Гидробур Советский патент 1992 года по МПК E21C45/00 

Ё

Сущность изобретения: гидробур содержит корпус, внешний водоподвод, струе- формирующие разрушающие сопла, размещенные в основании ротора, снабженного внутренними перегородками, пульпопоиемный раструб с эжектором, гидротурбину с соплами. Ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, упорными гидростатическими подшипниками и радиальными водоподводами. Турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора. Сливная камера снабжена успокоительными ребрами. Сливная камера сообщается с призабойной зоной скважины и с проточной камерой. Струеформирующие сопла выполнены в виде пустотелых болтов. Сопло эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройствам, применимым для разработке скважин, в частности к гидравлическим машинам для бурения горизонтальных и вертикальных дренажных и водозаборных скважин и может найти применение для расширения стволов скважин с целью увеличения их во- дозахватной способности, а также для прочистки канализационных трубопроводов.

Известна гидравлическая бурильная машина, содержащая вращатель, коронко- держатель, пульсатор, снабженный реактивной турбиной,смонтированной на одном из его дисков и расположенной в сборно-от- точной камере. В коронкодержателе выполнен канал для сообщения сборно-отточной камеры с атмосферой.

Известно также грунтозаборное устрой- ство землесосного снаряда, содержащее всасывающий наконечник, водопроводные

трубы и эжекторную головку и эжектирую- щий насадок с водоподводящим коллектором, В этом известном устройстве водоподводящий коллектор эжектирующе- го насадка снабжен разрыхляющим гидромониторным насадком, а эжектирующий насадок выполнен в виде кольцевой щели и установлен с возможностью протекания подсасываемого потока как изнутри, так и снаружи насадка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является буровая гидравлическая насадка. Указанная буровая гидравлическая насадка содержит корпус, водоподвод, струеформи- рующие сопла, пульпоприемный раструб с эжектором. Дополнительно насадка снабжена камерой с гидротурбиной, сообщающейся с эжектором. Турбина снабжена кольцеобразным стаканом с внутренними

Х|

О 00

ч

СП 00

перегородками, в днище которого размещены струеформирующие сопла.

Недостатком этого устройства является незначительная скорость бурения ввиду малой скорости вращения гидротурбины,

Кроме того, известное устройство i з может быть использовано для расширений ствола скважин с целью увеличения их ЕС- дозахватных способностей.

Целью изобретения является повышение скорости проходки скважин путем повышения эффективности размыва ствола буровой скважины и увеличения ее водозах- ватной способности.

Поставленная цель достигается тем, что в гидробуре, содержащем корпус, внешний водоподвод, струеформирующие разрушающие сопла, размещенные в основании ротора, снабженного внутренним./ перегородками, пульпоприемиый раструб с эжектором, гидротурбину с соплами, сочлененную с ротором, ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, отделяющей проточную камеру от сливной камеры гидротурбины, упорными гидростатическими подшипниками, а также радиальными водо- подводами. Турбина выполнена в виде тан- генциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора и установленных на нем близ наружной его кромки в сливной камере, снабженной успокоительными ребрами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса. Сливная камера сообщается с призабойной зоной скважины через кольцевой зазор ежду внешней кромкой рогора и корпусом гидробура. Проточная камера соединена также со сливной камерой гидротубины через верхний упорный гидростатический подшипник ротора и с лризабойной зоной через нижний упорный гидростатический подшипник.

Струеформирующие разрушающие сопла гидробура выполнены в виде пустотелых болтов, расположенных в наклонных отверстиях в основании роторами ориентированы тангенциально к боковой образующей поверхности ротора. Сопло эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения. На пульпоприемный раструб установлена защитная фильтрующая решетка.

На фиг.1 изображен гидробур, общий вид; на фиг.2 - вид А фиг. 1; на фиг.З - разрез Б-Б фиг. 1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг.5 - вид Г-Г фиг.З; на фиг.б - вид Д-Д фиг.4.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1 с размещенным в нем кольцеобразным ротором 2, с цилиндрической внешней диафрагмой 3, отделяющей проточную камеру 4 от сливной камеры 5 гидротурбины, с упорными гидростатическими подшипниками 6 и 7, радиальными

5 водоподводами 8, тангенциально направленные сопла 9 реактивной турбины, сообщающиеся с полостью кольцеобразного ротора 2, установленные на нем близ наружной его кромки, в сливной камере 5, снаб10 женной успокоительными ребрами 10, закрепленными на внутренней поверхности корпуса 1 гидробура, сообщающейся с призабойной зоной скважины через узкий кольцевой зазор 11 между внешней кромкой

15 кольцеобразного ротора 2 и корпусом гидробура 1. Прото.чная камера 4, в свою очередь,, сообщается со сливной камерой 5 гидротурбины через верхний упорный гидростатический подшипник 6, а струеформи20 рующие сопла 12 выполнены в виде пустотелых болтов 13, ввернутых в наклонные отверстия 14, устроенные в основании кольцеобразного ротора 2 и тангенциально ориентированные к боковой образующей

25 поверхности ротора 2. Сопло 15 эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения 16. Внешний водоподвод 17 сообщается с проточной камерой 4 через кольцевой коллектор 18 и отверстия 19, а

30 пульпопровод 20 имеет пульпоприемный раструб 21 с установленной на последней защитной фильтрующей решеткой 22.

Устройство работает следующим образом.

3FГидробур, соединенный с колонной водоподводящих труб на бурильных трубах, служащих пульпопроводом, опускается в специально подготовленный цилиндрический зумпф. Затем в гидробур по водопод40 зоду 17 подают воду под давлением. Последняя попадает в кольцевой коллектор 18 и из него поступает в проточную камеру 4, Здесь поток воды разделяется на следующие потоки:

4Ь1-ый поток воды направляется через радиальные водоподводы 8 в полость кольцеобразного ротора 2 и попадает в струеформирующие разрушающие сопла 12 и сопла 9 реактивной турбины. Истекающая

JH. из сопел 12 и 9 вода имеет скорость 15-40,3 к/с и создает реактивную силу, приводящую кольцеобразный ротор 2 во вращение. Одновременно по внешней кромке забоя зумпфа начинает размываться грунт, пре55 вращаясь в пульпу.

2-ой поток воды поступает из проточной

камеры 4 в сопло 15 эжектора с расходом

13-40,3 м / ч, создает разрежение под пульнеприемным раструбом 20. 3 результате

этого в пульпопривод поступает пульпа, образующаяся в результате размыва грунта водой, выбрасываемой струеформирующи- ми разрушающими соплами 9, кольцевым зазором 11, подшипником 7 и грунтовыми водами, поступающими с забоя под влиянием создаваемого над ним разрежения и гидростатического давления подземных вод.

3-й поток воды поступает из проточной камеры 4 в сливную камеру 5 гидротурбины через верхний упорный гидростатический подшипник 6.

4-ый поток воды поступает из проточной камеры 4 через нижний упорный гидростатический подшипник 7 в призабойную зону скважины, перемешивается с пульпой и увлекается соплом 15 эжектора. Кроме того, вода, поступающая в сливную камеру 5 гидротурбины через сопла 9 и через подшипник 6, раскручивается в сливной камере 5 реактивными струями гидротурбины в на- правлении обратном вращению ротора 25и тормозит его, вызывая энергетические потери. Для уменьшения этих энергетических потерь и для увеличения вращательного момента реактивной гидротурбины предусмотрены неподвижные успокоительные ребра 10, которые тормозят основную часть воды, увлекаемой реактивными струями гидротурбины, Для поддержания перепада давления воды (с целью обеспечения работы сопел 9 реактивной гидротурбины) предусмотрен кольцевой зазор 11, через который вода удаляется из сливной камеры 5 в призабойную зону буровой скважины. При этом цилиндрический поток воды, истекающий из кольцевого зазора 11, имеет пульсирующий характер под влиянием подвижных зон повышенного напора, возникающих в сливной камере 5 над кольцевым зазором 11 в точках прохождения реактивных струй (из сопел 9). Благодаря этому струи воды, выбрасываемые разрушающими струеформирующими соплами 12, в момент, когда гидробур удален от забоя и эти струи пересекаются не с забоем, а со стенками ствола скважины и с цилиндрическим потоком истекающей из зазора 11 воды, последние также приобретают пульсирующий характер. Такой характер движения разрушающих струй воды позволяет более эффективно размывать ствол буровой скважины с целью увеличения водозахватной способности последней путем ее расширения.

Предлагаемый гидробур повышает скорость бурения, она достигает 15-40,3 м/с, создавая реактивную силу,

Предлагаемый гидробур может успешно применяться для сооружения водозаборных, дренажных скважин, лучевых дрен, для расширения стволов скважин, пробуренных

традиционными способами, в заданных интервалах. Кроме того, возможно использование гидробура для прочистки канализационных трубопроводов, перекачки концентрированных суспензий (например, абразивных металлосодержащих шламов предприятий черной металлургии) из первичных отстойников, устройства проколов под дорогами, а также при устройстве

буронабивных свай путем погружения в грунт обсадных труб, а также для погружения других пустотелых конструкций в грунт. Может применяться для очистки шахтных водосборников. При этом отдельные крупные скальные включения в грунтах (или другой разрушаемой среде) не являются помехой при бурении, так как они будут постепенно опускаться в размываемое свободное пространство.

Формула изобретения

ствола буровой скважины и увеличения ее водозахватной способности, ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, отделяющей проточную камеру от сливной камеры гидротурбины, упорными гидростатическими подшипниками, а также радиальными водоподводами, при этом турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с

полостью ротора, установленных на нем близ наружной его кромки, в сливной камере, снабженной успокоительными ребрами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса, сообщающейся с призабойной зоной скважины через кольцевой зазор между внешней кромкой ротора и корпусом гидробура, причем проточная камера соединена также со сливной камерой гидротурбины через верхний упорный гидростатический

подшипник ротора и с призабойной зоной через нижний упорный гидростатический подшипник.

20

17

в

0

ft/г. /

11

1

1

Фиг. 2 Ј - В

фие.з

//

12

Г- Г

1768758

6-8

фиг. 4

л-л