RU2152503C1

RU2152503C1 - Mechanical hole reamer

Info

Publication number: RU2152503C1
Application number: RU98123755A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Егоров; Ф.З. Красновский; А.И. Рябинин; В.Н. Воронов
Original assignee: Тульское государственное научно-исследовательское геологическое предприятие
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: drilling of holes when searching for deposits of mineral resources. SUBSTANCE: invention is related to devices to flare out holes drilled beforehand to obtain samples of enlarged bulk. Mechanical hole reamer includes body, working tools hinged in it and mobile wedge for their expansion. Mobile wedge comes in the form of flat wedge-rod with parallel sides suspended in body for axial upward movement which lower part is fitted with support coupled to body of wedge-rod by means of connection unit in the form of open clamp with coupling bushing mounted for free rotation of wedge-rod together with body about longitudinal axis. Working tools are manufactured in the form of spring-loaded blades and are equipped with guiding rollers. For sampling remote from face sampler can be fitted with extension piece or can be fabricated in the form of mud collector. EFFECT: provision for expansion of hole shaft to specified diameter which results in taking samples of certain bulk making it possible to determine content of desired component in sample more accurately that leads to enhanced authenticity of sampling. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к бурению скважин при разведке месторождений полезных ископаемых, а преимущественно к устройствам для расширения заранее пробуренных скважин с целью получения проб увеличенного объема. The invention relates to drilling wells for exploration of mineral deposits, and mainly to devices for expanding pre-drilled wells in order to obtain samples of increased volume.

Известен расширитель по авторскому свидетельству N 603739, МКИ E 21 B 9/26, который включает корпус, неподвижно закрепленный на нем фланец с шарнирно установленными основными и дополнительными лопастями, соединенными гибкими и жесткими тягами с подпружиненной втулкой. Фиксация лопастей в транспортном положении осуществляется специальным хомутом со шплинтом, который извлекается гибкой нитью с поверхности, освобождая лопасти. Known extender according to copyright certificate N 603739, MKI E 21 B 9/26, which includes a housing, a fixed flange fixed to it with pivotally mounted main and additional blades connected by flexible and rigid rods with a spring loaded sleeve. The fixing of the blades in the transport position is carried out by a special clamp with a cotter pin, which is removed by a flexible thread from the surface, freeing the blades.

Вывод в рабочее положение осуществляется пружиной. The conclusion to the working position is carried out by a spring.

Недостатками этого расширителя являются:
- сложность конструкции, включающей фиксирующий хомут со шплинтом, удаляемым с поверхности; при обрыве, запутывании, зажиме гибкой нити устройство может не сработать;
- вывод лопастей в рабочее положение и врезание их в стенки скважины осуществляется пружиной, силы которой может не хватить при встрече с плотными породами;
- пружина может препятствовать переводу лопастей в транспортное положение при подъеме.The disadvantages of this extender are:
- the complexity of the design, including the fixing clamp with cotter pin removed from the surface; if the thread is broken, tangled, or clamped, the device may not work;
- the output of the blades in the working position and their cutting into the walls of the well is carried out by a spring, the force of which may not be enough when meeting with dense rocks;
- the spring may prevent the blades from moving to the transport position when lifting.

Известен конструктивно более простой расширитель по авторскому свидетельству N 1634771, МКИ E B 1 10/26, содержащий корпус с прорезью, закрепленные в прорези выдвижные ножи и механизм перемещения ножей, выполненный в виде подпружиненного клинового толкателя и соединенного с ним оттяжного груза; при постановке на забой оттяжной груз освобождает пружину, которая через клиновой толкатель выводит ножи в рабочее положение; при подъеме клиновой толкатель оттягивается грузом и возвращает ножи в транспортное положение. A structurally simpler extender is known according to the copyright certificate N 1634771, MKI E B 1 10/26, comprising a housing with a slot, retractable knives fixed in the slot and a knife movement mechanism made in the form of a spring-loaded wedge pusher and a tightening load connected to it; when setting for slaughter, the pull-out load releases the spring, which through the wedge pusher brings the knives to working position; when lifting, the wedge pusher is pulled by the load and returns the knives to the transport position.

Недостатками этой конструкции являются:
- невысокая надежность пружинного вывода ножей в рабочее положение;
- наличие в нижней части оттяжного груза, из-за чего расширитель намного не доходит до забоя.The disadvantages of this design are:
- low reliability of the spring output of knives in the working position;
- the presence in the lower part of the guy load, due to which the expander does not reach the bottom.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является механический расширитель по авторскому свидетельству N 333267, МКИ E 21 B 9/28, включающий корпус, шарнирно закрепленные внутри него рабочие органы и подвижный клин для их раздвижения. The closest in technical essence to the proposed one is a mechanical expander according to copyright certificate N 333267, MKI E 21 B 9/28, including a housing, working bodies pivotally mounted inside it and a movable wedge for their separation.

Основным недостатком этой конструкции является то, что усилие, необходимое для фиксации рабочих органов в раздвинутом положении, создается за счет бурения скважины одновременно с расширением. Вследствие этого расширитель по авторскому свидетельству N 333267 не может быть использован в уже пробуренной скважине. The main disadvantage of this design is that the force required to fix the working bodies in the extended position is created by drilling the well simultaneously with the expansion. As a result, the reamer according to copyright certificate N 333267 cannot be used in an already drilled well.

Кроме того, в этом расширителе в качестве рабочих органов использованы шарошки, которые способны эффективно расширять ствол скважины в крепких горных породах, характерных для взрывных скважин, но недостаточно эффективны в рыхлых, малосвязных породах, характерных для россыпных месторождений, для опробывания которых предназначен предлагаемый расширитель. In addition, in this expander, cones are used as working bodies, which are able to effectively expand the wellbore in strong rocks typical of blast holes, but are not effective enough in loose, poorly connected rocks typical of alluvial deposits, for testing of which the proposed expander is intended.

Задачей предлагаемого технического решения является создание расширителя, способного производить расширение ствола в нужных интервалах уже пробуренной скважины с гарантированным обеспечением заданного диаметра расширения, что должно обеспечить более высокую достоверность опробывания. The objective of the proposed technical solution is to create an expander capable of expanding the wellbore in the required intervals of an already drilled well with guaranteed provision of a given expansion diameter, which should provide higher reliability of testing.

Расширитель по авторскому свидетельству N 333267 способен обеспечить диаметр расширения ствола не более предельного, определяемого раздвижением шарошек до упора скошенных частей рычагов в верхней их части и до упора рычагов в ограничительное кольцо на корпусе, однако, обеспечить расширение ствола до диаметра, не менее заданного, этот расширитель может не всегда, поскольку совершенно не гарантируется полное вхождение клина между шарошками в нерасширенной части ствола скважины, особенно в крепких горных породах; полное разведение шарошек возможно только в ранее образованной камере, до образования которой выработка в стволе в верхней ее части будет иметь конусную форму, что при опробывании полезных ископаемых недопустимо в связи с неопределенностью объема взятой пробы. The expander according to copyright certificate N 333267 is able to provide a barrel extension diameter not exceeding that determined by expanding the cones to the stop of the beveled parts of the levers in their upper part and until the levers stop in the restrictive ring on the body, however, to ensure that the barrel expands to a diameter not less than this the expander may not always, since the complete entry of the wedge between the cutters in the unexpanded part of the wellbore, especially in hard rocks, is not guaranteed at all; full breeding of cones is possible only in a previously formed chamber, before the formation of which the development in the trunk in its upper part will have a conical shape, which is unacceptable when testing minerals due to the uncertainty in the volume of the sample taken.

Поставленная цель достигается тем, что в механическом расширителе, включающем корпус, шарнирно закрепленные в нем рабочие органы и подвижный клин для их раздвижения, подвижный клин выполнен в форме плоского клина-штока с параллельными гранями, подвешенного в корпусе с возможностью осевого перемещения вверх и снабженного в нижней части опорой, связанной с корпусом клина-штока присоединительным устройством в форме незамкнутой скобы с накидной втулкой с возможностью свободного вращения клина-штока вместе с корпусом вокруг продольной оси, а рабочие органы выполнены в виде подпружиненных лопастей и снабжены направляющими роликами. При необходимости отбора пробы на удалении от забоя опорное устройство может иметь штангу-удлинитель или быть выполнено в виде шламосборника. This goal is achieved by the fact that in the mechanical expander, including the housing, the working bodies pivotally mounted therein and the movable wedge for their expansion, the movable wedge is made in the form of a flat wedge-rod with parallel faces, suspended in the housing with the possibility of axial upward movement and equipped with the lower part of the support associated with the housing of the wedge-rod connecting device in the form of an open bracket with a cap sleeve with the possibility of free rotation of the wedge-rod together with the housing around the longitudinal axis and the working bodies are made in the form of spring-loaded blades and equipped with guide rollers. If it is necessary to take a sample away from the bottom, the support device may have an extension rod or be made in the form of a sludge collector.

Благодаря выполнению клина в форме плоского клина-штока с параллельными гранями подвеске его в корпусе с возможностью осевого перемещения вверх и оснащению клина-штока опорой с возможностью вращения клина-штока вместе с корпусом вокруг продольной оси обеспечивается возможность расширения ствола уже пробуренной скважины, причем в нужном интервале. Due to the implementation of the wedge in the form of a flat wedge-rod with parallel faces, its suspension in the body with the possibility of axial movement upward and equipping the wedge-rod with a support with the possibility of rotation of the wedge-rod together with the body around the longitudinal axis, it is possible to expand the wellbore already drilled interval.

Благодаря выполнению рабочих органов расширителя в виде лопастей повышается производительность труда при опробывании россыпных месторождений, а наличие направляющих роликов улучшает взаимодействие рабочих органов с поверхностью клина-штока. Due to the implementation of the working bodies of the expander in the form of blades, labor productivity is increased when testing placer deposits, and the presence of guide rollers improves the interaction of the working bodies with the surface of the wedge rod.

Указанные признаки в совокупности обеспечивают возможность расширения ствола скважины строго до заданного диаметра, благодаря чему отбирается вполне определенный объем пробы, а это позволяет более точно определить содержание полезного компонента в пробе, т.е. в итоге повысить достоверность опробывания. These features together provide the ability to expand the wellbore strictly to a predetermined diameter, due to which a well-defined sample volume is taken, and this allows you to more accurately determine the content of the useful component in the sample, i.e. as a result, increase the reliability of testing.

Предлагаемый механический расширитель представлен на фиг. 1 - 3, где изображено:
фиг. 1 - общий вид расширителя (продольный разрез);
фиг. 2 - поперечный разрез по линии А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - поперечный разрез по линии Б-Б на фиг. 1.The proposed mechanical expander is shown in FIG. 1 - 3, which shows:
FIG. 1 - general view of the expander (longitudinal section);
FIG. 2 is a cross-section along line AA in FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-section along line BB in FIG. 1.

Механический скважинный расширитель включает корпус 1, к которому на осях 2 присоединены расширительные лопасти 3. Лопасти 3 имеют ролики 4 и режущие элементы 5, армированные твердым сплавом. Внутри корпуса находится подвижный клин-шток 6, имеющий клиновую часть и часть с параллельными гранями. В нижней части клин-шток 6 снабжен присоединительным устройством 7, выполненным в форме незамкнутой скобы с накидной втулкой 8. С помощью этого устройства к клин-штоку может быть присоединено опорное устройство 9, которое в зависимости от условий работы может быть выполнено в форме опорной пяты, штанги с опорной пятой или шламосборника. The mechanical borehole expander includes a housing 1 to which expansion blades 3 are attached on the axes 2. The blades 3 have rollers 4 and cutting elements 5 reinforced with hard alloy. Inside the housing there is a movable wedge-rod 6 having a wedge part and a part with parallel faces. In the lower part, the wedge rod 6 is equipped with a connecting device 7, made in the form of an open bracket with a sleeve sleeve 8. Using this device, a support device 9 can be attached to the wedge rod, which, depending on operating conditions, can be made in the form of a supporting heel rods with a support heel or sludge collector.

Переходник 10, связанный с корпусом 1, предназначен для присоединения расширителя к колонне бурильных труб. Пружины 11 предотвращают самопроизвольное раскрытие лопастей 3 при спуске в скважину и возвращают лопасти в транспортное положение при подъеме. Палец 12, установленный в отверстии верхней части клина-штока, перпендикулярно его широким граням, опираясь на перемычку в корпусе 1, удерживает клин-шток с опорным устройством на весу при спуске в скважину и при подъеме из нее. The adapter 10, connected with the housing 1, is designed to connect the expander to the drill pipe string. The springs 11 prevent the spontaneous opening of the blades 3 during descent into the well and return the blades to the transport position when lifting. The finger 12, installed in the hole of the upper part of the wedge-rod, perpendicular to its wide faces, relying on the jumper in the housing 1, holds the wedge-rod with the supporting device on weight during descent into the well and when lifting from it.

Механический скважинный расширитель работает следующим образом. Mechanical downhole expander operates as follows.

В собранном виде расширитель на колонне бурильных труб опускают в скважину и ставят на забой пятой 9 опорного устройства. Включают вращение и создают осевую нагрузку, под действием которой корпус 1 с лопастями 3 опускается вдоль клин-штока 6. При этом ролики 4 накатываются на клиновую часть клина-штока 6 и выводят лопасти 3 в рабочее положение. При дальнейшем движении вниз ролики 4 выкатываются на ту часть клина-штока, которая имеет параллельные грани, чем фиксируется рабочее положение лопастей. Это положение сохраняется на всем интервале расширения. Рабочее положение лопастей показано на фиг. 1 тонкими линиями. При дальнейшем движении корпуса 1 вдоль клина-штока с вращением лопасти разбуривают в скважине полость заданного диаметра и длины, последняя определяется заданным интервалом опробывания и длиной клина-штока. Опорное устройство при этом не вращается и не нарушает забой. In assembled form, the expander on the drill pipe string is lowered into the well and put on the bottom of the fifth 9 support device. Turn on and create an axial load, under the action of which the housing 1 with the blades 3 falls along the wedge-rod 6. In this case, the rollers 4 are rolled onto the wedge of the wedge-rod 6 and the blades 3 are brought into the working position. With further downward movement, the rollers 4 roll out onto that part of the wedge-rod, which has parallel faces, which fixes the working position of the blades. This position is maintained throughout the expansion interval. The operating position of the blades is shown in FIG. 1 thin lines. With further movement of the housing 1 along the wedge-rod with rotation of the blade, a cavity of a given diameter and length is drilled in the well, the latter being determined by the specified sampling interval and the length of the wedge-rod. The supporting device does not rotate and does not violate the bottom.

По окончании расширения производят подъем расширителя. Вначале поднимается корпус 1 до тех пор, пока ролики 4, перекатываясь по параллельным граням клина-штока 6, не попадут на его клиновую часть, позволяя лопастям 3 убраться в исходное (транспортное) положение, чему способствуют и пружины 11. Клин-шток 6 остается в нижнем положении до того момента, пока корпус 1 достигнет пальца 12. Далее поднимается все устройство. На поверхности расширитель очищают от шлама, и после зачистки скважины специальным пробоотборником работа с расширителем может продолжаться. At the end of the expansion, the expander is lifted. At first, the housing 1 rises until the rollers 4, rolling along the parallel faces of the wedge-rod 6, fall on its wedge part, allowing the blades 3 to retract to their original (transport) position, which is facilitated by the springs 11. The wedge-rod 6 remains in the lower position until the case 1 reaches the finger 12. Next, the entire device rises. On the surface, the expander is cleaned of sludge, and after cleaning the well with a special sampler, work with the expander can continue.

Claims

1. A mechanical expander consisting of a housing, working bodies pivotally mounted inside it and a movable wedge for their expansion, characterized in that the movable wedge is made in the form of a flat wedge-rod with parallel faces, suspended in the housing with the possibility of axial upward movement and equipped with the lower part of the support, installed with the possibility of free rotation of the wedge-rod together with the housing around the longitudinal axis, and the working bodies are made in the form of spring-loaded blades and equipped with guide rollers.

2. The mechanical expander according to claim 1, characterized in that the wedge-rod suspension assembly to the housing is, for example, a finger mounted in the hole of the upper part of the wedge-rod perpendicular to its wide faces and resting on a jumper in the housing.

3. The mechanical expander according to claim 1, characterized in that the lower part of the wedge-rod is connected to the support by a connecting device, for example, in the form of an open bracket with a sleeve sleeve, and the support can also be made in the form of an extension rod for a sludge collector.