КОЛЬЦЕВОЙ ПНЕВМОУДАРНИК ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 1994 года по МПК E21C3/24 E21B4/14 

Изобретение относится к области геологоразведочной, горной и строительной техники и может с наибольшей эффективностью использоваться при бурении скважин в вечномерзлых породах.

Известны кольцевые геологоразведочные пневмоударники (например, по авт. св. N 1133388 или по авт.св. N 1671836), предназначенные для бурения геологоразведочных скважин в вечномерзлых породах с непрерывным выносом керношламового материала на поверхность по осевому каналу пневмоударника и внутренней трубе двойной бурильной колонны. Они состоят из корпуса, соединенного с ним с возможностью передачи крутящего момента породоразрушающего инструмента, установленных в корпусе кольцевого ударника, ступенчатой воздухораспределительной трубки и керношламоприемной трубы. Кольцевой пневмоударник соединен с двойной буpильной колонной, которая передает ему крутящий момент и осевую нагрузку. Кроме того, по межтрубному пространству к пневмоударнику поступает сжатый воздух, а по внутренней трубе транспортируется керношламовый материал.

Недостатком пневмоударного механизма по авт.св. N 1133388 является то, что выхлоп сжатого воздуха из рабочих камер производится в полость керношламоприемной трубы, минуя призабойное пространство. По этой причине вследствие недостаточной очистки забоя от разрушенной поpоды имеется большая вероятность образования шламовых пробок в осевом отверстии породоразрушающего инструмента и в шламоприемной трубе. В этом случае прекращается вынос шлама и дальнейшее бурение становится невозможным из-за остановки пневмоударника. Кроме того, в этом устройстве не предусмотрена очистка шламопровода от шламовых пробок, что усложняет бурение в талых и мягких породах.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является кольцевой пневмоударник для бурения скважин по авт.св. N 1671836, содержащий корпус, установленный в нем ступенчатый ударник со сквозным осевым каналом, кольцевой породоразрушающий инструмент, воздухораспределительную трубку и керношламоприемную трубу, установленные коаксиально с зазором, являющимся воздухоподводящим каналом.

Применение этого пневмоударника обеспечивает высокую производительность бурения, однако в его конструкции площадь керношламоприемного канала соизмерима с площадью затрубного пространства, в результате чего часть отработанного воздуха, а следовательно, и шлама, выхлапывается в затрубное пространство, что является недопустимым для геологоразведочного бурения, ввиду искажения геологической информации. В то же время увеличение диаметра пневмоударника сопряжено с повышением изнашиваемости корпуса и увеличением прилагаемых внешних усилий при бурении скважин. Кроме того, производительность бурения снижается из-за того, что шлам, скапливаясь в затрубном пространстве, при движении ударника вверх попадает вновь в призабойную зону и подвергается вторичному размельчению.

Цель изобретения - повышение производительности бурения за счет более эффективного выноса шлама.

Для достижения поставленной цели в кольцевом пневмоударнике, включающем корпус, ударник со сквозным осевым каналом, кольцевой поpодоразрушающий инструмент, воздухораспределительную трубку и керношламоприемную трубу, установленные коаксиально с зазором, являющимся воздухоподводящим каналом, выполнен по меньшей мере один канал, соединяющий воздухоподводящий канал с шламотранспортной магистралью. С целью образования канала двумя строго спрофилированными коаксиальными поверхностями, позволяющими создать расчетное сечение канала, в пневмоударнике между шламоприемной трубой и двойной бурильной колонной, размещены верхняя и нижняя втулки. Для обеспечения регулировки расхода подаваемого в шламотранспортную магистраль воздуха между торцевыми поверхностями втулок размещена распределительная втулка. Для достижения наиболее полного эффекта от использования канала за счет того, что максимально используется периметр шламотранспортной магистрали, канал выполнен кольцевым. Размещение в хвостовой части пневмоударника канала, соединяющего воздухоподводящий канал с шламотранспортной магистралью с целью повышения производительности бурения за счет более эффективного выноса шлама, авторам не известно.

На чертеже изображен продольный разрез пневмоударника.

Кольцевой пневмоударник для бурения скважин содержит корпус, состоящий из цилиндра 1 и гильзы 2, кольцевой ступенчатый ударник 3 со сквозным осевым каналом, воздухораспределительную трубку 4, внутри которой установлена керношламоприемная труба 5, гайку 6 и породоразрушающий инструмент 7, соединенный с гильзой 2 при помощи шлицевого соединения. На цилиндре 1 перед породоразрушающим инструментом 7 установлено запирающее кольцо 13. В хвостовой части пневмоударника закреплена двойная бурильная колонна, наружная труба 12 которой соединена с гайкой 6, а внутренняя труба 11 - с верхней втулкой 10. Распределительная втулка 9 размещена между торцевыми поверхностями нижней втулки 8 и верхней втулки 10, боковые, коаксиально размещенные поверхности которых образуют кольцевой канал 15. Нижняя втулка 8 соединена с керношламоприемной трубой 5. Полость, образованная гайкой 6 и верхней втулкой 10, является воздухоподводящим каналом 14, а кольцевой зазор между гайкой 6 и шламоприемной трубой 5 - каналом 16.

Кольцевой пневмоударник работает следующим образом.

Сжатый воздух по пространству между трубами 11 и 12 двойной бурильной колонны поступает в канал 14, в котором давление всегда равно магистральному. Затем через кольцевой канал 15, ширина раскрытия которого регулируется распределительной втулкой 9, расчетная часть сжатого воздуха поступает в шламотранспортную магистраль, а основная часть по каналу 16 наполняет камеру холостого хода и производит запуск пневмоударника. Сжатый воздух, пройдя через канал 15, устремляется во внутреннюю трубу 11 двойной бурильной колонны, создавая за собой в шламотранспортной магистрали область пониженного давления. Под действием ударов ударника по породоразрушающему инструменту 7 происходит разрушение породы. Разрушенная порода подхватывается потоком выхлапываемого воздуха и благодаря запирающему кольцу 13, препятствующему попаданию керношламовой смеси в пространство между пневмоударником и стенкой скважины, устремляется через осевое отверстие породоразрушающего инструмента 7, а затем через полость керношламоприемной трубы 5 в область пониженного давления шламотранспортной магистрали. При прохождении канала 15 керношламовая смесь получает дополнительный импульс скорости за счет энергии воздушной струи, истекающей из канала 15 и через внутреннюю трубу 11 двойной бурильной колонны выносится на поверхность. При отрыве пневмоударника от забоя породоразрушающий инструмент 7 перемещается в осевом направлении вниз. В результате этого происходит соединение магистрали сжатого воздуха с атмосферой. Работа пневмоударника прекращается и воздух из магистрали поступает на забой, очищая его от шлама. Для перевода в рабочий режим его прижимают к забою.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет создать направленное и ускоренное движение выхлапываемого воздуха, а вместе с ним и разрушенной породы по осевому отверстию пневмоударника, что обеспечивает более эффективный вынос шлама из призабойной зоны и, следовательно, повышение производительности бурения на 10%.

Использование: изобретение относится к области геологоразведочной, горной и строительной техники. Сущность изобретения: пневмоударник содержит корпус, состоящий из цилиндра 1 и гильзы 2, кольцевой ступенчатый ударник 3, воздухораспределительную трубку 4, керношламоприемную трубу 5, гайку 6, породоразрушающий инструмент 7, верхнюю 10, нижнюю 8 и распределительную 9 втулки и запирающее кольцо 13. Сжатый воздух поступает в воздухоподводящий канал 14 пневмоударника по кольцевому зазору между трубами 11 и 12 двойной бурильной колонны. Через регулируемый канал 15 расчетная часть сжатого воздуха поступает во внутреннюю трубу 11 двойной бурильной колонны, создавая за собой в шламотранспортной магистрали область пониженного давления. Основная часть сжатого воздуха по каналу 16 производит запуск пневмоударника. Разрушенная порода подхватывается потоком выхлапываемого воздуха и благодаря запирающему кольцу 13 устремляется в область пониженного давления. При прохождении канала 15 шламотранспортная смесь получает дополнительный импульс скорости за счет энергии воздушной струи и через внутреннюю трубу 11 двойной бурильной колонны выносится на поверхность. При отрыве пневмоударника от забоя воздух из магистрали поступает на забой скважины, дополнительно очищая его от шлама. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. КОЛЬЦЕВОЙ ПНЕВМОУДАРНИК ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающий связанный с двойной бурильной колонной корпус, ударник со сквозным осевым каналом, кольцевой породоразрушающий инструмент, воздухораспределительную трубку и керношламоприемную трубу, установленные коаксиально с зазором, являющимся воздухоподводящим каналом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса бурения за счет более эффективного выноса шлама, он снабжен верхней и нижней втулками, размещенными в полости, образованной шламоприемной трубой, двойной бурильной колонной и корпусом кольцевого пневмоударника, при этом верхняя и нижняя втулки образуют боковыми поверхностями по меньшей мере один кольцевой канал, соединяющий воздухоподводящий канал с шламотранспортной магистралью. 2. Пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что он снабжен распределительной втулкой, размещенной между торцевыми поверхностями верхней и нижней втулок.