Гидроударный буровой снаряд Советский патент 1992 года по МПК E21B4/14 

Изобретение относится к технике бурения скважин и отбора проб в рыхлых породах.

Известен гидроударный буровой снаряд в составе установки ПУВБ-150. включающий колонковую трубу с наковальней и гидроударник дифференциального действия с насосом обратной промывки с впускным и выпускным клапанами и ударником, выполненным в виде бойка с хвостовиком, взаимодействующим с наковальней колонковой трубы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является гидроударный буровой снаряд в составе установки УГВП-150. Снаряд включает двойную колонковую трубу с наковальней и гидроударник дифференциального действия с насосом обратной промывки с впускным и выпускным клапанами и ударником, выполненным в виде бойка с хвостовиком, взаимодействующим с наковальней колонковой трубы и установленный внутри наружной колонковой трубы и уплотненный в верхней части относительно наружной колонковой трубы

Основным недостатком гидроударного бурового снаряда УНВП-150/10 является низкое качество керна. Нарушение структуры и естественного сложения керна возникает вследствие возвратно-поступательного движения колонковой трубы из-за

-.ft

наличия ударов бойка по верхней наковальне и из-за реактивного давления на корпус гидроударника при движении бойка вниз.

Цель изобретения - повышение качества керна за счет исключения передачи ударного импульса колонковой трубы во время разгона бойка в сторону нижней наковальни.

Указанная цель достигается тем, что известный гидроударный буровой снаряд, включающий двойную колонковую трубу с наковальней и гидроударник дифференциального действия с насосом обратной промывки с впускным и выпускным клапанами и ударником, выполненным в виде бойка с хвостовиком, взаимодействующим с наковальней колонковой трубы и уплотненный в верхней части относительно наружной колонковой трубы, снабжен дополнительной наковальней с каналами, размещенной в наружной колонковой трубе и жестко связанной с внутренней и наружной колонковыми трубами с образованием в наружной колонковой трубе верхней и нижней полостей, причем в канале, сообщающем полости наружной колонковой трубы, установлен выпускной клапан насоса обратной промывки, а впускной клапан насоса обратной промывки установлен в канале, сообщающем полость внутренней колонковой трубы с верхней полостью наружной колонковой трубы, при этом корпус гидроударника установлен в наружной колонковой трубе с возможностью осевого перемещения и взаимодействия хвостовика бойка гидроударника с дополнительной наковальней

На фиг.1 изображен гидроударный буровой снаряд в исходном положении перед подачей жидкости, общий вид; на фиг,2-9 - фазы работы гидроударника.

Гидроударный буровой снаряд (фиг.1) состоит из двойной колонковой трубы и гидроударника дифференциального действия, включающего верхний переходник 1 с подводящим патрубком 2, впускным 3 и выпускным 4 каналами, корпус 5 с верхней 6 и нижней 7 наковальнями, цилиндр 8 с поршнем-бойком 9, имеющим хвостовик 10, уплотненный манжетой 11 относительно нижней наковальни 7, клапанную коробку 12 с впускным каналом 13, толкателем 14, впускным 15 и выпускным 16 клапанами, при этом выпускной клапан 16 подпружинен пружиной 17 относительно поршня- бойка 9. Хвосточик бойка 10 выполнен с возможностью взаимодействия, а корпус гидроудзрникз 5 выполнен подвижным относительно дополнительной наковальни 18, установленной в рррхней части внутренней

колонковой трубы 19 и жестко соединенной с наружной колонковой трубой 20, при этом дополнительная наковальня 18 делит наружную колонковую трубу на две полости:

верхнюю - рабочую камеру насоса обратной промывки 21 и нижнюю 22, соединенные между собой каналом 23 с установленным в нем выпускным клапаном 24 насоса обратной промывки. Впускной клапан 25 насоса

0 обратной промывки установлен в канале 26. соединяющем полость 27 внутренней колонковой трубы с верхней полостью 21 наружной колонковой трубы. Корпус гидроударника 5 уплотнен манжетой 28 от5 носительно наружной колонковой трубы 20, а подводящий патрубок 2 - манжетой 29 относительно присоединительного патрубка 30, связанного с наружной колонковой трубой 20 с помощью центрирующего флан0 ца 31 с отверстиями.

Гидроударный буровой снаряд работает следующим образом.

В исходном положении (фиг.1 и 2) поршень-боек 9 находится в промежуточном

5 положении между верхней 6 и нижней 7 наковальнями. Расстояние - начальная фаза бойка 9. Корпус гидроударника 5 с наковальнями 6 и 7 и верхним переходником 1 находится в крайнем нижнем положении,

0 при этом нижняя наковальня 7 контактирует с дополнительной наковальней 18. Впускной 15 клапан открыт, выпускной 16 - закрыт. В таком положении гидроударный буровой снаряд опускают на забой скважи5 ны. После постановки на забой включают подачу рабочей жидкости, которая поступает через присоединительный патрубок 30, уплотненный манжетой 29 подводящий патрубок 2, впускной канал 3 верхнего переход0 ника 1, впускной канал 13 клапанной коробки 12 в цилиндр 8 и по кольцевому зазору между корпусом гидроударника 5 и цилиндром 8 - в поршневую полость. Поскольку площадь поршня, уплотненного

5 манжетой 17, примерно в два раза больше, чем площадь хвостовика 10, уплотненного манжетой 11, а площадь впускного канала 3 значительно меньше последней, корпус 5 начинает двигаться с ускорением вверх. При

0 ускоренном движении корпуса 5 реактивная сила будет восприниматься бойком 9 и передаваться через дополнительную наковальню 18 двойной колонковой трубе и через породоразрушающий наконечник 5 забою скважины.

В очень мягких породах в этой фазе цикла работы гидроударника возможно пе- нетрационное внедрение в грунт, Двигаясь вверх, уплотненный в верхней части манжетой 28 корпус 5 создает разрежение в верхней полости 21 наружной колонковой трубы, что обеспечивает всасывание жидкости из полости 27 внутренней колонковой трубы через канал 26 с впускным клапаном 25 и. следовательно, организацию обратной промывки во внутренней колонковой трубе 19. В верхнем положении корпуса 5 происходит срыв выпускного клапана 16 буртиками поршня-бойка 9 и перестановка клапанов: впускной клапан 15 закрывается, выпускной клапан 16 открывается. В момент перестановки клапанов наносится удар движущейся нижней наковальней 7 с корпусом 5 по бойку 9 (фиг.З). Двигаясь некоторое время по инерции, корпус 5 совместно с бойком 9 отделяются от дополнительной наковальни 18 и перемещаются на величину hi. Для наглядности исходное положение дополнительной наковальни 18 обозначено стрелкой с индексом О.

Во время совместного движения Kopriy- са 5 и бойка 9 (фиг.4) клапана завершают перестановку в нижнее положение, и жидкость начинает поступать из впускного канала 3 только в подпоршневую полость, ускоряя боек 9, уже имеющий начальную скорость вверх. Одновременно корпус гидроударника 5 под действием давления рабочей жидкости начнет ускоренно двигаться вниз. Относительное движение бойка 9 и корпуса будет вытеснять жидкость из над- поршневой полости цилиндра 8 через открытый выпускной клапан 16, выпускной канал 4 в верхнюю полость наружной колонковой трубы 21. Вместе с тем движение уплотненного корпуса 5 вниз будет вытеснять жидкость из полости 21 через канал 23 с клапаном 24 в кольцевой зазор между трубами (нижнюю полость наружной колонковой трубы) 22, которая будет поступать к забою и создавать прямую промывку наружной колонковой трубы 20. Двигаясь с максимальной скоростью, корпус гидроударника 5 наносит нижней наковальней 7 удар по дополнительной наковальне 18 (фиг.5). После соприкосновения корпус гидроударника 5 и дополнительная наковальня 18 перемещаются совместно на величину заглубления колонковой трубы в грунт за один удар д (фиг.6). В момент соприкосновения корпуса 5 с наковальней 18 боек 9 не долетает до верхнего крайнего положения на величину Si, причем Si д (фиг.5) При совместном движении корпуса 5 с дополнительной наковальней 18 на величину 5i, боек 9 проходит расстояние Si, переставл я- ет клапана а верхнее положение, захлопывая выпускной клапан 16 и открывая через толкатель 14 впускной клапан 15 и наносит

удар по верхней наковальне 6 (фиг.б). Величина Si выбирается (задается) в зависимости от величины д таким образом, чтобы момент остановки совместного движения 5 наковальни 18 с корпусом гидроударника 5 совпадал с ударом по верхней наковальне 6 бойка 9. После удара бойка 9 по верхней наковальне 6 они совместно под действием сил инерции бойка 9 перемещаются вверх

0 на величину ha (фиг.7). А поскольку к этому моменту рабочая жидкость уже поступает в надпоршневую полость цилиндра 8 (фиг.1), то боек 9, остановившись, начинает уско- реннб двигаться вниз, а корпус гидроудар5 ника 5, имея начальную скорость - ускоренно двигаться вверх (фиг.8). Боек 9, разогнавшись до максимальной скорости, наносит удар по дополнительной наковальне 18, при этом корпус 5 не долетает до

0 крайне верхнего положения на величину $2. После соприкосновения бойка 9 с наковальней 18, они перемещаются совместно на величину заглубления колонковой трубы в грунт за один удар бойка 9 6г. За время

5 совместного перемещения бойка 9 и наковальни 18 на величину $2, корпус 5 перемещается относительно бойка 9 на величину Зз, причем S2 62 (фиг.9). За время перемещения корпуса 5 на величину $2, он пере0 ставляет клапана в нижнее положение. В момент остановки совместного движения бойки 9 и наковальни 18 вниз, корпус 5 наносит своей нижней наковальней 7 удар по бойку 9, и цикл работы гидроударника

5 повторяется. Величина $2 задается конструктивно, исходя из расчетного значения (52. При необходимости для каждого типа геологического разреза величины Si и $2 можно оптимизировать, например, изменяя

0 расстояние между наковальнями 6 и 7. Для нормальной работы гидроударника в центрирующем фланце 31 заполнены отверстия для устранения гидравлической подушки между фланцем 31 и верхним переходником

5 1. Для нормальной работы гидроударника массы бойка 9 и корпуса 5, а также рабочие площади манжет 11, 17 и 28 и площадь опускного канала 3 должны быть рассчитаны таким образом, чтобы удары бойка 9 и кор0 пуса гидроударника 5 на наковальне 18 имели одинаковую силу.

После полного заглубления двойной колонковой трубы в грунт гидроударный буровой снаряд извлекают из скважины.

5 Формула изобретения

Гидроударный буровой снаряд, включающий двойную колонковую трубу с наковальнейигидроударникдифференциального действия с насосом обратной промывки с впускным и выпускным клапанами и ударником, выполненным в виде бойка с хвостовиком, взаимодействующим с наковальней колонковой трубы, установленным внутри наружной колонковой трубы и уплотненным в верхней части относительно наружной колонковой трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества керна при бурении в рыхлых породах, он снабжен дополнительной наковальней с каналами, размещенной в наружной колонковой трубе и жестко связанной с внутренней и наружной колонковыми трубами с образованием в наружной

колонковой трубе верхней и нижней полостей, причем в канале, сообщающем поло-, сти наружной колонковой трубы, установлен выпускной клапан насоса обратной промывки, а впускной клапан насоса обратной промывки установлен в канале, сообщающем полость внутренней колонковой трубы с верхней полостью наружной колонковой трубы, при этом корпус гидроударника установлен в наружной колонковой трубе с возможностью осевого перемещения и взаимодействия хвостовика бойка гидроударника с Дополнительной наковальней.

Использование бурение скважин с отбором проб в рыхлых породах. Сущность изобретения : устройство содержит двойную колонковую трубу и гидроударник диф- ференциального действия. Корпус гидроударника закреплен с возможностью осевого перемещения в наружной колонковой трубе над торцом внутренней трубы. Торец внутренней трубы выполнен в виде дополнительной наковальни с каналами. .Дополнительная наковальня взаимодействуете корпусом и хвостовиком поршня-бойка гидроударнмка и делит наружную трубу на две полости: верхнюю и нижнюю. Полости между собой сообщаются через выпускной клапан насоса обратной промывки. Впускной клапан насоса установлен в канале дополнительной наковальни. Этот канал сообщает полость внутренней колонковой трубы с верхней полостью наружной трубы. 9 ил.

Фиг 1

Фиг А

Риг.6

О Минаева

%

Фиг 8

Составитель В.Сахно Техред М.Моргентал

Фиг 5

«

%%Ш

Фиг 7

у/тт

Фиг. 9

Корректор М.Пожо