Гидроударник для бурения с аэрированной промывочной жидкостью Советский патент 1993 года по МПК E21B4/14 

Изобретение относится к области горного, а именно к гидроударникам разведочного бурения.

Гидроударники бывают различной конструкции, но в практике наибольшее распространение получили гидроударники прямого действия, имеющие простое устройство, а поэтому надежные в эксплуатации.

Известный гидроударник для бурения с аэрированной промывочной жидкостью включает полый цилиндрический соединительный корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню, подпружиненный боек, шток, средний переходник с уплотнительной манжетой, подпружиненный клапан и верхний переходник.

Работа гидроударника связана с управлением потоком нагнетаемой в скважину жидкости и формированием гидроударного давления, за счет которого создаются силы

для возвратно-поступательного движения бойка и нанесения полезных ударов по наковальне. Это происходит благодаря автоматическому синхронизированному с движением бойка закрытию клапана в верхней его позиции и открытию - в нижней. Энергия соударения бойка и наковальни формирует полезную энергию удара гидроударника.

Недостатком известного гидроударника является весьма низкая его эффективность при использовании для промывки скважины аэрированной жидкости. Это объясняется резким1 уменьшением величины гидроударного давления при перекрытии потока нагнетаемой жидкости, которое формирует соответствующую силу для перемещения бойка на заданную рабочую величину, а также уменьшением активной площади сечения штока.

VI ю

СЛ О О О

Целью изобретения является обеспечение эффективной работы гидроударника при бурении с аэрированной промывочной жидкостью за счет накопления потенциальной энергии давления потока жидкости при обратном движении бойка.

Указанная цель достигается тем, что известный гидроударник, включающий полый цилиндрический соединительный корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню, подпружиненный боек, шток, средний переходник с уплотнительной манжетой, подпружиненный клапан и верхний переходник, снабжен полым цилиндром, установленным над верхним переходником, подпружиненным нагнетательным клапаном, размещенным в нижней части цилиндра и подпружиненным толкателем, размещенным в нагнетательном клапане, причем нагнетательный клапан установлен с зазором между торцом клапана и его гнездом и возможностью взаимодействия с подпружиненным клапаном через толкатель.

В результате такого технического решения появляется возможность создать необходимое давление аэрированной жидкости в период обратного хода бойка для более эффективного разгона бойка при активном ходе вниз и обеспечения более высокой энергии удара бойка по наковальне. Это осуществляется за-счет перекрытия потока жидкости в период свободного хода вниз, в момент расчленения клапана и торца штока бойка. Благодаря возникающему увеличенному скоростному напору аэрированной жидкости, подпружиненный клапан полого цилиндра закроется, поток жидкости перекрывается и боек после удара по наковальне возвращается в исходное положение без существенного гидравлического сопротивления. Все это дает возможность повысить эффективность работы гидроударника при работе с аэрированной промывочной жидкостью.

Технические решения, обладающие признаками, сходными с отличительными признаками предлагаемого решения и повышающие эффективность работы гидроударника при бурении с аэрированной промывочной жидкостью, заявителю не известны.

На фиг. 1 изображен продольный разрез гидроударника, на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

Гидроударник включает шлицевой переходник 1, шлицевую муфту 2, наковальню 3, боек 4 с пружиной 5, шток 6, средний переходник 7 с манжетой 8, клапан 9 с пружиной 10, верхний переходник 11 с гнездом

12, полый цилиндр )3, крестовину 14, опорную втулку 15, нагнетательный клапан 16, установленный в крестовине 14. снабженный пружиной 17, опорной шайбой 18 с запорной чекой 19, имеющей в нижней части толкатель 20 с пружиной 21, а в верхней - пробку 22,переходник 23 и соединительный корпус 24. При этом нагнетательный клапан 12 устанавливается относительно гнезда 12

0 с зазором.

Гидроударник включается в состав бурового снаряда над породоразрушающим инструментом (для колонкового бурения - на колонковым набором) и в начальном по5 ложении находится в подвешенном состоянии, т.е. породоразрушающий инструмент не соприкасается с забоем скважины. В этом случае шлицевой переходник 1 вместе с бойком 3 опускается вниз и образует щель

0 между торцом штока 6 и клапаном 9. При подаче ограниченного количества аэрированной жидкости в буровой снаряд она свободно проходит через гидроударник непосредственно в скважину. Это происхо5 дит до тех пор, пока породоразрушающий инструмент при опускании бурового снаряда не достигает забоя скважины. Силовая реакция забоя скважины вызовет подъем шлицевого переходника вместе с бойком 4

0 и пружиной 5 вверх и в результате этого произойдет сочленение торца штока 6 и клапана 9. Поток жидкости перекрывается и начинается работа гидроударника.

Сочленение штока 6 с клапаном 9 и пе5 ремещение подпружиненного толкателя 20 относительно клапана 16 обеспечивает формирование необходимой силы для принудительного открытия клапана 16, Открытие клапана 16 вызовет переток жидкости из

0 нагнетательной камеры 26 в пространство над клапаном 9 через отверстие 27 и быстрое выравнивание давления, под действием которого будет формироваться сила для перемещения бойка 4 и клапана 9 вниз. При

5 этом возникший скоростной поток в зазоре между гнездом 12 и клапаном 16 будет небольшим (по сравнению с позицией открытого клапана 9) и клапан 16 удержится в исходной верхней позиции за счет усилия

0 пружины 17. После достижения, клапаном 9 верхнего переходника 7, т.е. прохождения бойком 4 активного хода Si, клапан 9 останавливается, а боек продолжает движение по инерции на величину свободного хода $2.

5 в результате этого происходит расчленение клапана 9 и торца штока 6 и возвращение клапана 9 под действием предварительно сжатой пружины 10 в исходное положение, при этом жидкость получит свободный проход на забой скважины с повышенной

скоростью. Возникающий скоростной напор в зазоре S0 между гнездами 12 и клапаном 16 вновь обеспечит закрытие клапана 1 б и перекрытие потока жидкости через гидроударник. После с наковальней 3, боек 4 под действием сжатой пружины 5 без существенных гидравлических сопротивлений получит движение вверх до сочленения штока б и клапана 9 с последующим инерционным движением бойка с затратой его кинетической энергии на сжатие аэрированной жидкости в пространстве между клапанами 9 и 16 и перемещением толкателя 20 с сжатием его пружины 21. Как только усилие на клапан 16 снизу и сверху уравно- верится, он под действием совместного уси- лир пружин 17 и 21 откроется. Это вызовет нечеток жидкости из полого цилиндра 13 в пространство над клапаном 9 и быстрое выравнивание давления, под действием кото- рого будет формироваться сила для

перемещения бойка 4 и клапана 9 вниз. Цикл замыкается.

Эффективность предлагаемого гидроударника определяется тем, что расход энер; гии аэрированной жидкости будет происходить при активном и свободном ходе Войка, а при обратном ходе - осуществляется компенсация затраченной энергии на активном ходу бойка за счет повышения давления в полом цилиндре при перекрытии клапаном 16 потоков жидкости. Кроме того, перекрытие потока при обратном ходе бойка способствует снижению потерь энергии обратного хода за счет существенного снижения гидравлических сопротивлений при движении бойка вниз.

Применение предлагаемого гидроударника повысит эффективность его работы с использованием при бурении аэрированной промывочной жидкости, расширит область применения его при ударно-вращательном ивращательнр-ударном бурении скважин.

Использование: бурение геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: устройство содержит полый цилиндрический соединительный корпус, нижний шлицевой переходник с наковальней, средний и верхний переходники. Внутри корпуса размещен попружиненный относительно наковальни боек со штоком и подпружиненный относительно среднего переходника клапан. Над верхним переходником установлен полый цилиндр. В нижней части цилиндра размещен подпружиненный нагнетательный клапан, в котором размещен подпружиненный толкатель. Нагнетательный клапан установлен с зазором относительно гнезда, клапана, который выполнен в верхнем переходнике. Нагнетательный клапан установлен с возможностью взаимодействия с подпружиненным клапаном через толкатель. 4 ил. Ё

Формула изобретения Гидроударник для бурения с аэрированной промывочной жидкостью, включающий полый цилиндрический соединительный корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню, подпружиненный боек, штбк, средний переходник с уплотнитель- ной манжетой, подпружиненный клапан и верхний переходник, отличающийся тем, что, с целью обеспечения эффективной работы гкдроударника при бурении с аэрированной промывочной жидкостью, гидроударник снабжен полым цилиндром, установленным над верхним переходником, подпружиненным нагнетательным клапаном, размещенным в нижней части цилиндраипод- пружиненнымтолкателем, размещенным в нагне- тательном клапане, причем нагнетательный клапан установлен с зазором относительно гнезда клапана, выполненного в верхнем переходнике, с возможностью взаимодействия с подпружиненным клапаном через толкатель.

0ие.4