Гидровибратор Советский патент 1992 года по МПК E21B4/14 

Изобретение относится к технике для бурения скважин, а именно к устройствам для создания ударных импуль- Сов.

Целью изобретения является повышение эффективности работы гидровиб- ратора.

На фиг. 1 изображен продольный раз рез гидровибратора в процессе вращательного бурения; на фиг. 2 - гидровибратор в процессе работы; на фиг.З развертка профилированной проточки верхнего переходника.

Гидровибратор состоит из верхнего переходника 1, корпуса 2, верхней 3 и нижней h наковален, цилиндра 5 с размещенным в нем поршнем 6 бойка 7, шток 8 которого установлен з нижней наковальне К В связанной с верхним переходником 1 распределительной коробке 9 выполнены впускной 10 и выпускной 11 каналы, которые перекрываются впускным 12 и выпускным 13 клапанами соответственно. Впускной клапан 12 связан с выпускным клапаном 13 толкателем 1А и подпружинен относительно верхнего переходника 1 пружиной 15, а выпускной клапан 13 подпружинен относительно поршня 6 пружиной 16. В цилиндрической камере 17 верхнего переходника 1 установлен плунжер 18, в кольцевой канавке 19 которого размещен шарик 20, половина которого располагается в профилированой проточке 21 цилиндрической камеры 17. Плунжер 18 подпружинен относительно верхнего переходника 1 пружиной 22 и имеет осевой канал 23. верхний переходник 1 выполнен с перепускным 2k и выпускным 25 каналами. Для подачи жидкости в гидровибратор служат нагнетательные каналы 26, а канал 27 предназначен для соединения надпоршневой полости цилиндра 5 гидровибратора с кольцевым зазором, образованным корпусом 2 и кожухом 28 механизма. Нижняя наковальня k имеет каналы 29 для промывочной жидкости и замковую резьбу 30 для соединения с буровым снарядом (на фигурах не показан). Буровой снаряд с гидровибратором опускается в скважину на колонне бурильных труб 3i.

Гидровибратор (фиг.1) включается в состав бурового снаряда и соединяется с последним при помощи замковой резьбы 30. Собранный буровой снаряд на колонне бурильных труб 31 опускают в скважину. Перед постановкой на забой через бурильные трубы 31 при помощи бурового насоса (на фигурах не показан) « в буровой снаряд подают промывочную жидкость, скоростной напор которой начинает действовать на верхний торец, плунжер 18. Под действием скоростного напо- ра плунжер 18 перемещается вниз, сжимая „пружину 22. Перемещение ллук жера 18 в цилиндрической камере 17 продолжается до тех пор, пока рас0

5

0

положенный в кольцевой канавке 19 плунжера 18 шарик 20 не упрется в первую нижнюю впадину профилированной проточки 21 (йиг.З). При этом перепускной канад 24 верхнего переходника 1 (фиг.1) открывается, а выпускной канал 25 перекрывается плунжером 18.

В процессе впускания плунжера 18 происходит вытеснение жидкости из цилиндрической камеры 17 в кольцевой зазор, образованный кожухом 28 и корпусом 2 гидровибратора, через осевой канал 23 плунжера 18 и канал 27 верхнего переходника 1.

Убедившись в том, что в скважине восстановлена циркуляция промывочной жидкости, буровому снаряду сообщают вращение и ставят его на забой скважины, начиная процесс бурения. При этом промывочная жидкость через перепускной канал 2, кольцевой зазор между корпусом 2 и

5 кожухом i 28 гидровибратора и каналы 29 в нижней наковальне Д поступает на забой скважины, очищая его от шлама и охлаждая породоразрушаю- щий инструмент (на фигурах не показан) „

Благодаря тому, что пусковое устройство гидровибратора выполнено в виде установленного в цилиндрической камере 17 верхнего переходника 1 подпружиненного плунжера 18, имеющего кольцевую канавку 19 в которой с возможностью взаимодействия с профилированной проточкой 21 цилиндрической камеры 17 размещен ша0 РИК. 20, причем плунежр 18 выполнен с, возможностью попеременного вза- имодействия с перепускным 2ч и выпуск ным 25 каналами верхнего переходника

1, которые связаны с окружающей ере

5 дой посредством каналов 29 в нижней наковальне 4 и кольцевого зазора между/ корпусом 2 и кожухом 28 гидро- виоратора, обеспечивается свободный проход люоого количества промывочной жидкости через механизм на забой скважины без запуска гидровиоратора в работу.

Наличие осевого канала 23 в плунжере 18 и канала 27 в верхнем переходнике позволяет выравнять, давление в подпоршневой и надпоршневой полостях цилиндра 5 гидровибратора, что исключает возможность его самопроиз вольного запуска в работу при повы5

0

5

шении гидравлических сопротивлений истечению промывочной жидкости через промывочные окна породоразрушающёго инструмента.

При возникновении прихвата бурового снаряда или при необходимости перехода на ударно-вращательный способ бурения при помощи трехходовогб крана бурового насоса на несколько секунд снижают расход промывочной жидкости, что вызывает уменьшение величины скоростного напора на верхний тореи плунжера 18. В результате этого под Действием пружины 22 плунжер 18 совершает ход вверх до упора шарика 20 в первую верхнюю впадину профилированной проточки 21 (фиг.З). Затем вновь повышают расход промывочной жидкости,, и под действием увеличившегося скоростного напора плунжер 18 перемещается вниз до упора шарика 20 во вторую нижнюю впадину профилированной проточки 21,

В это время (фиг.2) перепускной канал 2k верхнего переходника 1 перекрывается плунжером 18, выпускной канал 25 открывается, а промывочная

жидкость, лишенная доступа в перепускной канал 2k, начинает поступать

в гидровибратор по нагнетательным

каналам 26.

Давление в подпоршневой полости цилиндра 5 гидровибратора повышается, и поршень 6 с бойком и штоком 8 совершают ход вверх, вытесняя находящуюся в надпоршневой полости цилиндра 5 жидкость в кольцевой зазор между корпусом 2 и кожухом 28 гидровибратора через выпускной канал 25 верхнего переходника 1. В процессе подъема поршень 6 сжимает пружину 16, поскольку выпускной клапан 13 связан с удерживаемым в нижнем положении давлением промывочной жидкости впускным клапаном 12 посредством толкателя 1. В кон- j це хода вверх поршень 6 наносит удар по выпускному клапану 13, срывая с посадочного места впускной клапан 12, а боек 7 ударяет по верхней наковальне 3. Под действием удара и усилия сжатой пружины 16 впускной 12 и выпускной 13 клапаны перебрасываются в верхнее положение.

Выпускной канал 11 закрывается, а впускной канал 10 распределительной коробки 9 открывается. При этом промывочная жидкость получает возможность доступа в надпоршневую полость цилиндра 5 гидровибратора,

Вследствие того, что рабочая площадь поршня 6 со стороны надпоршне- вой полости цилиндра 5 больше его рабочей площади со стороны подпоршневой полости на величину площади поперечного сечения уплотненной части

Q штока 8, поршень 6 с бойком 7 совершает ход вниз, причем впускной 12 и выпускной 13 клапаны удерживаются в верхнем положении давлением промывочной жидкости на выпускной клапан 13.

е В конце хода вниз поршень 6 захватывает хвостовик выпускного клапана 13, срывая его с посадочного места в распределительной коробке 9, а боек 7 наносит удар по нижней нако0 вальне Ь. Впускной 12 и выпускной 13 клапаны Под действием усилия пружины 15 и собственного веса занимают нижнее положение, выпускной осевой канал 11 открывается, впускной канал

5 Ю закрывается, промывочная жидкость вновь устремляется в подпоршне- вую полость цилиндра 5, и цикл работы механизма повторяется.

Генерируемые гидровибратором

0 ударные импульсы в виде вольт упругой деформации передаются буровому снаряду, облегчая процесс его извлечения из скважины в случае ликвидации прихвата или вызывая дополнительные контактные нагрузки на забое в случае ударно-вращательного бурения.

Благодаря тому, что пусковое устройство гидровибратора выполнено в виде установленного в цилиндрической

0 камере 17 верхнего переходника 1 подпружиненного плунжера 18, имеющего кольцевую канавку 19, в которой с возможностью взаимодействия с профилированной проточкой 21 цилиндрис ческой камеры 17 размещен шарик 20, причем плунжер 18 выполнен с возмож- ностью попеременного взаимодействия с перепускным 2k и выпускным 25 ка- . налами верхнего переходника 1, кото0 рые связаны с окружающей средой посредством каналов 29 в нижней наковальне k и кольцевого зазора между корпусом 2 и кожухом 28 гидровиб- ратора, обеспечивается промывка забоя и сохраняется циркуляция про5

5

мывочной жидкости по всей скважине. Это обстоятельство способствует повышению эффективности работы гидро- вибратора как при ликвидации прихвата, так и при ударно-вращательном , бурении скважины.

При необходимости перехода на вращательный способ бурения вновь уменьшают расход промывочной жидкости, вследствие чего шарик 20 под действием пружины 22 занимает место во второй верхней впадине профилированной ПРОТОЧКИ 21 (ФИГ.З), а ПрИ

последующем увеличении расхода совместно с плунжером 18 совершает ход вниз, упираясь в первую нижнюю впадину профилированной проточки 21 (фиг.1).

Развертка профилированной проточки 21 образована двумя ломаными линиями, каждая из которых имеет не менее двух впадин, причем впадины одной ломаной линии смещены относи.- тельно впадин другой ломаной линии, а расстояние между ломаными линиями любой точке профилированной проточки 21 не меньше диаметра шарика 20.

По окончании рейса буровой оч;- с гидровибратором на колонне оуриль ных труб 31 извлекается и скважины.

Формула изобретения

Гидровибратор, включающий верхний переходник с каналами для прохода про- мывочной жидкости, корпус, верхнюю и нижнюю наковальни, цилиндр с размещенным в нем ступенчатым поршнем 35 бойка, впускной и выпускной клапаны,

. g

$

0

5

0

5

пусковой механизм, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности его работы, он снабжен кожухом, закрепленным на верхнем переходнике и нижней наковальне и образующим с цилиндром коль- цевой зазор, и пусковым механизмом, установленным в верхнем переходнике и выполненным в виде подпружиненного плунжера с кольцевой канавкой, профилированной проточки на внутренней поверхности верхнего переходника и шарика, размещенного в кольцевой ка- навке плунжера и взаимодействующего с профилированной проточкой переходника, при этом в верхней части переходника выполнен перепускной канал, плунжер установлен с возможностью поочередного перекрытия перепускного и выпускного каналов eepxj- него переходника, а развертка профи-j лированной проточки образована дну- -мя ломаными линиями, каждая из которых имеет не менее двух , и впадины одной ломаной линии смещены относительно впадин другой ломаной линии, а расстояние между ломаными линиями в любой точке профилирован ной проточки не меньше диаметра шарика, причем в нижней наковальне выполнен продольный канал, гидравлически связанный с кольцевым зазо ром между ксЯкухом и цилиндром и с перепускным и выпускным каналами верхнего переходника-.

гг

ESS

Изобретение относится к технике бурения. Цель изобретения - повышение эффективности работы гидровибратора. Для этого на верхнем переходнике и нижней наковальне закреплен кожух, образующий с цилиндром кольцевой зазор. В верхнем переходнике расположен пусковой механизм. Последний выполнен в виде подпружиненного плунжера с кольцевой канавкой, профилированной проточки на внутренней поверхности верхнего переходника i и шарика Он установлен в кольцевой канавке плунжера и взаимодействует с профилированной проточкой переходника. В верхней части переходника выполнен перепускной канал. Плунжер установлен с возможностью поочеред- ного перекрытия перепускного и выпускного каналов верхнего переходника ; Развертка профилированной проточки образована двумя ломаными линиями, каждая из которых имеет не менее двух впадин„ Впадина одной ломаной линии смещена относительно впадин другой ломаной линии. Расстояние между ломаными линиями в любой точке профилированной проточки не меньше диаметра шарика. В нижней наковальне выполнен продольный канал, гидравлически связанный с кольцевым зазором между кожухом и цилиндром с перепускным и выпускным каналами верхнего переходника. При использовании данного гидровибратора обеспечивается промывка забоя и сохраняется циркуляция промывочной жидкости по всей скважине. При необходимости перехода на вращательный способ бурения уменьшают расход промывочной жидкости, вследствие чего шарик под действием пружины занимает место во второй верхней впадине профилированной проточки, при последующем увеличении расхода совместно с плунжером совершает ход вниз, упираясь в первую нижнюю впадину профилированной проточки. 3 ил. сл с ч сл ю ю о

1