Гидроударник Советский патент 1993 года по МПК E21B4/14 

Предлагаемое изобретение относится к области горного дела, а именно к гидроударникам разведочного бурения скважин.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы гидроударника при малых расходах промывочной жидкости за счет-снижения массы возбуждаемой гидроударной волны и уменьшения непроизводительных затрат нагнетаемой жидкости.

. Указанная цель достигается тем. что гидроударник, включающий корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню, подпружиненный боек со штоком, средний переходник с уплотнительной манжетой, подпружиненный клапан, верхний переходник с нагнетательной камерой, которая в верхней части гидравлически сообщена с затрубным пространством, а в нижней части - с полостью гидроударника и с подпружиненным нагнетательным клапаном, снабжен поршнем с уплотнительным элементом, установленным в нагнетательной камере, при этом поршень подпружинен сверху, а нагнетательный клапан выполнен нормально открытым.

В результате такого технического решения возникает возможность увеличить эффективную мощность гидроударника при малых расходах рабочей (промывочной) жидкости. Это осуществляется за счет того, что нагнетательная камера, разделенная на две части подпружиненным сверху поршнем, разрывает единую циркуляционную систему (бурильные трубы-скважина) своеобразным пружинным аккумулятором потенциальной энергии давления жидкости и уменьшает массу возбужденной гидроударной волны при активном ходе бойка. По сравнению с прототипом это дает прирост энергии единичного удара при прочих равных условиях в 1,3-1,5 раза с соответствую- .щим повышением эффективной мощности и к.п.д.

Нафиг.1 изображен продольный разрез гидроударника; на фиг.2 - поперечный разел

с

00

g

ел о

рез А-А на фиг.1; на фиг.З - поперечный разрез Б-Б на фиг.1; нафиг.4 - поперечный разрез В-В на фиг.1.

Гидроударник включает шлицевой переходник 1, шлицевую втулку 2, наковальню 3, боек 4 с пружиной 5, шток 6, средний переходник 7 с уплотнительной манжетой 8, клапан 9 с пружиной 10, верхний переходник 11, нагнетательную камеру 12, разделенную на две части поршнем 13 с уплотнительной манжетой 14 и пружиной 15; нижняя часть камеры 12 соединена каналами 16с полостью гидроударника и бурильных труб и снабжена нагнетательным клапаном 17 с пружиной 18, установленным в крестовине 19 и зажатой между верхним переходником 11 и опорным кольцом 20, нагнетательный клапан 17 установлен с зазором 5з между торцом клапана и его гнездом и фиксируется запорной шайбой 21 и чекой 22. Верхняя часть нагнетательной камеры 12 имеет каналы 23, сообщающиеся с затрубным пространством скважины. Отдельные части гидроударника соединяются в единое целое корпусом 24.

Гидроударник устанавливается в составе бурового снаряда над породоразрушаю- щи м инструментом (для колонкового бурения - над колонковым набором) и в исходном положении находится в подвешен- ном состоянии, т.е. прродоразрущающий инструмент не соприкасается с забоем скважины. В этом случае шлицевой переходник 1 вместе с бойком 4 опустится вниз и образует щель между торцом штока 6 и клапаном 9. При нагнетании номинального количества -промывочной жидкости в скважину она свободно проходит на забой через каналы 16, через щель между нагнетательным клапаном 17 и его гнездом и через щель между торцом штока 6 и клапаном 9. В работе гидроударника можно выделить запуск машины и стационарный режим. Запуск машины осуществляется с постановкой бурового снаряда на забой скважины. В результате этого шлицевой переходник 1 вместе с бойком 4 поднимутся вверх и произойдет сочленение торца штока 6 и клапана 9. Поток жидкости перекрывается с образованием гидроударного давления, ко- торое создает усилие для перемещения штока 6 с бойком 4 и клапаном 9 вниз и перемещение поршня 13 вверх. Происходит разгон бойка 4 с одновременным сжатием его пружины 5 и клапана пружины 10. Пере- мещение поршня 13 вверх сопровождается сжатием пружины 15. Процесс разгона бойка - активный ход Si - продолжается до упора клапана 9 в средний, переходник 7, В дальнейшем движении происходит по инерции до соударения бойка и с наковальней 3 на величину свободного хода $2. В этот момент клапан 9 благодаря сжатой пружине 10 поднимается вверх и откроет свободный проход промывочной жидкости на забой скважины. В результате подвижности поршня 13 и под действием сжатой пружины 15, а также сформировавшегося перепада давления в конце активного хода бойка 6, возникает повышенный скоростной напор потока жидкости в щели между нагнетательным клапаном 17 и его гнездом. При возникшем повышенном скоростном напоре потока жидкости, благодаря специальной настройке начального усилия пружины 18 и зазору Зз, нагнетательный клапан 17 переместится вниз и сядет на свое гнездо с од- .повременным перекрытием потока жидкости. Вновь возникает гидравлический удар, под действием которого поршень 13 снова перемещается вверх, сжимая пружину 15. Одновременно, после соударения с наковальней 3, боек 4 под действием сжатой пружины 15 будет перемещаться вверх до упора потока 6 в клапан 9. Произойдет вновь сочленение штока 6 и клапана 9. Под действием нагнетательной энергии бойка, в момент сочленения его штока с клапаном, в пространстве между средним 8 и верхним 10 переходниками произойдет нарастание гидроударного давления под клапаном 17. Как только давление жидкости под клапаном 17 и над ним уравновесится,- усилие сжатой пружины клапан 17 откроет.

Под действием сформировавшегося совместного гид роударного давления произойдет интенсивный разгон бойка 4 вниз, а затем цикл повторяется уже в стационарном режиме работы гидроударника.

Применение заявленного гидроударника повысит эффективность бурения и расширит область применения гидроударников для ударно-вращательного и вращательнр- ударного бурения скважины.

Формула и.з обретения Гидрбударник, включающий корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню и подпружиненный боек со штоком, средний переходник с уплотнительной манжетой, подпружиненный клапан, установленный с возможностью периодического взаимодействия с верхним торцом штока, верхний переходник с нагнетательной камерой, которая в верхней части гидравлически сообщена с затрубным пространством , а в нижней части - с полостью гидроударника, и с-подпружиненным нагнетательным клапаном, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы гидроударника при малых расходах промывочной жидкости, он снабжен поршнем с уплотни- тельным элементом, установленным в нагнетательной камере, при этом поршень подпружинен сверху, а нагнетательный клапан выполнен нормально открытым.

Использование: бурение разведочных скважин. Сущность изобретения: гидроударник содержит корпус, шлицевой переходник и шлицевую муфту, наковальню и подпружиненный блок со штоком, подпружиненный клапан и верхний переходник с нагнетательной камерой. Клапан периодически взаимодействует с верхним торцом штока. Нагнетательная камера в верхней части сообщена с затрубным пространством, а в нижней части - с полостью гидроударника. В нагнетательной камере установлен подпружиненный сверху поршень. Нагнетательный клапан выполнен нормально открытым. 4 ил.