Эжекторный двойной колонковый снаряд Советский патент 1993 года по МПК E21B25/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к области колонкового бурения для создания обратной прйзабойной цир- кул яции промывочной жидкости в скважине.

Целью изобретения является повышений надежности работы эжекторного двойного колонкового снаряда за счет автоматического регулирования интенсивности прямой промывки скважины в зависимости от уровня разрежения, создаваемого эжекторным насосом.

На фиг. 1 изображен снаряд, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Эжекторный двойной колонковый снаряд состоит из наружной 1 икерноприемной 2 труб (см. фиг. 1), соединенных между собой через подшипниковый узел подвески 3, имеющей патрубок 4 с осевым каналом 5, сооб- щающимся с полостью 6 керноприемной трубы 2. Керноприемная труба 2. образующая с патрубком 4 подвижное в осевом направлении соединение, подпружинена относительно наружной трубы 1 пружиной 7.

Нижний торец керноприемной трубы 2 размещен с опережением нижнего торца наружной трубы 1, исключающим прорыв жидкости из каналов течения прямой промывки в полость б керноприемной трубы 2 и, таким образом, ухудшение качества опробования из-за размыва керна рыхлых, в особенности несвязанных грунтов.

Насадок 8 эжекторного насоса гидравлически сообщен с нагнетательной линией 9, диффузор 10 насоса - с межтрубным пространством 11, а камера смешения 12 - с всасывающей магистралью, представляющей собой полость 13 и каналы 14 (см. фиг. 2), выполненные в разделительном переходнике 15 и соединяющий между собой полость 13 и осевой канал 5 патрубкл 4.

В разделительном переходнике 15 выполнены также отводной канал 16, сообщающий диффузор 10 эжекторного насоса с внешним пространством, и канал 17, соединенный с полостью 13 всасывающей магистрали насоса и внешним пространством, В канале 17 установлен плунжерный клапан, содержащий плунжер 18с отверстием 19 и пружину сжатия 20, размещенную на участке канала 17 со стороны полости 13. Рабочие площади торцов плунжера 18 со стороны внешнего пространства и со стороны полости 13 всасывающей магистрали снаряда выполнены одинаковыми.

Эжекторный двойной колонковый снаряд работает следующим образом.

В исходном положении перед началом бурения (снаряд находится на забое скважины) действующие на плунжер 18 плунжерного клапана силы, обусловленные гидростатическим давлением жидкости, уравновешены, так как площади поперечного сечения плунжера 18 со стороны внешнего пространства и полости 13 выполнены одинаковыми. Поэтому плунжер 18 под действием пружины сжатия 20 находится в крайнем нижнем положении, и его отверстие 19 совмещено с отводным каналом 16,

Бурение скважины эжекторным двойным колонковым снарядом ведут вращательным способом. При этом керноприем- ная труба 2, связанная с наружной трубой 1 через подшипниковый узел подвески 3, .не вращается. Кроме того, благодаря ее подвижному в осевом направлении соединению с патрубком 4 подшипникового узла подвески 3 и наличию пружины 7 обеспечивается работа керноприемной трубы 2 при вращательном бурении скважины в режиме штампования, что позволяет максимально сохранить природное сложение керна рыхлых, в особенности несвязных грунтов.

В процессе бурения по нагнетательной линии 9 подают рабочую жидкость. После её прохождения через насадок 8 образуется струя, вызывающая эжекцию из полости б керноприемной трубы 2 в камеру смешения 12 эжекторного насоса по всасывающей магистрали снаряда: осевой канал 5 патрубка 4 подшипникового узла подвески 3, каналы 74 разделительного переходника 15 и полость 13. В результате разрежения, создаваемого в полости 13 всасывающей магистрали снаряда с первого момента работы эжекторного насоса, плунжер 18 под действием гидростатического давления жидкости на участке канала 17, сообщающегося с внешним пространством, перемещается вверх, сжимая пружину 20 и

перекрывая отводной канал 16 разделительного переходника 15.

Смешанный поток жидкости - рабочей, поступающей из нагнетательной линии 9, и

всасываемой из полости .6 керноприемной трубы 2 - отводится из диффузора 10 эжекторного насоса в пространство между наружной 1 и керноприемной 2 трубами. Далее из межтрубного пространства 11 смешанный поток жидкости, омывая забой скважины и вынося шлам, поступает в за- трубное пространство.

Таким образом, осуществляется комбинированная промывка скважины -обратная

5 в полости б керноприемной трубы 2 и прямая в межтрубном 11 и затрубном пространствах.

Поступление жидкости в полость 6 керноприемной трубы 2 в процессе обратной

0 промывки скважины будет обеспечиваться за счет фильтрационного притока поровой жидкости окружающего массива грунта, находящейся под гидростатическим давлением. В таких условиях обратная промывка

5 скважины возможна, если во всасывающей магистрали снаряда создается давление ниже гидростатического.

По мере увеличения рейсовой углубки снаряда нарастают гидравлические сопро0 тивления в каналах течения смешанного потока жидкости за счет увеличения длины зазора между наружной трубой 1 и стенками скважины, В результате увеличения подпора жидкости на выходе из диффузора 10

5 эжекторного насоса ухудшаются условия взаимодействия струи рабочей жидкости, поступающей из насадка 8, и эжектируемой жидкости, вследствие чего уровень создаваемого разрежения в полости 6 керноприем0 ной трубы 2 и во всасывающей магистрали падает,

Повышение давления во всасывающей магистрали снаряда, в частности в полости 13, приводит к росту силы, обусловленной

5 этим давлением и действующей на верхний торец плунжера 18. При этом, если суммарное значение действующих сверху на плунжер 18 сил - сил, вызванных давлением в полости 13 и жесткостью сжатой пружины

0 20 - меньше действующего снизу усилия, обусловленного гидростатическим давлением, то плунжер 18 продолжает оставаться в крайнем верхнем положении, перекрывая отводной канал 16 разделительного пере:

5 ходника 15.

При дальнейшем увеличении рейсовой углубки и, следовательно, гидравлических сопротивлений в каналах течения смешанного потока жидкости степень разрежения в полости 13 всасывающей магистрали продолжает падать, а сила, вызванная этим давлением и действующая на верхний торец плунжера 18 - расти. В результате суммарное значение действующих на плунжер 18 сверху сил становится больше силы, деист- вующей на плунжер 18 снизу. Под действием результирующей силы плунжер 18 перемещается вниз и его отверстие 19 частично совмещается с отводным каналом 16 разделительного переходника 15.

В таком положении плунжера 18 часть жидкости из смешанного потока поступает

. через отводной канал 16 и отверстие 19 плунжерного клапана непосредственно во внешнее пространство. Расход жидкости, поступающей из диффузора Юэжекторного насоса в межтрубное пространство 11. снижается и, следовательно, снижаются потери давления в процессе прямой промывки

скважины. Снижение гидравлических со- противлении в каналах течения смешанного пртока жидкости позволяет стабилизировать степень разрежения во всасывающей магистрали снаряда и, значит, интенсивность обратной промывки скважины.

Если стабилизации интенсивности обратной промывки скважины не произошло и гидравлические сопротивления в каналах течения прямой промывки продолжают на- ра; стать, то давление в полости 13 всасыва- ющей магистрали поднимается еще выше, обусловливая увеличение силы, действую- щфй на плунжер 18 сверху. В предельном случае, когда давление в полости 13 всасы- вающей магистрали становится равным или больше гидростатического, плунжер 18 под действием пружины 20 смещается в крайнее нижнее положение, и его отверстие 19 оказывается полностью совмещенным с отводным каналом 16.

Увеличение расхода жидкости через отводной канал 16 приводит к дальнейшему снижению интенсивности прямой промывки скважины и, следовательно, величины гидравлических сопротивлений. В результа- те Степень разрежения во всасывающей магистрали снаряда и связанная с ней

интенсивность обратной промывки скважины повышаются и стабилизируются.

,При эксплуатации эжекторного двойного колонкового снаряда интенсивность прямой промывки скважины ограничивается фактором надежной работы эжекторного насоса. Однако, при этом автоматически обеспечивается максимально допустимый в данных условиях расход потока прямой промывки, что не позволяет существенно ухудшить показатели бурения (механическую скорость, рейсовую углубку и т.д.).

Применение предлагаемого технического решения повысит надежность работы эжекторного двойного колонкового снаряда за счет автоматического регулирования интенсивности прямой промывки скважины в зависимости от уровня разрежения, создаваемого эжекторным насосом. В конечном итоге повысится качество опробования рыхлых, в особенности несвязанных грунтов.

Формула изобретения Эжекторный двойной колонковый снаряд, содержащий наружную и керноприем- ную трубы, связанные подшипниковым узлом подвески, переходник и эжекторный насос, насадок которого гидравлически сообщен с нагнетательной линией, камера смешения - с всасывающей магистралью, а диффузор - с межтрубным пространством, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет автоматического регулирования интенсивности прямой промывки скважины, он снабжен плунжерным клапаном, переходник выполнен с отводным каналом, гидравлически сообщающим диффузор с внешним пространством, плунжерный клапан размещен в отводном канале с возможностью его перекрытия, при этом верхний торец плунжерного клапана подпружинен, а полости над верхним и под нижним торцами плунжерного клапана сообщены с всасывающей магистралью и внешним пространством Соответственно.

Юto

Использование: создание обратной прйзабойной циркуляции промывочной жидкости в скважине при колонковом бурении. Сущность изобретения: устройство содержит наружную и керноприемную трубы, связанные с нагнетательной линией, камеру смешения - с всасывающей магистралью, и диффузор - с межтрубным пространством. Переходник выполнен с отводным каналом, гидравлически сообщающим диффузор с внешним пространством. Плунжерный клапан размещен в отводном Канале с возможностью его перекрытия. Верхний торец плунжерного клапана подпружинен. Полости над верхним и под нижним торцами плунжерного клапана сообщены с всасывающей магистралью и внешним пространством соответственно. 2 ил.

fe