Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ СКВАЖИНЫ

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к технике для направленного горизонтального бурения скважин заданной траектории в грунте, и может найти применение при прокладке и ремонте подземных коммуникаций.

Известна машина ударного действия для проходки скважин в грунте по патенту РФ 2135700, E02F 5/18, E21B 7/08, опубл. 27.08.1999 г., включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником, наконечник с головной частью в виде одностороннего клина, втулку с по меньшей мере одной спиралеобразной лопастью на наружной поверхности, установленную на корпусе с возможностью вращения, и устройство для соединения и разъединения втулки с корпусом. Втулка, выполненная за одно целое с наконечником, установлена на головной части корпуса, выполненной в виде его ступени меньшего диаметра, а наружный диаметр втулки с наконечником не больше наружного диаметра корпуса.

Недостатком машины является низкая надежность и точность проходки скважин из-за непостоянной величины расстояния, проходимого машиной за один оборот, как из-за неравномерного строения грунта по длине скважины, так и из-за колебаний его физико-механических свойств. Кроме того, те же причины вызывают изменение величины отклоняющего усилия на различных участках по длине скважины, что приводит к искривлению скважины.

Известен управляемый пневмопробойник по патенту РФ 2184192, E02F 5/18, E21B 7/08, опубл. 27.06.2002 г., включающий корпус с ударным механизмом и механизмом реверса, наконечник, установленный с возможностью ограниченного осевого и углового перемещений на переднем конце корпуса, в котором радиально расположены плунжеры и пространство под каждым из которых индивидуально сообщено с источником энергоносителя. Между наконечником и плунжерами установлена втулка с возможностью радиального перемещения и взаимодействия ее торцов с торцами корпуса и наконечника. Торец наконечника образован буртом на его внутренней поверхности, смещенным относительно переднего торца втулки к ее заднему торцу на расстояние, меньшее свободного хода наконечника относительно корпуса.

Недостатком машины является низкая надежность работы из-за расположения механизма управления внутри наковальни (представлена головной частью и сферической опорой корпуса). Вследствие этого устройство испытывает непрерывные динамические нагрузки. Кроме того, за счет свободного вращения рабочего органа часты случаи потери направления во время совершения маневра. Также, дискретный выбор направления проходки ограничивает возможности управляемости машины.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является устройство ударного действия для пробивания скважин в грунте по патенту РФ 2116404, E02F 5/18, E21B 7/06, опубл. 27.07.1998 г., включающее симметричный цилиндрический корпус, ударник, движущийся возвратно-поступательно, механизм изменения направления движения пневмопробойника в виде нескольких эластичных баллонов с индивидуальным подводом рабочей среды. Эластичные баллоны размещены в зоне контакта корпуса устройства с грунтом.

Недостатками машины является низкая надежность работы из-за расположения механизма управления движением проходки, выполненного в виде эластичных баллонов, на поверхности корпуса пневмопробойника. Вследствие этого материал, из которого состоят эластичные баллоны, взаимодействуя с грунтом, испытывает большие нагрузки, что может привести к его повреждению, и как следствие, к разгерметизации и отказу работы. Поскольку принцип отклонения устройства от заданной траектории основан на постоянном контакте с грунтом, в случае встречи устройства в процессе проходки с твердыми включениями грунта велика вероятность отклонения его от заданной траектории, это, в свою очередь, негативно отражается на точности проходки.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности и точности управления направлением проходки за счет расположения механизма управления направлением проходки внутри корпуса устройства, предотвращающего негативное влияние на него грунта при проходке скважин.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для изменения траектории скважины, включающем корпус, рабочий орган, механизм управления направлением проходки, согласно техническому решению механизм управления направлением проходки выполнен в виде установленного в передней части корпуса с возможностью углового перемещения наконечника, соединенного с поршнем, пружины, камеры, соединенной с каналами для подвода энергоносителя, и навигационного устройства, закрепленного в корпусе, причем пружина задним концом закреплена на переднем торце поршня, а передним концом - на корпусе, при этом задний торец поршня контактирует с указанной камерой.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить надежность и точность управления направлением проходки за счет расположения механизма управления направлением проходки внутри корпуса устройства, предотвращающего негативное влияние на него грунта при проходке скважин.

Наиболее простым исполнением устройства является такое, когда рабочий орган представляет собой буровую штангу, связанную с задней частью корпуса.

Для ускорения процесса проходки и обеспечения возможности разрушения твердых включений за счет комбинированного воздействия ударного и статического усилий целесообразно в качестве рабочего органа использовать установленный на буровой штанге пневмопробойник, связанный с задней частью корпуса.

Сущность технического решения поясняется примерами конкретного исполнения устройства и чертежами фиг.1-4. На фиг.1 изображена схема устройства для изменения траектории скважины в продольном разрезе, где рабочий орган представляет собой буровую штангу. На фиг.2 изображено то же при отклоненном наконечнике в продольном разрезе. На фиг.3 изображена схема устройства для изменения траектории скважины в продольном разрезе, где рабочий орган представляет собой установленный на буровой штанге пневмопробойник. На фиг.4 изображено то же при отклоненном наконечнике в продольном разрезе.

В устройстве по оси 1 корпуса 2 (фиг.1, 3) установлен с возможностью углового перемещения относительно пальца 3 корпуса 2 наконечник 4, выполненный в виде симметричного клина. В заднем конце наконечника 4 выполнен паз 5. Палец 6 смонтирован с возможностью возвратно-поступательного движения в пазу 5. В корпусе 2 установлен поршень 7, соединенный с наконечником 4 посредством пальца 6. В корпусе 2 расположена пружина 8, закрепленная задним концом на переднем торце 9 поршня 7, а передним концом - на корпусе 2. Задний торец 10 поршня 7 контактирует с камерой 11, соединенной с каналами 12 для подвода энергоносителя. В корпусе 2 закреплено навигационное устройство 13. С задней частью корпуса 2 связан рабочий орган, который может представлять собой буровую штангу 14 (фиг.1) или установленный на буровой штанге 14 пневмопробойник 15 (фиг.3).

Предлагаемое устройство для изменения траектории скважины работает следующим образом.

ПРОХОДКА ПРЯМОЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА СКВАЖИНЫ

Машину устанавливают в забой. Далее, в случае использования буровой штанги 14 в качестве рабочего органа, производят подачу устройства посредством буровой штанги 14 с ее одновременным вращением. В случае использования установленного на буровой штанге 14 пневмопробойника 15 в качестве рабочего органа, подают энергоноситель в пневмопробойник 15 и производят подачу устройства посредством буровой штанги 14 и установленного на ней пневмопробойника 15 с их одновременным вращением.

ПОВОРОТ УСТРОЙСТВА И ПРОХОДКА КРИВОЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА СКВАЖИНЫ

В случае проходки криволинейного участка машину останавливают. Подают энергоноситель по каналам 12 в камеру 11 корпуса 2. При этом поршень 7 под действием давления перемещается вперед, меняя положение рычага наконечника 4. Вершина клина наконечника 4 смещается относительно оси 1 (фиг.2, 4). Затем производят поворот буровой штанги 14 и устройства вокруг оси 1 на необходимый угол, задавая необходимое направление проходки. Направление определяют с помощью навигационного устройства 13. Далее производят проходку устройством без вращения буровой штанги 14. Устройство при этом отклоняется в ту же сторону, куда был развернут клин наконечника 4.

ПЕРЕХОД С ПРОХОДКИ КРИВОЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА СКВАЖИНЫ НА ПРЯМОЛИНЕЙНЫЙ УЧАСТОК

Отключают подачу энергоносителя. Поршень 7 под действием натяжения пружины 8 возвращается в исходное положение. Клин наконечника 4 при этом устанавливается симметрично оси 1. Далее, как и в случае проходки прямолинейного участка скважины, если в качестве рабочего органа используется буровая штанга 14, производят подачу устройства посредством буровой штанги 14 с ее одновременным вращением. Если в качестве рабочего органа используется установленный на буровой штанге 14 пневмопробойник 15, подают энергоноситель в пневмопробойник 15 и производят подачу устройства посредством буровой штанги 14 и установленного на ней пневмопробойника 15 с их одновременным вращением.