Кольцевой пневмоударник для бурения скважин Советский патент 1991 года по МПК E21B4/14 

tW

Ё

Изобретение относится к горной промети и предназначено для бурения геологоразведочных скважин. Цель - повышение эксплуатационной надежности пневмоу- дарника при увеличении глубины бурения за счет уменьшения вероятности попадания шлама в ударный узел. Для этого на установленной внутри ступенчатой трубки (СТ) 3 керноприемной трубе (КПТ) 4 выполнен кольцевой бурт 5, который размещен между впускным 12 и выхлопным 13 отверстиями СТ 3, выполненными на различных ее ступенях. В кольцевом бурте 5 выполнено по

1

О

а

ел

00

меньшей мере одно дросселирующее отверстие 6. В торцовой части корпуса 1 пневмо- ударника с возможностью осевого перемещения вдоль СТ 3 установлен поро- доразрушающий инструмент 7 с продувочным каналом 8, сообщенным с магистральной камерой (К) 14 через выхлопную К 15. Последняя размещена между СТ 3 и КПТ 4. При этом площадь сечения канала 8 инструмента 7 равна сумме площадей поперечных сечений отверстий 13 и 6. Ударник 2 и СТ 3 образуют К 16 рабочего хода, а вместе с корпусом 1 - К 17 холостого хода.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к пневмоудар- ным устройствам с пневмотранспортом керношламового материала, используемым при бурении геологоразведочных скважин.

Известен кольцевой пневмоударник для бурения скважин, включающий корпус, ступенчатый ударник со сквозным осевым каналом, входящие в последний ступенчатая трубка с отверстиями для впуска и вы- хлопа воздуха и керноприемная труба с продольными каналами, выполненными на ее наружной поверхности, и приспособление для варьирования времени впуска при рабочем ходе ударника 1.

Недостатком кольцевого пневмоудар- ника является то, что вследствие трения регулировочной втулки в выступах ударника снижается эксплуатационная надежность устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является кольцевой пневмоударник, включающий корпус, ударник, установленный с возмож- ностью возвратно-поступательного перемещения вдоль ступенчатой трубки с впускным и выхлопным отверстиями, выполненными на различных ступенях ступенчатой трубки, жестко установленную внутри последней керноприемную трубу, породо- разрушающий инструмент с продувочным каналом, сообщенным с магистральной камерой через выхлопную камеру, размещенную между ступенчат.ой трубкой и керноприемной трубкой 2.

Недостатком известного кольцевого пневмоударника является то, что при увеличении глубины бурения из-за возрастающего противодавления выхлопного тракта повышается вероятность попадания частиц шлама в ударный механизм, что в целом

Под действием разности давлений в К 17 и 18 ударник 2 совершает рабочий ход до нанесения удара по инструменту 7. При этом отверстия 12 и 13 перекрываются. Перед ударом открываются отверстия 12 в К 17, а отверстия 13 в К 16, из которой происходит выхлоп воздуха в К 15, где он смешивается с воздухом, прошедшим через отверстия 6 из К 14. Далее воздушный поток поступает через каналы 8 на забой. Разрушенная порода этим потоком выносится в центральный канал КПТ 4 и далее по тоубе 11 - на поверхность. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

приводит к уменьшению эксплуатационной надежности конструкции.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности пневмоударника при увеличении глубины бурения за счет уменьшения вероятности попадания шлама в ударный узел.

Цель достигается тем, что в кольцевом пневмоударнике для бурения скважин, включающем корпус, ударник, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль ступенчатой трубки с впускным и выхлопным отверстиями, выполненными на различных ступенях ступенчатой трубки, жестко установленную внутри последней керноприемную трубу, породоразрушающий инструмент с продувочным каналом, сообщенным с магистральной камерой через выхлопную камеру, размеченную между ступенчатой трубой и керноприемной трубой, на керноприемной трубе выполнен кольцевой бурт, который размещен между впускным и выхлопным отверстиями ступенчатой трубки, при этом в кольцевом бурте выполнено по меньшей мере одно дросселирующее отверстие.

Кроме того, площадь поперечного сечения продувочного канала породоразрушаю- щего инструмента равна сумме площадей поперечных сечений выхлопного и дросселирующего отверстий.

На фиг. 1 показан пневмоударник, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1,

Кольцевой пневмоударник для бурения скважин включает корпус 1, ударник 2, ступенчатую трубку 3, керноприемную трубу 4, снабженную кольцевым буртом 5, в котором выполнены дросселирующие отверстия 6. В торцовой части корпуса 1 установлен с возможностью осевого перемещения породоразрушающий инструмент 7 с

продувочными каналами 8. Верхней частью корпус 1 соединен с двойной буровой трубой 9, состоящей из внешней 10 и внутренней 11 труб, последняя из которых соединяется с керноприемной трубой А и является продол- жением шламотрубопровода,

В ступенчатой трубке 3 выполнены впускные отверстия 12 и выхлопные отверстия 13. Кольцевой бурт 5 на наружной поверхности керноприемной трубы 4 расположен между впускными отверстиями 12 и выхлопными отверстиями 13 ступенчатой трубки 3 и разделяет пространство между стенками ступенчатой трубки 3 и керноприемной трубы 4 на магистральную камеру 14 и выхлоп- ную камеру 15, которые сообщены между собой через дросселирующие отверстия 6, выполненные в бурте 5.

Ударник 2 и ступенчатая трубка 3 образуют камеру 16 рабочего хода, а те же эле- менты и корпус 1 - камеру 17 холостого хода.

На корпусе 1 установлен пакер 18, препятствующий попаданию сжатого воздуха и шлама между корпусом 1 и стенкой скважи- ны. Сжатый воздух подается по межтрубному пространству 19 двойной буровой трубы 9 в магистральную камеру 14, образованную стенками керноприемной трубы 4. ступенчатой трубки 3 и буртом 5. Дальше поток сжатого воздуха разделяется и идет параллельно двумя путями: через дросселирующие отверстия 6 в выхлопную камеру 15, образованную стенками керноприемной трубы 4, ступенчатой трубки 3, буртом 5 и породоразрушающим инструментом 7, и.че- рез впускные отверстия 12 - в камеру 17 холостого хода.

В выхлопной камере 15 поддерживается давление меньше магистрального, так как эта камера сообщена с магистралью через дросселирующие отверстия бис атмосферой - через продувочные каналы 8 породоразрушающего инструмента 7.

Принцип работы кольцевого пневмоу- дарника для бурения скважин следующий.

Сжатый воздух из магистральной камеры 14 через впускные отверстия 12 поступает в камеру 17 холостого хода. Так как в положении, показанном на фиг, 1, камера 16 рабочего хода через выхлопные отверстия 13 сообщена с выхлопной камерой 15 (где давление меньше, чем в магистральной камере 14), то ударник 2 начинает холостой ход (на фиг. 1 вверх) под действием силы, равной произведению разности давлений в камерах на разность площадей верхнего и нижнего торцов ударника 2. После перекрытия впускных отверстий 12 и выхлопных отверстий 13 ударник продолжает двигаться в

том же направлении до тех пор, пока камера 16 рабочего хода не будет сообщена через впускные отверстия 12 с магистральной камерой 14, а камера 17 холостого хода через выхлопные отверстия 13 - с выхлопной камерой 15.

В верхнем положении ударника 2 из камеры холостого хода 17 происходит выхлоп и давление в ней падает до величины давления в выхлопной камере 15. Сжатый воздух через впускные отверстия 12 поступает теперь в камеру 16 рабочего хода, поэтому давление в этой камере становится больше, чем в камере 17 холостого хода. Под действием разности давлений в этих камерах ударник 2 останавливается и начинает совершать рабочий ход (на фиг. 1 вниз) до нанесения удара по породоразрушающему инструменту 7. При этом перекрываются впускные отверстия 12 и выхлопные отверстия 13. Перед ударом ударника 2 по породоразрушающему инструменту 7 происходит открытие впускных отверстий 12 в камеру 17 холостого хода, а выхлопных отверстий 13 - в камеру 16 рабочего хода,

Из камеры 16 рабочего хода происходит выхлоп воздуха в выхлопную камеру 15, где он смешивается с воздухом, прошедшим через дросселирующие отверстия 6, из магистральной камеры 14. Далее смешанный воздушный поток поступает на забой, через продувочные каналы 8 породоразрушающего инструмента 7.

Разрушенная порода подхватывается этим потоком и выносится в центральный канал керноприемной трубы 4 и далее по внутренней трубе 11 двойной буровой трубы 9 - на поверхность. Пакер 18 препятствует попаданию воздуха и шлама в пространство между корпусом 1 и стенками скважины,

При работе пневмоударника в выхлопной камере 15 поддерживается давление выше атмосферного, но ниже магистрального, так как в камеру поступает воздух через дросселирующие отверстия 6 и выхлопные отверстия 13 и выходит из камеры через продувочные каналы 8 породоразрушага- щего инструмента 7. Величина давления в выхлопной камере 15 зависит от площади дросселирующих отверстий 6. При этом площадь поперечного сечения продувочных каналов 8 должна быть равна сумме площадей дросселирующих отверстий 6 и выхлопных отверстий 13. Если площадь поперечного сечения продувочных каналов 8 будет меньше указанной величины, то получится пережим выхлопной магистрали пнезмоударного механизма, в результате чего снизится ниже расчетных частота и энергия ударов.

Кроме того, возрастет пульсация давления в выхлопной камере 15 в момент выхлопа. Если площадь поперечного сечения каналов 8 будет больше указанной величины, то давление в выхлопной камере 15 будет понижаться в зависимости от превышения площади сечения каналов 8 вплоть до атмосферного. Эффективность работы в этом случае также уменьшается.

В случае соблюдения условия равенства площади поперечного сечения каналов 8 и суммы площадей дросселирующих отверстий 6 и выхлопных отверстий 13 выхлоп из камер холостого 17 и рабочего 16 ходов происходит в выхлопную камеру 15, где давление поддерживается постоянным (с некоторыми пульсациями независимо от глубины бурения скважины). При этом параметры рабочего цикла пневмоударника подбираются так, чтобы заданная энергия и частота ударов достигалась при работе пневмоударника на заданном перепаде давлений.

В этом случае при бурении скважин пневмоударник будет работать с близкой к постоянной частотой и энергией удара независимо от глубины скважины и соответствующей величины давления на забое в основании керношламовоздушного столба.

При использовании изобретения обеспечивается достаточно высокий уровень стабильности работы пневмоударного механизма и надежности конструкции.

Формула изобретения

установленный с возможностью возвратно- поступательного перемещения вдоль ступенчатой трубки с впускным и выхлопным отверстиями, выполненными на различных ступенях ступенчатой трубки, жестко установленную внутри последней керноприем- ную трубку, породоразрушающий инструмент с продувочным каналом, сообщенным с магистральной камерой через выхлопную камеру, размещенную между

ступенчатой трубкой и керноприемной трубой, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности пневмоударника при увеличении глубины бурения за счет уменьшения вероятности

попадания шлама в ударный узел, на керноприемной трубе выполнен кольцевой бурт, который размещен между впускным и выхлопным отверстиями ступенчатой трубки, при этом в кольцевом бурте выполнено

по меньшей мере одно дросселирующее отверстие.

сечения продувочного канала породоразру- шающего инструмента равна сумме площадей поперечных сечений выхлопного и. дросселирующего отверстий.