ПОГРУЖНОЙ ГИДРОУДАРНИК Российский патент 2002 года по МПК E21B4/14 

Предлагаемый погружной гидроударник относится к буровой технике, а именно к погружным буровым устройствам с объемным гидроприводом для ударно вращательного бурения скважин, и может найти применение в геологоразведке, гидрогеологии и горной промышленности.

Известен пневматический ударный механизм по а.с. СССР 998740, кл. Е 21 С 3/24, опубл. в БИ 7, 1983 г., включающий корпус, в котором установлен поршень, образующий с его стенками камеры рабочего и холостого хода, кольцевой эластичный клапан, выполненный в виде тора, размещенный в кольцевой канавке на наружной поверхности клапанного седла и образующий с корпусом канал для подвода энергоносителя в камеру рабочего хода, и инструмент. Кроме того, установлен дополнительный эластичный клапан, выполненный в виде тора, который образует с внутренними стенками корпуса канал для выпуска воздуха из камеры рабочего хода через радиальные окна в корпусе.

Это устройство эффективно, но ненадежно в виду того, что во время бурения и при спуско-подъемных операциях из затрубного пространства в рабочую камеру попадает шлам, так как камера прямого хода напрямую связана с затрубным пространством через радиальные окна в корпусе.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является погружная ударная машина по патенту РФ 2097520, кл. Е 21 В 4/14, Е 21 С 3/24, опубл. в БИ 33, 1997 г., которая включает переходник с трубкой, корпус с гильзой, ударник с осевым сквозным каналом, разделяющий полость корпуса на рабочие камеры прямого и обратного хода, систему распределения энергоносителя по рабочим камерам, содержащую ступенчатый питающе-разрядный клапан, питающий, сливной, разрядный и командный тракты камеры прямого хода.

Недостатком этой машины является низкая надежность, так как во время работы с абразивными энергоносителями типа глинистых растворов происходит быстрый износ рабочих поверхностей питающе-разрядного клапана вследствие резкого увеличения скоростей потока рабочей жидкости в питающей щели между седлом и клапаном во время его перекидки.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве, заключается в повышении эксплуатационной надежности за счет улучшения условий работы деталей питающе-разрядной системы и снижения износа посадочных мест клапанов.

Поставленная задача решается посредством того, что в предлагаемом погружном гидроударнике, включающем корпус с гильзой, разрядный шток, ударник с центральным сквозным каналом и головкой, разделяющей полость гильзы на камеры прямого и обратного хода, и питающе-разрядную систему камеры прямого хода, содержащую разрядный клапан, установленный на разрядном штоке, питающий, сливной, разрядный и командный тракты, согласно предлагаемому решению в питающем тракте питающе-разрядной системы камеры прямого хода размещен клапан в виде эластичного кольца, установленный в головке ударника с кольцевым зазором относительно гильзы. Такая совокупность признаков снижает скоростные потоки рабочей жидкости в питающем тракте при перекрытии его клапаном, улучшая условия работы деталей питающе-разрядной системы, что повышает эксплуатационную надежность предлагаемого погружного гидроударника.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез погружного гидроударника, общий вид, а на фиг.2 - детали питающе-разрядной системы (узел I на фиг.1) в увеличенном масштабе во время работы гидроударника, причем левая сторона - ударник в крайнем нижнем положении после удара, а правая сторона - ударник в крайнем верхнем положении, начало прямого хода.

Погружной гидроударник (фиг.1, 2) состоит из корпуса 1, гильзы 2, переходника 3 с фильтром 4 и обратным клапаном 5, разрядного штока 6, ударника 7 с центральным сквозным каналом 8 и головкой 9, камеры 10 прямого хода, камеры 11 обратного хода, разрядного клапана 12, установленного на разрядном штоке 6 с кольцевым зазором 13 относительно гильзы 2 (фиг.2), питающего тракта, состоящего из каналов 14, 15 и радиальных отверстий 16 в гильзе 2, сливного тракта, состоящего из центрального сквозного канала 8 ударника 7 и центрального канала 17 наковальни 18, разрядного тракта, состоящего из радиальных отверстий 19 и центрального канала 20 разрядного штока 6, командного тракта, содержащего расточку 21 в гильзе 2 и пазы 22 на разрядном штоке 6, клапана 23, выполненного из эластичного материала и установленного в головке 9 ударника 7 с кольцевым зазором 24 относительно гильзы 2.

Гидроударник работает следующим образом. Рабочая жидкость из напорной магистрали, подводимая к переходнику 3 гидроударника (фиг.1) по ставу штанг, проходит через фильтр 4, открывает обратный клапан 5 и по каналам 14, 15 питающего тракта, радиальным отверстиям 16 гильзы 2 поступает в камеру 11 обратного хода. Камера 10 прямого хода в это время через центральные каналы 8, 17 сливного тракта связана с забойным пространством, т.е. находится под пониженным давлением. За счет перепада давления между камерами 10 и 11 клапан 23, установленный на головке 9 ударника 7, раскрывается и прижимается своей поверхностью к внутренней поверхности гильзы 2, выбирая кольцевой зазор 24 (фиг. 2, левая сторона). Ударник 7 совершает обратный ход, т.е. поднимается вверх. Из камеры 10 прямого хода рабочая жидкость вытесняется через пазы 22 разрядного штока 6, кольцевой зазор 13 разрядного клапана 12, радиальные отверстия 19 в центральный канал 20 разрядного штока 6 и далее в сливной тракт - центральные каналы 8 и 17. В это время канал 8 ударника 7 уже перекрыт штоком 6. В конце обратного хода ударник 7 входит своей головкой 9 в зону расточки 21 (фиг.2, правая сторона), клапан 23 за счет своей упругости сжимается, а разрядный клапан 12 растягивается и перекрывает кольцевой зазор 13. Это происходит потому, что возникает перепад давления между камерой 10 прямого хода и центральным каналом 20 разрядного штока 6. Далее рабочая жидкость через зазор, образованный между головкой 9 ударника 7 и гильзой 2, поступает из камеры 11 обратного хода в камеру 10 прямого хода. Ударник 7 резко тормозится и изменяет направление движения, совершая прямой ход. Это происходит потому, что площадь ударника 7 со стороны камеры 10 прямого хода больше его площади со стороны камеры 11 обратного хода. По мере перемещения ударника 7 его головка 9 с клапаном 23 выходит из зоны расточки 21 и входит в зону сужения гильзы 2, но питающий кольцевой зазор между ударником 7 и внутренней поверхностью гильзы 2 сохраняется, так как клапан 23 остается в сжатом состоянии. При этом ударник 7 перемещается вдоль гильзы 2 без контакта с ней. По этому зазору 24 рабочая жидкость интенсивно поступает в камеру 10 прямого хода. После того, как ударник 7 сойдет со штока 6 и откроет сливной тракт (фиг.2, левая сторона), давление в камере 10 прямого хода резко упадет, разрядный клапан 12 за счет своих упругих сил сожмется и образует кольцевой зазор 13, соединив камеру 10 прямого хода со сливом через разрядный шток 6. Клапан 23, размещенный на головке 9 ударника 7, перед самым ударом раскрывается из-за перепада давления между камерами 10, 11, перекрыв питающий кольцевой зазор. Ударник 7 наносит удар по наковальне 18 и цикл повторяется.

Ввиду того, что в предлагаемом погружном гидроударнике клапан 23 камеры 10 прямого хода выполнен в виде эластичного кольца, не имеющего жестких контактных поверхностей в местах перекрытия потока рабочей жидкости, в отличие от жесткого питающе-разрядного клапана прототипа, при работе на глинистых растворах не происходит абразивного износа контактирующих поверхностей, а повышение быстродействия клапана не приводит к нарастанию скорости потока жидкости в местах перекрытия им потока, также снижает износ элементов питающе-разрядной системы, что в конечном счете повышает эксплуатационную надежность гидроударника.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к погружным буровым устройствам с объемным гидроприводом для ударно-вращательного бурения скважин, и может найти применение в геологоразведке, гидрогеологии и горной промышленности. Гидроударник включает корпус с гильзой, разрядный шток, ударник с центральным сквозным каналом и головкой, разделяющей полость гильзы на камеры прямого и обратного хода, и питающе-разрядную систему камеры прямого хода, содержащую разрядный клапан, установленный на разрядном штоке, питающий, сливной, разрядный и командный тракты, согласно предложению в питающем тракте питающе-разрядной системы камеры прямого хода размещен клапан в виде эластичного кольца, установленный в головке ударника с кольцевым зазором относительно гильзы. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационной надежности. 2 ил.

Погружной гидроударник, включающий корпус с гильзой, разрядный шток, ударник с центральным сквозным каналом и головкой, разделяющей полость гильзы на камеры прямого и обратного хода, и питающе-разрядную систему камеры прямого хода, содержащую разрядный клапан, установленный на разрядном штоке, питающий, сливной, разрядный и командный тракты, отличающийся тем, что в питающем тракте питающе-разрядной системы камеры прямого хода размещен клапан в виде эластичного кольца, установленный в головке ударника с кольцевым зазором относительно гильзы.