРОЕННЫМ ВЕРТЛЮГОМ ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ [Электронный каталог бурового инструмента, режим электронного доступа: https://pbr59.ru/burovoy-instrument/rimmer-rezhushche-uplotnyayushchij-so-vstroennym-vertlyugom.html, дата обращения 07.09.2022], содержащий центральный цилиндрический вал и смонтированные на нем диски, представляющие собой пластины преимущественно одинаковой толщины, причем каждая из упомянутых пластин содержит центральное отверстие и выполненные по периметру пластины дугообразные вступающие участки и углубления, ориентированные по направлению к центру пластины, при этом каждый последующий по направлению от нижнего оконечного участка риммера к верхнему диск выполнен с диаметром, по существу превышающим предыдущий, причем по центру каждого из дугообразных выступающих участков дисков смонтирован резец, ориентированный по направлению вращения центрального цилиндрического вала.
Основной технической проблемой прототипа является низкая эффективность его работы за счет того, что буровые резцы размещены непосредственно на дисках и частично утоплены в поверхность дугообразных вступающих участков риммера.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Технический результат полезной модели – повышение надежности крепления вращающихся элементов относительно центрального вала расширителя.
Указанный технический результат достигается за счет того, что расширитель скважины, содержащий вал и множество дисков преимущественно равной толщины с размещенными на их торцах резцами, причем диски выполнены с возможностью крепления на валу, а вал выполнен с возможностью крепления на нем посредством установочных винтов по обеим сторонам от множества дисков фиксаторов дисков, причем каждый последующий в направлении от нижнего к верхнему оконечному участку вала дисков выполнен диаметром, превышающим диаметр предыдущего, а также с радиальным смещением по направлению, обратному направлению вращения вала, отличающийся тем, что каждый из дисков содержит дугообразные сегменты равномерно расположенные по краю диска, образованные выемками в диске, которые образованы непересекающимися в пределах диска хордами, равномерно выполненными на диске и ориентированными относительно друг друга под равными углами, при этом каждая из хорд выполнена состоящей из малого и большого отрезков, большой из которых переходит в один дугообразный сегмент, а малый из которых образует на соседнем дугообразном сегменте уступ с резцом на уступе, ориентированном по направлению вращения вала, а установочные винты выполнены с возможностью фиксации относительно фиксаторов дисков посредством стопорных колец.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показан общий вид расширителя скважины.
На фиг. 2 показан вид сбоку расширителя скважины.
На фиг. 3 показан вид спереди расширителя скважины.
На фиг. 4 показан расширитель скважины в разобранном виде.
На фиг. 5 показан расширитель скважины в разобранном виде.
На фиг. 6 показан резец расширителя скважины в разобранном виде.
На фиг. 7 показана схема фиксации установочного винта посредством стопорных колец.
На фигурах 1 - 7 обозначено: 1 – вал, 2 – продольные зубья, 3 – диски, 4 – шлицы, 5 – резцы, 6 – наконечник резца, 7 – фиксирующие винты, 8 – фиксаторы дисков, 9 – установочные винты, 10 – потайные стопорные кольца.
Осуществление полезной модели.
Расширитель скважины согласно настоящей полезной модели содержит вал 1 с выполненными на его поверхности продольными зубьями 2, диски 3 с выполненными по внутреннему периметру шлицами 4, резцы 5 с наконечниками 6, выполненные с возможностью крепления относительно дисков 3 посредством фиксирующих винтов 7, фиксаторы 8 дисков 2, выполненные с возможностью крепления на валу 1 посредством установочных винтов 9, а также потайные стопорные кольца 10, фиксирующие установочные винты 9 относительно фиксаторов 8.
Вал 1 содержит основную цилиндрическую часть и нижний оконечный участок, причем основная цилиндрическая часть вала 1 выполнена с диаметром, превышающим диаметр нижнего оконечного участка вала 1.
Нижний оконечный участок вала 1 выполнен с возможностью соединения с бурильной колонной (не показана).
Основная цилиндрическая часть вала 1 содержит на своей поверхности продольные зубья 2, имеющие преимущественно треугольный поперечный профиль.
В неограничивающем варианте осуществления полезной модели на поверхности основной цилиндрической части вала 1 размещено шесть продольных зубьев 2.
Каждый из дисков 3 содержит центральное отверстие, а также выступающие дугообразные сегменты, равномерно расположенные на диске, образованные выемками в диске 3. Каждый из дисков 3 содержит по меньшей мере три выемки. На фиг.1-4 показаны диски 3 с тремя дугообразными сегментами.
Выемки дисков 3 образованы непересекающимися в пределах диска хордами, равномерно выполненными на диске и ориентированными относительно друг друга под равными углами.
Выемки дисков 3 образуют канал, выполненный с возможностью перемещения выталкиваемого грунта.
Каждая из хорд выполнена состоящей из малого и большого отрезков, большой из которых переходит в один дугообразный сегмент, а малый из которых образует на соседнем дугообразном сегменте уступ, ориентированный по направлению вращения вала 1.
Диски 3 выполнены преимущественно одинаковой толщины.
По периметру центрального отверстия каждого диска 3 выполнены шлицы 4, имеющие преимущественно треугольный поперечный профиль.
В неограничивающем варианте осуществления полезной модели по периметру центрального отверстия каждого диска 3 выполнены шесть шлицев 4.
Шлицы 4 каждого диска 3 выполнены с возможностью шлицевого соединения с продольными зубьями 2 вала 1.
Указанное шлицевое соединение предотвращает радиальное перемещение дисков 3 относительно вала 1 при эксплуатации заявленного расширителя скважины.
Каждый последующий в направлении от нижнего оконечного участка к основной цилиндрической части вала 1 из смонтированных на валу 1 дисков 3 выполнен по существу большим диаметром, чем предыдущий.
При этом шаг указанного увеличения диаметров дисков 3 составляет преимущественно 20 мм, таким образом, чтобы диаметр каждого последующего в упомянутом направлении диска 3 увеличивался преимущественно на 20 мм.
Также каждый последующий в направлении от нижнего оконечного участка к основной цилиндрической части вала 1 из дисков 3 выполнен с радиальным смещением относительно предыдущего по направлению, обратному направлению вращения вала 1.
При этом шаг указанного радиального смещения составляет преимущественно 3 градуса, таким образом, чтобы величина угла поворота по направлению, обратному направлению вращения вала 1, каждого последующего в упомянутом направлении диска 3 увеличивалась на 3 градуса.
Каждый из дисков 3 содержит смонтированные на уступах резцы 5 с наконечником 6. Крепление резцов 5 на уступе осуществляется разъемным соединением в отверстии посредством фиксирующих винтов 7. Преимущественно каждый уступ содержит два отверстия.
В неограничивающем варианте осуществления полезной модели каждый из дисков 3 содержит три резца 5, ориентированных по направлению вращения вала 1.
Каждый из резцов 5 представляет собой круглый скальный резец и содержит цилиндрическую часть, в которой выполнены отверстия, корреспондирующие отверстиям, выполненным в кармане диска 3, для фиксации резца 5 в кармане диска 3 посредством фиксирующих винтов 7, а также переднюю конусообразную часть, с торца которой выполнено отверстие для размещения наконечника 6 резца 5.
Указанные резцы 5 применяются для следующих типов грунта: сланцы, доломит, мрамор.
Для ограничения продольного перемещения множества дисков 3 относительно вала 1 на валу 1 по обеим сторонам от множества дисков 3 смонтированы фиксаторы 8 дисков 3 посредством установочных винтов 9.
Установочные винты 9 выполнены с возможностью фиксации относительно фиксаторов 8 дисков 3 посредством потайных стопорных колец 10.
Установочные винты 9 и фиксирующие винты 7 выполнены из твердого сплава.
Расширитель скважины используют следующим образом.
На бурильную колонну (не показана) наворачивают расширитель скважины с верхнего торца. С другой стороны, бурильная колонна крепится к буровому инструменту (не показан), приводящему ее во вращение. С нижнего торца расширителя скважины к нижнему оконечному участку вала 1 также накручивается колонна (не показана). Расширитель скважины помещается в устье скважины, подлежащей уширению. Вращаясь, бурильная колонна толкает расширитель скважины, он начинает продвигаться внутрь грунта, срезая наконечниками 7 резцов 5 грунт.
С целью повышения надежности работы расширителя скважины в конструкции имеется возможность замены сточенных резцов 5, а также дисков 3 на новые в условиях буровой за счет разъемного винтового крепления резцов 5 в уступах дисков 3 и размещения дисков 3 на валу 1 с возможностью снятия.
Заявленный технический результат, заключающийся в повышении надежности крепления вращающихся элементов относительно центрального вала расширителя, достигается за счет того, что диски 3 выполнены с возможностью шлицевого крепления на валу 1, что препятствует радиальному смещению дисков 3 относительно вала 1 при эксплуатации расширителя, при этом продольное перемещение дисков 3 относительно вала 1 ограничено фиксаторами 8, размещенными на валу 1 по обеим сторонам от множества дисков 3 и закрепленными относительно вала 1 посредством установочных винтов 9, при этом сами установочные винты 9 зафиксированы от перемещения относительно фиксаторов посредством потайных стопорных колец 10.
С 2018 года в Ханты-Мансийском автономном округе автором изобретения было изготовлено и использовано на месторождениях с гравелитами и без более 10 расширителей скважины, реализующих описанное выше устройство. Результаты успешной эксплуатации в течение продолжительного времени показали возможность увеличения ствола до 25% от исходного диаметра, снижение вибраций и ударов за счет стабильности и сбалансированности конструкции, обеспечение соосности расширенного ствола с исходным, а также полного контроля за направлением бурения. Кроме того, подтверждена технологичность устройства, выразившаяся в высокой надежности за счет усиления крепления конструктивных элементов и применения сменных резцов и дисков в условиях буровой, что позволило снизить их абразивный износ и увеличить межремонтный ресурс устройства в целом, т.е. уменьшить время простоя.