RU1788201C - Колонковый снар д - Google Patents

Abstract

Использование: колонковое бурение ге- олого-разведочных скважин в сложных геологических услови х. Сущность изобретени : устройство содержит наружную трубу с породоразрушающим инструментом в ниж: ней части. В ней размещены керноприем- нэ  труба и гидроударный узел. Гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника - ударника с отверсти ми в нижней части и наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами. Золотник - ударник установлен концентрично на керноприем- ной трубе с возможностью свободного про- дольного перемещени . Внутренн   поверхность золотника - ударника обрези- нена, Породорэзрушающий инструмент св зан с наружной трубой шлицевым соединением . 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

СО

с

Изобретение относитс  к горному делу, а именно к техническим средствам дл  колонкового бурени  разведочных скважин в сложных геологических услови х.

Известен способ бурени  с применением гидроударника дл  интенсификации процесса забойного разрушени , при этом ударный механизм, приводимый в действие промывочной жидкостью, выполн етс  в виде отдельного узла, устанавливаемого над , колонковой трубой.Применение гидроударнй- ков способствует улучшению производительности бурени , снижению числа и сн тию самозаклинок керна в колонковых трубах.

Однако используемые гидроударники дороги, сложны по конструкции и технологической обеспеченности их применени , весьма чувствительны параметрам рабочей жидкости. Использование их не позвол ет в достаточной степени регулировать в процессе бурени  энергию удара, ведет к потер м передаваемых импульсов в длинных колонковых трубах, раздутию резьб труб, сложны также ликвидации аварий, обусловленные поломками самих гидроударников .

Известен также колонковый снар д, включающий колонковую трубу с породоразрушающим инструментом.переходник с генератором гидравлических колебаний и виброэлемент в виде гофрированной пружины в форме однополосного гиперболоида в шлицевой муфте, установленной по длине колонковой трубы (прототип). Колонковый снар д позвол ет повысить эффективность бурени  за счет использовани  генерируемых гидроударов, создающих совместно с гофрированной пружиной ДОППЛНИГОЛЬНЫР

V|

00 00 Ю О

динамические нагрузки на породоразруша- ющий инструмент.

Недостатком известного колонкового снар да  вл етс  его конструктивна  сложность , трудность регулировки, потер  жесткости компановки из-за наличи  шлицевого соединени  колонковой трубы, потери и рассе ние импульсной энергии в нижерасположенной колонковой трубе, а также большой доли энергии в вышерасположенную колонну труб.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности бурени  в перемещающихс  по крепости породах.

Указанна  цель достигаетс  за счет непосредственного воздействи  механогид- равлических импульсов через породоразрушающий инструмент на забой, дл  чего гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника - ударника с отверсти ми в нижней части и наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами и концентрично установлен на кёрноприемной трубе, с возможностью свободного продольного перемещени , при этом породоразрушающий инструмент св зан с наружной трубой шли- цевым соединением.

Кроме того внутренн   поверхность золотника-ударника обрезинена.

Выполнением пружинного трубчатого золотника в виде ударника достигаетс  возможность использовани  массы самого зо- лотника дл  на несени  ударов по породоразрушающему инструменту, в то врем  как свойство золотника-ударника как собственно золотника позвол ет организовать гидроудары в жидкости непосредственно в области породоразрушающего инструмента. Интегрированное непосредственное воздействие механогидравличе- ских импульсов на породоразрушающий инструмент позволит увеличить динамическую составл ющую процесса внедрени  породоразрушающих элементов в породу забо , что повысит эффективность бурени  в целом; . Наличие наружного профилированного бурта с регулировочными кольцами даст возможность движущейс  по кольцевому зазору жидкости осуществл ть толкание золотника-ударника в направлении на породоразрушающий инструмент, при этом сила толкани  может регулироватьс  как скоростью потока жидкости, т.е. производительностью насоса, так и количеством регулировочных колец в бурте, что равносильно парусности.

Возможность свободного продольного перемещени  трубчатого золотника-ударника по кёрноприемной трубе, ссоблюдени- ем достаточной герметизации между ними, позвол ет организовать автоколебательный режим его движени , что обуславливает

. импульсные нагрузки на породоразрушающий инструмент как за счет ударов по нему золотника-ударника, так и за счет создаваемых золотником - ударником гидроударов. Покрытие резиновой пленкой внутрен0 ней поверхности трубчатого золотника- ударника снижает до минимума трени  между ним и кёрноприемной трубой и обуславливает достаточную герметизацию их контакта.

5 Импульсные нагрузки предполагают продольное смещение породоразрушающего инструмента относительно колонкового снар да, что обеспечиваетс  наличием шлицевого соединени  между ними, которое по0 звол ет также прекратить работу золотника-ударника при подъеме снар да над забоем и увеличении зазора между по- родоразрушающим инструментом и кёрноприемной трубой.

5 Нафиг.1 представлен предлагаемый колонковый снар д; на фиг,2 - разрез по А-А на фиг.1; на.фиг.З - разрез по Б-Б фиг.1.

Колонковый снар д состоит из наружной колонковой трубы 1, внутри которой ко0 аксиально расположена с зазором керноприемна  труба 2. Породоразрушающий инструмент 3 закрепл етс  на колонковой трубе 1 посредством шлицевого соединени  4 и с зазором 5 относительно

5 кёрноприемной трубы 2. На керноприем- ную трубу 2 насажен с возможностью свободного продольного перемещени  золотник-ударник 6, имеющий наружный профилированный бурт 7, в который опира0 етс  пружина 8, распирающа  породоразрушающий инструмент 3 и золотник-ударник 6. Шейка 9 профилированного бурта 7  вл етс  посадочным местом дл  регулировоч- ных колец 10, количеством которых

5 регулируетс  парусность бурта 7. Нижний конец золотника-ударника 6 на удалении от торца, равном или несколько большем величины зазора 5,опо сан отверсти ми 11, диаметр которых равен величине продольного

0 люфта шлифовочного соединени  4. Полумуфты шлицевого соединени  4 закреплены между собой скобой 12. Внутренн   поверхность золотника-ударника б обрезинена резиной 13,5 Колонковый снар д работает следующим образом.

В собранном виде колонковый снар д опускаетс  на забой скважины. Подаетс  от насоса промывочна  жидкость, снар д загружаетс  усилием в осевом направлении.

прикладываетс  крут щий момент, вследствие чего производитс  разрушение забо  и выбурка керна. Промывочна  жидкость поступает к породоразрушающему инструменту 3 по зазору между наружной и колонковой трубой 1 и керноприемной трубой 2, омывает золотник-ударник 6 с его профилированным буртом 7 и по зазору 5 поступает внутрь керноприемной трубы 2, захватывает керн и шлам и выносит их на поверхность. Кроме того, промывочна  жидкость попадает на забой, смачивает шлам и охлаждает режущие элементы поро- доразрушающего инструмента 3. Омыва  профилированный бурт 7 с регулировочны- ми кольцами 10, имеющий определенную парусность, жидкость захватывает его, а значит и золотник-ударник 6 и толкает на породоразрушающий инструмент 3, нанос  по последнему удар. В момент удара золот- ник-ударник 6 резко и полностью перекрывает выход жидкости в зазор 5, вследствие чего в полости породоразрушающего инструмента 3 возникает гидравлический удар, давление которого также полезно воздейст- вует на породоразрушающий инструмент 3 в направлении забо .

Поскольку в момент гидроудара жидкость полностью останавливаетс  и исчезает вли ние ее скоростной составл ющей на парусность профилированного бурта 7 с регулировочными кольцами 10, то зслотник- ударник б пружиной 8 возвращаетс  в исходное положение (так называемый вод ной таран), определ емое размерами и жесткостью пружины 8. Возврату золотника-ударника 6 в начальной стадии движени  способствует также импульс давлени  жидкости гидроудара, воздействующий на про- филированный бурт 7 со стороны породоразрушающего инструмента 3.

Вновь открываетс  зазор 5 и возобновленный ускор ющий ток жидкости начинает снова воздействовать на профилированный бурт 7 и процесс повтор етс . Таким обра- зом создаютс  автоколебани  с ударами золотника-ударника б, влекущие за собой гидроудары, и их совместное ударное воздействие на породоразрушающий инструмент 3. Это способствует лучшему внедрению рабочих элементов породоразрушающего инструмента 3 в забой, Така  динамика работы особенно желательна дл  твердосплавного инструмента в комплексах КГК при проходке коренных кристаллйче- ских пород, поскольку твердосплавные по- родорежущие элементы наиболее стойки и эффективны в этих услови х в сочетании с ударным нагружением. Таким образом по вл етс  возможность проходить комплексом КГК всю скважину, включающую осадочные и коренные породы, заглубл  сь в последние нз несколько метров, не мен   породоразрушающий инструмент, т.е. за один рейс, что  вл етс  как раз весьма желаемой целью использовани  комплекса КГК.

Частота и сила ударов золотника-ударника б по породоразрушающему инструменту 3  вл ютс  завис щими в основном от таких параметров, как масса золотника- ударника б и сила воздействи  скорости струи-на профилированный бурт 7, шейка 9 которого наполн етс  регулировочными кольцами 10 в зависимости от необходимой парусности профилированного бурта 7, а значит на золотник-ударник 6.

Нанесение осевых ударов по породоразрушающему инструменту 3 естественно сопровождаетс  его осевыми смещени ми, дл  чего в конструкции предусмотрено шли- цевое соединение 4 с соединительной скобой 12 и люфтом. При подъеме снар да шлицевое соединение 4 даст возможность породоразрушающему инструменту 3 сместитьс  в осевом направлении на величину этого люфта, т.е. зазор увеличитс , вследствие чего отверсти  11 золотника-ударника 6 совмест тс  с зазором 5 и станут пропускать жидкость, а значит исчезнет необходимое условие автоколебательного режима, выражающеес  в остановке в определенный момент движени  жидкости, таким образом золотник-ударник 6 будет остановлен в крайнем нижнем (по схеме) положении, т.е. при подъеме снар да над забоем (например при расходке) ненужного в это врем  механогидравлического импульсного нагружени  породоразрушающего инструмента 3 не будет. Это необходимое условие, предотвращающее разрушение шлицевого соединени . С постановкой снар да на забой автоколебани  золотника-ударника б вновь возобновл ютс , а следовательно возобновитс  и ударный режим.

Прекращение ударной работы может осуществл тьс  и посредством уменьшени , либо полного прекращени  подачи про- мывочной жидкости, В св зи .с этим конструкци  за вл емого колонкового снар да может быть без шлицевого соединени , т.е. на обычной резьбе. Однако в этом случае осевые нагрузки на снар д при бурении должны быть такими, чтобы деформэци- онна  релаксаци  низа снар да.под воздействием ударных нагрузок не превышала деформаций от осевых нагрузок; условие , которое позвол ет не нагружать резьбовое соединение нежелательными импульсными раст гивающими нагрузками.

Внутренн   поверхность золотника- ударника 6 покрыта резиной 13 дл  необходимой герметизации контакта золотник-ударник б - керноприемна  труба 2, а также дл  того, чтобы уменьшить трение в этом контакте. Однако, при больших скорост х движение жидкости в зазоре колонкова  труба 1 -керноприемна  труба 2 и достаточно длинном золотнике-ударнике 6 и его возможно точной посадке со скольжением на керноприемную трубу 2 возможно изготовление золотника-ударника 6 без внутреннего обрезинивани  13, поскольку в этом случае сохран ютс  все компоненты автоколебательного режима и гидроударов.

Применение предлагаемого технического решени  позволит в частности расширить возможности эффективного использовани  твердосплавного породе- разрушающего инструмента в комплексах КГК, повысить эффективность собственно КГК за счет использовани  на весь рейс, включа  коренные породы, одной твердосплавной коронки, улучшить энерговроружен- ность использовани  алмазных коронок в двойных колонковых снар дах при увеличении производительности и скорости бурени  этими снар дами и коронками и их ресурса .

Claims (2)

1. Колонковый снар д, содержащий наружную трубу с породоразрушающим инструментом в нижней части, размещенную в ней керноприемную трубу и гидроударный узел, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности бурени  в перемежающихс  по крепости породах за счет непосредственного воздействи  механо- гидравлических импульсов через породо- разрушающий инструмент на забой, гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника-ударника с отверсти ми в нижней части и с наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами,концёнтрично установленным на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного перемещени , при этом породоразрушающий инструмент св зан с наружной трубой шли- цевым соединением. .

2. Колонковый снар д по п. 1. о т. л. и ч а- ю щ и и с   тем, что внутренн   поверхность золотника-ударника обрезинена.