RU1795069C

RU1795069C - Hydraulic hammer using aerated wash fluid during drilling

Info

Publication number: RU1795069C
Application number: SU904816511A
Authority: RU
Inventors: Леонид Григорьевич Шолохов; Иван Афанасьевич Бердов
Original assignee: Свердловский горный институт им.В.В.Вахрушева
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1993-02-15

Abstract

Использование: бурение геологоразведочных скважин. Сущность изобретени : устройство содержит полый цилиндрический соединительный корпус, нижний шлицевой переходник с наковальней, средний и верхний переходники. Внутри корпуса размещен попружиненный относительно наковальни боек со штоком и подпружиненный относительно среднего переходника клапан . Над верхним переходником установлен полый цилиндр. В нижней части цилиндра размещен подпружиненный нагнетательный клапан, в котором размещен подпружиненный толкатель. Нагнетательный клапан установлен с зазором относительно гнезда, клапана, который выполнен в верхнем переходнике. Нагнетательный клапан установлен с возможностью взаимодействи с подпружиненным клапаном через толкатель. 4 ил. ЁUsage: drilling exploration wells. SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises a hollow cylindrical connecting body, a lower spline adapter with an anvil, a middle and an upper adapter. Inside the housing there is a valve spring-loaded relative to the anvil of the firing pin with the rod and spring-loaded relative to the middle adapter. A hollow cylinder is mounted above the upper adapter. At the bottom of the cylinder there is a spring-loaded discharge valve, in which a spring-loaded plunger is placed. The discharge valve is installed with a gap relative to the socket, the valve, which is made in the upper adapter. The discharge valve is installed to interact with the spring-loaded valve through the pusher. 4 ill. Yo

Description

Изобретение относитс к области горного , а именно к гидроударникам разведочного бурени .The invention relates to the field of mining, in particular to hydraulic hammers of exploratory drilling.

Гидроударники бывают различной конструкции , но в практике наибольшее распространение получили гидроударники пр мого действи , имеющие простое устройство , а поэтому надежные в эксплуатации .Hammers are of various designs, but in practice, direct impact hammers, which have a simple structure and are therefore reliable in operation, are most widely used.

Известный гидроударник дл бурени с аэрированной промывочной жидкостью включает полый цилиндрический соединительный корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню, подпружиненный боек, шток, средний переходник с уплотнительной манжетой, подпружиненный клапан и верхний переходник.Known hydraulic hammers for drilling with aerated flushing fluid include a hollow cylindrical connecting body, a spline adapter, a spline coupling, an anvil, a spring-loaded hammer, a stem, a middle adapter with a sealing collar, a spring-loaded valve and an upper adapter.

Работа гидроударника св зана с управлением потоком нагнетаемой в скважину жидкости и формированием гидроударного давлени , за счет которого создаютс силыThe operation of the hydraulic hammer is associated with controlling the flow of fluid injected into the well and the formation of hydraulic shock, due to which forces are created

дл возвратно-поступательного движени бойка и нанесени полезных ударов по наковальне . Это происходит благодар автоматическому синхронизированному с движением бойка закрытию клапана в верхней его позиции и открытию - в нижней. Энерги соударени бойка и наковальни формирует полезную энергию удара гидроударника .for reciprocating the striker and delivering useful anvil strikes. This is due to the automatic closing of the valve in its upper position and opening in the lower, synchronized with the striker movement. The energy of the impact of the striker and the anvil forms the useful energy of the impact of the hydraulic hammer.

Недостатком известного гидроударника вл етс весьма низка его эффективность при использовании дл промывки скважины аэрированной жидкости. Это объ сн етс резким1 уменьшением величины гидроударного давлени при перекрытии потока нагнетаемой жидкости, которое формирует соответствующую силу дл перемещени бойка на заданную рабочую величину , а также уменьшением активной площади сечени штока.A disadvantage of the known hydraulic hammer is its very low efficiency when used for flushing a well with aerated fluid. This is explained by a sharp1 decrease in the value of hydroshock pressure when the flow of the injected fluid is blocked, which generates the corresponding force to move the striker by a predetermined working value, as well as a decrease in the active cross-sectional area of the rod.

VI юVI y

СЛ О О ОSL O O O

Целью изобретени вл етс обеспечение эффективной работы гидроударника при бурении с аэрированной промывочной жидкостью за счет накоплени потенциальной энергии давлени потока жидкости при обратном движении бойка.The aim of the invention is to ensure the effective operation of the hammer while drilling with aerated flushing fluid due to the accumulation of potential energy of the pressure of the fluid flow during the reverse movement of the hammer.

Указанна цель достигаетс тем, что известный гидроударник, включающий полый цилиндрический соединительный корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню , подпружиненный боек, шток, средний переходник с уплотнительной манжетой , подпружиненный клапан и верхний переходник, снабжен полым цилиндром, установленным над верхним переходником, подпружиненным нагнетательным клапаном , размещенным в нижней части цилиндра и подпружиненным толкателем, размещенным в нагнетательном клапане, причем нагнетательный клапан установлен с зазором между торцом клапана и его гнездом и возможностью взаимодействи с подпружиненным клапаном через толкатель.This goal is achieved by the fact that the known hydraulic hammer, including a hollow cylindrical connecting case, a spline adapter, a spline coupling, an anvil, a spring-loaded hammer, a rod, a middle adapter with a sealing collar, a spring-loaded valve and an upper adapter, is equipped with a hollow cylinder mounted above the upper adapter, a spring-loaded a discharge valve located in the lower part of the cylinder and a spring-loaded pusher placed in the discharge valve, the discharge valve being installed behind the gap between the end of the valve and its seat and the ability to interact with the spring-loaded valve through the pusher.

В результате такого технического решени по вл етс возможность создать необходимое давление аэрированной жидкости в период обратного хода бойка дл более эффективного разгона бойка при активном ходе вниз и обеспечени более высокой энергии удара бойка по наковальне. Это осуществл етс за-счет перекрыти потока жидкости в период свободного хода вниз, в момент расчленени клапана и торца штока бойка. Благодар возникающему увеличенному скоростному напору аэрированной жидкости, подпружиненный клапан полого цилиндра закроетс , поток жидкости перекрываетс и боек после удара по наковальне возвращаетс в исходное положение без существенного гидравлического сопротивлени . Все это дает возможность повысить эффективность работы гидроударника при работе с аэрированной промывочной жидкостью . As a result of this technical solution, it is possible to create the necessary pressure of the aerated liquid during the striking backstroke to more efficiently disperse the striker with an active downward stroke and to provide a higher energy of striking the striker on the anvil. This is done by shutting off the fluid flow during the free run down, at the moment of dismemberment of the valve and the end face of the hammer head. Due to the increased increased velocity pressure of the aerated fluid, the spring-loaded valve of the hollow cylinder closes, the fluid flow is blocked, and the hammer after hitting the anvil returns to its original position without significant hydraulic resistance. All this makes it possible to increase the efficiency of the hydraulic hammer when working with aerated flushing fluid.

Технические решени , обладающие признаками, сходными с отличительными признаками предлагаемого решени и повышающие эффективность работы гидроударника при бурении с аэрированной промывочной жидкостью, за вителю не известны .Technical solutions having characteristics similar to those of the proposed solution and increasing the efficiency of the hydraulic hammer while drilling with aerated flushing fluid are not known to the applicant.

На фиг. 1 изображен продольный разрез гидроударника, на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a hammer, in FIG. 2 - section AA in FIG. 1, in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1, in FIG. 4 is a section bb in FIG. 1.

Гидроударник включает шлицевой переходник 1, шлицевую муфту 2, наковальню 3, боек 4 с пружиной 5, шток 6, средний переходник 7 с манжетой 8, клапан 9 с пружиной 10, верхний переходник 11 с гнездомThe hydraulic hammer includes a spline adapter 1, a spline sleeve 2, an anvil 3, an anvil 4 with a spring 5, a stem 6, a middle adapter 7 with a sleeve 8, a valve 9 with a spring 10, an upper adapter 11 with a socket

12, полый цилиндр )3, крестовину 14, опорную втулку 15, нагнетательный клапан 16, установленный в крестовине 14. снабженный пружиной 17, опорной шайбой 18 с запорной чекой 19, имеющей в нижней части толкатель 20 с пружиной 21, а в верхней - пробку 22,переходник 23 и соединительный корпус 24. При этом нагнетательный клапан 12 устанавливаетс относительно гнезда 1212, a hollow cylinder) 3, a crosspiece 14, a support sleeve 15, a pressure valve 16 installed in the crosspiece 14. equipped with a spring 17, a support washer 18 with a locking pin 19, having a pusher 20 with a spring 21 in the lower part and a stopper in the upper part 22, the adapter 23 and the connecting housing 24. In this case, the discharge valve 12 is installed relative to the socket 12

0 с зазором.0 with a gap.

Гидроударник включаетс в состав бурового снар да над породоразрушающим инструментом (дл колонкового бурени - на колонковым набором) и в начальном по5 ложении находитс в подвешенном состо нии , т.е. породоразрушающий инструмент не соприкасаетс с забоем скважины. В этом случае шлицевой переходник 1 вместе с бойком 3 опускаетс вниз и образует щельThe hydraulic hammer is included in the drill over the rock cutting tool (for core drilling - on a core set) and in the initial position is in a suspended state, i.e. the rock cutting tool does not touch the bottom of the well. In this case, the spline adapter 1 together with the striker 3 is lowered down and forms a gap

0 между торцом штока 6 и клапаном 9. При подаче ограниченного количества аэрированной жидкости в буровой снар д она свободно проходит через гидроударник непосредственно в скважину. Это происхо5 дит до тех пор, пока породоразрушающий инструмент при опускании бурового снар да не достигает забо скважины. Силова реакци забо скважины вызовет подъем шлицевого переходника вместе с бойком 40 between the end face of the stem 6 and valve 9. When a limited amount of aerated fluid is supplied to the drill, it freely passes through the hydraulic hammer directly into the well. This occurs until the rock cutting tool, when lowering the drill bit, reaches the bottom of the well. The force reaction of the bottom of the well will cause the rise of the spline adapter together with the striker 4

0 и пружиной 5 вверх и в результате этого произойдет сочленение торца штока 6 и клапана 9. Поток жидкости перекрываетс и начинаетс работа гидроударника.0 and the spring 5 up and as a result of this, the end face of the rod 6 and valve 9 will join. The fluid flow is blocked and the hammer begins to work.

Сочленение штока 6 с клапаном 9 и пе5 ремещение подпружиненного толкател 20 относительно клапана 16 обеспечивает формирование необходимой силы дл принудительного открыти клапана 16, Открытие клапана 16 вызовет переток жидкости изThe articulation of the stem 6 with the valve 9 and 5, the movement of the spring-loaded pusher 20 relative to the valve 16 provides the necessary force to force the valve 16 to open. Opening the valve 16 will cause fluid to flow from

0 нагнетательной камеры 26 в пространство над клапаном 9 через отверстие 27 и быстрое выравнивание давлени , под действием которого будет формироватьс сила дл перемещени бойка 4 и клапана 9 вниз. При0 of the discharge chamber 26 into the space above the valve 9 through the opening 27 and a quick pressure equalization, under the influence of which a force will be generated to move the hammer 4 and valve 9 downward. At

5 этом возникший скоростной поток в зазоре между гнездом 12 и клапаном 16 будет небольшим (по сравнению с позицией открытого клапана 9) и клапан 16 удержитс в исходной верхней позиции за счет усили 5, the resulting high-speed flow in the gap between the socket 12 and the valve 16 will be small (compared to the position of the open valve 9) and the valve 16 will be kept in its original upper position due to the force

0 пружины 17. После достижени , клапаном 9 верхнего переходника 7, т.е. прохождени бойком 4 активного хода Si, клапан 9 останавливаетс , а боек продолжает движение по инерции на величину свободного хода $2.0 of the spring 17. After reaching, the valve 9 of the upper adapter 7, i.e. after the striker 4 passes the active Si stroke, the valve 9 stops, and the striker continues to move by inertia by a free stroke of $ 2.

5 в результате этого происходит расчленение клапана 9 и торца штока 6 и возвращение клапана 9 под действием предварительно сжатой пружины 10 в исходное положение, при этом жидкость получит свободный проход на забой скважины с повышенной5, as a result of this, the valve 9 and the end face of the stem 6 are divided and the valve 9 returns under the action of the pre-compressed spring 10 to its original position, while the fluid will have free passage to the bottom of the well with increased

скоростью. Возникающий скоростной напор в зазоре S0 между гнездами 12 и клапаном 16 вновь обеспечит закрытие клапана 1 б и перекрытие потока жидкости через гидроударник . После с наковальней 3, боек 4 под действием сжатой пружины 5 без существенных гидравлических сопротивлений получит движение вверх до сочленени штока б и клапана 9 с последующим инерционным движением бойка с затратой его кинетической энергии на сжатие аэрированной жидкости в пространстве между клапанами 9 и 16 и перемещением толкател 20 с сжатием его пружины 21. Как только усилие на клапан 16 снизу и сверху уравно- веритс , он под действием совместного уси- лир пружин 17 и 21 откроетс . Это вызовет нечеток жидкости из полого цилиндра 13 в пространство над клапаном 9 и быстрое выравнивание давлени , под действием кото- рого будет формироватьс сила дл speed. The resulting high-pressure head in the gap S0 between the sockets 12 and the valve 16 will again ensure that the valve 1 b closes and the fluid flow through the hammer is blocked. After anvil 3, the hammer 4 under the action of a compressed spring 5 without significant hydraulic resistance will receive an upward movement until the rod b and valve 9 are articulated, followed by the inertial movement of the hammer with the expenditure of its kinetic energy for compressing the aerated liquid in the space between valves 9 and 16 and the pusher 20 with compression of its spring 21. As soon as the force on the valve 16 from the top and bottom is balanced, it will open under the action of the joint reinforcement of the springs 17 and 21. This will cause a fuzzy liquid from the hollow cylinder 13 into the space above the valve 9 and a quick pressure equalization, under the influence of which a force will be generated for

перемещени бойка 4 и клапана 9 вниз. Цикл замыкаетс .moving striker 4 and valve 9 down. The loop closes.

Эффективность предлагаемого гидроударника определ етс тем, что расход энер; гии аэрированной жидкости будет происходить при активном и свободном ходе Войка, а при обратном ходе - осуществл етс компенсаци затраченной энергии на активном ходу бойка за счет повышени давлени в полом цилиндре при перекрытии клапаном 16 потоков жидкости . Кроме того, перекрытие потока при обратном ходе бойка способствует снижению потерь энергии обратного хода за счет существенного снижени гидравлических сопротивлений при движении бойка вниз.The effectiveness of the proposed hammer is determined by the fact that the energy consumption; The aerated liquid will occur during the active and free run of the Voik, and during the reverse stroke, the expended energy is compensated for in the active stroke of the striker by increasing the pressure in the hollow cylinder when the valve 16 shuts off the fluid flows. In addition, the shutoff of the flow during the reverse stroke of the striker helps to reduce the energy losses of the reverse stroke due to a substantial reduction in hydraulic resistance when the striker moves downward.

Применение предлагаемого гидроударника повысит эффективность его работы с использованием при бурении аэрированной промывочной жидкости, расширит область применени его при ударно-вращательном ивращательнр-ударном бурении скважин.The use of the proposed hydraulic hammer will increase the efficiency of its operation using aerated flushing fluid during drilling, and will expand its field of application in shock-rotary and rotary-shock drilling of wells.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A hammer for drilling with aerated flushing fluid, comprising a hollow cylindrical connecting body, a spline adapter, a spline coupling, an anvil, a spring-loaded hammer, a plug, a middle adapter with a sealing collar, a spring-loaded valve and an upper adapter, characterized in that, for the purpose of ensure the effective operation of the hammer while drilling with aerated flushing fluid, the hammer is equipped with a hollow cylinder mounted above the upper adapter, spring-loaded pump a flap valve located in the lower part of the cylinder and a spring-loaded pusher placed in the discharge valve, the discharge valve being installed with a gap relative to the valve seat made in the upper adapter, with the possibility of interaction with the spring-loaded valve through the pusher.

0. 4