МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСШИРИТЕЛЬ

Полезная модель относится к горному делу, а именно к устройствам, предназначенным для увеличения диаметра скважин в заданном диапазоне с целью подготовки скважины для проникновения в подледниковое озеро Антарктиды.
Известен шарошечный расширитель (авторское свидетельство SU №325336, опубл. 07.01.1972 г.), включающий корпус с пазами, в которых на осях подвижно закреплены рычаги с рабочими органами. В верхней части корпуса установлен цилиндр с поршнем, в пазах корпуса установлен фигурный клин с пружиной, а в нижней - патрон с воздухопроводными отверстиями.
Недостатками данного расширителя являются значительные габаритные размеры устройства, а так же необходимость использования сжатого воздуха, для раздвигания рычагов рабочих органов.
Известен механический расширитель (авторское свидетельство SU №333267, опубл. 21.03.1972 г.), включающий корпус, в пазах которого на осях подвижно закреплены рычаги с шарошками, головку для распределения сжатого воздуха по каналам, просверленным в корпусе, стакан со ступенчатыми кольцевыми пазами и патрон, соединенный с раздвижным клином.
Недостатком данного расширителя является сложность процесса раздвигания и задвигания рабочих органов, связанного с изменением направления вращения бурового става, что снижает надежность работы устройства.
Известен механический расширитель (авторское свидетельство SU №373405, опубл. 12.03.1973 г.), включающий корпус с пазами, рабочие органы, стакан с каналами для прохода воздуха, патрон с клином.
Недостаток данного устройства заключается в том, что для перевода расширителя в рабочее положение требуется магистраль сжатого воздуха, что неприемлемо при прохождении скважин во льду.
Известен расширитель (авторское свидетельство SU №481689, опубл. 25.08.1975 г.), включающий полый корпус в продольных пазах которого установлены лапы с породоразрушающими лопастями, ступенчатый шток, взаимодействующий с лапами конической и цилиндрической поверхностями, гидравлический механизм перевода расширителя в рабочее положение.
Недостатком указанного расширителя является наличие специального гидравлического механизма перевода расширителя в рабочее положение и значительные габариты.
Известен механический расширитель (авторское свидетельство SU №657165, опубл. 15.04.1979 г.), принятый за прототип, включающий корпус, в пазах которого шарнирно закреплены рабочие органы, патрон, размещенный во внутренней полости нижней части корпуса и клин, установленный над патроном с возможностью осевого перемещения и служащий для раздвижения рабочих органов.
Недостаток данного устройства заключается в сложности процесса перевода рабочих органов из транспортного положения в рабочее, связанного с изменением направления вращения бурового става, что снижает надежность работы расширителя.
Техническим результатом является упрощение механизма раскрытия рабочих органов, повышение надежности процесса перевода расширителя из транспортного положения в рабочее без извлечения его на поверхность и уменьшение габаритных размеров устройства, позволяющих разместить его в скважинах малого диаметра при бурении сверхглубоких скважин (например, в антарктических льдах).
Технический результат достигается тем, что корпус снабжен поперечной опорой и цилиндрическими штифтами, размещенными в канавках, выполненных на внешней поверхности патрона, установленного внутри корпуса с возможностью осевого перемещения, при этом патрон снабжен опорной пятой и имеет центральное отверстие внутри которого расположен подпружиненный шток жестко соединенный с клином, имеющим форму конуса.
Механический расширитель поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - общий вид бурового става;
фиг. 2 - механический расширитель в транспортном положении;
фиг. 3 - вид А на канавку патрона;
фиг. 4 - сечение В-В патрона;
фиг. 5 - механический расширитель в рабочем положении, где:
1 - механический расширитель;
2 - колонковая труба;
3 - буровой став;
4 - корпус;
5 - проушина;
6 - ось;
7 - рабочий орган (резец);
8 - паз;
9 - опора;
10 - цилиндрический штифт;
11 - патрон;
12 - опорная пята;
13 - канавка;
14 - левая ветвь канавки;
15 - правая ветвь канавки;
16 - петля верхняя;
17 - петля нижняя;
18 - отверстие;
19 - пружина;
20 - шток;
21 - клин;
22 - кабель-трос;
23 - скважина;
24 - стопорные элементы;
25 - грудь забоя скважины;
26 - дно отверстия.
Механический расширитель 1 (фиг. 1) связан с колонковой трубой 2 бурового снаряда 3 посредством резьбы. Расширитель состоит из полого корпуса 4 (фиг. 2, 3). В корпусе 4 на проушинах 5 при помощи осей 6 шарнирно закреплены рабочие органы 7 (резцы). Количество резцов варьируется от двух до четырех в зависимости от требуемого усилия резания. В стенках корпуса 4 выполнены сквозные продольные пазы 8. В центральной части корпуса расположена поперечная опора 9, а в нижней части размещены цилиндрические штифты 10, количество которых соответствует количеству резцов.
Внутри полого корпуса 4 размещен патрон 11 с опорной пятой 12. На внешней поверхности патрона выполнены канавки 13 (фиг. 2, 3) сложного профиля. Количество канавок соответствует количеству рабочих органов (резцов), т.е. двум и более. Канавки имеют две ветви - левую 14 и правую 15 (фиг. 3), соответствующие рабочему и транспортному положениям резцов расширителя и соединяющие их верхнюю 16 и нижнюю 17 петли. Цилиндрические штифты 10 входят в канавки 13 (фиг. 2) с возможностью относительного движения.
Патрон 11 имеет центральное отверстие 18 (фиг. 2), в которое вставлена пружина 19 и шток 20, жестко связанный с клином 21, имеющим форму конуса.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
На кабель-тросе 22 (фиг. 1) буровой снаряд 3 опускают в скважину 23 и жестко раскрепляют в ней стопорными элементами 24. При этом расширитель 1 находится в транспортном положении, т.е. рабочие органы 7 размещаются внутри корпуса 4 (фиг. 2). Буровой снаряд 3 опускают в скважину на требуемую глубину, соответствующую моменту касания опорной пяты 12 груди 25 (фиг. 1, 2) забоя скважины. При этом патрон 11 занимает крайнее нижнее положение, а цилиндрические штифты 10 находятся в крайнем верхнем положении, то есть занимают фиксированное положение в верхней петле 16 канавок 13 (фиг. 3, 4).
В момент соударения пяты 12 расширителя с грудью забоя скважины под действием осевой силы (силы тяжести бурового снаряда) корпус 4 расширителя начинает опускаться вниз, а патрон 11 - вверх, во внутреннюю полость корпуса. Штифты 10 выскакивают из петель 16 и начинают скользить вниз по правым ветвям 15 канавок 13. Поперечная опора 9 вместе с корпусом 4, перемещаясь вниз, воздействует на пружину 19 и сжимает ее.
Так как патрон 11 в это время движется вверх, то дно 26 цилиндрического отверстия 18 воздействует на конец штока 20. Шток с клином 21, имеющим форму конуса, поднимается вверх, воздействует на резцы 4, раздвигая их (фиг. 5). В этот момент штифты 10 приходят в крайнее нижнее положение, попадают в петли 17 канавок 13 и надежно фиксируют патрон 11.
В этом положении начинается процесс расширения скважины, при этом стопорные элементы 24 скользят вдоль стенок скважины, выполняя одновременно функцию направляющих.
После завершения процесса расширения скважины буровой снаряд 1 вновь опускают к груди забоя. При ударе пяты 12 о поверхность забоя, штифты 10 выскакивают из фиксирующих их петель 17. Буровой снаряд поднимают вверх на кабель-тросе. Штифты 10 начинают движение вверх по левым 14 ветвям канавок 13. При этом корпус 4 расширителя вместе с поперечной опорой 9 начинает двигаться вверх, пружина 19 разжимается, клин 21 штока 20 возвращается в исходное положение (фиг. 2), освобождая резцы 7, которые под действием собственной силы тяжести поворачиваются относительно центров осей 6 и через продольные пазы 8 возвращаются в исходное положение в корпусе 4.