Устройство для бурения скважин Советский патент 1987 года по МПК E21B7/124 E21B1/00 

по магистрали 18 подается к КУ А и через штуцер 19 поступает в камеру (к) 12 рабочего хода, образованную КУ А и связанными с ним через наружный 7, верхний 8, а также нижний наружный 9 и внутренний нижний 10 упругие элементы (УЭ) ступенчатыми стенками 5 и 6 корпуса КУ А. Воздух поступает через штуцер 20 в К 1А холостого хода, образованную КУ А, стенками 5 и 6 и наковальней 13, Сжатый воздух в К 1А воздействует на УЭ 9 и КУ А, а проникая через клапан 15 магистрали 17 для отвода сжатого воздуха, - на УЭ 10. Вследствие плотного прижатия клапана 15 к стенке 6 уменьшается утечка энер1

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения скважин как на суше, так и под водой.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения эффективной работы в подводном и надводном положениях и по- въшение эффективности очистки скважины .

На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство для бурения геологоразведочных скважин состоит из двойной колонны бурильных труб,, включающий внутреннюю 1 и наружную 2 трубы На наружной трубе 2 при помощи зажимного приспособления 3 крепится ударный механизм, состоящий из кольцевого ударника А, соединенного со ступенчатыми стенками 5 и 6 корпуса посредством кольцевых упругих элементов - верхнего наружного 7, верхнего внутреннего 8, нижнего наружного 9 и внутреннего нижнего 10. Такая конструкция ударного механизма позволяет выполнить в нем сквозной центральный канал и пропустить сквозь него двойную бурильную колонну так, чтобы при закреплении ударного механизма на боковой поверхности двойной бурильной колонны обеспечивалась эффективная передача

гоносителя из К1 А, а в К 12 воздух воздействует на УЭ 7 и 8 -и на КУ А. Для обеспечения эффективной работы КУ А необходимо выбрать площадь УЭ 7,8 со стороны К 12, равную 0,3- 0,8 площади УЭ 9,10 и КУ А со стороны К 1А, Вследствие этой разности площадей КУ А движется в К 12, в то же время клапан 15 открьтает магистраль 17 и сжатьш воздух устремляется через трубопровод 2А и гибкий шланг 25 в межтрубное пространство. При этом КУ А под воздействием давления в К 12 движется вниз и бьет по наковальне 13. Удар через приспособление 3 передается инструменту 2.7. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

ударной нагрузки породоразрушающему инструменту. Отсутствие подвижного сопряжения кольцевого ударника с другими деталями посредством цилиндрических поверхностей трения позволяет избежать потери работоспособности ударного механизма при попадании в его внутренние полости воды, ила и шлама. Даже в этих аварийных случаях ударный механизм начинает работать и в процесе работы самоочищается.

Верхний наружньй 7 и верхний внутренний 8 упругие элементы образуют с кольцевым ударником А, ступенчатыми стенками 5 и 6 корпуса и крышкой 11 камеру 12 рабочего хода, а нижний наружньй 9 и нижний внутренний 10 упругие элементы образуют

с кольцевым ударником А, ступенчатыми стенками 5 и 6 корпуса и наковальней 13 камеру 1А холостого хода.

Для устойчивой работы ударного механизма принимаем рабочую площадь кольцевых упругих элементов 7 и 8 и кольцевого ударника А со стороны камеры рабочего хода, равную 0,3- 0,8 рабочей площади кольцевых упругих элементов 9 и 10 и кольцевого

ударника А со стороны камеры холостого хода. При этом кольцевой ударник А соединен со ступенчатой стенкой 6 корпуса посредством дополнительного кольцевого упругого элемен

3.

та -.клапана 15, имеющего отверстие

16и установленного с возможностью периодического перекрывания магистрали 17 для отвода сжатого воздуха со ступенчатой стенкой 6 корпуса. Камеры рабочего хода 12 и холостого хода 14 соединены с магистралью 18 для подвода сжатого воздуха при помощи верхнего 19 и нижнего 20 штуцеров. Верхний штуцер 19 имеет обратный клапан 21, между ступенчатой стенкой 6 корпуса и наружной трубой 2 расположено уплотнительное кольцо 22. Внутренняя 1 и наружная 2 трубы образуют межтрубное пространство 23, соединенное в верхней части наружной трубы 2 через магистрал выполненную в виде трубопровода 24

и гибкого шланга 25, с магистралью

17для отвода сжатого воздуха, а в нижней части внутренней трубы 1 - через радиальное отверстие 26 с внуренней полостью внутренней трубы 1.

На нижнем конце внутренней трубы

1 установлен породоразрушающий инст- 25 мер рабочего 12 и холостого l4 Зсодов кольцевой ударник 4 движется вверх. Клапан 21 перекрьшает отверстие верхнего штуцера 19, кольцевой ударник 4, поднимаясь вверх, сжима- 30 .ет воздзтс в камере 12 рабочего хода, в то же время клапан 15, поднимаясь вместе с кольцевым ударником 4 вверх, открывает магистраль 17 для отвода сжатого воздуха в цент-

румент 27 с центральным 28 и боковыми сквозными 29 отверстиями.

Устройство работает следующим образом.

При бурении скважины буровой станок вращает и постепенно опускает двойную колонну бурильных труб с

закрепленным на конце внутренней

трубы 1 породоразрушающим инструмен- ральной ступенчатой стенке 6 корпуса.

том 27, На-наружной трубе 2 при по- Сжатый воздгос из кокеры 14 холостого хода и магистрали 18 сжатого воздуха устремляется в магистраль 17 для отвода сжатого возду ха и через трубопровод 24 и гибкий шланг 23

мощи зажимного приспособления 3 установлен ударньм механизм, к которому по магистрали 18 подается сжатый воздух, поступающий через верхний штуцер 19 в камеру 12 рабочего хода, а через нижний штуцер 20 - в камеру 14 холостого хода. В последней сжатый воздух: воздействует на нижний наружный упругий элемент 9, кольцевой ударник 4 и, проникая через отверстие 16 клапана 15, - на нижний внутренний упругий элемент 10,

40

поступает в межтрубное пространство 23.

Кольцевой ударн - к 4 движется под }5 воздействием давления воздуха в камере 12 рабочего хода вниз и бьет по наковальне 13. Удар через зажимное приспособленпе 3. 2 и внутреннюю 1 трубы передается по- JQ родоразрушающему ьшструменту 27. Кольцевой упрупш элемент - клапан 15, опускаясь вместе с кольцевым ударниког- 4 вниз, перекрьшает магистраль 17 для отвода сжатого возКольцевой ударн - к 4 движется под }5 воздействием давления воздуха в камере 12 рабочего хода вниз и бьет по наковальне 13. Удар через зажимное приспособленпе 3. 2 и внутреннюю 1 трубы передается по- JQ родоразрушающему ьшструменту 27. Кольцевой упрупш элемент - клапан 15, опускаясь вместе с кольцевым ударниког- 4 вниз, перекрьшает магистраль 17 для отвода сжатого возПредлагаемая конструкция клапана 15 обеспечивает его плотное при- легание к торцовой поверхности центральной ступенчатой стенки 6 корпуса вследствие чего уменьшаются утечки энергоносителя из камеры 14 холосто- духа, и цикл повторяется. Поступаю- го хода, кроме того, исключается щий в межтрубное пространство 23 возможность попадания воды и шлама выхлапываемьй воздух, двигаясь вниз, во внутреннюю полость ударного ме- протекает в сквозное радиальное от- ханизма.верстие 26 и, попадая во внутреннюю

0

Предлагаемая конструкция клапана 15 позволяет также увеличить йелн- чину хода ударника до начала выхлопа из камеры 14 холостого хода по сравнению с аналогичными известными устройствами. Вследствие,этого возрастают габаритньм ход кольцевого ударника 4 и энергия удара, что в конечном счете приводит к увеличению производительности бурения. В камере 12 рабочего хода сжатый воздух воздействует на верхние наружный 7 и внутренний 8 упругие элементы и на кольцевой ударник 4. Необходимо 5 выбирать рабочую площадь упругих

элементов 7 и 8 и кольцевого ударника 4 со стороны камеры 12 рабочего хода, равную 0,3-0,8 рабочей площади упругих элементов 9 и 10 и кольцевого ударника 4 со стороны камеры 14 холостого хода. В этом случае обеспечивается наиболее эффективная работа ударного механизма. Вследствие разности рабочих площадей ка

40

поступает в межтрубное пространство 23.

Кольцевой ударн - к 4 движется под воздействием давления воздуха в камере 12 рабочего хода вниз и бьет по наковальне 13. Удар через зажимное приспособленпе 3. 2 и внутреннюю 1 трубы передается по- родоразрушающему ьшструменту 27. Кольцевой упрупш элемент - клапан 15, опускаясь вместе с кольцевым ударниког- 4 вниз, перекрьшает магистраль 17 для отвода сжатого воздуха, и цикл повторяется. Поступаю- щий в межтрубное пространство 23 выхлапываемьй воздух, двигаясь вниз, протекает в сквозное радиальное от- верстие 26 и, попадая во внутреннюю

5

трубу 1, устремляется вверх, смешиваясь с водой. При этом плотность водяного столба внутри трубы 1 ока зьшается меньше плотности воды в скважине, вследствие чего создаетс эффект эрлифта. Вода из скважины через сквозные 29 и центральное 28 отверстия в породоразрушающем инстменте 27 устремляется внутрь трубы 1, подкватывая керношламовый материал, образованный при бурении, и вынося его на поверхность. Эффект эрлифта создавался бы и в случае, если радиальное отверстие 26 было расположено в верхней части двойно бурильной колонны непосредственно под герметичной перегородкой, соединяющей внутреннюю 1 и наружную 2 трубы, но в этом случае эффективность работы эрлифта будет хуже, так как уменьшается разность объемного веса воды, находящейся в полоти внутренней трубы 1 двойной буриной колонны и О1 рз ающей воды. По мере углубления скважины ударный механизм приближается к поверхност дна, зажимное приспособление 3 расклинивается, ударный механизм под действием инерционных сил поднимается вверх по наружной трубе 2, зажимное приспособление 3 срабатывае соединяя ударный механизм с наружной трубой 2 на новом уровне. Цикл работы устройства периодически повряется до достижения породоразруша ющим инструментом 27 проектной глубины скважиныа

Таким образом, предлагаемое уст4,

ройство для бурения скважин, обеспечи- Q ре рабочего хода с возможностью пере- вает эффективное бурение скважин в подводных условиях. ВьЕхлопной тракт значительной длины, состоящий из магистрали 17 для отвода сжатого воздуха, трубопровода 24, гибкого шланга 25, межтрубного пространства 23 и радиального отверстия 26 исключает возможность попадания керношл:(а- мового материала во внутреннюю полость ударного механизма. Кроме того, такое решение позволяет добиться максимальной эффективности работы эрлифта., Конструкция ударного механизма с центральным сквозным каналом позволяет расположить его непосредственно над поверхностью устья скважины и добиться тем самым максимальной эффективности передачи энергии удара породоразр тиающему инструменту.

50

55

крытия магистрали для подвода сжатого воздуха, а камера холостого хода связана с межтрубным пространством двойной бурильной колонны магистралью для отвода сжатого воздуха, причем площадь кольцевых упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры холостого хода превышает площадь кольцевых упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры рабочего хода,

2. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что в ударном механизме площадь упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры рабочего хода составляет 0,3- 0,8 площади упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры холостого хода.

10

35

Таким образом, применение устройст для бурения скважин обеспечивает возможность бурения скважин на морском дне. Конструкция устройства обеспечивает его высокую надежность работы в подводных условиях и возможность получения достаточно больших энергетических параметров, так как геометрические размеры устройства не ограничены диаметром скважины.

Формула изобретения

1. Устройство для бурения скважин, включающее двойную бурильную колонну, образующую межтрубное пространство, породоразрушающий инструмент, ударный механизм с кольцев1:.1м ударником, магистраль для подвода сжатого воздуха в камеры рабочего и холостого ходов и магистраль для отвода сжатого воздуха, о тличающее ся тем.

что, с целью расширения функциональных возможно.стей за счет обеспечения эффективной работы в подводном и надводном положениях, ударный механизм выполнен в виде охватывающего наружную бурильную трубу корпуса, в котором установлен кольцевой ударник, свя- занньм с внутренними стенками корпуса, выполненными ступенчатыми, посредством двух пар кольцевых упругих элементов, при этом ударньй механизм имеет клапан, выполненный в виде уп- рогого элемента с отверстием, и об- ратньй клапан, установленные соответственно в камере холостого хода с возможностью перекрытия магистрали для отвода сжатого воздуха и в каме

ре рабочего хода с возможностью пере-

крытия магистрали для подвода сжатого воздуха, а камера холостого хода связана с межтрубным пространством двойной бурильной колонны магистралью для отвода сжатого воздуха, причем площадь кольцевых упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры холостого хода превышает площадь кольцевых упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры рабочего хода,

2. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что в ударном механизме площадь упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры рабочего хода составляет 0,3- 0,8 площади упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры холостого хода.

71318682В

3. Устройство по п. 1, о т л и - можностью сообщения последней с по- чающее ся тем, что, с целью лостью внутренней трубы посредством повьшения эффективности очистки сква- радиального отверстия, выполненного дины, межтрубное пространство выпол- в нижней части трубы. нено в виде замкнутой полости с воз

Изобретение относится к горной промьшленности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устр-ва за счет обеспечения эффективной работы в подводном и надводном положениях и повьппение эффективности очистки скважины. При бурении скважины спускают в нее колонну труб с закрепленным на ее внутренней трубе 1 породоразрушаю- щим инструментом 27. На наружной трубе 2 колонны при помощи зажимного приспособления 3 установлен кольцевой ударник (КУ) 4, Сжатый воздух Р. (П