Колонковый снаряд Советский патент 1992 года по МПК E21B25/00 

Изобретение относится к области колонкового бурения, а именно к устройствам для создания обратной приза бой ной циркуляции промывочной жидкости при бурении скважин в рыхлых породах

Известен колонковый снаряд TJ, содержащий колонковую трубу, погружной поршневой насос с поршнем, привод которого выполнен в виде бойка , гидроударника, корпусом, соединенным с колонковой трубой, размещенным в корпусе цилиндром с рабочей камерой, сообщающейся системой каналов с кла- панами с полостью колонковой трубы и внешним пространством.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является колонковый снаряд Ј2j , содержащий колонковую трубу, погружной поршневой насос с поршнем, привод которого выполнен

В виде штока бойка гидроударника, корпусом, соединенным с колонковой трубой, и рабочей камерой, гидрав лически связанной системой каналов с клапанами с полостью колонковой трубы и внешним пространством. Поршень насоса, выполняющий функции демпфера антикавитационного механизма, установлен подвижно на штоке бойка гидроударника и подпружинен относительно него.

Основным недостатком колонкового снаряда является низкий выход керна при бурении в рыхлых, несвязных породах, что обусловлено следующим. При незначительном или полном отсутствии притока жидкости в полость колонковой трубы происходит отрыв поршня от уровня жидкости в рабочей камере поршневого насоса. Вызванные кавитацией гидравлические удары и пульсации давления, распространяюм

Ј

а

ю, ю

hO

(л

«

3

щиеся в полости колонковой трубы, ухудшают условий кернообразования грунта, нарушают структуру керна, снижают его выход.

иелыо изобретения является повышение выхода керна путем снижения кавитационных явлений в рабочей камере погружного поршневого насоса.

Цель достигается тем, что в колонковом снаряде, содержащем колонковую трубу и погружной насос в виде корпуса с цилиндрической камерой, сообщающейся с внешним пространством через выпускной канал с клапаном и с полостью колонковой трубы через впускной канал с клапаном, поршня, имеющего привод в виде бойка гидроударника, и подвижного демфпера, демпфер выполнен в виде подпружиненного относительно корпуса стакана с хвостовиком, расположенным во впускном канале и имеющим сквозной канал, сообщающий полость стакана с впускным каналом, при этом поршень расположен, в полости подвижного стакана, а корпус выполнен с каналами, сообщающими пространства над и под стаканом с внешним пространством.

На фиг. 1 изображен колонковый снаряд с бойком гидроударника, в нижнем положении1, на фиг. 2 - тот же снаряд с бойком гидроударника, , в верхнем положении.

Колонковый снаряд содержит колонковую трубу 1, погружной поршневой насос с корпусом 2, соединенным с колонковой трубой 1 и поршнем 3, привод которого выполнен в виде бойка А гидроударника 5. В корпусе 2 установлен демпфер, выполненный в виде стакана 6 с хвостовиком 7, имеющим сквозной канал 8. Стакан 6 подпружинен относительно корпуса 2 насоса пружиной 9 и размещен в цилиндрической камере, полости 10 и 11 которой соответственно над и под стаканом 6 сообщены каналами 12 и 13 с внешним пространством. Причем жесткость пружины 9 выбрана такой, чтобы усилие со стороны пружины 9 при мак- симальноя ее сжатии было равно ре- -зультирующей силе, действующей на стакан 6 и обусловленной гидростатическим давлением жидкости в полостях 10 и 11 цилиндрической камеры корпуса 2 насоса. Хвостовик 7 стакана 6 размещен в канале 1 корпуса 2, сообщающемся через впускной канал 15 с

52923/)

клапаном 1б с полостью колонковой трубы 1 и через выпускной канал 17 с клапаном 18 с внешним пространством. Полость 19 стакана 6, являющаяся рабочей камерой насоса, в которой установлен поршень 3, соединена посредством сквозного канала 8 хвостовика 7 с каналом Ik корпуса 2.

Ю Колонковый снаряд работает следующим образом.

В процессе бурения боек k гидроударника 5 совершает возвратно-поступательные движения, ударами бивая трубу грунт. Вместе с бойком k гидроударника 5 возвратно-поступательные движения совершает также поршень 3 погружного насоса. При ходе бойка b с поршнем 3 вверх

20tстакан 6 вначале сохраняет свое крайнее нижнее положение. В результате в полости 19 стакана 6 возникает разрежение и под действием разности давлений жидкость из полости

25 колонковой трубы 1 через впускной

канал 15 с клапаном 16, канал корпуса насоса и канал 8 хвостовика 7 попадает в полость 19.

Рабочее давление Рр жидкости в

30 полости 19 стакана 6 в значительной степени определяется скоростью притока в нее жидкости из полости колонковой трубы 1„ Чем ниже гидравлические сопротивления а циркуляцией-

,, ной системе скважины, тем быстрее полость 19 стакана 6 заполняется жидкостью и тем выше устанавливается там давление. В предельном случае, когда гидравлические сопротивления

40 движению жидкости практически отсутствуют (например, в начале бурения),

рабочее давление Рр в полости 19 стакана 6 стремится сравняться с гидростатическим давлением РГ (по

45 закону сообщающихся сосудов). В этом случае, когда Рр Pf , действие всех сил на стакан 6, обусловленных гидростатическим и рабочим давлениями жидкости, уравновешено, стакан б про5Q должает оставаться в крайнем нижнем положении и полость 13 в верхнем положении бойка k гидроударника 5 характеризуется максимальным объемом) Если гидравлические сопротивле55 ния в циркуляционной системе сква- жины значительны (например, при возрастании длины керна), интенсивность притока жидкости в полость колонковой трубы 1 снижается и жидкость не

51752923

успевает заполнить образующееся .под поршнем 3 пространство. В этом слуf5 с

чае давление жидкости Рр в полости 19 стакана 6 снижается вплоть до нуля и стакан 6 под.действием результирующих сил, обусловленных гидростатическим давлением в полостях 10 и 11 цилиндрической камеры корпуса 2 насоса, перемещается вверх, сжимая пружину 9 до момента, пока усилие сжатой пружины 9 не уравновесит силу гидростатического давления на стакан 6„ При движении стакана 6 вверх жидкость из внешнего пространства поступает в полость 11 под стак ном 6 через канал 13 в корпусе 2, а жидкость из полости 10 над стаканом 6 вытесняется во внешнее пространство через канал 12 корпуса 2.

Таким образом, снижение кзвита- цирнных явлений в рабочей камере поршневого насоса Достигается авто матическим регулированием объема пространства под пбршнем погружног насоса в зависимости от давления находящейся в нем жидкости. В пред лагаемом устройстве для увеличени объема рабочей камера требуется на личие некоторого давления жидкости под поршнем насосам (), что несколько снижает степень разрежения в полости колонковой трубы и f5 следовательно, интенсивность обрат ной промывки. Однако, с яругой сто роны, это исключает или значительно снижает вероятность возникновения кавитаций в рабочей камере насоса. В результате исключаются гидравлические удары в системе, пульсации давления в полости кблонко- вой трубы, что повышает выход керна при бурении рыхлых, в особенности

Таким образом, если рабочее давлением Рр в полости 19 снизится до нуля, то положение стакана 6 отно- е сительно корпуса 2 насоса будет край- 25 несвязных,грунтов. ним верхним, а полость 19 будет характеризоваться минимальным объемом. В других случаях, т.е. при

6 отФормула изобретен и

О Ј Рг , положение стакана носительно корпуса 2 насоса будет промежуточным, завися от соотношений жесткости пружины 9 и сил, обусловленных гидростатическим давлением в полостях 10 и 11 цилиндрической ка- Колонковый снаряд, содержаний 30 колонковую тр убу и погружной насос в виде корпуса с цилиндрической камерой, сообщающейся с внешним пространством через выпускной канал с клапаном и с полостью колонковой

меры корпуса 2 насоса и рабочим дав- 35 тРУбы чеРез выпускной канал с кла- :лением в полости 19 стакана 6.

паном, поршень, имеющий привод в виде бойка гидроударника и подвижн демпфер, отличающий с я тем, что, с целью Повышения выхопаном, поршень, имеющий привод в виде бойка гидроударника и подвижный демпфер, отличающий с я ; тем, что, с целью Повышения выхоПри ходе бойка и гидроударника 5 вниз поршень 3 насоса выдавливает

жидкость из полости 19 через сквозной 40 да керна, демпфер выполнен в виде канал 8 хвостовика 7, канал 1 корпу подпружиненного относительно корпуса стакана с хвостовиком, располо- ; женным во впускном канале и имеющим сквозной канал, сообщающий полость 45 стакана с впускным каналом, при этом поршень расположен в поло-

са 2 и выпускной канал 17 с клапаном 18 во внешнее пространство. Если в начале хода бойка А вниз стакан 6 занимает промежуточное положение, г то в конце хода он перемещается - поршнем 3 в крайнее нижнее положение, выдавливая жидкость из полости 11 под стаканом 6 через канал 13 во внешнее пространство.

сти подвижного стакана, а корпус вы- Гполнен с каналами, сообщающими пространство над и под стаканом с внеш- 50 ним пространством.

Таким образом, снижение кзвита- цирнных явлений в рабочей камере поршневого насоса Достигается автоматическим регулированием объема пространства под пбршнем погружного насоса в зависимости от давления находящейся в нем жидкости. В предлагаемом устройстве для увеличения объема рабочей камера требуется наличие некоторого давления жидкости под поршнем насосам (), что несколько снижает степень разрежения в полости колонковой трубы и, следовательно, интенсивность обратной промывки. Однако, с яругой стороны, это исключает или значительно снижает вероятность возникновения кавитаций в рабочей камере насоса. В результате исключаются гидравлические удары в системе, пульсации давления в полости кблонко- вой трубы, что повышает выход керна х при бурении рыхлых, в особенности

несвязных,грунтов.

несвязных,грунтов.

Формула изобретен ия

несвязных,грунтов.

- Колонковый снаряд, содержаний колонковую тр убу и погружной насос в виде корпуса с цилиндрической камерой, сообщающейся с внешним пространством через выпускной канал с клапаном и с полостью колонковой

тРУбы чеРез выпускной канал с кла-

паном, поршень, имеющий привод в виде бойка гидроударника и подвижн демпфер, отличающий с я тем, что, с целью Повышения выхода керна, демпфер выполнен в виде подпружиненного относительно корпуса стакана с хвостовиком, располо- женным во впускном канале и имеющим сквозной канал, сообщающий полость стакана с впускным каналом, при этом поршень расположен в поло-

сти подвижного стакана, а корпус вы- Гполнен с каналами, сообщающими пространство над и под стаканом с внеш- 50 ним пространством.

Щиг.1

Фиг.г

Использование: средства для бурения с отбором керна и обратной цир- . 1 . куляцией промывочной жидкости. Сущность изобретения: колонковый снаряд содержит колонковую грубу с погружным насосом, камера которого в корпусе сообщается с внешним пространством и полостью колонковой трубы, а поршень имеет привод в виде бойка гидроударника и подвижный демпАер, выполненный в виде подпружиненного стакана с хвостовиком, этом поршень расположен в полости подвижного стакана, а корпус выполнен лами, сообщающими пространство над и под стаканом с внешним пространством. 2 ил.