Устройство для бурения Советский патент 1983 года по МПК E21B21/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам для промывки скважин при бурении, и может найти применение при бурении скважин различного назначения в сложных геолого-технических условиях: полное поглощение промывочной жидкости, некондиционный выход керна или неустой чивые стенки скважин. . Известны устройства для бурения, содержащие бурильные трубы, буровой снаряд и эрлифт с концентричными внутренней и наружной трубами l . При бурении таким снарядом по внутренней трубе подается сжатый воз дух, который выходит в кольцевой зазор, и вследствие разницы плотности жидкости в кольцевом зазоре и в сква жине возникает местная обратная циркуляция промывочной жидкости. Однако известные снаряды не получили широкого применения, потому что :наличие в промывочной жидкости большого количества шлама является часто причиной нарушения циркуляции и преж девременного прекращения рейса. Более совершенными являются снаряды, где наряду с эрлифтом для прокачки жидкости можно использовать механическую энергию движения бурового сна ряда . Известно также устройство для бурения, со11ержащее бурильную трубу, эрлифт в виде концентрично расположенных внутренней и наружной труб, . соединенный с бурильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпу се со сливными отверстиями, а также гГоршневой насос с прикрепленным к штоку буровым снарядом 2 . В случае нарушения циркуляции при бурении (встреча мягких пропластков. горных пород или зашламование промывочных каналов в породоразрушающем наконечнике), которое контролируется с поверхности по показанию давления воздуха в магистрали, в работу лопол нительно включается погружной насос с целью ее восстановления. Погружной насос способствует восстановлению циркуляции,так как он способен развить больший перепад давления у породоразрушающего наконечника,,чем эрлифт. Откачка запшамованной жидкости на поверхность для ее очистки производится периодически, по мере накопления шпама в скважине только погружным насосом. Перевод устройства с одного режима на другой производится вращением колонны бурильных труб вправо или влево. Недостатком известного устройства является наличие в переключаницем механизме винтовых пар, что делает работу.устройства ненадежной. При заишамовывании их нельэя произвести переключение устройства с одного режима на другой, а при откачке жидкое ти на поверхность погружным насосом может произойти самопроизвольное пе-реключение на режим местной обратной промывки вследствие скручивающего действия навивки каната бурового стана. Цель изобретения - повышение надежности . Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для бурения, содержащем бурильную трубу, эрлифт в виде концентрично расположенных внутренней и наружной труб,соединенный с бурильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпусе со сливными отверстиями, а также погружной поршневой насос с прикрепленным к штоку буровым снарядом, золотниковый механизм выполнен в виде жестко соединенных верхнего и нижнего поршней с обратным клапаном на верхнем поршне, установленных Подвижно соответственно на внутренней и наружной трубах эрлифта и подпружиненных относительно корпуса, при этом сливные отверстия в корпусе 1 входное отверстие внутренней трубы эрлифта перекрыты соответственно нижним и верхним поршнями при крайнем верхнем положении последних. Кроме того, внутренняя труба эр- лифта выполнена с дополнительным входным отверстием и с обратным клапаном в нем. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для бурения, общий вид; на фиг. 2 - положение деталей устройства при бурении скважины с местной обратной промывкой эрлифтом на фиг. 3 - то же, при бурении с обратной промывкой погружным поршневым насосом и одновременной откачкой жидкости из скважины. Устройство дпя бурения состоит из воздухопроводной бурильной трубы 1, корпуса 2 золотникового механизма, двух кольцевых поршней верхнего 3 и нижнего 4, которые жестко соединены между собой втулкой 5 с отверстием б, концентрично расположенных внутренней и наружной труб эрлифта 7 и 8, обратного кольцевого клапана 9, расположенного в верхнем поршне 3, пружины 10. В корпусе 2 и на внутренней трубе 7 выполнены соответственно сливное отверстие 11 и входное отверстие 12, которые перекрыты кольцевыми поршнями 3 и 4 и открываются при смещении поршней вниз. В верхней части внутреннейтрубы 7 эрлифта выполнено дополнительное входное отверстие с обрат,ным клапаном 13. Наружная труба 8 эрлифта через переходник 14 соединена с цилиндром 15 погружного поршневого насоса. На боковой поверхности цилиндра 15 выполнено выходное отверстие 16. Погружной насос, кроме цилиндра 15, включает обратные клапаны 17 и 18, поршень 19 и обойму 20, Через отверстие обоймы 20 пр ходит полый шток 21. Обойма 20 и шток 21 имеют шлицевое соединение для передачи крутящего момента. Што 21 соединены с буровым снарядом 22. Шланг 23 и сальник-вертлюг 24 служат для подачи сжатого воздуха в устройство или для выдачи промывочной жидкости на поверхность. Работа устройства при бурении с местной обратной промывкой (фиг,.2 возможна по двум вариантам: бурение с местной обратной промывкой, созда ваемой только эрлифтом, и по второму варианту, когда местная обратная промывка создается совместно эрлифтом и погружным .поршневым насосом. При бурении по первому варианту сжатый воздух подается от компрессора по шлангу 23, сальнику-вертлюгу 24, воздухопроводной трубе 1 и поступает в корпус 7, где сжатый воздух перемещает вниз кольцевые поршни 3 и 4, сжимая пружину Ю, и открывает отверстия 11 и 12. Через отверстие 12 воздух поступает внутреннюю TPv6v 7 эрлифта и выходит в зону аэрации ниже торца этой трубы. Здесь воздух смешивается с водой, находящейся в наружной трубе 8 эрлифта, в результате чего в кольцевом зазоре между внутренней и наружными трубами 7 и 8 создается водовоздушная смесь. За счет разницы удельных весов жидкости, в скважине и кольцевом сечении эрлифта под действием напора столба жидкости hjj , в устройстве соэдае.тся местная обратная циркуляция жидкости. Жидкость, омывая забой скважины, по нимается через буровой снаряд 22, полый шток- 21, отверстия клапанов 18. и 17 и, следуя дальше по кольцевому зазору между внутренней и наружной трубами 7 и 8 через отвер/стия 6 и 11, снова изливается в скв жину. Контроль за циркуляцией промы вочной жидкости осуществляется по показанию давления в возд5Т11ной магистрали . Если происходит нарушение циркуляции промывочной жидкости (из за закупорки промывочных каналов у породоразрушающего наконечника), .жидкость внутрь бурового снаряда 22 не поступает. В результате этого вся жидкость, находащаяся в кольц вом зазоре между внутренними и наружными трубами 7 и 8, выносится через отверстия 6 и 11 в скважину, что ведет к резкому снижению давления воздуха в магистрали, так как воздух свободно проходит по внутрен ней трубе 7, кольцевому зазору между трубами 7 и 8 (где жидкости нет) и через отверстия б и 11 в скважину Дальнейшее бурение с обратной промы кой, создаваемой только эрлифтом, продолжать нельзя, так как возможен прижог на забое породоразрушающего наконечника. Для продолжения процес са бурения необходимо предварительно восстановить циркуляцию промывоч- ной жидкости, которое производится погружным поршневым насосом, т.е. при работе устройства по второму варианту местная обратная промывка создается одновременно эрлифтом и погружньом поршневым насосом. Устройство для бурения по второму варианту работает следующим образом (фиг. 2). Компрессор не выключается, воздухопроводная труба 1 расхаживается 1ей придается возвратно-поступательное движение) через сальник-вертлюг 24 лебедкой (или гидросистемой) бурового станка. При этом поршень 19, шток 21 и буровой снаряд 22 таются неподвижными, удерживаемые собственным весом. В цилиндре 15 при его движении вверх создается разрежение,,и жидкость под действием напора столба жидкости (h + hj) из скважины через буровой снаряд 22, полый шток 21 из-под клапана 18 заполняет полость над поршнем 19. Когfla цилиндр 15 двигается вниз, жидкость из камеры над поршнем 19 через клапан 17 поступает в кольцевой зазор между внутренними и наружными трубами эрлифта 7 и 8 и через отверстия б и 11 изливается в скважину. Происходит восстановление циркуляции ПРОМЫВОЧНОЙ жидкости потому, что величина давления с забоя внутрь бурового снаряда 22, развиваемая погружным поршневым насосом, может быть в несколько раз выше, чем у эрлифта. Это объясняется тем, что эрлифт создает давление внутрь бурового снаряда под действием напора столба жидкости h(, а погружной поршневой насос - (h + h). Кроме того, у эрлифта величина напора h, согласно известной теории работы эрлифта, не может превышать давления компрессора и поэтому имеет ограниченные значения (0,5-0,7 МПа) а у погружного насоса - (hi, +h2) зависит только от глубины скважины. Так, чем больше глубина скважины, тем больше (h + h) и, соответственно, увеличивается давление с забоя внутрь бурового снаряда 22 от 0,5 до 8 МПа. Восстановление циркуляции контролируется на поверхности по повышению давления воздуха в магистрали. После восстановления циркуляции бурение продолжается по первому варианту, т.е.бурение с местной обратной промывкой, создаваемой только эрлифтом. ,Отличительные признаки предлагаемого устройства для бурения позволяют осуществить бурение с обратной промывкой, создаваемой погружным насосом, с одновременной откачкой жидкости на поверхность (фиг. 3). Промывочную жидкость необходимо периодически откачивать на поверхност с целью ее очистки от шлама, которы накапливается в скважине по мере ее углубки. Для этого прекращается подача сжатого воздуха. Под дейсввием силы сжатой пружины 10 поршни 3 и 4 перемещаются вверх и перекрывают отверстия Д1 и 12..Осуществляется расхаживание воздухопроводной трубы 1, и погружным поршневьв4 насосом создается обратная циркуляция промывочной жидкости, которая от погружного насоса поднимается по внутренней трубе 7 эрлифта и клапану 13, а также по кольцевому зазору между внутренней и наружными трубами эрлиф та 7 и 8 и клапану 9 поршня 3. Ваше переключающего механизма жидкость через воздухопроводную трубу 1, сальник-вертлюг 24 и шланг 23 поступает в приемную емкость для очистки После очистки жидкости на поверхности она самотеком поступает в скважину. Наличие клапана 13 во внутренней трубе 7 дает возможность снизить гидравлические сопротивления на пути движения жидкости, так как она движется не только по кольцевому зазору между 7 и 8, но и по трубе 7, что позволяет интенсифицировать обратную промывку при бурении с погружным поршневым насосом. Такое совмещение в предлагаемой кбнструкции двух процессов дает возможность производить очистку промывочной жидкости от шлама на поверхности без прекращения процесса углубки скважины, т,е. сократить непроизводительные затраты времени. Переключение устройства с одного режима работы на другой включением или выключением компрессора сокращает затраты времени и устраняет тяжелый ручной труд при проведении переключений .

. 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ, :содержащее бурильную трубу, эрлифт В виде кбнцентрично расположенных внутренней и наружной труб, соеди ненный с бу-рильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпусе со сливными отверстиями, а также погружной поршневой насос с прикреп- ленным к штоку буровым снарядом, отлич ающееЬя тем, что, с целью повышения нгшежности, золотниковый механизм выполнен в виде жестко соединенных верхнего и нижнего поршней с обратным клапаном на верхнем поршне, установленных подвижно соответственно на внутренней и наружной трубах эрлифта и подпру- , жиненных относительно корпуса, при этсм сливные отверстия в корпусе и входное отверстие внутренней трубы эрлифта перекрыты соответственно ниж.ним и верхним поршнями при крайнем , верхнем положении последних. $ 2. Устройство по п. 1, о т л и(П чающееся тем, что внутренняя труба эрлифта выполнена о дополнительным входным отверстием и с обратным клапано в нем. а о со

г«

Й