Гидроударник для бурения с аэрированной промывочной жидкостью Советский патент 1992 года по МПК E21B4/14 

Изобретение относится к горному делу, а именно к гидроударникам разведочного бурения скважин.

Гидроударники бывают различной конструкции, но в практике разведочного бурения наибольшее распространение получили гидроударники прямого действия, как наиболее простые по устройству и надежные в эксплуатации.

Известен гидроударник, который включает полый цилиндрический корпус, шлице- вой соединительный узел с наковальней, подпружиненный боек-ударник, подпружиненный клапан, верхний переходник с центральным промывочным каналом и уплотнения. Работа гидроударника связана с управлением потоком нагнетательной жидкости м формированием гидроударного давления, за счет которого создаются силы для возвратно-поступательного перемещения бойка и нанесения полезных ударов по наковальне. Это происходит автоматически за счет перекрытия потока жидкости клапаном в верхней позиции бойка и открытия - в нижней, при котором жидкость получает свободное движение. Под действием гидроударного давления боек перемещается вниз, одновременно сжимая пружины бойка и клапана. При открытии клапана и снятии гидроударного давления боек будет двигаться по инерции на величину свободного хода до соударения с наковальней, а затем под действием усилия сжатой пружины возвратится в исходное верхнее положение, где произойдет вновь перекрытие потока жидкости клапаном и цикл повторится. Скорость соударения бойка и наковальни формирует полезную энергию гидроударника.

Опыт использования гидроударника для бурения с аэрированными жидкостями

Х|

а

(пены) показал практическую его неработоспособность. Это объясняется тем, что физические свойства аэрированной жидкости существенно отличаются от плотной жидкости. Наличие в жидкости воздушной фазы отрицательно влияет на величину формирования начального гидроударного импульса, который становится недостаточным для перемещения бойка вниз с соответствующим соударением с наковальней.

Цель изобретения - повышение эффективности гидроударника при бурении с использованием аэрированной жидкости.

Указанная цель достигается тем, что гидроударник, включающий полый цилиндрический корпус, шлицевой соединительный узел с наковальней, подпружиненный боек-ударник, подпружиненный клапан, верхний переходник с центральным промывочным каналом и уплотнения, снабжается дополнительным упругим элементом (пружиной) и нагнетательной камерой, причем дополнительный упругий элемент размещен между верхним переходником и клапаном, а нагнетательная камера расположена над верхним переходником и выполнена в виде замкнутой кольцевой полости, образованной концентрично установленными трубами, при этом кольцевая полость в своей нижней части гидравлически сообщена с центральным каналом.

В результате такого технического решения создается возможность формировать дополнительный начальный силовой импульс за счет усилия дополнительного упругого элемента (пружины) при обратном ходе бойка и аккумуляции энергии потока жидкости в нагнетательной камере в непосредственной близости от гидроударника. Реализация усилия этой пружины и давления жидкости в нагнетательной камере ком- пенсирует недостаточный силовой гидроударный импульс потока аэрированной жидкости при закрытии клапана. Это дзет возможность применить гидроударник при бурении с аэрированной жидкостью и улучшить энергетические показатели работы гидроударника.

На фиг.1 изображен гидроударник, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1.

Гидроударник включает шлицевой переходник 1, шлицевую муфту 2, образующие шлицевой соединительный узел, наковальню 3, боек 4 с пружиной 5, шток б бойка, средний переходник 7уплотнительной манжетой 8, клапан 9 с пружиной 10, пружину 11, верхний переходник 12 с центральным отверстием 13, соединительный корпус 14, наружную трубу 15, внутреннюю трубу 16,

соединительный переходник 17, кольцевое пространство между трубами 15 и 16 образует нагнетательную камеру 18, которая в нижней части соединена отверстием 19 с

центральным отверстием 13.

Гидроударник работает следующим образом.

Гидроудзрник устанавливается в составе бурового снаряда под породоразрушаю0 щим инструментом (для колонкового бурения - над колонковым набором). При спуске бурового снаряда в скважину или при его подъеме под действием веса колонкового набора шлицевой переходник 1 вме5 сте с бойком 4 опускаются вниз и образуют щель между торцом штока 6 и клапаном 9. Перед постановкой бурового снаряда на забой включается подача промывочной аэрированной жидкости , которая свободно

0 проходит через образовавшуюся щель и далее на забой скважины, и создается замкнутая циркуляция. В результате этого скважина очищается от шлама, и буровой снаряд свободно становится на забой сква5 жины. В этом случае под действием реакции забоя и веса бурового снаряда шлицевой переходник 1 и боек 4 поднимутся вверх и торец штока 6 войдет в соприкосновение с клапаном 9. Щель между торцом штока 6 и

0 клапаном 9 смыкается, и поток жидкости перекрывается.

В нагнетательной системе накапливается необходимое давление аэрированной жидкости, под действием которого боек 4

5 вместе с клапаном 9 будут быстро перемещаться вниз до упора клапана 9 в переходник 7, далее боек отрывается от клапана 9 и по инерции продолжает движение до удара гто наковальне 3, а жидкость вновь получает

0 свободное движение.

После этого боек 4 и клапан 9 под действием усилия сжатых пружин возвращаются вверх и произойдет их сочленение, которое сопровождается перекрытием по5 тока жидкости. В момент сочленения бойка 4 и клапана 9 в верхней части боек будет иметь максимальную скорость своего движения вверх и соответствующую ей кинематическую энергию. Благодаря мягкости и

0 упругой податливости потока аэрированной жидкости и наличия воздушной подушки в нагнетательной камере, кинематическая энергия бойка будет поглощаться деформацией пружины 11 и частичным накоплением

5 дополнительного давления а нагнетательной камере. При достижении тормозной нулевой скорости боек вновь получит движение вниз, но уже под действием суммарной нагрузим от гидроударного и статического давления и усилия сжатия пружины

11, и цикл повторится. Эффективность гидроударника повышается и создается возможность гидроударного бурения с использованием аэрированной промывочной жидкости.

Таким образом, применение предлагаемого гидроударника обеспечит его эффективное применение при бурении с аэрированными жидкостями.

Формула изобретения Гидроударник для бурения с аэрированной промывочной жидкостью, включающий полый цилиндрический корпус, шлицевой соединительный узел с наковальней, подпружиненный боек-ударник, подпружиненный клапан, верхний переходник с

/7

центральным промывочным каналом и уплотнения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы гидроударника при бурении с аэрированной

промывочной жидкостью, он снабжен дополнительным упругим элементом и нагнетательнойкамерой,причем дополнительный упругий элемент размещен между верхним переходником и клапаном, а нагнетательная камера расположена над верхним переходником и выполнена в виде замкнутой кольцевой полости, образованной концентрично установленными трубами, при этом кольцевая полость в своей

нижней части гидравлически сообщена с центральным каналом.

л-л

Фиг. 2

P-fi 2

Использование: горное делб, при государственном бурении скважин различного целевого назначения. Сущность изобретения: гидроударник содержит дополнительный упругий элемент и нагнетательную камеру. Упругий элемент размещен между верхним переходником и клапаном, нагнетательная камера - над верхним переходником и выполнена в виде замкнутой кольцевой полости. Последняя образована концентрично установленными трубами и в своей нижней части гидравлически сообщена с центральным каналом. 3 ил,

Риг 3