Гидробур Советский патент 1982 года по МПК E21B4/02 

( ГИДРОБУР

Изобретение относится к технике бурения, а именно к гидравлическим забойным двигателям для бурения скважин малого диаметра. Известен гидробур, содержащий корпус, поршень со штоком, приводной вал впускной и выхлопной клапаны, подшипниковый узел- СП. Наиболее, близким к предлагаемому по техническому решению является гидробур, содержащий корпус, поршень, шток которого связан с приводным ва-лом посредством винтовых нарезок, выхлопной клапан, взаимодействующий с поршнем и впускным клапаном, клапан, установленный в полости приводного вала, подшипниковый узел . Недостатком известных гидробуров является то, что осевое усилие, развиваемое штоком, которое затем преобразуется в крутящий момент, определяется только частью площади поршня, т.е. гидробур относится к классу дифференциальных машин, а это приводит к снижению удельного крутящего момента на выходе, что уменьшает производительность механизма. Цель изобретения - повышение крутящего момента гидробура. Указанная цель достигается тем, что клапан, установленный в полости приводного вала, выполнен подпружиненным, причем полость над клапаном гидравлически связана с полостями под поршнем и под штоком. На фиг. 1 показан гидробур, продольный разрез; на фиг. 2 - продолжение фиг. 1; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. k - разрез Б-Б на фиг. 2. Гидробур состоит из корпуса 1, в верхней части которого размещено распределительное устройство 2 с цилиндром 3. В средней части корпуса 1 расположен компенсатор реактивного момента t с пальцами 5 и роликами 6, а в нижней части - подшипниковый узел 39 В распределительном устройстве 2 выполнено отверстие 8 для присоединени бурильных труб, подводящих рабочий агент, продольные каналы 9 и 10 для подами рабочего агента соответственн в верхнюю и нижнюю полости цилиндра 3, камера 11 высокого давления с каналом 12 для соединения с нагнетательной линией и расположенным в ней по центру впускным двухсторонним кла паном 13 и камера 1 низкого давления с выхлопным окном 15 для отвода рабочего агента, с установленным в ней по центру выхлопным клапаном 16 с тягой 17 и пружиной 18. Внутри цилиндра 3 помещен поршень 19 со штоком 20 в полости которого установлены верхний 21 и нижний 22 ограничи тели с пружиной 23. На конце штока 2 жестко закреплен палец 24 с роликами 25, связанными с винтовой нарезкой 26приводного вала 27 имеющего выхлопное осевое отверстие 28. В полос ти приводного вала 27 по оси установ лен выхлопной клапан 29 с пружиной 30, причем полость над клапаном гидравлически связана с полостями под поршнем 19 и под штоком 20. Гидробур работает следующим образом.. Рабочий агент (вода, глинистый раствор) по каналам 8 и 12 распределительного устройства 2 заполняет ка меру 11 высокого давления и далее верхнюю полость цилиндра 3, вызывая опускание поршня 1-9 со штоком 20 и пальцем 2k с роликами 25 вниз. Ролики 25, взаимодействуя с винтовой нарезкой 2б, заставляют приводной вал 27вращаться. Реактивный крутящий момент через ролики 6 и пальцы 5 воспринимается корпусом 1. В это вре мя отработанный рабочий агент из ниж ней полости цилиндра 3 вытесняется через осевое отверстие 28 приводного вала 27 на забой. На всем протяжении хода поршня 9 вниз клапаны 13 и 16 удерживаются в верхнем положении за счет разности давления рабочего агента снизу и све ху клапана, обеспечивающего их самоуплотнение, так как канал 10 распределительного устройства 2, перекрываемый клапаном, связывает камеру высокого 11 давления с нижней полость цилиндра 3, имеющей низкое давление, а канал 12 - нагнетательной линией. О4 На выхлопной клапан 16 действие сил аналогичное. Когда поршень 19 дойдет до нижнего положения, нижний ограничитель 22 упрется в гловку тяги 17, и пружина 23 начинает сжиматься, поскольку система клапановудерживается давлением жидкости на выхлопной клапан 16. При сжатии пружины 23 на заданную величину, шток 20 перемещает выхлопной клапан 29 вниз и перекрывает выхлопное осевое отверстие 28. Давление жидкости в цилиндре 3 становится одинаковым, и поршень останавливается, а пружина 23 разжимается и перемещает выхлопной 16 и впускной 13 клапана вниз. При этом открывается выхлопное окно 15 и впускной продольный канал 10. При нижнем положении клапанов, рабочий агент по каналу 12 заполняет камеру 11 высокого давления и далее по каналу 10, кольцевому зазору между корпусом 1 и цилиндром 3 поступает в нижнюю полость цилиндра, вызывая подъем поршня 19 со штоком 20 и пальцем 2k с роликом 25 вверх. Ролики 25, взаимодействуя с винтовой нарезкой 26, заставляют приводной вал 27 вращаться, а реактивный момент через ролики 6 и пальцы 5 воспринимается корпусом 1. При этом, из-за отсутствия уплотнения штока, рабочая площадь равна площади поршня и одинакова при ходе вниз и вверх. На всем протяжении хода поршня 18 вниз клапан удерживается в нижнем положении за счет разности давления рабочего агента сверху и снизу клапана, обеспечивающего его самоуплотнение, так как канал 9 распределительного устройства 2 связывает камеру высокого давления с верхней полостью цилиндра, имеющей низкое давление, а канал 12 - с нагнетательной линией. На выхлопной клапан 29 действие сил - аналогичное. В это время отработанный рабочий агент из верхней полости цилиндра 3 вытесняется через камеру 14 низкого авления и выхлопное окно 15 в скваину. В верхней точке реверса верхний ограничитель 21 упирается в хвостовик выхлопного клапана 16, и при дальнейшем движении вверх;, начинает сжиматься пружина 23 .до момента соударения с нижним ограничителем 22. Сила соударения ограничителей 21 и 22 5926 и сжатие пружины 23 вызывает перестановку клапанов 13 и 16 в исходное положение. В момент перестановки клапанов образуется сбратная гидроударная волна пониженного давления, поэтому давление жидкости в нижней полости цилиндра 3 становится меньше рабочего; и выхлопной клапан 29 силой сжатой пружины 30 перемещается вверх и открывает выхлопное осевое отверстие 28. Поршень 19 начинает совершать ход вниз, и цикл повторяется. Применение предлагаемого гидробура позволит повысить производительность бурения на 20% по сравнению с известным, за счет повышения удельного крутящего момента на единицу диаметра повысить надежность и увеличить срок службы путем применения самоуплотняющихся клапанов; а также обеспечить бурение геологоразведочных скважин малого диаметра (например ф 59 мм) изза возможности разработки конструкции гидробура соответствующего диаметра. Формула изобретения Гидробур, содержащий корпус, поршень , шток которого связан с приводным валом посредством винтовых нарезок, выхлопной клапан, взаимодействующий с поршнем и впускным клапаном, клапан, установленный в полости приводного вала, подшипниковый узел, от 1ичающийся тем, что, с целью повышения крутящего момента, клапан, установленный в полости приводного вала, выполнен подпружиненным, причем полость над клапаном гидравлически связана с полостями под поршнем и под штоком. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2357690/03, кл. Е 21 В /02, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 788870, кл. Е 21 В 4/02, 1979 (прототип).

L

20 А-А

27

Фиг Л