ЩЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для образования поперечных зародышевых трещин в массиве горных пород для направленного их разупрочнения путем развития плоскости флюидо-разрыва.
Известно устройство для образования поперечных зародышевых трещин в массиве горных пород по патенту RU 2359124, Е21С 37/00, опубл. 20.06.2009, 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, причем перекрестные оппозитные направляющие уклоны выполнены на внутренней поверхности стакана, а режущие органы установлены на поршне, размещенном внутри стакана с возможностью осевого перемещения, при этом между поршнем и стаканом размешена пружина возврата.
К недостаткам этого устройства следует отнести отсутствие в его конструкции решения, обеспечивающего фиксацию режущих органов в исходном положении, что может привести к самопроизвольному выпадению режущего органа под собственным весом за пределы габаритов стакана, врезанию в стенки скважины и заклиниванию в ней устройства. Это снижает надежность работы такого устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является щелеобразователь по патенту RU 2263776, Е21С 37/00, опубл. 10.11.2005, включающий стакан с продольными окнами, в котором перекрестно установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, пружину возврата толкателя, причем режущие органы установлены на общей оси с возможностью выхода их режущих частей из направляющих окон стакана по указанным уклонам при перемещении толкателя и зафиксированы в исходном положении на указанных уклонах с помощью фигурных пружин..
К недостаткам этого щелеобразователя следует отнести то, что входящие в его конструкцию фигурные пружины по своим силовым параметрам в стесненных условиях буровой скважины не могут обеспечить достаточных усилий для фиксации ножей режущего органа в исходном положении относительно уклонов. Это не гарантирует надежную работу щелеобразователя такой конструкции.
Технической задачей предполагаемого решения является повышение надежности работы щелеобразователя за счет применения конструктивного устройства с пружиной, силовые параметры которой обеспечат гарантированную фиксацию режущих органов в исходном положении относительно оппозитных уклонов.
Поставленная задача достигается тем, что в щелеобразователе, включающем стакан с продольными окнами, в которых перекрестие установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, пружину возврата толкателя и пружину для фиксации режущих органов в исходном положении относительно указанных уклонов, режущие органы установлены с возможностью выхода их режущих частей из продольных окон стакана по оппозитным направляющим уклонам при перемещении толкателя, согласно техническому решению пружина фиксации режущих органов в рабочем положении относительно оппозитных направляющих выполнена в виде винтовой цилиндрической пружины сжатия и установлена между торцовыми частями режущих органов и толкателем через направляющую втулку, при этом торцовые части режущих органов выполнены прямолинейными и перпендикулярными к оси толкателя при максимально вдвинутом положении режущих органов.
Указанная совокупность признаков позволяет существенно повысить надежность работы щелеобразователя, так как силовые параметры введенных в конструкцию щелеобразователя винтовых цилиндрических пружин сжатия, передающих осевое усилие на торцевые прямолинейные части режущих органов через направляющие втулки, обеспечат гарантированную фиксацию режущих органов в исходном положении относительно уклонов оппозитных направляющих.
Сущность технического решения поясняется описанием конструкции щелеобразователя и чертежами фиг.1-3, где:
На фиг.1 изображен общий вид щелеобразователя в продольном разрезе с положением режущего органа в сжатом состоянии;
На фиг.2 - вид А на фиг.1 с положением режущего органа в раздвинутом состоянии;
На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Щелеобразователь включает цилиндрический стакан 1 (фиг.1, 2), в котором выполнены продольные окна 2. На внутренней поверхности стакана 1, в его головной части, профрезерованы перекрестные оппозитные направляющие уклоны 3 (далее направляющие уклоны 3). Внутри стакана 1 установлен толкатель 4. Толкатель 4 с одной стороны имеет резьбовое отверстие 5 для присоединения к буровому ставу, а с противоположной стороны две проушины 6, между которыми посредством оси 7 закреплены режущие органы 8 (фиг.1, 2, 3), торцовая часть 9 которых выполнена прямолинейной. Со стороны проушины 6 в толкателе имеется отверстие, в которое вставлена пустотелая направляющая втулка 10 с пружиной 11. Пустотелая втулка 10 в головке имеет отверстие 12. Между толкателем 4 и стаканом 1 установлена пружина 13 возврата. Толкатель 4 со стороны отверстия 5 по внешнему диаметру снабжен упорным кольцом 14.
Щелеобразователь работает следующим образом. К резьбовому отверстию 5 стакана 1 присоединяется жесткий став бурового станка и щелеобразователь вводится в заранее пробуренную скважину до соприкосновения головой части щелеобразователя с забоем скважины. В исходном положении режущие органы 8 при помощи толкателя 4, проушин токателя 6, оси 7 и пружины 13 возврата находятся во вдвинутом в стакан положении. При этом прямолинейные торцовые части 9 режущих органов 8 прижаты усилием пружины 13 через головку втулки 10 к вертикальной стенке стакана 1, образованной при фрезеровке продольных окон 2, что позволяет зафиксировать положение режущих органов 8 и предотвращает их самопроизвольный выход через продольные окна 2 из стакана 1. Пружина 11 в исходном положении щелеобразователя максимально сжата.
При включении подачи бурового става в сторону забоя скважины в щелеобразователе возникает осевое усилие, под действием которого толкатель 4 начинает поступательно вдвигаться в стакан 1, а режущие органы 8 по направляющим уклонам 3 выходят режущей частью из стакана 1 через продольные окна 2 и нарезают в стенках скважины инициирующую полость тарельчатой формы. При этом происходит постепенное сжатие пружины 13 возврата. В процессе образования инициирующей полости пружина 11 через направляющую втулку 10, контактируя с прямолинейными торцовыми частями 9 режущего органа 8, обеспечивает его фиксацию относительно направляющих уклонов 3 и тем самым предотвращает самопроизвольное выпадение режущего органа 8 из продольных окон 2 стакана 1.
После полного прорезания инициирующей полости упорное кольцо 14 упирается в торец стакана 1, останавливая перемещение толкателя 4 и дальнейший выход режущих органов 8 из стакана 1.
Промывка скважины и удаление штыба, образованного при нарезании инициирующей полости, осуществляется промывочно-охлаждающей жидкостью, подающейся через внутренние отверстия бурового става, сквозное отверстие в толкателе 4 и отверстие 12 в головке направляющей втулки 10.
После завершения работы толкатель 4 возвращается в исходное положение под действием пружины 13 возврата и режущие органы 8 занимают первоначальное положение.