Результат интеллектуальной деятельности: ОТКЛОНИТЕЛЬ

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для изменения направления ствола при бурении забойным двигателем.

Известен наиболее близкий по конструкции отклонитель направленного бурения скважин, содержащий корпус, цилиндр, поршень с пустотелым штоком и выполненные на нем прямые и винтовые шлицы, соединенные между собой на концах, возвратную пружину поршня, масляную герметизированную полость, поворотный шпиндель, кинематически связанный рычагами с прямыми и винтовыми шлицами (патент РФ 2015287, кл. МКИ 5 Е 21 В 7/08).

Существенным недостатком этого отклонителя являются:
- трудность размещения большого количества рычагов и шлиц по окружности устройства, что не позволяет уменьшить шаг поворота, вследствие чего прямые и винтовые шлицы по длине не разнесены, это снижает технологические возможности;
- практически невозможно выполнить по этой схеме отклонитель диаметром менее 100 мм, рычаги при этом получаются миниатюрными и не обеспечивают прочность;
- невозможно изменить ход, а соответственно и угол поворота в готовой конструкции, замкнутые шлицы не позволяют это сделать.

Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей готовой конструкции отклонителя и увеличение долговечности при малых диаметральных размерах.

Указанная задача достигается тем, что в известном отклонителе направленного бурения скважин, содержащем сборный корпус, цилиндр, размещенный в нем поршень с пустотелым штоком и выполненными на штоке прямыми и винтовыми шлицами, возвратную пружину поршня, заполненную маслом герметизированную полость, поворотный шпиндель, кинематически связанный с винтовыми шлицами на пустотелом штоке поршня, кинематическая связь поворотного шпинделя с винтовыми шлицами пустотелого штока поршня осуществлена поворотной обоймой, выполненной в виде ротора с внутренним венцом винтовых шлиц и собачками поворотной обоймы, выполненными с возможностью взаимодействия с храповым венцом на поворотном шпинделе и такой же неподвижной обоймой без шлиц, собачки которой выполнены с возможностью взаимодействия с тем же храповым венцом на поворотном шпинделе, последний связан с угловым переводником, выполненным с возможностью отклонения инструмента, а силовое замыкание собачек в обоймах выполнено по наружной цилиндрической поверхности, концентричной их оси поворота.

В предложенном отклонителе отсутствие связи между винтовыми и прямыми шлицами позволяет их разнести по длине по разным венцам, тем самым увеличить их количество, т.е. иметь больший выбор шага. Кроме того, с помощью регулировочного сменного элемента можно изменить ход поршня, что позволит изменить величину угла поворота в сочетании с дополнительным комплектом собачек. Дополнительный комплект собачек позволяет при малом числе зубьев храповика уменьшить угол поворота шпинделя и увеличить размеры зуба. Чем крупнее зуб, тем выше его прочность. В сочетании с силовым замыканием собачки на наружной цилиндрической поверхности в обоймах это значительно увеличивает ее работоспособность и долговечность.

Таким образом, заявленный отклонитель соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображен продольный разрез отклонителя.

На фиг.2 изображен поперечный разрез по А-А поворотной обоймы собачек.

На фиг.3 изображен поперечный разрез по Б-Б неподвижной обоймы собачек.

Отклонитель направленного бурения скважин содержит сборный корпус 1, состоящий из верхней секции 2, средней 3 и нижней 4, цилиндр 5, поршень 6 с пустотелым штоком 7, на котором нарезаны прямые шлицы 8 и винтовые шлицы 9, возвратную пружину 10, заполненную маслом герметизированную полость 11, разделенную поршнем 6 на верхнюю и нижнюю части, поворотный шпиндель 12, поворотную обойму 13, неподвижную обойму 14. Заполненная маслом герметизированная полость 11 образована стаканом 15, зафиксированным заливным клапаном 16, стержнем 17, резиновыми рукавами 18, подшипником 19, поворотного шпинделя 12 и имеет клапан 20. В стержне 17 выполнены окна 21, в подшипнике 19 - окна 22, в нижней секции 4 - окна 23. Прямые шлицы 8 взаимодействуют со шлицами втулки 24, зафиксированной в корпусе винтом 25. Поворотная обойма 13 выполнена в виде ротора и снабжена хвостовиком в виде стакана 26, в котором нарезан узкий венец винтовых шлиц 27, а в окнах размещены на осях 28 собачки 29 и дополнительный комплект собачек 30. Собачки подпружинены пружинами 31, которые закрыты кожухом 32. Соосно с осью 28 выполнена головка собачки по диаметру D, ось 28 имеет лыски и в отверстие собачки посажена с зазором 0,4. ..0,5 мм. Неподвижная обойма 14 зафиксирована винтом 33 и отличается от поворотной только отсутствием хвостовика-стакана 26. Поворотный шпиндель 12 снабжен венцом 34 храповых зубцов, с которыми взаимодействуют собачки обойм. Поворотный шпиндель расположен в подшипнике 19 и в осевом направлении зафиксирован упорными шарикоподшипниками 35 и 36, гайкой 37 и вкладышами 38, со стороны храповых зубьев установлено сменное кольцо 39 регулирования хода поршня. На резьбовой конец поворотного шпинделя установлен угловой переводник 40 с возможностью отклонения инструмента.

Отклонитель работает следующим образом.

При подаче бурового раствора через окна 21 он проникает под резиновый рукав 18 и давит на масло в герметизированной полости 11, поршень 6 с пустотелым штоком 7, сжимая возвратную пружину 10, движется вниз до упора его в сменное кольцо 39. Прямые шлицы 8 и втулка 24 не позволяют поршню вращаться вокруг оси. Винтовые шлицы 9, взаимодействуя с венцом винтовых шлиц 27 поворотной обоймы 13, будут поворачивать обойму по часовой стрелке на шаг, который будет определяться числом зубьев храпового венца 34 и длиной хода поршня L. Масло в герметизированной полости 11 будет раздувать резиновый рукав 18, раствор между ним и нижней секцией 4 будет выдавливаться через дренажное окно 23. При повороте на шаг собачка неподвижной обоймы западет в зуб храпового венца. При прекращении подачи бурового раствора поршень пойдет вверх, поворотная обойма займет свое прежнее угловое положение, а поворотный шпиндель 12 останется в повернутом на один шаг положении, вернуться ему в исходное положение не позволит собачка неподвижной обоймы. Шпиндель связан с угловым переводником 40, выполненным с возможностью поворота инструмента.

При повторении цикла шпиндель повернется на следующий шаг и так сколько угодно.

Угол наклона шлиц β и длину хода поршня L можно подобрать так, чтобы только заменой сменного кольца 39 можно изменить угол поворота, например, в 2 раза.

В предложенном примере исполнения поворотный шпиндель 12 имеет 9 зубьев храпового венца и один дополнительный комплект собачек 30. Такое исполнение позволяет установить угол поворота шпинделя 20^o, заметим, что без дополнительного комплекта собачек при повороте на такой угол потребуется 18 зубьев, но эти зубья уже будут мелкие, а следовательно, их прочность низкая.

Силовое замыкание собачек 29 проходит по линии 41 в окне обойм в месте 42 и на зубе храпового венца 34 в месте 43. Головка собачки выполнена диаметром D, в окнах обойм под головки собачек выполнены ответные расточки диаметром D соосно с осью 28, в результате чего из-за наличия зазора в оси 28 нагрузка будет распределяться по диаметру D, ось 28 будет полностью разгружена.

Наличие силового замыкания по наружному диаметру поверхности собачки, возможность применения крупного зуба позволяет улучшить прочностные характеристики, возможность изменения длины хода поршня и угла поворота шпинделя выгодно отличает предложенный отклонитель от прототипа и позволяет значительно уменьшить диаметральные габариты при прочих равных условиях.