Эжекторный колонковый буровой снаряд Советский патент 1984 года по МПК E21B21/00 E21B25/00 

Од

7) f Изобретение относится к буровой технике, а именно и снарядам колонкового бурения скважин с обратной продувкой сжатым воздухом, и может применение при бурении многолетнемерзлых пород, при этом обратная циркуляция охлажденного воздуха в колонковой трубе создает наилучшие условия для сохранения ке на. « Известно приспособление для осуществления бурения с обратной пиркуляцией бурового раствора, использукщее понижение давления и из менение направления циркуляции в бу рильной колонне ll . Процесс бурения предусматривает дачу промывочной жидкости и шлама от бурового снаряда вверх во внутренкж) полость нижней части колонны бурильных труб посредством трубка Вентури. Чистая часть раствора направлена в затрубное пространство и, поступая в забой скважины, охлаждае буровой инструмент. Конструкция сн ряда с трубкой Вентури представляет собой одноструйньш эжектор. Однако применение указанного сна ряда требует большого количества пр 1 ывочной хсидкости или сжатого воздуха, что чрези 1чайно ограничивает его применение, так как связано с б льшими энергетическими затратами. Известен также эжекторный колонк вый буровой снаряд, содержащий бурильную, колонковую и ошамовую трубы породоразрушающий инструмент, эжектор с диффузором в виде винтового канала, и клапанный узел, размещенн под эжектором между бурильной и ко лонковой трубками и имекщий установленную над ним в бурильной трубе заглушку zj . Недостатком известного снаряда я ляется малая степень эжекции,из-за чего либо невоз..южко использовать в качестве рабочей среды сжатый воздух, либо расход его должен быть слишком большим, что значительно по вышает энергетические затраты. Таким образом, язнестные констру ции снарядов экономически невыгодно использовать для бурения скважин с гфодувкой сжатым возцуком в районах Крайнего Севера, Цель изобрете1шя - увеличение степени эжекции при использовании в качестве рабочей среды сжатого .воздуха. 162 Указанная цель достигается тем, что в эжекторном колонковом буровом снаряде, содержащем,бурильную, колонковую и шламовую трубы, породораз рущающий инструмент, эжектор с Д51ффузором в виде винтового канала и клапанный узел, размещенный под эжектором между бурильной и колонковой тpyбa и имеющий .установленную под ним в бурильной трубе заглушку, сопло эжектора выполнено в виде винтовой реборды, закреапенной на бурильной трубе и перекрытой снаружи патрубком, закрепленным коакси«шьно на бурильной трубе и имекнцим окно в верхней части, при этом винтовая реборда сопла выполнена с возрастающим шагом раскрытия вверх и вниз от места размещения окна в патрубке, а винтовой канал диффузора образован дополнительной винтовой ребордой, размещенной в зазоре между шламовой трубой и патрубком в зоне располо:7кения патрубка и имеющей шаг, превышающий г«1нимаг1ьный щаг винтовой реборды сопла. На фиг.I изображен эжекторный колонковый буровой снаряд с вихревым эжектором; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.З - трубка Вентури для бурового снаряда. Эжекторный колонковый буровой снаряд содержитбурильную трубу 1, 1аламовук трубу 2, выполняющую роль наружного корпуса для эжектора, а также колонковую трубу 3. Трубы 1,2 я 3 соединены посредством переходника 4 и замкового соединения 5.На нижнем конце трубы 3 навернута буровая коронка 6. В верхней части бурового снаряда на бурильной трубе 1 выше эжектора установлена трубка Вентури. На замковом соединении 5 закреплена труба 1 и коаксиально к ней патруЛок 8 с окном 9. На наружной поверхности трубы I у.креплена винтовая реборда 10, при этом н части, где она установлена в зазоре труб 8, реборда полностью перекрывает межтрубное пространство. Реборда выполнена с возрастaij щим шагом раскрытия вверх и вниз от верхнего торца патрубка 8, а точнее от окна 9, и является в суженной части активным соплом эжектор а, В нижней части трубы I установлена заглушка 1i, выше которой выполнена отверстия 12 для выхода потока ежа31

того воздуха через винтовой канал реборды 10. Для прохода воздуха из колонковой трубы 3 через замковое соединение 5 выше шарового клапана 13 имеются отверстия 14, Перекрывая межтрубное пространство 2 и 8 от окна 9, выполнена дополнительная винтовая реборда 15 с шагом, превышающим ушнимальный шаг первой винтовой реборды 10.Длина винтового канала реборды 15 составляет по меньшей мере полтора оборота с возрастающим шагом от окна 9 до верхнего торца патрубка 8.

На внутренней стороне верхнего

конца шламовой трувь 2 установлен дроссель 16 с зазором относительно трубы 1 не меньшим, чем зазор между трубой 2 и патрубком 8.

Для предотвращения засорения эжекiTooa в,нижней части переходника 4 установлен (}ильтр 17 закрепленный болтами 18.

Как показано на .3, трубка Вентури 7 выполнена в виде вклад| ппа 19 имеющего конфузор, прямой участок и диффузор. Длина прямого участка в два раза превосходит диаметр,при этом на прямом участке выполнены боковые отверстия 20 диаметром 8 мм дпя всасывания воздуха. На трубе i в зоне трубки Вентури 7 также выполнены отверстия, диаметром 6 мм. Для предотвращения скручивания трубы 1 с отверстияьш на нее одета дополнительная трубка 21 с отверстиями дламетром 5 мм.

Буровой снаряд работает следу ощим образом.

Сжатый воздух поступает по центральному каналу тру&1 I до заглушки П и,меняя направление, выходит через отверстия 12 в межтрубное пространство 2 и 8. По винтовому каналу образованному ребордой 10,поток сжатого воздуха, уплотненный и раскрученный, выходит через окно 9 патрубка 8 в дополнительный винтовой канал, образованный ребордой 5. В зоне окна 9 шаг реборды 15 больше, чем шаг реборды 10, что обеспечивает засасывание воздуха на нижней части бурового снаряда.При проходе воздуха из узкого канала реборды 10 в канал реборды 15 сжатая струя расширяется, увеличивается ее скорость и подъем нал -сила, благодаря чему подсасывается воздух из межтрубного про164

странства 2 и 8, ив последнем образуется зона вакуума.

Поскольку в пространстве между стенками скваяз ны и бурового снаряда давление воздуха больше, чем в указанном межтрубном пространстве, это обеспечивает эффективное подсасывание охлажденного воздуха и обратную циркуляцию с забоя через колонковую трубу 3, ф1-и1ьтр 17,какап переходника 4, замковое соеди.чение 5 и приподнятый клапан 3 отверстия 14 н канал реборды 5 и далее через образованную в зазоре труб 1 и 2 вихревую трубу обратно в скважз- ку. Увеличивакщийся шаг раскрытия винтовой реборды 10 вверх от торца патрубка 8 способствует з({)фектнвному смешиванию всасываемого и сжатого агента. .Дроссель 16 обеспечивает охлаждение вь;ходящего из эжектора воздуха за счет образующегося перепада давлеШгЯ ,

Таким образом, увеличение эжекции сьгзрлда при всасывании воздуха из колонковой трубы происходит в три этапа:

при выходе струи из окна 9 патрубка 8; при прохождении через винтовой канал реборды 15 и на участка раскрытия винтового канала реборды )0, где Ш1хревой поток сжатого воздуха 4эиболее интенсивный и обладает наибольшей подъемной силой

Техлнко-зкономнческая зффективкссть основана на том, что и при апедукккнх соотношениях диаметров трубы и однотипной коронки 89/93,108/115. 27/132, 146/15 мм зазор между колонковой трубой и стенкамн- скважи Fi; практичестш не меняется, что привоiVrr к , что расход сжатого воздуха при зайойной обратной циркуляции не авнс,нт от дцаметра бурового снаряда,

м

ri. тпк-у же увеличение диаметра cK.Ba,.i. приводит к увеличет т объема сог.окковой трубы,чтс при обратной продувке гфиводит к улучшению таKi-гл рабошгх характеристик, как перепад д.а ;и1еник, охлаждение воэд:/ха,виталШе- крупных частлц шла.1а внутри колонковой трубы.

Наличие обрат-ного клапана способствует-удержанию в колонковой трубе керна при подьеме. Установлачнэя выше вихревого эжектора на

s1086;

бурильных трубах трубка Вентури дополнительно увеличивает поступление охлажденного сжатого воздуха в эжектор как минимум на 1 M /I-MH,

Конструкция снаряда дает воз-5

можность использовать одно устройство при изменении диаметра бурения, и при этом замене подлежат только дополнительная реборда и дроссель в

16

соответствии с диаметром колонковой шламовой труб.

Надежность эжектора при эксплуатации обеспечена тем, что ширина винтового канала дополнительной реборды увеличена в 2-3 раза по сравнению с диаметром сопла одноструйных насосов, работаищих на сжатом воздухе, равном 7-8 мм.

ЭЖЕКТОРНЫЙ КОЛОНКОВЫЙ БУРОЮЙ СНАРЯД, содержащий бурильную, колонковую и шламовую трубы,породоразрушающий инструмент, эжектор с диффузором в виде винтового канала и клапащный узел, размещенный под эжектором между бурильной и колонковой трубами и имеющий установленную под ним в бурильной трубе заглушку, отличающий ся тем,что, с целью увеличения степени эжёкции при использовании в качестве рабочей среды сжатого воздуха, сопло эжектора выполнено в виде винтовой реборды, закреппенной на бурильной трубе и перекрытой снаружи патрубком, закрепленным коаксиально на бурильной трубе и имеющим окно в верхней части, при этом винтовая реборда сопла выполнена с возрастающим щагом раскрытия вверх и вниз от места размещения окна в патрубке, а винтоi вой канал диффузора образован дополнительной винтовой ребордой,раз(Л мещенной в зазоре между шламовой трубой и патрубком в зоне расположения патрубка и имеющей шаг,превышающий минимальный шаг винтовой реборды соппа.

фо

L- 7

do

Фиг,1

Фиг.2