Забойный ударный механизм Советский патент 1983 года по МПК E21B4/06 

(54) ЗАБОЙНЫЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ

1

Изобретение относится к технике для бурения разведочных скважин, а именно к забойным ударным буровым механизмам.

Известен гидроударный забойный буровой механ--м (гидроударник) прямого действия, включающий корпус, подпружиненные клапан и поршень-боек, цилиндр и наковальню, обеспечивающий эффективное бурение разведочных скважин с использованием в качестве промывочной жидкости технической воды 1.

Однако его применение с газожидкостными промывочными агентами практически невозможно из-за высоких скоростей истечения агента в нерабочие периоды цикла (свободный и обратный ходы), из-за чего резко возрастает гидродинамическое давление на клапан и порщень-боек и для осуществления их возврата в исходное положение, по окончании рабочего хода, требуется значительное увеличение натягов и жесткостей пружин, что в свою очередь поиводит к значительному снижению мощности и КПД ударного механизма.

Известен забойный ударный механизм, содержащий корпус, подпружиненный боек.

клапанную коробку, клапан и понизите.чь расхода с подпружиненны.м клапаном |2.

Недостатком данного гидроударника при его использовании с пеной является невозможность обеспечения его стабильной работы, так как применение газожидкостного промывочного агента практически исключает возникновение гидравлических ударов, необходимых для функционирования понизителя, а наличие в седле клапана 10 понизителя проходных отверстий обуславливает расход промывочного агента на фазе свободного и холостого ходов бойка.

Цель изобретения - повыщение ударной мощности и надежности работы забойного ударного механизма.

15

Поставленная цель достигается тем, что в забойном ударном механизме, содержащем корпус, подпружиненный боек, клапанную коробку, клапан и понизитель расхода с подпружиненным клапаном, клапан связан 20 с возможностью ограниченного осевого перемещения с подпружиненным клапаном понизителя расхода, кроме того механизм снабжен подпружиненным обратным клапаном, установленным в клапанной коробке с возможностью взаимодействия с клапаном.

На фиг. 1 изображен механизм, общий вид; на фиг. 2 - вариант узла клапана с Подпружиненным обратным клапаном.

Устройство содержит корпус 1 механизма, который соединяется с узлом наковальни 2 и цилиндром 3, а последний соединяется с патрубком 4.

Внутри цилиндра 3 ходит боек 5, опирающийся на силовую пружину 6. Сверху на цилиндр опирается узел клапана, включающий клапанную коробку 7, пружину 8, нижний клапан 9 и клапан 10 понизителя расхода. Клапаны 9 и 10 имеют возможность ограниченного продольного перемещения относительно друг друга, что обеспечивается шлицами 11 и крыщкой 12: полости А и Б внутри клапанной коробки 7 и клапана 9 сообщаются между собой. Клапан 9 взаимодействует с порщнем-бойком 5.

В верхней части клапанной коробки 7 имеется седло 13 клапана 10, взаимодействующего с корпусом 7; в момент взаимодействия полость напорной магистрали В изолируется от полостей А, Б.

На фиг. 2 показан вариант выполнения устройства с дополнительным подпружиненным шаровым клапаном 14, установленном в канале клапанной коробки, соединяющем внутреннюю полость А клапанной коробки 7 и полость В напорной магистрали. Под клапаном 14 расположен стерженьтолкатель 15.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом бурения шлицевой разъем наковальни 2 механизма раскрыт, боек 5 находится в нижнем положении, клапаны 9 и 10 пружиной 8 перемещены в крайнее верхнее положение и промывочный агент (газожидкостная смесь) свободно поступает через узел клапана и боек 5 на забой, осуществляя очистку скважины от щлама.

При постановке механизма на забой щлицевой разъем наковальни 2 смыкается, боек 5 перемещается вверх до встречи с клапаном 9 и происходит перекрытие потока агента, в зонах Л, и В над клапаном 9 повышается давление и боек 5 с клапанами 9 и 10 совместно движутся вниз, осуществляя рабочий ход. После того как клапан 10 понизителя своей конической частью сядет в седло 13 произойдет разъединение зоны В, где сохранится высокое давление, с зонами А и Б, где давление упадет, так как в этот момент боек 5 отрывается от клапана 9 и движется дальше вниз по инерции (свободный ход). После завершения свободного хода и нанесения удара по наковальне 2 боек 5 под действием силовой пружины 6 движется вверх (обратный ход); на этом пути он подхватывает клапан 9, с которым перемешается вверх до упора в нижний торец клапана 10 понизителя расхода и наносит удар по последнему. В результате этого между седлом 13 и клапаном 10 образуется щель, в которую устремляется промывочный агент; давление в зонах А к Б, поднимается, клапан 9 прижимается к бойку бив результате выравнивания давлений в зонах А, Б ц В клапан 10 пружиной 8 возвращается в исходное положение, а боек 5 с клапаном 9 движется вниз (рабочий ход) и цикл вновь повторяется в той же последовательности.

Возможно конструктивное выполнение

пары составных клапанов 9 и 10 с гидравлическим, а не механическим взаимодействием в конце подъема клапана 9 с бойком 5. Если для обеспечения максимальной мощности ударного механизма в .напорной

магистрали поддерживается высокое давление и для отрыва клапана 10 от седла 13, в конце обратного хода, необходимо значительное усилие целесообразно применение варианта устройства с дополнительным шаровым клапаном 14, показанным на

фиг. 2. Устройство при этом работает следующим образом.

Начальные этапы рабочего цикла такие же как и у клапанов с механическим взаимодействием.

В конце обратного хода бойка 5 с клапаном 9, последний своей крышкой 12 упирается в стержень-толкатель 15, который в свою очередь перемешает вверх из своего седла подпружиненный шаровой

0 клапан 14. За счет этого осуществляется сообщение зон S и Л, давление в них выравнивается и клапан 10 пружиной 8 пере.мещается в верхнее положение, а клапан 9 прижимается возросшим давлением к бойку 5 и вместе с ним движется вниз (рабо чий ход).

Наличие составного двухступенчатого клапана, обеспечивающего отсоединение напорной магистрали от рабочей камеры механизма в периоды свободного и обрат0 него ходов позволяет использовать в качестве промывочного агента газожидкостные смеси (в том числе - со сжиженной зоной в нижней части бурильной колонны), что в свою очередь позволяет добиться высокой забойной мощности ударного механиз5 ма в результате совершенствования его рабочего цикла (постоянное давление в надклапанной зоне в течение всего периода разгона поршня-бойка), возможности увеличения длины рабочего хода с сохранением постоянным усилия разгона, возможности эксплуатации устройства при высоком давлении в напорной магистрали.

Все это позволяет увеличить энергию единичного удара механизма, что приводит к увеличению скорости бурения.

Формула изобретения

клапаном, установленным в клапанной коробке с возможностью взаимодействия с клапаном.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Граф Л. Э. и др. Гидроударные мащины и инструмент. М., «Недра, 1972, с. 63 (прототип).