Устройство для ударно-вращательного бурения Советский патент 1982 года по МПК E21B4/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАРНО-ВРАУ1АТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Изобретение относится к бурению глубоких скважин различного назначения.

Известно устройство для ударновращательного бурения скважин пневМ ударными забойньоми буровыми машинами,в котором в качестве рабочего тела, очистного и охлаждающего агента используется газообразное вещество:воздух, газообразные водовоздушные смеси, эмульсолы и т.п. Это устройство при небольших глубинах скважин является весьма эффективным, так как при его использовании сопротивление среды перемещению в ней поршня-бойка пневмоударника в период его разгона сравнительно невелико, что позволяет обеспечить высокую энергию формируемых ударных импульсов 1.

Однако известно устройство характеризуется низкой эффективностью применения при бурении глубоких разведочных скважин, так как с глубиной возрастает негативное влияние гидростатического давления столба жидкости в скважине и резко снижается Moaiность пневмоударника. Это связано с тем, что с увеличением глубины скважины разность давлений рабочего тела

в надклапанной зоне в период разгонг поршня-бойка и в зоне выхлопа прогрессивно снижается, что в свою очередь приводит к существенному уменьшению скорости бойка и энергии единичного удара.

Известно устройство для ударновращательного бурения, содержащее бурильную колонну, на конце которой

10 установлен гидроударник с клапаном, имеющий надклапанную полость высокого давления и подклапанную полость низкого давления, и породоразрушающий инструмент. Это устройство успеш15но используется при бурении глубоких разведочных скважин, так как благодаря гидравлическому приводу гидроударные забойные машины не снижают своей мощности с глуби ной i.2.1.

20

Недостатком данного устройства является общий низкий КПД гидроударных машин, не превышающий 15%, что в свою очередь обусловлено спецификой гидроударников, в которых пор25шень-боек в период разгона движется в вязкой среде (промывочной жидкости) , обладающей высоким гидродинамическим сопротивлением движущемуся в ней телу. Вследствие этого в тшд30роударных машинах до настояиюго

времени невозможно обеспечить высокие скорости движения поршня-бойка и высокую энергию ударных импульсов, а все попытки увеличения этого параметра приводили к экономическим неоправданным высоким затратам гидравлической мощности.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения, за счет увеличения ударной мощности гидроударника..

Поставленная цель достигается тем что устройство снабжено дозирующим механизмом и контейнером с пенообразующим веществом, размещенным бурильной колонной и гидроударником, при этом полость контейнера гидравлически связана с надклапанной полостью гидроударника и через дозирующий механиз - с его подклапанной полостью.

На фиг. 1 -показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - дозирующий механизм.

Устройство включает в себя гидроударную машину прямого действий, в свою очередь включающую корпус 1, по пружиненный поршень-боек 2, во внутреннем канале которого установлена сетка 3, подпружиненный клапан 4, цилиндр 5, в который встроен дозирующи механизм 6, узел 7 шлицерного разъема с нижним переходником. Между гидроударником и бурильной колонной 8 у тановлен контейнер 9, заполняемый концентрированной добавкой пенообразующего вещества, в верхнюю часть контейнера заливают нейтральную жидкость 10, выполняющую роль разделительного гидравлического поршня.

Полость контейнера 9 над разделительньви гидравлическим поршнем 10 гидравлически связан с надклапанной полостью высокого давления гидроударника 11, а полость под поршнем 10 через каналы 12 и дозирующий механизм б с подклапанной полостью низкого давления гидроударника.

Дозирующий механизм 6 состоит из подпружиненного клапана 13 с дозатором 14 подачи добавки и стрйной насадкой 15.

Устройство работает следующим образом.

После спуска устройства на забой и подачи промывочной жидкости начинает работать гидроударная машина .и во, всей надклапанной зоне (включая -колонну бурильных труб) начинают периодически возникать гидравлические удары, под действием которых осуществляется разгон поршня-бойка 2 известным образом, а также начинаёт поступать из контейнера 9 по каналам 12 и дозирующий механизм 6 в подклапанную зону гидроударника 11 концентрированное пенообразующее вещество. В результате струйного впрыскивания этого вещества и интенсивного перемешивания смеси поршнем-бойком 2 в подклапанной зоне образуется пенообразное вещество очистной агент, который заполняет призабойную зону скважины и межтрубное пространство, при этом резко снижается сопротивление перемещению . поршня-бойка при его разгоне, что в сочетании с высоким давлением гидравлического, удара в надклапанной зоне в момент начала рабочего хода позволяет резко повысить забойную мощность гидроударной машины.

Кроме того, значительное уменьшение гидростатического давления на забой столба очистного агента позволяет повысить эффективность механического разрушения породы и увеличить скорость бурения.

Кроме указанных выше основных факторов предлагаемое устройство . воляет снизить перепад давления на насосе и связанные с этим эксплуатационные расходы.

Формула изобретения

Устройство для ударно-вращательного бурения, содержащее бурильную колонну, на конце которой установлен гидроударник с клапаном, имеющий надклапанную полость высокого давления и подклапанную полость низкого давления, и породоразрушающий инструмент, отличающееся тем что, с целью повышения эффективности бурения за счет увеличения ударной мощности гидроударника, оно снабжено дозирующим механизмом и контейнером с пенообразующим веществом, размещенным между бурильной колонной и гидроударником, при этом полость контейнера гидравлически связана с надклапанной полостью гидроударнйка и через дозирующий механизм - с его подклапанной полостью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

вып. 41.

2.Граф Л.Э. и др. Гидроударные машины и инструменты. М,, Недра, 1972, с.63 (прототип).