Пневмоэжекционный эвакуатор Российский патент 2021 года по МПК E21B21/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении взрывных скважин с применением для эвакуации бурового шлама сжатого воздуха.

Известно устройство для эвакуации бурового шлама из скважины, включающее шнековые штанги, соединенные друг с другом с помощью замкового механизма [Сафохин М.С., Катанов Б.В. Машинист буровой установки на карьерах. - М.: Недра, 1992, с. 54, рис. 3.13а.].

К недостаткам этого устройства относится ограничение механической скорости бурения за счет недостаточной транспортирующей способности бурового става, состоящего из шнековых штанг.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство для эвакуации бурового шлама из скважины, включающее буровой став, состоящий из долота с продувочным каналом, и концевой и основных буровых штанг с центральным каналом для прохода воздуха, при этом, буровой став снабжен шнековым забурником-эвакуатором, имеющим центральный канал для подачи сжатого воздуха в призабойную зону, и верхним и нижним конусами, образующими со стенками скважины соответственно диффузорный и конфузорный участки для эжекции воздушно-шламового потока, основные и концевая буровые штанги выполнены гладкоствольными, причем нижний конус присоединен к долоту, а верхний конус присоединен к концевой буровой гладкоствольной штанге, при этом в верхнем конусе шнекового забурника-эвакуатора выполнены эжекционные каналы и смонтирован механизм управления для разделения потока сжатого воздуха и регулирования его параметров. [Патент RU №2281378, МПК Е21В 10/44, опубликовано 2006].

К недостаткам этого устройства следует отнести нерегулируемость поступления сжатого воздуха в эжекционные каналы перед забуриванием скважины.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение эффективности процесса эвакуации бурового шлама и снижение удельных затрат на бурение скважин, путем регулирования поступления сжатого воздуха в эжекционные каналы перед забуриванием скважины.

Это достигается тем, что в пневмоэжекционном эвакуаторе, включающем буровой став, состоящий из долота с продувочными каналами, буровых штанг, шнекового забурника-эвакуатора, который снабжен центральным каналом для подачи сжатого воздуха в призабойную зону, верхним и нижним конусами, причем нижний конус присоединен к долоту, а верхний конус присоединен к буровой штанге, при этом в верхнем конусе шнекового забурника-эвакуатора выполнены эжекционные каналы и смонтирован механизм управления, содержащий клапан с проходными каналами согласно изобретению, механизм управления дополнительно снабжен трубой, выполненной соосно с клапаном, с образованием в нем дополнительных каналов для направления воздуха в эжекционные каналы и в центральный канал, при этом, в нижней части трубы установлен внутренний конус, а в верхней части трубы установлен генератор, на оси которого расположен пропеллер, приемный датчик и ключ разрыва электрической цепи, при этом генератор обеспечивает передачу энергии с помощью кабеля на кольцевой электромагнит с последующим воздействием на перемещение клапана , управляющего открытием эжекционных каналов.

Между существенными признаками заявляемого устройства существует причинно-следственная связь, которая приводит к новому техническому результату.

Регулирование поступления сжатого воздуха в эжекционные каналы перед забуриванием скважины осуществляет механизм управления, включающего трубу, устраняющую воздействия потока воздуха на верхнюю часть клапана, который перенаправляет поток воздуха в эжекционные каналы и на забой, регулируя при этом их объем, необходимый для поддержания стабильного процесса бурения. Электромагнит позволяет фиксировать положение клапана, когда эжекционные каналы перекрыты, для того, чтобы сжатый воздух весь уходил на забой, и сохраняет его положение до тех пор, пока пневмоэжекционный эвакуатор не погрузится на глубину, а эжекционные каналы не скроются в скважине. Генератор, приемный датчик и ключ регулируют работу электромагнита и, тем самым, потоки воздуха.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображен пневмоэжекционный эвакуатор (общий вид); на фиг.2 - пневмоэжекционный эвакуатор (в разрезе); на фиг.3 - механизм управления пневмоэжекционного эвакуатора; на фиг.4 - клапан механизма управления пневмоэжекционного эвакуатора; на фиг.5 - разрез А-А фиг.4; на фиг.6 - клапан механизма управления пневмоэжекционного эвакуатора, находящийся в нижнем крайнем положении, при котором эжекционные каналы открыты; на фиг.7 - клапан механизма управления пневмоэжекционного эвакуатора, находящийся в верхнем крайнем положении, при котором эжекционные каналы закрыты.

Пневмоэжекционный эвакуатор включает в себя буровой став, состоящий из буровых штанг 1 с муфтой 2 и шнекового забурника эвакуатора 3, имеющего нижний конус 4, в который устанавливается долото 5, и верхний конус 6, состоящий из механизма управления 7 и шнековой штанги 8. Механизм управления 7 состоит из корпуса 9 с эжекционными каналами 10, в который ввинчивается втулка 11. Втулка 11 является соединительным звеном между буровой штангой 1 и шнековым забурником-эвакуатором. В пазу торца втулки в ее нижней части установлен кольцевой электромагнит 12, а внутри втулки 11 расположена труба 13, фиксируемая горизонтально ориентированными штифтами. На входе в трубу 13 установлен генератор 15, на оси 16 которого расположен пропеллер 17, приемный датчик 18 и ключ разрыва электрической цепи 19. Вдоль всей длины трубы 13 расположен кабель-канал 20 с кабелем 21, который фиксируется герметиком 22. В нижней части трубы 13 расположен внутренний конус 23 для направления потока воздуха F. В корпусе 9 механизма управления 7 установлен клапан 24 непосредственно под эжекционными каналами 10, фиксируемый горизонтально расположенными штифтами 25. Кроме того, в клапане 24 имеются каналы 26 для подачи воздуха F₂ на эжекционные каналы 10 в корпусе 9 механизма управления 7 и каналы 27 для подачи воздуха F₁ в центральный канал 28, расположенный в шнековой штанге 8, ведущий к забою.

Работа пневмоэжекционного эвакуатора осуществляется следующим образом. В механизм управления 7 шнекового забурника эвакуатора 3 через буровые штанги 1, закрепленные с помощью муфты 2 ввинченной во втулку 11, подается сжатый воздух F, который попадает в трубу 13, закрепленную штифтами 14 в корпусе 9 механизма управления 7 и раскручивает пропеллер 17, тем самым запуская работу генератора 15, расположенного на оси 16. Далее поток сжатого воздуха F направляется внутренним конусом 23, расположенным в нижней части трубы 13, в каналы 26 клапана 24.

В клапане 24, фиксируемый штифтами 25, потоки воздуха F₁ и F₂ проходят по каналу 26 к эжекционным каналам 10, и по каналу 27 в центральный канал 28. Клапан 24 в процессе работы меняет свое положение из-за возникаемой разницы давлений и имеет два положения. Первое положение клапана 24 (фиг.6 - потоки воздуха F₁ и F₂ равномерно распределяются в каналы 26 и 27. И второе положение (фиг. 7) - клапан 24 находится в верхнем крайнем положении, эжекционные каналы перекрыты и весь воздух F направляется в центральный канал 28. Объем проходящего воздуха зависит от рабочего положения клапана 24 во время бурения. В процессе работы, один поток воздуха F₂ направлен в эжекционные каналы 10, а другой поток F₁ движется в центральный канал 28, расположенный в шнековой штанге 8, и далее идущий на забой. Генератор 15 вырабатывает электрический ток и подает его кабелем 21, расположенным в кабель-канале 20, на кольцевой электромагнит 12. Кабель 21, закреплен герметиком 22. В момент начала забуривания шнекового забурника-эвакуатора 3 машинист из кабины посылает сигнал на приемный датчик 18, чтобы ключ 19 замкнул цепь, при этом кольцевой электромагнит 12 и притягивает клапан 24 и фиксирует его положение, закрывая эжекционные каналы 10. После того как эжекционные каналы 10 скрываются в скважине, машинист посылает сигнал на приемный датчик 18, чтобы ключ 19 разомкнул цепь, и кольцевой электромагнит 12 отпускает клапан 24. Далее клапан работает в режиме саморегулирования в зависимости от разницы давления, под и над клапаном.

Поток воздуха F₁ из центрального канала 28 поступает на забой через продувочные каналы долота 5. Буровой шлам, подхватываемый воздухом, попадает на шнековую штангу 8, далее воздушно-шламовый поток перемещается вверх. Нижний конус 4 уменьшает скорость выноса воздушно-шламового потока, но увеличивает давление.

Поток воздуха F₂ из эжекционных каналов 10 с большой скоростью поступает в пространство, образуемое верхним конусом 6 и стенкой скважины, в котором давление ниже чем в воздушно-шламовом потоке. При этом, из-за разницы в давлении, повышается скорость выноса шлама, и снижается концентрация твердой фазы (шлама). Далее эвакуация бурового шлама до устья скважины осуществляется энергией объединенных потоков сжатого воздуха F₁ и F₂.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса эвакуации бурового шлама и снижения удельных затрат на бурение скважин путем регулирования поступления сжатого воздуха в эжекционные каналы перед забуриванием скважины.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении взрывных скважин с применением для эвакуации бурового шлама сжатого воздуха. Устройство включает долото с продувочными каналами, буровые штанги, шнековый забурник-эвакуатор, который снабжен центральным каналом для подачи сжатого воздуха в призабойную зону, верхним и нижним конусами. Нижний конус присоединен к долоту, а верхний конус присоединен к буровой штанге. В верхнем конусе выполнены эжекционные каналы и смонтирован механизм управления, содержащий клапан с проходными каналами. Механизм управления снабжен трубой, выполненной соосно с клапаном, с образованием в нем дополнительных каналов для направления воздуха в эжекционные каналы и в центральный канал. В нижней части трубы установлен внутренний конус, а в верхней части установлен генератор, на оси которого расположен пропеллер, приемный датчик и ключ разрыва электрической цепи. Генератор обеспечивает передачу энергии с помощью кабеля на кольцевой электромагнит с последующим воздействием на перемещение клапана, управляющего открытием эжекционных каналов. Повышается эффективность процесса эвакуации бурового шлама за счет регулирования поступления сжатого воздуха в эжекционные каналы. 7 ил.

Пневмоэжекционный эвакуатор, включающий буровой став, состоящий из долота с продувочными каналами, буровых штанг, шнекового забурника-эвакуатора, который снабжен центральным каналом для подачи сжатого воздуха в призабойную зону, верхним и нижним конусами, причем нижний конус присоединен к долоту, а верхний конус присоединен к буровой штанге, при этом в верхнем конусе шнекового забурника-эвакуатора выполнены эжекционные каналы и смонтирован механизм управления, содержащий клапан с проходными каналами, отличающийся тем, что механизм управления дополнительно снабжен трубой, выполненной соосно с клапаном, с образованием в нем дополнительных каналов для направления воздуха в эжекционные каналы и в центральный канал, при этом в нижней части трубы установлен внутренний конус, а в верхней части установлен генератор, на оси которого расположен пропеллер, приемный датчик и ключ разрыва электрической цепи, при этом генератор обеспечивает передачу энергии с помощью кабеля на кольцевой электромагнит с последующим воздействием на перемещение клапана, управляющего открытием эжекционных каналов.