RU2222682C1

RU2222682C1 - Vibratory-percussion mechanism for drill wells

Info

Publication number: RU2222682C1
Application number: RU2002116727/03A
Authority: RU
Inventors: В.И. Шамшин; ховой Д.С. Шл; Д.С. Шляховой; В.Е. Дубенко; А.А. Басов
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells by percussion methods. SUBSTANCE: invention is related to fixtures designed for vibratory action of drilling tool. Given mechanism comprises hollow cylindrical body, vortex member coming in the form of tangential branch pipe opening into vibration chamber in which vibration space ball mass travels freely. Vibration chamber is positioned in symmetry and perpendicular to axis of mechanism and presents ball truncated by frontal limiters possessing holes in central parts. Angle of inclination of tangential branch pipe with axis of mechanism equals angle of inclination of generating lines of conical expansion of internal space of substitute and is found from mathematical expression. Vibration chamber is made fast in upper part with the help of horizontal plate and with the aid of vertical plate in lower part. Radius of ball mass is determined by mathematical formula. EFFECT: raised drilling effectiveness and operational reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин ударным способом, а именно к устройствам, предназначенным для вибровоздействия на бурильный инструмент.The invention relates to the drilling of oil and gas wells by impact method, and in particular to devices designed for vibration exposure to a drilling tool.

Анализ существующего уровня техники показал следующее:Analysis of the current level of technology showed the following:

известен забойный пульсатор, относящийся к забойным генераторам импульсов (см. патент РФ № 2071544 от 17.12.93 г. по кл. Е 21 В 28/00, опубл. в ОБ № 1, 1997 г.). В нем имеется полый цилиндрический корпус с установленным в его полости со стороны выходного конца ограничителем в форме решетки с боковыми отверстиями и центральной площадкой для перекатывания шара (шаровой массы). Центральная площадка выступает над поверхностью решетки. Над шаром с зазором установлен диск со сферически-вогнутой внутренней поверхностью и боковым отверстием. Радиус сферической поверхности диска равен диаметру шара. Собственно с помощью указанных конструктивных элементов образована камера для создания гидравлического удара, генерирующего осевую силу, периодически воздействующую на конец бурильной колонны.a downhole pulsator is known that relates to downhole pulse generators (see RF patent No. 2071544 dated December 17, 1993 according to class E 21 B 28/00, published in OB No. 1, 1997). It has a hollow cylindrical body with a lattice-shaped stopper installed in its cavity from the output end with side holes and a central platform for rolling the ball (ball mass). The central platform protrudes above the surface of the grill. A disk with a spherically concave inner surface and a side hole is mounted above the ball with a gap. The radius of the spherical surface of the disk is equal to the diameter of the ball. Actually, using the indicated structural elements, a chamber is formed to create a hydraulic shock generating an axial force that periodically acts on the end of the drill string.

Недостатком известной конструкции забойного пульсатора является низкая эффективность бурения и ненадежность в работе. Принцип работы пульсатора отличен от заявляемого и связан с образованием гидравлического удара, а не механических ударных импульсов со стороны шаровой массы. При этом размеры шара и камеры несоизмеримы для получения последнего. Так как шар движется хаотически, то маловероятно полное закупоривание бокового отверстия шаром. Образующиеся щели между шаром и кромками бокового отверстия, а авторами указано в столбце 6 описания к патенту, что возникает “... ситуация почти полного перекрытия...”, значительно снижают перепад давления - основу гидравлического удара. Это находит подтверждение, например, в обзоре Гидроударные буровые машины и их характеристики. Серия “Машины и оборудование нефтегазовой промышленности”, Москва, ВНИИОЭНГ, 1970, с. 79. К тому же, механический КПД гидроудара невысок за счет рассеивания значительной части энергии в виде упругих волн, распространяющихся в жидкости, ниже и выше источника гидроудара;A disadvantage of the known design of the downhole pulsator is the low drilling efficiency and unreliability in operation. The principle of operation of the pulsator is different from the claimed one and is associated with the formation of a hydraulic shock, and not mechanical shock pulses from the side of the ball mass. Moreover, the dimensions of the ball and chamber are incommensurable to obtain the latter. Since the ball moves randomly, it is unlikely that the side hole will be completely clogged with the ball. The resulting gaps between the ball and the edges of the side hole, and the authors indicate in column 6 of the patent description that “... a situation of almost complete overlap ...” occurs, significantly reduce the pressure drop - the basis of water hammer. This is confirmed, for example, in the review of Water Hammer Drilling Machines and their characteristics. Series “Machinery and equipment for the oil and gas industry”, Moscow, VNIIOENG, 1970, p. 79. In addition, the mechanical efficiency of water hammer is low due to the dispersion of a significant part of the energy in the form of elastic waves propagating in the liquid, below and above the source of water hammer;

известен виброударный механизм для бурения скважины, содержащий вибрационную камеру с шаровой массой (пневматический шариковый вибратор), цилиндр с циклически движущимся в нем поршнем, а также буровую коронку (см. а.с. № 501152 от 15.05.73 г. по кл. Е 21 С 3/24, опубл. в ОБ №4, 1976 г.). Вибрационная камера размещена между цилиндром и коронкой на ее хвостовике и через канал в последнем сообщена с источником сжатого воздуха (газообразным очистным агентом).A vibro-shock mechanism for drilling a well is known, comprising a vibrating chamber with a ball mass (pneumatic ball vibrator), a cylinder with a piston cyclically moving in it, and a drill bit (see AS No. 501152 of 05.15.73, class E 21 C 3/24, published in OB No. 4, 1976). A vibration chamber is placed between the cylinder and the crown on its shank and through the channel in the latter is communicated with a source of compressed air (gaseous cleaning agent).

Недостатком известного виброударного механизма является низкая эффективность бурения и ненадежность в работе. Ось вибрационной камеры совпадает с осью механизма, т.е. шаровая масса перекатывается в горизонтальной плоскости, генерируя вибрации буровой коронки только в радиальных направлениях. При этом радиальная вибрация практически не передается вглубь забоя, а некоторое увеличение проходки происходит только за счет дополнительного истирания породы забоя, вызываемого боковыми движениями коронки. Каналы, по которым газообразный очистной агент подается в вибрационную камеру, направлены относительно ее оси под углом, а не лежат в плоскости движения шаровой массы. Поэтому одна часть энергии струи закручивает поток, вызывая вибрации шаровой массы, а другая - наоборот, проходя через закрученный поток и отражаясь от днища, тормозит его. В результате лишь незначительная часть энергии струи преобразуется в вибрации. Кроме того, в днище вибрационной камеры находятся выпускные отверстия, в которых возможно западание шаровой массы, прижимаемой перепадом давлений внутри и снаружи механизма. Такое западание приводит к прекращению движения шаровой массы. Перераспределение потоков газообразного очистного агента не оптимально, т.к. поток последнего, попавшего в вибрационную камеру, не участвует в процессе бурения. Полость вибрационной камеры имеет небольшие размеры, что снижает степень свободы шаровой массы, уменьшает величину механических ударных импульсов и, как следствие, снижает показатели бурения;A disadvantage of the known vibro-shock mechanism is low drilling efficiency and unreliability in operation. The axis of the vibration chamber coincides with the axis of the mechanism, i.e. the ball mass rolls in a horizontal plane, generating drill bit vibrations only in radial directions. In this case, radial vibration is practically not transmitted deep into the face, and a slight increase in penetration occurs only due to the additional abrasion of the face rock caused by lateral movements of the crown. The channels through which the gaseous cleaning agent is fed into the vibrating chamber are directed relative to its axis at an angle rather than lying in the plane of motion of the ball mass. Therefore, one part of the energy of the jet spins the flow, causing vibration of the ball mass, and the other, on the contrary, passing through the swirling flow and reflected from the bottom, slows it down. As a result, only a small fraction of the energy of the jet is converted into vibration. In addition, there are outlet openings in the bottom of the vibration chamber in which dropping of the ball mass is possible, pressed by the pressure differential inside and outside the mechanism. Such subsidence leads to the cessation of the movement of the ball mass. Redistribution of gaseous purification agent flows is not optimal, because the flow of the latter entering the vibration chamber is not involved in the drilling process. The cavity of the vibration chamber is small, which reduces the degree of freedom of the spherical mass, reduces the magnitude of the mechanical shock pulses and, as a result, reduces the drilling performance;

в качестве прототипа взят виброударный механизм для бурения скважин, содержащий полый цилиндрический корпус, соединенный в нижней части с буровой коронкой, снабженной промывочной системой, вибрационную полость (кольцевую полость) вибрационной камеры (шарового вибратора) со свободно перемещающейся шаровой массой и открывающимся в нее вихревым элементом - соплами, ориентированными на беговую дорожку (см. а.с. № 791901 от 31.07.78 г. по кл. Е 21 В 10/36, опубл. в ОБ № 48, 1980 г.). Вибрационная полость образована корпусом, перекрыта крышкой с соплами, а внутри ограничена центральным полым стержнем с обводной системой. Боковая дорожка выполнена в ниппеле.as a prototype, a vibro-shock mechanism for drilling wells is used, containing a hollow cylindrical body connected at the bottom with a drill bit equipped with a flushing system, a vibration cavity (annular cavity) of a vibration chamber (ball vibrator) with a freely moving spherical mass and a swirl element opening into it - nozzles oriented to the treadmill (see AS No. 791901 dated July 31, 78 according to class E 21 B 10/36, published in OB No. 48, 1980). The vibration cavity is formed by a housing, is covered by a lid with nozzles, and inside is limited by a central hollow shaft with a bypass system. The side track is made in a nipple.

Недостатком известного виброударного механизма является низкая эффективность бурения и ненадежность в работе. Ось вибрационной камеры совпадает с осью механизма, т.е. шаровая масса перекатывается в горизонтальной плоскости, генерируя вибрации боковой коронки только в радиальных направлениях. При этом, радиальная вибрация практически не передается вглубь забоя, а некоторое увеличение проходки происходит только за счет дополнительного истирания породы забоя, вызываемого боковыми движениями коронки. Сопла, по которым очистной агент (энергоноситель) подается в вибрационную камеру, направлены относительно ее оси под углом, а не лежат в плоскости движения шаровой массы. Поэтому одна часть энергии струи закручивает поток, вызывая вибрации шаровой массы, а другая - наоборот, проходя через закрученный поток и отражаясь от днища, тормозит его. В результате лишь незначительная часть энергии струи преобразуется в вибрации. В днище вибрационной камеры находятся вертикальные промывочные каналы, в которых возможно западание шаровой массы, прижимаемой перепадом давлений внутри и снаружи механизма. Такое западание приведет к прекращению движения шаровой массы. Полость вибрационной камеры имеет небольшие размеры, что снижает степень свободы шаровой массы, уменьшает величину механических ударных импульсов и, как следствие, снижает показатели бурения.A disadvantage of the known vibro-shock mechanism is low drilling efficiency and unreliability in operation. The axis of the vibration chamber coincides with the axis of the mechanism, i.e. the ball mass rolls in the horizontal plane, generating side-crown vibrations only in radial directions. At the same time, radial vibration is practically not transmitted deep into the face, and a slight increase in penetration occurs only due to additional abrasion of the face rock caused by lateral movements of the crown. The nozzles through which the cleaning agent (energy carrier) is supplied to the vibrating chamber are directed relative to its axis at an angle rather than lying in the plane of motion of the ball mass. Therefore, one part of the energy of the jet spins the flow, causing vibration of the ball mass, and the other, on the contrary, passing through the swirling flow and reflected from the bottom, slows it down. As a result, only a small fraction of the energy of the jet is converted into vibration. At the bottom of the vibrating chamber there are vertical flushing channels in which dropping of the ball mass is possible, pressed by the pressure drop inside and outside the mechanism. Such subsidence will lead to the cessation of the movement of the ball mass. The cavity of the vibration chamber is small, which reduces the degree of freedom of the spherical mass, reduces the value of mechanical shock pulses and, as a result, reduces drilling performance.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему:The technical result that can be obtained by implementing the invention is reduced to the following:

- повышается эффективность бурения: за счет конструктивных особенностей вибрационной камеры и тангенциального патрубка, способствующих максимальному использованию энергии потока промывочной жидкости в процессе бурения; за счет оптимального подбора размера шаровой массы относительно размера вибрационной камеры, что обеспечивает создание максимальных механических виброударных импульсов;- increased drilling efficiency: due to the design features of the vibration chamber and tangential nozzle, contributing to the maximum use of the energy of the flow of flushing fluid in the drilling process; due to the optimal selection of the size of the ball mass relative to the size of the vibrating chamber, which ensures the creation of maximum mechanical vibration impulses;

- повышается надежность работы виброударного механизма за счет оптимального перераспределения потоков промывочной жидкости между вибрационной камерой и обводным элементом.- increases the reliability of the vibro-shock mechanism due to the optimal redistribution of the flow of washing fluid between the vibrating chamber and the bypass element.

Технический результат достигается с помощью известного виброударного механизма, включающего полый цилиндрический корпус, соединенный в нижней части с буровой коронкой, снабженной промывочной системой, вибрационную полость со свободно перемещающейся шаровой массой и открывающимся в нее вихревым элементом. При этом, по заявляемой конструкции виброударного механизма полый цилиндрический корпус в верхней части соединен с переводником, а в средней части имеет внутренний кольцевой выступ. Внутренняя полость переводника в нижней части конически расширена под вихревой элемент, выполненный в виде тангенциального патрубка. Вибрационная полость расположена внутри вибрационной камеры, представляющей собой шар, усеченный фронтальными ограничителями с отверстиями в центральной части. Вибрационная камера размещена симметрично и перпендикулярно оси виброударного механизма. При этом ее наружный радиус равен внутреннему радиусу полого цилиндрического корпуса. Радиус шаровой массы определен из условияThe technical result is achieved using a known vibro-impact mechanism, including a hollow cylindrical body connected at the bottom with a drill bit equipped with a flushing system, a vibration cavity with a freely moving spherical mass and a swirl element opening into it. Moreover, according to the claimed design of the vibro-shock mechanism, the hollow cylindrical body in the upper part is connected to the sub, and in the middle part has an inner annular protrusion. The internal cavity of the sub in the lower part is conically expanded under the vortex element, made in the form of a tangential nozzle. The vibration cavity is located inside the vibration chamber, which is a ball truncated by frontal stops with holes in the central part. The vibration chamber is placed symmetrically and perpendicular to the axis of the vibro-shock mechanism. Moreover, its outer radius is equal to the inner radius of the hollow cylindrical body. The radius of the ball mass is determined from the condition

r_ш = k·R,r _w = k · R,

где r_ш - радиус шаровой массы, м;where r _W is the radius of the ball mass, m;

k - коэффициент пропорциональности, равный 0,62;k is the coefficient of proportionality equal to 0.62;

R - внутренний радиус вибрационной камеры, м.R is the inner radius of the vibration chamber, m

Ось тангенциального патрубка находится в плоскости, перпендикулярной оси вибрационной камеры, а угол ее наклона к оси виброударного механизма равен углу наклона к оси последнего образующих конического расширения внутренней полости переводника и определен по формулеThe axis of the tangential nozzle is in a plane perpendicular to the axis of the vibration chamber, and its angle of inclination to the axis of the vibro-shock mechanism is equal to the angle of inclination to the axis of the last generatrix of the conical expansion of the internal cavity of the sub and is determined by the formula

где α - угол наклона тангенциального патрубка к оси виброударного механизма или угол наклона образующих конического расширения внутренней полости переводника к оси виброударного механизма, град;where α is the angle of inclination of the tangential pipe to the axis of the vibro-impact mechanism or the angle of inclination of the generatrices of the conical expansion of the internal cavity of the sub to the axis of the vibro-impact mechanism, deg;

r_п - внутренний радиус тангенциального патрубка, м;r _p - the inner radius of the tangential pipe, m;

h - высота тангенциального патрубка, м;h is the height of the tangential pipe, m;

δ - толщина стенки вибрационной камеры, м.δ is the wall thickness of the vibration chamber, m

Вибрационная камера в верхней части жестко закреплена горизонтальной пластиной, радиус которой равен внутреннему радиусу полого цилиндрического корпуса. Горизонтальная пластина имеет центральное отверстие под вибрационную камеру и расположена под внутренним кольцевым выступом полого цилиндрического корпуса. Фронтальные части пластины имеют обводной элемент в виде отверстий. В нижней части вибрационная камера жестко закреплена вертикальной пластиной с центральным седловидным вырезом под последнюю. Длина вертикальной пластины равна внутреннему диаметру полого цилиндрического корпуса. Отверстия фронтальных ограничителей вибрационной камеры, а также отверстия горизонтальной пластины открываются в полости, образованной внутренней стенкой корпуса, наружной поверхностью фронтальных ограничителей и боковыми поверхностями вертикальной пластины, сообщающиеся с промывочной системой буровой коронки.The vibration chamber in the upper part is rigidly fixed by a horizontal plate, the radius of which is equal to the inner radius of the hollow cylindrical body. The horizontal plate has a central hole for the vibration chamber and is located under the inner annular protrusion of the hollow cylindrical body. The front parts of the plate have a bypass element in the form of holes. In the lower part, the vibration chamber is rigidly fixed with a vertical plate with a central saddle-shaped cutout for the latter. The length of the vertical plate is equal to the inner diameter of the hollow cylindrical body. The holes of the front limiters of the vibration chamber, as well as the holes of the horizontal plate open in the cavity formed by the inner wall of the housing, the outer surface of the front limiters and the side surfaces of the vertical plate in communication with the flushing system of the drill bit.

Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие конструкции виброударных механизмов, способствующие максимальному использованию энергии потока промывочной жидкости и создающие максимальный механический виброударный импульс. Таким образом, достигаемый технический результат обусловлен неизвестными свойствами частей рассматриваемого виброударного механизма и связями между ними. Изобретение явным образом не следует из известного уровня техники, т.е. соответствует условию изобретательского уровня.We have not found sources of patent documentation and scientific and technical literature describing the construction of vibration-shock mechanisms that contribute to the maximum use of the energy of the flow of washing fluid and create the maximum mechanical vibration shock. Thus, the achieved technical result is due to the unknown properties of the parts of the vibro-impact mechanism under consideration and the relationships between them. The invention does not explicitly follow from the prior art, i.e. meets the condition of inventive step.

Конструкция заявляемого механизма поясняется следующими чертежами:The design of the proposed mechanism is illustrated by the following drawings:

на фиг.1 представлен фронтальный разрез механизма;figure 1 presents the frontal section of the mechanism;

на фиг.2 представлен профильный разрез механизма, выполненный по сечению А-А;figure 2 presents a profile section of the mechanism, made along section AA;

на фиг.3 представлен горизонтальный разрез механизма в плоскостиfigure 3 presents a horizontal section of the mechanism in the plane

Б-Б;Bb;

на фиг.4 схематически представлен фронтальный разрез механизма в области вибрационной камеры.figure 4 schematically shows a frontal section of the mechanism in the field of the vibration chamber.

Виброударный механизм для бурения скважины состоит из полого цилиндрического корпуса 1, на обоих концах которого выполнена внутренняя резьба для соединения в верхней части с переводником 2 и в нижней части с буровой коронкой 3. Корпус 1 имеет в средней части внутренний кольцевой выступ 4. Внутренняя полость “а” переводника 2 в нижней части имеет коническое расширение “б” под вихревой элемент, выполненный в виде тангенциального патрубка 5, открывающегося в вибрационную камеру 6, имеющую вибрационную полость “в” со свободно перемещающейся шаровой массой 7. Вибрационная камера 6 размещена симметрично и перпендикулярно относительно оси механизма и представляет собой шар, усеченный фронтальными ограничителями 8. Фронтальные ограничители 8 имеют в центральной части отверстия 9. Наружный радиус вибрационной камеры 6 равен внутреннему радиусу полого цилиндрического корпуса 1. Угол наклона к оси механизма тангенциального патрубка 5 равен углу наклона к оси механизма образующих конического расширения “б” внутренней полости “а” переводника 2. Вибрационная камера 6 в верхней части жестко закреплена горизонтальной пластиной 10. Радиус последней равен внутреннему радиусу корпуса 1. Горизонтальная пластина 10 имеет центральное отверстие под вибрационную камеру 6 и расположена под внутренним кольцевым выступом 4 полого цилиндрического корпуса 1. Фронтальные части горизонтальной пластины 10 имеют обводной элемент в виде отверстий 11. В нижней части вибрационная камера 6 жестко закреплена вертикальной пластиной 12 с центральным седловидным вырезом под последнюю. Длина вертикальной пластины 12 равна внутреннему диаметру полого цилиндрического корпуса 1. Отверстия 9 фронтальных ограничителей 8 вибрационной камеры 6, а также отверстия 11 горизонтальной пластины 10 открываются в полости “г” и “д”, образованные внутренней стенкой корпуса 1, наружной поверхностью фронтальных ограничителей 8 и боковыми поверхностями вертикальной пластины 12. Полости “г” и “д” сообщаются с промывочной системой “е” буровой коронки 3, содержащей гидромониторную насадку 13.The vibro-shock mechanism for drilling a well consists of a hollow cylindrical body 1, at both ends of which an internal thread is made for connection in the upper part with a sub 2 and in the lower part with a drill bit 3. Body 1 has an inner annular protrusion in the middle part 4. Internal cavity “ a ”sub 2 in the lower part has a conical extension“ b ”under the vortex element, made in the form of a tangential nozzle 5, which opens into the vibration chamber 6, which has a vibration cavity“ c ”with freely moving ball mass 7. The vibration chamber 6 is placed symmetrically and perpendicular to the axis of the mechanism and is a ball truncated by the front stops 8. The front stops 8 have in the central part of the hole 9. The outer radius of the vibration chamber 6 is equal to the inner radius of the hollow cylindrical body 1. The angle of inclination to the axis of the mechanism of the tangential pipe 5 is equal to the angle of inclination to the axis of the mechanism of the generators of the conical expansion “b” of the internal cavity “a” of the sub 2. The vibration chamber 6 in the upper hour and rigidly fixed by a horizontal plate 10. The radius of the latter is equal to the inner radius of the housing 1. The horizontal plate 10 has a Central hole for the vibration chamber 6 and is located under the inner annular protrusion 4 of the hollow cylindrical body 1. The front parts of the horizontal plate 10 have a bypass element in the form of holes 11. In the lower part, the vibration chamber 6 is rigidly fixed by a vertical plate 12 with a central saddle-shaped cutout for the latter. The length of the vertical plate 12 is equal to the inner diameter of the hollow cylindrical body 1. The holes 9 of the frontal stops 8 of the vibration chamber 6, as well as the holes 11 of the horizontal plate 10 open in the cavity “g” and “d” formed by the inner wall of the housing 1, the outer surface of the frontal stops 8 and the lateral surfaces of the vertical plate 12. The cavities “g” and “d” are in communication with the flushing system “e” of the drill bit 3, containing a hydraulic monitor nozzle 13.

Скважина № 24 Пелагиадской площади Северо-Ставропольского ПХГ подлежала ликвидации ввиду окончания сроков эксплуатации. Ликвидацию предполагалось производить путем закачки цементного раствора в газовый пласт. В ходе работ по установке цементного моста из-за несоблюдения регламента работ был оставлен цементный раствор в колонне НКТ ⌀ 73 мм. После ОЗЦ уровень цементного камня в колонне составил 848 м. Для восстановления прерванной связи с пластом в таких случаях обычно разбуривают цементный камень вместе с НКТ. Однако сделать это в данной скважине не удалось, поскольку эксплуатационная колонна в скважине недопустимо прокорродировала и при таких работах разрушалась. Разбурить камень в НКТ обычными методами не представлялось возможным ввиду малого внутреннего диаметра НКТ, равного 62 мм.Well No. 24 of the Pelagiad Square of the North Stavropol UGS facility was subject to liquidation due to the end of its operational life. The liquidation was supposed to be carried out by pumping cement into the gas reservoir. During the installation of the cement bridge, due to non-compliance with the work schedule, cement mortar in the tubing string ⌀ 73 mm was left. After the OZZ, the level of cement stone in the column was 848 m. To restore the interrupted connection with the formation, in such cases, cement stone together with tubing is usually drilled. However, it was not possible to do this in this well, since the production casing in the well was unacceptably corroded and destroyed during such operations. It was not possible to drill the stone in the tubing by conventional methods due to the small inner diameter of the tubing, equal to 62 mm.

Было принято решение использовать агрегат для капитального ремонта скважин с гибкими трубами М 10 ⌀ 38 мм. Однако, этот агрегат не позволяет осуществлять вращение, ввиду этого невозможно использовать буровое долото. Применение насадок с гидромониторными струями неэффективно, вследствие частых посадок инструмента, вызванных тем, что струя жидкости разрушает цементный камень неравномерно. В центральной части образуются лунки, в которых гасится энергия струи, в то время как в периферийных областях остаются языки цементного камня, на которые и садится насадка. Подъем на небольшую высоту и последующий спуск инструмента не дает нужного результата. Для успешного разрушения кромок лунки целесообразно использовать комбинацию виброударного воздействия и гидромониторного эффекта. Применение в данной ситуации виброударного механизма заявляемой конструкции позволяет существенно улучшить процесс разрушения камня за счет комплексного воздействия вертикальных и горизонтальных колебаний, т.е. механического разрушения кромок цементного камня, а также смещения струи при каждом отрыве инструмента от забоя. В результате наложения механического воздействия и отклонения струи происходит разрушение камня в периферийных областях.It was decided to use the unit for the overhaul of wells with flexible pipes M 10 ⌀ 38 mm. However, this unit does not allow rotation; therefore, it is not possible to use a drill bit. The use of nozzles with jet jets is inefficient, due to frequent tool landings caused by the fact that the liquid stream destroys the cement stone unevenly. In the central part, holes are formed in which the energy of the jet is extinguished, while in the peripheral areas there are tongues of cement stone, on which the nozzle sits. Raising to a small height and then lowering the tool does not give the desired result. For successful destruction of the edges of the hole, it is advisable to use a combination of vibration impact and hydro-monitor effect. The use in this situation of the vibro-shock mechanism of the claimed design can significantly improve the process of destruction of the stone due to the complex effects of vertical and horizontal vibrations, i.e. mechanical destruction of the edges of the cement stone, as well as the displacement of the jet at each separation of the tool from the bottom. As a result of the application of mechanical action and deflection of the jet, the stone is destroyed in the peripheral areas.

Изготовлен и испытан виброударный механизм, основные параметры которого следующие:A vibro-shock mechanism was manufactured and tested, the main parameters of which are as follows:

наружный диаметр виброударного механизма 45 ммouter diameter of the vibroshock mechanism 45 mm

длина механизма 250 ммmechanism length 250 mm

внутренний радиус вибрационной камеры 16 ммinner radius of the vibration chamber 16 mm

радиус шаровой массы 10 ммball radius 10 mm

диаметр обводных отверстий 7 ммbypass diameter 7 mm

внутренний диаметр гидромониторной насадки буровой коронки 9 ммinner diameter of the hydraulic nozzle of the drill bit 9 mm

масса механизма 3,5 кгthe mass of the mechanism is 3.5 kg

Серийный выпуск буровых коронок данного типоразмера с гидромониторной насадкой не существует. В связи с этим, буровую коронку, как составляющую часть виброударного механизма, сконструировали и изготовляют в механическом цехе ОАО “СевКавНИПИгаз”.Serial production of drill bits of this size with a hydraulic nozzle does not exist. In this regard, the drill bit, as an integral part of the vibration-shock mechanism, was designed and manufactured in the mechanical workshop of OJSC SevKavNIPIgaz.

Механизм работает следующим образом.The mechanism works as follows.

Рассмотрим случай, когда ось вибрационной камеры 6 совпадает с осью механизма, и процесс проходит при отсутствии других сил, воздействующих на шаровую массу 7, кроме равномерно закрученного потока жидкости. Наблюдается плавное перекатывание шаровой массы 7 по внутренней сферической поверхности вибрационной камеры 6 в горизонтальной плоскости с последующим появлением гармонических колебаний.Consider the case when the axis of the vibration chamber 6 coincides with the axis of the mechanism, and the process takes place in the absence of other forces acting on the ball mass 7, except for a uniformly swirling fluid flow. There is a smooth rolling of the ball mass 7 on the inner spherical surface of the vibration chamber 6 in a horizontal plane with the subsequent appearance of harmonic vibrations.

В случае, когда ось вибрационной камеры 6 перпендикулярна оси механизма, т.е. так, как заявлено в формуле изобретения, наблюдаются те же гармонические колебания шаровой массы 7, но во фронтальной плоскости, т.е. по двум направлениям: вертикальном и горизонтальном.In the case where the axis of the vibration chamber 6 is perpendicular to the axis of the mechanism, i.e. as stated in the claims, the same harmonic oscillations of the ball mass 7 are observed, but in the frontal plane, i.e. in two directions: vertical and horizontal.

В реальных условиях траектория движения шаровой массы 7 изменяется. В первую очередь на движение последней влияет геометрия тангенциального патрубка 5. Промывочная жидкость, входящая в вибрационную камеру 6 из тангенциального патрубка 5, создающая закрученное ядро потока, отталкивает шаровую массу 7 от внутренней сферической поверхности вибрационной камеры 6 при прохождении ею входного отверстия для тангенциального патрубка 5, что способствует усилению вибраций во фронтальной плоскости, т.е. возникновению механических ударных импульсов со стороны шаровой массы 7 в двух направлениях: горизонтальном и вертикальном.In real conditions, the trajectory of the ball mass 7 changes. First of all, the geometry of the tangential nozzle 5 affects the movement of the latter. The flushing fluid entering the vibration chamber 6 from the tangential nozzle 5, which creates a swirling flow core, repels the ball mass 7 from the inner spherical surface of the vibration chamber 6 when it passes through the inlet for the tangential nozzle 5 , which contributes to increased vibration in the frontal plane, i.e. the occurrence of mechanical shock pulses from the side of the ball mass 7 in two directions: horizontal and vertical.

Помимо этого, сила тяжести, стремящаяся вернуть шаровую массу 7 в крайнее нижнее положение, также изменяет траекторию движения последней и увеличивает виброудары шаровой массы 7 в вертикальном направлении. В свою очередь наличие отверстий 9 во фронтальных ограничителях 8 увеличивает радиальную толщину закрученного ядра потока промывочной жидкости, способствует созданию значительных радиальных перетоков в приторцевых областях фронтальных ограничителей за счет трения закрученного ядра потока о последние. При этом шаровая масса 7 преимущественно вибрирует в направлении, перпендикулярном фронтальной плоскости с последующей генерацией виброударов в горизонтальном направлении профильной плоскости.In addition, the force of gravity, tending to return the ball mass 7 to its lowest position, also changes the trajectory of the latter and increases the vibration impact of the ball mass 7 in the vertical direction. In turn, the presence of holes 9 in the frontal limiters 8 increases the radial thickness of the swirling core of the flow of washing liquid, contributes to the creation of significant radial flows in the frontal regions of the frontal limiters due to the friction of the swirling core of the flow on the latter. In this case, the ball mass 7 mainly vibrates in a direction perpendicular to the frontal plane with the subsequent generation of vibroshocks in the horizontal direction of the profile plane.

Таким образом, конструктивные особенности заявляемого механизма способствуют генерации виброударов шаровой массы 7 в трех направлениях.Thus, the design features of the claimed mechanism contribute to the generation of vibration impacts of the ball mass 7 in three directions.

Влияние радиальных виброударов на увеличение скорости проходки во фронтальной и профильной плоскостях обусловлено рядом причин:The influence of radial vibration impacts on increasing the penetration speed in the frontal and profile planes is due to several reasons:

- снижением кулонова трения при наложении дополнительного движения, в данном случае виброударного (см. Ребрик Б.М. Вибрационное бурение скважин. М., Недра, 1974, с. 53);- a decrease in Coulomb friction when applying additional motion, in this case vibration shock (see Rebrik BM, Vibration drilling of wells. M., Nedra, 1974, p. 53);

- появлением дополнительных радиальных вибродвижений зубцов буровой коронки, способствующих интенсивному истиранию породы забоя.- the appearance of additional radial vibratory movements of the teeth of the drill bit, contributing to intensive abrasion of the rock face.

Влияние вертикальных виброударов на увеличение скорости проходки обусловлено следующим рядом причин:The effect of vertical vibration impacts on increasing the penetration rate is due to the following several reasons:

- под воздействием вертикального удара механизм приобретает запас дополнительной кинетической энергии, которая расходуется на разрушение породы забоя;- under the influence of a vertical impact, the mechanism acquires a reserve of additional kinetic energy, which is spent on the destruction of the face rock;

- повышается подвижность грунта под торцом буровой коронки за счет:- increases the mobility of the soil under the end face of the drill bit due to:

колебательных движений частиц забоя и снижения кулонова трения;vibrational movements of the particles of the face and reduce coulomb friction;

освобождения некоторой доли воды, адсорбированной на поверхности частиц, которая действует как смазка (см. Ребрик Б.М. Вибрационное бурение скважин. М., Недра, 1974, с. 54, 55).the release of a certain fraction of water adsorbed on the surface of the particles, which acts as a lubricant (see Rebrik BM Vibration drilling of wells. M., Nedra, 1974, p. 54, 55).

В конечном итоге эти факторы облегчают работу гидромониторной струи по разрушению и очистке забоя.Ultimately, these factors facilitate the operation of the jet stream to destroy and clean the face.

Математический вывод значения k, равного 0,62.The mathematical derivation of the value of k equal to 0.62.

Определим, при каких соотношениях радиуса камеры R и радиуса шаровой массы r_ш сила, возникающая при перекатывании шаровой массы 7 и воздействующая на стенки вибрационной камеры 6, имела бы максимальное значение. Пусть коэффициент пропорциональности между R и r_ш будет k.Let us determine the ratios of the radius of the chamber R and the radius of the ball mass r _{w the} force arising from rolling the ball mass 7 and acting on the walls of the vibrating chamber 6 would have a maximum value. Let the proportionality coefficient between R and r _w be k.

Тогда:Then:

r_ш=k·R. (1)r _w = k · R. (1)

Центробежная сила, возникающая при круговом движении шара, равнаThe centrifugal force arising from the circular motion of the ball is

где

- ускорение центра тяжести шаровой массы, м/с²;Where

- acceleration of the center of gravity of the ball mass, m / s ² ;

m - масса последней, кг.m is the mass of the latter, kg.

a_c=w²(R-r_ш) (3)a _c = w ² (Rr _w ) (3)

где w - угловая скорость вращения центра тяжести шаровой массы вокруг оси вибрационной камеры, 1/с.where w is the angular velocity of rotation of the center of gravity of the ball mass around the axis of the vibration chamber, 1 / s.

С учетом (1):In view of (1):

a_с=w²R(1-k). (4)a _c = w ² R (1-k). (4)

Масса стального шараMass of steel ball

где ρ - плотность стали, кг/м³.where ρ is the density of steel, kg / m ³ .

С учетом (1)In view of (1)

Сделаем предположение, что w не зависит от r_ш, тогда:We make the assumption that w does not depend on r _w , then:

С учетом (1):

In view of (1):

Считая k переменной, находим производную этой функцииAssuming k variable, we find the derivative of this function

Приравняв это к нулю, находим k, при котором F максимальна:Equating this to zero, we find k at which F is maximal:

k=0,75.k = 0.75.

Однако, как показал опыт, это значение несколько завышено, так как в действительности с увеличением радиуса шаровой массы угловая скорость несколько уменьшается. Поэтому с учетом серии проведенных опытов принимается:However, experience has shown that this value is somewhat overestimated, since in reality with an increase in the radius of the ball mass, the angular velocity decreases somewhat. Therefore, taking into account the series of experiments carried out, it is accepted:

k=0,62.k = 0.62.

Определяют радиус шаровой массы 7 для конкретного механизмаDetermine the radius of the ball mass 7 for a particular mechanism

R_ш=0,62·16=10 мм.R _W = 0.6216 = 10 mm

Определяют угол наклона тангенциального патрубка 5 к оси виброударного механизма, пользуясь фиг.4. На последней С - точка пересечения оси виброударного механизма с осью тангенциального патрубка 5; А - точка пересечения оси вибрационной камеры 6 с фронтальной плоскостью, секущей виброударный механизм; Д - точка пересечения оси тангенциального патрубка 5 и радиуса вибрационной камеры 6, построенного от точки А к касательной, образованной вхождением тангенциального патрубка 5 в вибрационную камеру 6.Determine the angle of inclination of the tangential pipe 5 to the axis of the vibro-shock mechanism, using figure 4. At the last C is the intersection point of the axis of the vibro-impact mechanism with the axis of the tangential pipe 5; And - the point of intersection of the axis of the vibration chamber 6 with the frontal plane, cutting vibroimpact mechanism; D is the intersection point of the axis of the tangential pipe 5 and the radius of the vibration chamber 6, built from point A to the tangent formed by the entry of the tangential pipe 5 into the vibration chamber 6.

Рассмотрим прямоугольный треугольник АСД.Consider a right triangle ASD.

Из фиг.4 вытекает, что АД=R-r_п, а СА= h+ R +δ. При высоте патрубка h=16 мм, толщине стенки вибрационной камеры δ =3,5 мм и радиусе тангенциального патрубка r_п=4,5 ммFrom figure 4 it follows that AD = Rr _p and CA = h + R + δ. When the height of the pipe h = 16 mm, the wall thickness of the vibration chamber δ = 3.5 mm and the radius of the tangential pipe r _p = 4.5 mm

Крепят механизм к гибким трубам посредством ленточной резьбы диаметром 30 мм и спускают в колонну НКТ до посадки на цементный камень. Подача воды осуществляется с расходом 5,05 л/с, при этом давление на устье 30 МПа. За 10,5 часов было разрушено 48 м цементного камня. Далее инструмент поднимают на поверхность. Колонну перфорируют. После чего скважину ликвидируют путем закачки в газоносный пласт тампонажной смеси.The mechanism is attached to the flexible pipes by means of a tape thread with a diameter of 30 mm and lowered into the tubing string before landing on a cement stone. Water supply is carried out with a flow rate of 5.05 l / s, while the pressure at the mouth is 30 MPa. In 10.5 hours, 48 m of cement stone was destroyed. Next, the tool is raised to the surface. The column is perforated. After that, the well is liquidated by pumping cement mixture into the gas-bearing layer.

Пройдя колонну гибких труб, промывочная жидкость поступает в полость “а”, находящуюся в переводнике 2. Около 50% потока направляется в тангенциальный патрубок 5, остальная часть через кольцевой зазор между наружной кромкой входного отверстия тангенциального патрубка 5 и стенками полости “а” проходит в полость “б”. Откуда через обводные отверстия 11 в горизонтальной пластине 10 поступает в полости “г” и “д”. Пройдя тангенциальный патрубок 5, первая часть потока входит в вибрационную камеру 6 касательно к ее внутренней сферической поверхности. Сильно закручиваясь, поток подхватывает шаровую массу 7 и заставляет ее перемещаться по внутренней сферической поверхности вибрационной камеры. Двигаясь по траектории, близкой к окружности, шаровая масса генерирует механические виброудары, передающиеся через стенки вибрационной камеры 6 на корпус механизма. Закрученный поток, двигаясь по спирали, подходит к отверстиям 9 во фронтальных ограничителях 8 и, пройдя их, попадает в полости “г” и “д”, где соединяется с частями потока, миновавшими вибрационную камеру 6. Двигаясь вниз, части потока сливаются в полости “е”, откуда удаляются через гидромониторную насадку 13. Разделение потока в полости “а” вызвано тем, что при прохождении всего потока через вибрационную камеру 6 скорость движения шаровой массы становится настолько большой, что под действием ударов происходит разрушение стенок вибрационной камеры и фронтальных ограничителей 8 с последующим выходом механизма из строя.After passing the column of flexible pipes, the flushing fluid enters the cavity “a” located in sub 2. About 50% of the flow is directed to the tangential pipe 5, the rest through the annular gap between the outer edge of the inlet of the tangential pipe 5 and the walls of the cavity “a” passes into cavity “b”. From where through the bypass holes 11 in the horizontal plate 10 enters the cavity "g" and "d". Having passed the tangential pipe 5, the first part of the flow enters the vibration chamber 6 with respect to its inner spherical surface. Strongly twisting, the flow picks up the ball mass 7 and makes it move along the inner spherical surface of the vibration chamber. Moving along a trajectory close to a circle, the ball mass generates mechanical vibration impacts transmitted through the walls of the vibration chamber 6 to the mechanism body. The swirling flow, moving in a spiral, approaches the holes 9 in the frontal restrictors 8 and, passing them, enters the cavities “g” and “d”, where it is connected to the parts of the flow past the vibration chamber 6. Moving downward, the parts of the flow merge into the cavities “E”, from where they are removed through the hydraulic nozzle 13. The separation of the flow in the cavity “a” is caused by the fact that when the entire flow passes through the vibration chamber 6, the velocity of the ball mass becomes so high that under the influence of the shocks the walls of the vibration are destroyed hydrochloric chamber 8 and the front limiters followed output mechanism of action.

Без переводника 2 виброударный механизм неработоспособен, так как он связывает корпус 1 с колонной гибких труб и направляет поток промывочной жидкости в полость “а”. При этом коническое расширение внутренней полости “б” необходимо для посадки тангенциального патрубка 5. Последняя происходит следующим образом:Without sub 2, the vibration-shock mechanism is inoperative, since it connects the housing 1 with a string of flexible pipes and directs the flow of flushing fluid into the cavity “a”. In this case, the conical expansion of the internal cavity “b” is necessary for the landing of the tangential pipe 5. The latter occurs as follows:

на верхнюю резьбу корпуса 1 навинчивают переводник 2. Корпус 1 ставят переводником вниз. Горизонтальную перегородку 10 с отверстием под вибрационную камеру 6 опускают на кольцевой выступ 4. Вибрационную камеру 6 с закрепленным на ней тангенциальным патрубком 5 устанавливают в предназначенное для нее отверстие, после чего устанавливают вертикальную пластину 12 и коронку 3. При затягивании коронки 3 верхняя кромка тангенциального патрубка 5 скользит по коническим образующим полости “б” и точно устанавливается на границе полостей “а” и “б”, фиксируясь в данном положении осевым усилием, возникающим при затягивании коронки 3. После чего, переводник 2 свинчивается и горизонтальная пластина 10 приваривается к вибрационной камере 6.on the upper thread of the housing 1 screw the sub 2. The housing 1 put the sub down. The horizontal partition 10 with the hole for the vibration chamber 6 is lowered onto the annular protrusion 4. The vibration chamber 6 with the tangential pipe 5 fixed to it is installed in the hole intended for it, and then the vertical plate 12 and crown 3 are installed. When tightening the crown 3, the upper edge of the tangential pipe 5 slides along the conical generators of the cavity “b” and is precisely installed on the boundary of the cavities “a” and “b”, being fixed in this position by the axial force arising when the crown is tightened 3. Pos Therefore, the sub 2 is screwed up and the horizontal plate 10 is welded to the vibration chamber 6.

При угле наклона образующих полости “б” большем, чем угол α, снижается вероятность точной установки тангенциального патрубка 5 в нужном положении. Если угол наклона меньше, чем угол α, то установка тангенциального патрубка 5 в нужном положении становится невозможной. Кроме того, полость “б” конического расширения является частью обводной системы. Наружный диаметр вибрационной камеры 6 равен внутреннему диаметру корпуса 1, что при установке камеры в корпус позволяет исключить перемещения вибрационной камеры 6 в осевом направлении и добиться максимально большого радиуса камеры. Это немаловажно, так как отклоняющая сила, возникающая при движении шаровой массы 7, пропорциональна радиусу вибрационной камеры 6. Помимо этого, сферическая поверхность, по которой перемещается шаровая масса 7, имеет с последней пятно контакта больших размеров, чем цилиндрическая поверхность. Это позволяет уменьшить опасные контактные напряжения, возникающие при значительных расходах промывочной жидкости через вибрационную камеру 6.When the angle of inclination of the generators of the cavity "b" is greater than the angle α, the probability of the exact installation of the tangential pipe 5 in the desired position is reduced. If the angle of inclination is less than the angle α, then the installation of the tangential pipe 5 in the desired position becomes impossible. In addition, the conical expansion cavity “b” is part of the bypass system. The outer diameter of the vibration chamber 6 is equal to the inner diameter of the housing 1, which, when the camera is installed in the housing, eliminates the axial movement of the vibration chamber 6 and achieves the largest possible radius of the chamber. This is important, since the deflecting force arising from the movement of the ball mass 7 is proportional to the radius of the vibration chamber 6. In addition, the spherical surface along which the ball mass 7 moves has a larger contact spot from the last than the cylindrical surface. This allows you to reduce the dangerous contact stresses that occur when a significant flow of flushing fluid through the vibration chamber 6.

Фронтальные ограничители 8 предназначены для ограничения возможных перемещений шаровой массы 7. Помимо этого они воспринимают удары со стороны последней и отделяют вибрационную полость “в” от полостей “г” и “д” с возможностью частичного сообщения с ними через отверстие 9.Frontal limiters 8 are designed to limit the possible movements of the ball mass 7. In addition, they perceive impacts from the latter and separate the vibration cavity “c” from the cavities “g” and “e” with the possibility of partial communication with them through the hole 9.

Кроме того, расположение вибрационной камеры 6 внутри корпуса 1 делает невозможным западание шаровой массы 7 в одно из выходных отверстий фронтальных ограничителей 8, так как возникающая при движении шаровой массы 7 центробежная сила отбрасывает ее к стенкам вибрационной камеры 6.In addition, the location of the vibration chamber 6 inside the housing 1 makes it impossible for the ball mass 7 to fall into one of the outlet openings of the front limiters 8, since the centrifugal force arising from the movement of the ball mass 7 discards it to the walls of the vibration chamber 6.

Изготовление вибрационной камеры 6 в виде усеченной сферы позволяет наиболее полно использовать пространство внутри корпуса 1 механизма и исключить обводную систему из вибрационной камеры 6. Это позволяет использовать большую шаровую массу 7, обладающую значительной степенью свободы. Такое сочетание параметров вибрационной камеры 6 и шаровой массы 7 способствует созданию максимальных механических виброударных импульсов и амплитуд колебаний.The manufacture of the vibration chamber 6 in the form of a truncated sphere allows the most complete use of the space inside the mechanism housing 1 and eliminates the bypass system from the vibration chamber 6. This allows the use of a large ball mass 7, which has a significant degree of freedom. This combination of parameters of the vibration chamber 6 and the spherical mass 7 contributes to the creation of maximum mechanical vibration impulses and vibration amplitudes.

При отрыве виброударного механизма от забоя, колебания шаровой массы смещают корпус 1 механизма в сторону, перенаправляя струю, истекающую из гидромониторной насадки 13 в другую точку забоя, разрушая породу там, где виброударное воздействие зубцов коронки не дает должного результата. Таким образом, сочетание гидромониторного и виброударного воздействия значительно увеличивает скорость бурения.When the vibro-shock mechanism is separated from the bottom, fluctuations in the ball mass displace the body 1 of the mechanism to the side, redirecting the jet flowing out of the nozzle 13 to another bottom point, destroying the rock where the vibro-impact of the crown teeth does not give the desired result. Thus, the combination of hydromonitor and vibration impact significantly increases the drilling speed.

Виброударный механизм имеет оригинальную систему крепления внутренних конструктивных элементов.The vibro-shock mechanism has an original system of fastening internal structural elements.

Кольцевой выступ 4 корпуса 1 служит упором для горизонтальной пластины 10 и жестко связанной с ней вибрационной камерой 6.The annular protrusion 4 of the housing 1 serves as a stop for the horizontal plate 10 and the vibration chamber 6 rigidly connected to it.

Горизонтальная пластина 10 предназначена для жесткой фиксации вибрационной камеры 6 внутри корпуса 1 механизма. Ее наружный диаметр равен внутреннему диаметру корпуса 1, что исключает люфт пластины 10 в радиальном направлении. Осевым перемещениям препятствует усилие, возникающее при затягивании буровой коронки 3 и прижимающее горизонтальную пластину 10 к кольцевому выступу 4. Помимо этого, она отделяет полость “б” от полостей “г” и “д” с возможностью их ограниченного сообщения через обводные отверстия 11.The horizontal plate 10 is designed for rigid fixation of the vibration chamber 6 inside the housing 1 of the mechanism. Its outer diameter is equal to the inner diameter of the housing 1, which eliminates the backlash of the plate 10 in the radial direction. Axial movements are prevented by the force arising when tightening the drill bit 3 and pressing the horizontal plate 10 against the annular protrusion 4. In addition, it separates the cavity “b” from the cavities “g” and “e” with the possibility of their limited communication through the bypass holes 11.

Вертикальная пластина 12 служит для передачи осевого усилия, направленного вверх, возникающего при затягивании буровой коронки 3 на кольцевой выступ 4. Усилие передается через вибрационную камеру 6 и горизонтальную пластину 10. Образующийся натяг жестко фиксирует вибрационную камеру 6 внутри корпуса 1 виброударного механизма. Центральный седловидный вырез на пластине 12 предназначен для более плотного контакта последней с наружной поверхностью вибрационной камеры 6. При ширине пластины 12, равной внутреннему диаметру корпуса 1, ее боковые грани упираются в стенки корпуса 1, что обеспечивает дополнительную жесткую связь между корпусом 1 и вибрационной камерой 6. Жесткая связь необходима для более полной передачи механических виброударов на корпус 1 виброударного механизма и коронку 3.The vertical plate 12 serves to transmit the upward axial force that occurs when the drill bit 3 is tightened to the annular protrusion 4. The force is transmitted through the vibration chamber 6 and the horizontal plate 10. The resulting interference tightly fixes the vibration chamber 6 inside the housing 1 of the vibro-impact mechanism. The central saddle-shaped cutout on the plate 12 is designed for closer contact of the latter with the outer surface of the vibration chamber 6. When the width of the plate 12 is equal to the inner diameter of the housing 1, its side faces abut against the walls of the housing 1, which provides an additional rigid connection between the housing 1 and the vibration chamber 6. A rigid connection is necessary for a more complete transmission of mechanical vibro-impacts to the housing 1 of the vibro-impact mechanism and crown 3.

Таким образом, доказано соответствие заявляемой конструкции виброударного механизма условиям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости, т.е. техническое решение патентоспособно.Thus, the compliance of the claimed design of the vibro-shock mechanism with the conditions of novelty, inventive step and industrial applicability, i.e. the technical solution is patentable.

Claims

A vibro-shock mechanism for drilling a well, including a hollow cylindrical body connected at the bottom with a drill bit equipped with a flushing system, a vibration cavity with a freely moving spherical mass and a vortex element opening into it, and a bypass element not connected with it, providing the movement of the treatment agent characterized in that the hollow cylindrical body in the upper part is connected to the sub, and in the middle part has an inner annular protrusion, while the inner cavity of the sub and in the lower part it is conically expanded under the vortex element made in the form of a tangential nozzle, and the vibration cavity is located inside the vibration chamber, which is a ball truncated by frontal stops with holes in the central part placed symmetrically and perpendicular to the axis of the vibro-impact mechanism, while the outer radius of the vibratory the chamber is equal to the inner radius of the hollow cylindrical body, and the radius of the ball mass is determined from the condition

r _w = k · R,

where r _W is the radius of the ball mass, m;

k is the coefficient of proportionality equal to 0.62;

R is the inner radius of the vibration chamber, m,

moreover, the axis of the tangential pipe is in a plane perpendicular to the axis of the vibration chamber, and the angle of inclination to the axis of the vibro-shock mechanism is equal to the angle of inclination to the axis of the last generatrix of the conical expansion of the internal cavity of the sub and is determined by the formula

where α is the angle of inclination of the tangential pipe to the axis of the vibro-impact mechanism or the angle of inclination of the generatrices of the conical expansion of the inner cavity of the sub to the axis of the vibro-impact mechanism, deg .;

r _p - the inner radius of the tangential pipe, m;

h is the height of the tangential pipe, m;

δ is the wall thickness of the vibration chamber, m,

moreover, the vibration chamber in the upper part is rigidly fixed by a horizontal plate, the radius of which is equal to the inner radius of the hollow cylindrical body, having a central hole for the vibration chamber and located under the inner annular protrusion of the hollow cylindrical body, the front parts of which have a bypass element in the form of holes, and in the lower part the vibration chamber is rigidly fixed by a vertical plate with a central saddle-shaped cutout under the latter, while the length of the vertical plate is equal to the morning diameter of the hollow cylindrical body, the holes of the frontal limiters of the vibration chamber, as well as the holes of the horizontal plate open in the cavities formed by the inner wall of the body, the outer surface of the frontal limiters and the side surfaces of the vertical plate in communication with the flushing system of the drill bit.