Колонковое пневмоударное устройство Советский патент 1993 года по МПК E21C3/24 E21B4/14 

Изобретение относится к буровой технике, к средствам для бурения скважин ударно-вращательным способом с отбором керна и шлама.

Известен колонковый бур, включающий двухстенный корпус с окнами для выпуска сжатого воздуха в скважину, размещенные в корпусе пневмоударники с разъемами для связи с воздухопроводом, механизм подрезки и шламоприемник.

Недостатком этого технического решения является сложность самой конструкции, связанная с использованием нескольких отдельных пневмоударников, которые крепятся к основному корпусу целым рядом различных соединений и разъемов, что создает аварийную ситуацию при бурении (об- рыв резьбы или крепления) из-за динамических ударов пневмоударников со

сравнительно большой по величине энергией и частотой, а также поперечных колебаний, возникающих за счет работы каждого пневмоударника в автономном режиме.

К другим существенным недостатком колонкового пневмоударного бура относится то, что из-за геометрических размеров (наличие двух и более пневмоударников) данная конструкция не вписывается в скважины малых диаметров (от 150 м и менее), что не позволяет ее использовать в практике разведочного бурения с отбором керна.

Известно также колонковое пневмоударное устройство, содержащее корпус, внутри которого размещены пневмоударники, воздухораспределительный узел для по- переменной подачи воздуха в

VI 00 ON hO СЛ СО

пневмоударники, который расположен в корпусе над пневмоударниками.

Недостатком данного технического устройства является невозможность установления точных параметров частоты и энергии ударов из-за автономной работы воздухораспределительного устройства, которая зависит лишь от расхода подаваемого воздуха. Вместе с тем известно, что уменьше- ние массового расхода воздуха отрицательно сказывается на энергетических показателях работы пневмоударного устройства и резко снижает подъемную силу, расходуемую на транспортирование выбуренной горной породы.

Кроме того, при холостом ходе поршня в верхней камере образуется давление, которое препятствует движению воздуха рас- пределительного устройства, создает условия для его осевого перемещения, что определяет ненадежность работы данного технического решения (заклинивание, торможение и т.д.) - чем больше воздуха расходуется на работу устройства, тем больше величина этих отрицательных факторов.

К недостаткам этого технического устройства нужно отнести сложность при изготовлении отдельных узлов, таких как дисковый золотник с лопатками, ускоритель с соплами Лаваля.

Следует также отметить, что недостатком данного колонкового устройства является и периодический отрыв снаряда от забоя с целью интенсивной продувки - в первом случае для улучшения транспорти- ровки выбуренной породы по внутренней трубе, во втором случае - для блокировки пневмоударника и усиленной очистки скважины от шлама. Во время отрыва снаряда происходит выпадение крупных кусков со стенок скважины, между коронкой и забоем, в результате чего приходится перебури- вать данный интервал, что искажает достоверность опробования.

Для устранения вышеперечисленных недостатков колонкового пневмоударного устройства предлагается настоящее техническое решение.

Целью изобретения является повышение производительности и надежности ра- боты.

Указанная цель в предлагаемом устройстве, содержащем связанный с двойной буровой колонной корпус, внутри которого расположен пневмоударный механизм и воздухораспределительный узел, достигается тем, что устройство снабжено выполненным в виде пакерного якоря кожухом, установленным коаксиально корпусу. При этом пневмоударный механизм выполнен в

виде установленного на внутренней колонковой трубе двойной колонны ударника, делящего полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода. Воздухораспределительный механизм выполнен в виде системы продольных глухих пазов на внутренней поверхности кожуха и радиальных сквозных каналов на боковой поверхности корпуса. Причем одни из глухих пазов кожуха сообщены с межтрубным пространством двойной колонны труб для периодического впуска воздуха в камеры рабочего и холостого хода посредством радиальных каналов корпуса в процессе вращения последнего, а другие глухие пазы кожуха сообщены с выполненными в кожухе и расположенными выше пакерных элементов, радиальными выхлопными каналами для периодического выхлопа воздуха из камер пневмоударного механизма при сообщении соответствующих радиальных каналов корпуса с упомянутыми пазами кожуха.

Такое выполнение предлагаемого устройства позволяет точно регулировать частоту пневмоударного механизма частотой вращения буровой колонны и задавать оптимальный режим работы устройства.

Предлагаемый объект соответствует критериям новизна и существенные отличия.

На фиг. 1 показано колонковое пневмо- ударное устройство при холостом ходе ударника, продольный разрез; на фиг. 2 - то же при рабочем ходе ударника; на фиг. 3 -4 - разрезы А-А и Б-Б на фиг. 1.

Колонковое пневмоударное устройство содержит кожух 1, на внутренней цилиндрической поверхности которого выполнены кольцевые проточки 2 и 3, нагнетательный 4 и выхлопной 5 продольные глухие пазы, разнесенные относительно друг от друга на угол а (фиг. 3) и выхлопные радиальные каналы 6, сообщенные с пазами 5, полый корпус 7 с радиальными сквозными нижними 8 и верхними 9 каналами, разнесенными относительно друг от друга на угол ©и радиальными питательными каналами 10, ударник 11, керноприемную трубу 12, поро- доразрушающий инструмент 13. К верхней части корпуса присоединен переходник 14 с нагнетательным каналом 15. Нижний конец кожуха 1 закрыт крышкой 16, в которой установлен центрирующий подшипник скольжения 17, а верхний конец кожуха 1 выполнен с уступом 18, на котором смонтирован опорный узел, включающий упорный подшипник 19, демпферную подушку 20 и закрепленный на переходнике 14 фиксатор 21. На наружной поверхности кожуха 1 выполнены лабиринтные ходы 22, вершины которых армированы износостойкими вставками 23. Корпус 7, ударник 11, керноп- риемная труба 12 и переходник 14 образуют камеры рабочего 24 и холостого 25 ходов. Переходник 14 соединен с наружной трубой двойной бурильной колонны, а керноприем- ная труба 12 связана с внутренней трубой этой же колонны.

Колонковое пневмоударное устройство работает следующим образом (фиг. 1).

Воздух, подаваемый из магистрали по межтрубному пространству 26, поступает через нагнетательный канал 15 в переходнике 14, кольцевой канал 2 и продольный паз 4 в кожухе 1 и далее через нижний радиальный канал 8 в камеру 25 холостого хода. Так как в положении, показанном на фиг. 1 и 4, камера рабочего хода 24 сообщена с затрубным пространством через верх- ний радиальный канал 9 в корпусе 7 и выхлопной продольный паз 5 и выхлопной канал 6 в кожухе 1, то ударник под воздействием давления в камере холостого хода 25 начинает совершать холостой ход вверх. При этом каналы 8 являются впускными, а каналы 9 выпускными.

При вращении бурильной колонны и жестко связанного с ней корпуса 7 кожух 1 остается неподвижным в радиальной пло- скости, так как благодаря лабиринтным ходам 22, вершины которых армированы износостойкими вставками 23, является па- керирующим якорем, имеет диаметр близкий к диаметру скважины и тормозится при вращении колонны о стенки скважины за счет действия сил трения и газодинамического сопротивления

При смещении нижних и верхних каналов 8 и 9 корпуса 7 (фиг. 2) на угол 0 отно- сительно пазов 4 и 5 кожуха 1 происходит поступление воздуха через верхний радиальный канал 9 в камеру рабочего хода 24 (фиг. 4), Камера холостого хода 25 сообщается с затрубным пространством через ниж- ний радиальный канал 8 корпуса 7, продольный выхлопной паз 5 и выхлопной канал 6 кожуха 1. Ударник 11 под воздействием давления в камере рабочего хода 24 начинает совершать рабочий ход вниз до нанесения удара через основание камеры холостого хода 25 корпуса 7, служащего наковальней для породоразрушающего инструмента 13, При этом каналы 9 являются впускными, а каналы 8 выпускными.

Затем, после смещения каналов 8 и 9 на угол 0 относительно продольных пазов 4 и 5, цикл повторяется. Разрушенная при ударе порода подхватывается непрерывным потоком воздуха (фиг. 1), поступающим по межтрубному пространству 26 через нагнетательный канал 15, кольцевую проточку 2, продольный нагнетательный паз 4, кольцевую проточку 3, радиальный питательный канал 10, зазор 27, охлаждающий канал 28 в породоразрушающем инструменте 13 и полость керноприемной трубы 29.

Блокировка колонкового пневмоудар- ного устройства осуществляется остановкой вращения бурового вала. В этом случае поток воздуха по межтрубному пространству 26 через нагнетательные пазы 4, радиальные каналы 10 и зазор 27 беспрепятственно попадает в полость керноприемной трубы 29. При этом работа ударного узла прекращается, а вся энергия воздушного потока затрачивается на транспортирование горной породы и на очистку скважины от шлама.

Частота ударов v пневмоударного механизма устройства регулируется изменением частоты вращения а) буровой колонны в соответствии с выражением

V N СО , С 1

где N - число впускных (выпускных) радиальных каналов в корпусе.

Все это позволяет соблюдать оптимальный режим бурения и способствует росту его производительности.

Формула изобретения

Колонковое пневмоударное устройство, содержащее связанный с двойной буровой колонной корпус, внутри которого расположен пневмоударный механизм и воздухораспределительный узел, отличающее- с я тем, что, с целью повышения производительности и надежности работы, устройство снабжено выполненным в виде пакерного якоря кожухом, установленным коаксиально корпусу, при этом пневмоударный механизм выполнен в виде установленного на внутренней колонковой трубе двойной колонны ударника, делящего полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода, а воздухораспределительный механизм выполнен в виде системы продольных глухих пазов на внутренней поверхности кожуха и радиальных сквозных каналов на боковой поверхности корпуса, при этом один из глухих пазов кожуха сообщены с межтрубным пространством двойной колонны труб для периодического впуска воздуха в камеры рабочего и холостого хода посредством радиальных каналов корпуса в процессе вращения последнего, а другие глухие пазы кожуха сообщены с выполненными в кожухе и расположенными выше пакерных элементов радиальными выхлопными каналами для периодического выхлопа воздуха из камер

пневмоударного механизма при сообщении соответствующих радиальных каналов корпуса с упомянутыми пазами кожуха.

Редактор Т.Иванова

fe

Составитель В.Кириллов Техред М.Моргентал

Корректор М.Ткач

Использование: для бурения скважин ударно-вращательным способом с отбором и транспортировкой керношламового материала. Сущность изобретения: колонковое пневмоударное устройство содержит двойную буровую колонку с керноприемной трубой, закрепленный на ней корпус с распределительными каналами, размещенный в нем пневмоударный механизм с ударником и воздухораспределительный узел для попеременной подачи воздуха во впускные каналы корпуса, имеет кожух с нагнетательными - и выхлопными каналами, имеющий вид пакерного якоря., а воздухораспределительный узел выполнен из сопряжения каналов неподвижного кожуха и каналов вращаемого корпуса. Энергетические параметры пневмоударного механизма в ходе бурения точно регулируются числом оборотов двойной буровой колонны. 4 ил.