Буровой гидроударно-эжекторный снаряд Советский патент 1992 года по МПК E21B25/00 

Изобретение относится к колонковому бурению, а именно к снарядам для повышения качества керношламового опробования при гидроударном бурении интенсивно трещиноватых, дробленых и перемежающихся по твердости пород.

Известен буровой гидроударно-эжектор- ный снаряд, состоящий из гидроударника, переходника верхнего с насадкой, корпуса, диффузора и нижнего переходника с втулкой.

Известен (прототип) буровой гидро- ударно-зжекторный снаряд, состоящий из верхнего переходника, насадки, распорной втулки, диффузора и переходника нижнего с циркуляционным и эжекторными каналами. Известный снаряд при работе с гидроударником обеспечивает увеличение рейсовой проходки за счет наложения ударных импульсов и вибраций (снижение силы

трения кусочков породы друг о друга и сцепление породы с металлом).

Цель изобретения - повышение эффективности работы снаряда.

Указанная цель достигается тем, что снаряд снабжен цилиндрической распорной втулкой с радиальными окнами, а насадка установлена в верхнем переходнике с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с верхним торцом распорной втулки, при этом распорная втулка подпружинена относительно диффузора, а собственная частота колебаний пружины в 3-4 раза больше частоты вынужденных колебаний гидроударника и усилие предварительного поджатия пружины выбирается в соответствии с выражением

«

Я

00

го о

Сл)

Pi 0,39 р р

г 2 Л VH . d н.

где р - коэффициент сопротивления насадки;

р- плотность промывочной жидкости; VH- скорость промывочной жидкости в проходном сечении насадки при стационар- ном режиме;„ „

dn - наружный диаметр насадки. На фиг. 1 показан предлагаемый буровой гидрЪударнб-эжекторный снаряд; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Снаряд содержит гидроударник 1, верхний переходник 2 JT Котором размещена насадка 3 с уплотнительным кольцом 4, распорную втулку 5, упругодеформируемый элемент 6 (например, пружина), регулмро- вочные шайбы 7, диффузор 8, корпус 9, нижний переходник 10 с циркуляционными а и эжекторными б каналами, и шламовую трубу 11, приемную камеру, образованную внутренней поверхностью корпуса 9 и на- ружными поверхностями насадки 3 и диффузора 8

Пружина 6 одним торцом опирается на диффузор 8, а другим поджимает распор- ную втулку 5 и насадку 3 к верхнему пере- ходнику Усилие предварительного поджатия Pf регулируется шайбами 7.

Буровой гидроударно-эжекторный снаряд работает следующим образом.

После спуска снаряда в скважину в него по бурильным трубам подается промывочная жидкость, которая свободно проходит через гидроударник 1, верхний переходник 2, насадку 3.

За счет истечения промывочной жидко- сти из насадки 3 с большой скоростью происходит подсос жидкости из приемной камеры и по эжекторным каналам б из шламовой 11 и колонковой трубы в диффузор 8, в котором происходит смещение двух потоков и преобразование кинетической энергии движения в энергию давления,

Процесс эжектирования происходит в стационарном режиме, т.к. величина расхода промывочной жидкости постоянна во времени и равна расходу бурового насоса Насадка 3 поджата пружиной б к верхнему переходнику 2 усилием предварительного поджатия, величина которого больше результирующей силы давления, действую- щей на насадку 3. При постановке снаряда на забой, включая вращения и приложения осевой нагрузки, начинается процесс бурения При этом гидроударник 1 включается и течение активной струи становится цикличным пре- рьГвисто-пульсирующим, отвечающим циклу работы гидроударника,

При увеличении мгновенного расхода выше номинального (движение бойка и клапана гидроударника 1 совместно вниз и момент отрыва бойка от клапана), результирующая сил давления действующих на насадку 3, становится больше усилия пружины 6 и насадка 3 движется вниз, сжимая пружину 6, до упора в торец диффузора 8 Выброс х идкости в приемную камеру при этом предельно уменьшается или совсем отсутствует. Происходит интенсивный разгон промывочной жидкости в затрубном пространстве, в эжекторных и циркуляционных каналах

При изменении величины мгновенного расхода промывочной жидкости от номинального до нуля (боек гидроударника движется вверх, встречается с клапаном, перекрывая поток) насадка 3 отжата силой пружины 6 к верхнему переходнику 2.

Следовательно, процесс эжектирования происходит более интенсивно, количество подсасываемой жидкости и цикловой коэффициент эжекции у данного снаряда выше, чем у обычного, благодаря предотвращению выбросов активной жидкости в приемную камеру и более интенсивному разгону жидкости в диффузоре и эжекторных каналах (инерционный эффект) Указанный процесс повторяется циклично с частотой вынужденных колебаний гидроударника Поэтому чтобы данная колебательная система не вошла в резонанс частота собственных колебаний пружины 6 должна быть в 3-4 раза больше, чем частота колебаний гидроударника

Предложенная конструкция бурового гидроударно-эжекторного снаряда позволяет повысить эффективность работы струйного насоса и всего снаряда в целом, улучшить очистку забоя и колонковой трубы от частиц шлама. Причем с увеличением вязкости и плотности промывочной жидкости положительное влияние инерционных процессов на процесс эжектирования и, следо- вательно, на эффективность работы снаряда усиливается,

Формула изобретения

Буровой гидроударно-эжекторный снаряд, содержащий гидроударник цилиндрический полый корпус с верхним, соединенным с гидроударником, и нижним переходниками, насадку и диффузор, размещенные между переходниками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы, снаряд снабжен цилиндрической распорной втулкой с радиальными окнами а насадка установлена в верхнем переходнике с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с верхним торцом распорной втулки, при этом распорная втулка подпружинена относительно диффузора, а собственная частота колебаний пружины в 3-4 раза больше частоты вынужденных колебаний гидроударника и усилие предварительного поджатия пружины выбирается в соответствии с выражением

V2H

d2H,

Р 0,39 ptt.p где 9 коэффициент сопротивления насадки;

р- плотность промывочной жидкости;

VH - скорость промывочной жидкости в проходном сечении насадки при стационарном режиме;

dH - наружный диаметр насадки.

Использование: повышение качества керношламового материала при гидроударном колонковом бурении интенсивно трещиноватых и дробленых пород. Сущность изобретения: снаряд содержит гидроударник, верхний переходник с насадкой, диффузор и нижний переходник. Между насадкой и диффузором установлен упруго- деформируемый элемент. Собственная частота упругого элемента в 3-4 раза больше частоты вынужденных колебаний гидроударника. В нижнем переходнике выполнены циркуляционные и эжекторные каналы. Насадка установлена в верхнем переходнике с возможностью осевого перемещения относительно диффузора. При этом процесс эжектирования происходит более интенсивно, что позволяет повысить эффективность работы снаряда в целом. 2 ил (Л С

11

dtet