Гидравлический забойный вибратор поперечных колебаний Советский патент 1987 года по МПК E21B4/14 

Изобретение относится к бурению глубоких скважин, а именно к устройствам для возбуждения в породоразрушающем инструменте поперечных колебаний.

Цель изобретения - увеличение долговечности работы вибратора в скважине и сохранение стабильности его технических параметров.

На фиг. 1 изображен гидравлический забойный вибратор поперечных колебаний, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.

Вибратор содержит корпус 1, в осевом канале которого последовательно установлены сопло 2, втулка 3 с бойком в виде шара 4 и ограничитель 5 осевого .перемещепромывочной жидкости 40 л/с, диаметральный зазор между шаром и втулкой составляет 6 мм.

Благодаря тому, что опорный стержень выполнен из материала, уступаюшего по прочности материалу втулки в 3-10 раз, достигается опережаюш,ий износ опорного стержня и смеш,ение шара вниз в зону, где втулка не изношена. Увеличение зазора, обусловленное износом поверхности на 10 шара, компенсируется тем, что рабочий канал втулки выполнен коническим, сужаю- шимся книзу. В такой конструкции вибратора, диаметральный зазор между шаром и втулкой увеличивается только на стадии приработки, а в дальнейшем остается пония шара 4 в корпусе 1 с отверстиями и стоянным до полного срабатывания опор- опорным стержнем 6. Внутренняя поверх- кого стержня. Начальное увеличение зазора учитывается при проектировании вибратора. Скорость износа опорного стержня

ность втулки 3, образуюшая осевой канал корпуса 1 в интервале размеш,ения шара 4, выполнена конической, сужаюшейся к ограрегулируется изменением прочности мате30

ничителю 5. Прочность ai материала корпу- 20 Риала и диаметра опорного стержня, а са 1 (втулки 3) и прочность О2 материала опорного стержня 6 связаны зависимостью mi ai/(i2, гдеп| 6 3; 10, а плошадь Si проходного сечения сопла 2 и суммарная плошадь $2 проходных сечений отверстий ограничителя 5 связаны зависимостью т2 25 S|/S2, где .7; 1,0.

Вибратор работает следующим образом.

Поступающий в вибратор поток промывочной жидкости, проходя через сопло 2, попадает в конический канал втулки 3, обтекает шар 4, смешенный к стенке канала, и выходит через отверстия ограничителя 5. При этом шар 4 принуждается к колебаниям в плоскости, перпендикулярной направлению потока. Частота колебаний и сила удара шара о стенки канала зависят от расхода промывочной жидкости, диаметра шара и зазора между стенками канала и шара, которые определяются расчетом. При работе вибратора его детали подвергаются интенсивному износу под действием абразивных частиц, содержащихся в промы- 40 вОчной жидкости. Наибольшему износу подвергаются втулка, опорный стержень и шар в зоне их контакта. В результате на втулке вырабатывается торовидная канавка, шар уменьшается в диаметре и уменьшается

35

также изменением соотношения суммарной плошади проходного сечения отверстий ограничителя и плошади проходного сечения сопла.

Формула изобретения

1. Гидравлический забойный вибратор поперечных колебаний, включающий корпус, в осевом канале которого последовательно установлены сопло, боек в виде шара и ограничитель осевого перемещения шара в корпусе с отверстиями и опорным стержнем, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности работы вибратора в скважине и сохранения стабильности его технических параметров, осевой канал корпуса в интервале размещения шара выполнен коническим, сужаюшимся к ограничителю, а прочность материала корпуса и прочность материала опорного стержня связаны следующей зависимостью

mi

Ol СТ2

где m, 6 3; 10.

2. Вибратор по п. 1, отличающийся тем,

высота опоры. Уменьшение высоты опоры не 45 что площадь Si проходного сечения сопла и влияет на технические параметры вибра- суммарная площадь 82 проходных сечений тора, уменьшение массы шара, вследствие отверстий ограничителя связаны следую- износа, также не существенно, при этом возможно снижение силы удара до 10%. Наибольшее влияние на изменение технишеи зависимостью Si

50

т2 ;ческих параметров оказывает увеличение зазора между шаром и втулкой, например, для диаметра шара в 100 мм и расхода

регулируется изменением прочности мате

Риала и диаметра опорного стержня, а

также изменением соотношения суммарной плошади проходного сечения отверстий ограничителя и плошади проходного сечения сопла.

Формула изобретения

1. Гидравлический забойный вибратор поперечных колебаний, включающий корпус, в осевом канале которого последовательно установлены сопло, боек в виде шара и ограничитель осевого перемещения шара в корпусе с отверстиями и опорным стержнем, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности работы вибратора в скважине и сохранения стабильности его технических параметров, осевой канал корпуса в интервале размещения шара выполнен коническим, сужаюшимся к ограничителю, а прочность материала корпуса и прочность материала опорного стержня связаны следующей зависимостью

mi

Ol СТ2

что площадь Si про суммарная площад отверстий огранич

шеи зависимостью Si

т2 ;где т2 е 0,7; 1,0.

дЗиг.2

Изобретение относится к области бурения глубоких скважин и позволяет увеличить долговечность работы вибратора (В) в скважине и сохранить стабильность его технических параметров. Он содержит последовательно установленные в осевом канале корпуса (К) 1 сопло 2, боек в виде шара 4 и ограничитель 5 его осевого перемещения с отверстиями и опорным стержнем (ОС) 6. Осевой канал К 1 в интервале размещения шара 4 выполнен коническим, сужающимся к ограничителю 5. Поток жидкости, проходя через сопло 2, обтекает щар 4 и выходит через отверстия ограничителя 5. Шар 4 колеблется в плоскости, перпендикулярной направлению потока. При этом детали В подвергаются износу. Благодаря тому, что прочность cii материала К 1 и прочность (J2 материала ОС 6 связаны зависимостью rn,ai/a2, где rn,g 3; 10, достигается опережающий износ ОС 6. При этом шар 4 смещается вниз в зону, где втулка 3 не изнощена. В результате диаметральный зазор между щаром 4 и втулкой 3 будет постоянным до полного срабатывания ОС 6. Частота колебаний и сила удара шара 4 не изменяется в процессе работы В. Скорость износа ОС 6 можно регулировать за счет изменения площади Si проходного сечения сопла 2 и суммарной площади Sg проходных сечений отверстий ограничителя 5 в пределах зависимости Ш2 Si/S2, где т2б 0,7; 1,0. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. f& (Л N3 СХ) О5 | to