RU78255U1 - CORE DRILLING DRILL WITH INTERNAL LIQUID CIRCULATION - Google Patents

CORE DRILLING DRILL WITH INTERNAL LIQUID CIRCULATION Download PDF

Info

Publication number
RU78255U1
RU78255U1 RU2008128273/22U RU2008128273U RU78255U1 RU 78255 U1 RU78255 U1 RU 78255U1 RU 2008128273/22 U RU2008128273/22 U RU 2008128273/22U RU 2008128273 U RU2008128273 U RU 2008128273U RU 78255 U1 RU78255 U1 RU 78255U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ball
core
channel
projectile
diameter
Prior art date
Application number
RU2008128273/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владиславович Куликов
Николай Владимирович Соловьев
Александр Афанасьевич Тунгусов
Сергей Александрович Тунгусов
Станислав Сигизмундович Хворостовский
Алексей Станиславович Хворостовский
Евгений Дмитриевич Хромин
Original Assignee
Станислав Сигизмундович Хворостовский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Станислав Сигизмундович Хворостовский filed Critical Станислав Сигизмундович Хворостовский
Priority to RU2008128273/22U priority Critical patent/RU78255U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU78255U1 publication Critical patent/RU78255U1/en

Links

Landscapes

  • Check Valves (AREA)

Abstract

Колонковый снаряд предназначен для бурения скважин с призабойной циркуляцией жидкости, создаваемой при расхаживании снаряда. Снаряд включает колонковую трубу и жестко соединенный с ее верхним концом корпус шарового клапана из трубы такого же диаметра. В корпусе клапана установлен стальной шар, седло под шар и выполнены боковые окна для выхода жидкости из колонковой трубы в скважину. Шар выполнен пустотелым. Наружный диаметр шара и диаметр канала седла клапана определены по математическим выражениям из условия, что площадь сечения канала седла равна площади сечения кольцевого зазора между шаром и внутренними стенками корпуса клапана. Внутренний диаметр шара определен по математическому выражению из условия необходимой скорости падения шара в жидкости. Использование снаряда повышает качество выбуриваемого керна и длину рейса, так как в снаряде увеличены диаметры канала седла и шара клапана и уменьшены гидравлические сопротивления открытию клапана и циркуляции жидкости в снаряде в процессе его расхаживания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 пр.The core projectile is designed for drilling wells with bottom-hole circulation of fluid created when the shell is pacing. The projectile includes a core pipe and a ball valve housing rigidly connected to its upper end from a pipe of the same diameter. A steel ball is installed in the valve body, a seat under the ball, and side windows are made for the liquid to exit the core pipe into the well. The ball is made hollow. The outer diameter of the ball and the diameter of the channel of the valve seat are determined by mathematical expressions from the condition that the cross-sectional area of the channel of the seat is equal to the cross-sectional area of the annular gap between the ball and the inner walls of the valve body. The inner diameter of the ball is determined by mathematical expression from the condition of the necessary rate of fall of the ball in the liquid. Using the projectile improves the quality of the core being drilled and the flight length, since the diameter of the channel of the seat and ball of the valve is increased in the projectile and the hydraulic resistance to opening the valve and the circulation of fluid in the projectile during its walking is reduced. 1 s.p. crystals, 3 ill., 1 tab., 1 ave.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области бурения скважин, а именно: к устройствам, которые за счет принудительного механического расхаживания бурового снаряда создают в его колонковой трубе и скважине обратную внутреннюю (призабойную) циркуляцию промывочной жидкости, заключающуюся в движении жидкости по замкнутой системе в буровом снаряде без выхода ее на поверхность и повышающую качество керна.The proposed utility model relates to the field of well drilling, namely, to devices that, due to forced mechanical walk of a drill, create reverse internal (bottom-hole) circulation of flushing fluid in its core pipe and well, consisting in the movement of fluid through a closed system in a drill without its exit to the surface and increasing the quality of the core.

Известен буровой снаряд, содержащий породоразрушающую коронку, колонковую трубу, шаровой клапан, расположенный внутри верхней части трубы поршень со вторым шаровым клапаном, и утяжелитель колонковой трубы. Поршень соединен с колонной бурильных труб, и верхняя часть колонковой трубы исполняет роль цилиндра насоса [2]. Известен также снаряд, содержащий колонковую трубу и установленный над ней специальный насос с двумя шаровыми клапанами. Поршень насоса жестко соединен с колонковой трубой, а цилиндр - с колонной бурильных труб [3].Known drill containing a rock cutting bit, a core pipe, a ball valve located inside the upper part of the pipe, a piston with a second ball valve, and a core pipe weighting agent. The piston is connected to the drill pipe string, and the upper part of the core pipe acts as a pump cylinder [2]. Also known is a projectile containing a core pipe and a special pump mounted above it with two ball valves. The pump piston is rigidly connected to the core pipe, and the cylinder to the drill pipe string [3].

Обратная внутренняя (призабойная) циркуляция промывочной жидкости для выноса частиц разбуренной породы из-под резцов коронки обеспечивается расхаживанием поршня насоса в колонковом снаряде [2] и цилиндра насоса в колонковом снаряде [3]. Расхаживание осуществляют периодически с помощью лебедки или рычага бурового станка. При этом буровая коронка колонкового снаряда не отрывается от забоя и необходимая осевая нагрузка на нее постоянно поддерживается силой тяжести специального утяжелителя в составе колонкового снаряда.The reverse internal (bottom-hole) circulation of the flushing fluid for the removal of the drilled rock particles from under the cutters of the crown is ensured by pacing the pump piston in the core shell [2] and the pump cylinder in the core shell [3]. Walking is carried out periodically using a winch or lever of a drilling rig. In this case, the drill bit of the core projectile does not come off the bottom and the necessary axial load on it is constantly supported by the gravity of the special weighting agent as part of the core projectile.

Буровые колонковые снаряды [2] и [3] работоспособны и повышают процент выхода керна. Однако они громоздкие, массивные, не удобные в обслуживании, требуют больших материальных затрат для их изготовления и обеспечения надежности эксплуатации, так как при работе в зашламованной среде их цилиндры и поршни быстро изнашиваются. Поэтому колонковые снаряды [2] и [3] при бурении производственных скважин не используют.Core drill [2] and [3] are operational and increase the percentage of core output. However, they are bulky, massive, not easy to maintain, require large material costs for their manufacture and ensure reliable operation, since when working in a slurry environment, their cylinders and pistons quickly wear out. Therefore, core shells [2] and [3] are not used when drilling production wells.

Известен буровой снаряд, содержащий породоразрушающую коронку, колонковую трубу, переходник под колонну бурильных труб и шаровой клапан, включающий: ниппель с каналом для прохода жидкости и седлом под шар, стальной шар, шламопроводящую трубку с боковыми отверстиями для выхода шлама из снаряда в скважину и ограничитель хода шара вверх [1]. При бурении колонковый снаряд непрерывно вращают с поддержанием на забое нужной осевой нагрузки и периодически расхаживают (поднимают снаряд над забоем и сбрасывают на забой). Вращение, расхаживание колонкового снаряда и передачу на него осевой нагрузки осуществляют при помощи колонны бурильных труб. В процессе расхаживания колонкового снаряда внутри него и в скважине осуществляется циркуляция жидкости.Known drill containing a rock cutting bit, core pipe, an adapter for a drill pipe string and a ball valve, including: a nipple with a channel for the passage of fluid and a seat for a ball, a steel ball, a sludge conduit with side openings for the exit of sludge from the projectile into the well and a limiter the ball moves up [1]. When drilling, the core projectile is continuously rotated while maintaining the required axial load at the bottom and periodically paced (lift the shell above the bottom and dump it on the bottom). The rotation, pacing of the core drill and the transfer of axial load on it is carried out using a drill pipe string. In the process of pacing the core shell inside it and in the well, fluid is circulated.

Предполагается, что во время подъема от забоя колонкового снаряда [1] шаровой клапан всегда закрыт, давление в колонковой трубе уменьшается и в нее перемещается вместе со шламом жидкость из наружного кольцевого зазора между стенками скважины и снаряда. Во время сбрасывания снаряда к забою шар под давлением находящейся в колонковой трубе жидкости поднимается вверх и клапан открывается. При этом основная часть жидкости со шламом движется вверх и через боковые отверстия в шламопроводящей трубке изливается в скважину, а меньшая часть возвращается к забою через кольцевой зазор между керном и внутренними стенками колонковой трубы.It is assumed that during the ascent from the bottom of the core projectile [1], the ball valve is always closed, the pressure in the core pipe decreases and fluid moves from the outer annular gap between the walls of the well and the shell along with the slurry. When the projectile is dropped to the bottom, the ball rises up under the pressure of the liquid in the core pipe and the valve opens. In this case, the main part of the liquid with the sludge moves upward and pours into the well through the side openings in the sludge-conducting tube, and the smaller part returns to the bottom through the annular gap between the core and the inner walls of the core pipe.

В практике бурения скважин колонковый снаряд [1] известен под названием «снаряд для безнасосного бурения». Наиболее эффективно его применение при бурении скважин, поглощающих промывочную жидкость, и при затруднениях с доставкой к скважинам жидкости. Обязательное условие In practice, a core drill [1] is known as a “pumpless drill”. Its most effective application is for drilling wells that absorb flushing fluid, and for difficulties in delivering fluids to the wells. Required condition

для бурения колонковым снарядом [1]: в скважине должен находиться столб жидкости высотой, несколько большей высоты снаряда. Такой жидкостью в большинстве случаев является вода. Если в скважине нет грунтовых вод, то в процессе бурения в нее подливают необходимое количество воды. В каждом рейсе при расхаживании снаряда циркулирующая в нем вода обогащается шламом выбуриваемых пород. Поэтому практически бурение осуществляют с использованием естественного раствора плотностью около ρ=1150 кг/м3.for drilling with a core projectile [1]: in the well there should be a column of liquid with a height slightly higher than the height of the projectile. In most cases, such a liquid is water. If there is no groundwater in the well, then the required amount of water is poured into it during the drilling process. In each voyage, when a projectile is walking around, the water circulating in it is enriched with sludge from the drilled rocks. Therefore, practically drilling is carried out using a natural solution with a density of about ρ = 1150 kg / m 3 .

Простота конструкции, доступность изготовления и экономичность использования колонкового снаряда [1] - главные причины бурения им на производстве скважин любых необходимых диаметров. Большинство скважин колонковым снарядом [1] бурят в рыхлых породах, используя для этого колонковые трубы диаметрами от 0,108/0,099 до 0,146/0,137 м.The simplicity of design, the availability of manufacturing and the economical use of a core projectile [1] are the main reasons for drilling them in the production of wells of any required diameters. Most wells are drilled with a core projectile [1] in loose rocks, using core pipes with diameters from 0.108 / 0.099 to 0.146 / 0.137 m for this.

Однако в процессе бурения при расхаживании известного колонкового снаряда [1] поступающий в его колонковую трубу керн испытывает давление находящейся над керном жидкости. Величины этого давления могут быть большими и зависят от конструкции элементов шарового клапана снаряда и соотношения их параметров. Давление жидкости в колонковой трубе над керном препятствует поступлению его в трубу, а отобранный керн не всегда удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, так как оказывается уплотненным и с нарушенными физико-механическими характеристиками.However, in the process of drilling when pacing a known core projectile [1], the core entering its core pipe experiences the pressure of the liquid above the core. The values of this pressure can be large and depend on the design of the elements of the ball valve of the projectile and the ratio of their parameters. The pressure of the liquid in the core tube above the core prevents it from entering the pipe, and the selected core does not always satisfy the requirements for it, as it is sealed and has impaired physical and mechanical characteristics.

При падении снаряда на забой скважины рост давления жидкости в колонковой трубе обусловлен вначале необходимостью подъема шара, затем скоростными сопротивлениями перетоку жидкости из колонковой трубы в шламопроводящую трубку через канал седла клапана. Для уменьшения сопротивлений выходу жидкости из колонковой трубы в снарядах прототипа рекомендуют применять шламопроводящие трубки диаметром 0,033-0,040 м [1, с.290]. При этом диаметр шара составляет 0,026-0,036 м, а диаметр канала седла (ниппеля) шарового клапана 0,022-0,030 м соответственно. Такие диаметры канала седла клапана в 4-5 раз меньше внутреннего диаметра колонковых труб диаметрами от 0,108/0,099 до 0,146/0,137 м.When a projectile falls on the bottom of a well, an increase in the fluid pressure in the core pipe is caused first by the need to lift the ball, then by high-speed resistance to fluid flow from the core pipe into the sludge-conducting tube through the valve seat channel. To reduce the resistance to fluid exit from the core pipe in the prototype shells, it is recommended to use sludge-conducting tubes with a diameter of 0.033-0.040 m [1, p.290]. The diameter of the ball is 0.026-0.036 m, and the diameter of the channel of the seat (nipple) of the ball valve is 0.022-0.030 m, respectively. Such valve seat channel diameters are 4-5 times smaller than the core diameter of core pipes with diameters from 0.108 / 0.099 to 0.146 / 0.137 m.

Скорость движения жидкости через канал клапана пропорциональна отношению в квадрате внутреннего диаметра колонковой трубы к диаметру канала. При малых диаметрах канала эти скорости большие. Например, при падении со скоростью всего 1 м/с снаряда с колонковой трубой диаметрами 0,146/0,137 м скорость течения жидкости через канал диаметром 0,026 м достигает 28 м/с. Одновременно квадрату скорости движения жидкости через канал клапана пропорциональны скоростные местные сопротивления.The fluid velocity through the valve channel is proportional to the ratio of the square of the core diameter of the core pipe to the diameter of the channel. With small channel diameters, these speeds are large. For example, when a projectile with a core tube with a diameter of 0.146 / 0.137 m falls at a speed of only 1 m / s, the velocity of the fluid flow through the channel with a diameter of 0.026 m reaches 28 m / s. At the same time, the local velocity of the fluid through the valve channel is proportional to the local high-speed resistance.

Скоростные местные сопротивления определяют по формуле Вейсбаха [например, 4, с.168]High-speed local resistance is determined by the Weisbach formula [for example, 4, p.168]

где ζ - коэффициент местного сопротивления;where ζ is the coefficient of local resistance;

V - скорость движения жидкости через канал седла клапана, м/с;V is the fluid velocity through the valve seat channel, m / s;

ρ- плотность жидкости, перетекающей через канал седла, кг/м3;ρ is the density of the fluid flowing through the channel of the saddle, kg / m 3 ;

vk - скорость движения снаряда к забою при сбросе, м/с;v k is the velocity of the projectile to the face during discharge, m / s;

Dk - внутренний диаметр колонковой трубы, м;D k - the inner diameter of the core pipe, m;

dc - диаметр канала седла шарового клапана, м.d c - the diameter of the channel of the seat of the ball valve, m

Величину коэффициента ζ берут из таблиц [например, 6, табл.4-2] в зависимости от отношений площадей: сечения канала седла к сечению колонковой трубы и сечения канала седла к сечению шламопроводящей трубки. При использовании снаряда с каналом седла диаметром dc=0,026 м, внутренним диаметром шламопроводящей трубки 0,04 м и колонковой трубой диаметрами 0,146/0,137 м величина коэффициента ζ примерно равна 1,5. Скорости движения бурового снаряда при его сбрасывании к забою часто достигают 1,5 м/с. Приняв ζ=1,5; ρ=1150 кг/м3 и скорость падения снаряда всего VK=1 м/с, по выражению (1) вычисляютThe value of the coefficient ζ is taken from the tables [for example, 6, Table 4-2] depending on the area ratio: the section of the saddle channel to the cross-section of the core tube and the cross section of the saddle channel to the cross-section of the sludge-conducting tube. When using a projectile with a saddle channel with a diameter of d c = 0.026 m, an inner diameter of the sludge-conducting tube of 0.04 m and a core tube with diameters of 0.146 / 0.137 m, the coefficient ζ is approximately equal to 1.5. The velocity of the drill when it is dropped to the bottom often reaches 1.5 m / s. Having taken ζ = 1.5; ρ = 1150 kg / m 3 and the velocity of the projectile total V K = 1 m / s, according to expression (1) calculate

Полученное значение давления жидкости в колонковой трубе на керн достаточно высокое. Поступающие в процессе бурения в колонковую трубу породы уплотняются и физико-механические свойства их нарушаются.The obtained value of the fluid pressure in the core pipe on the core is quite high. The rocks entering the core pipe during drilling are compacted and their physical and mechanical properties are violated.

При подъеме снаряда от забоя для создания разрежения в колонковой трубе над керном и подсоса жидкости со стороны забоя необходимо ускорить закрытие клапана. Для этого необходимо, чтобы шар мгновенно преодолел рекомендуемое в [1] расстояние 0,15 м и перекрыл канал седла. Однако при подъеме снаряда жидкость поступает в колонковую трубу в первую очередь через находящиеся ниже шара боковые окна в шламопроводящей трубке, так как этому ничто не препятствует. Этот поток жидкости и малый кольцевой зазор между шаром и стенками шламопроводящей трубки тормозят падение шара малой массы. Поэтому не каждый подъем снаряда обеспечивает поступление жидкости в колонковую трубу с забоя через кольцевой зазор между ее стенками и керном и керн в колонковой трубе затирается. Из-за этого рейс зачастую прекращают, и снаряд поднимают из скважины.When lifting a projectile from the bottom to create a vacuum in the core pipe above the core and suction of fluid from the bottom, it is necessary to accelerate the closing of the valve. For this, it is necessary that the ball instantly overcome the distance of 0.15 m recommended in [1] and block the seat channel. However, when the projectile rises, the liquid enters the core tube primarily through the side windows in the sludge-conducting tube located below the ball, since this does not interfere. This fluid flow and the small annular gap between the ball and the walls of the sludge conduit tube inhibit the fall of the ball of small mass. Therefore, not every projectile lift ensures that liquid enters the core tube from the bottom through the annular gap between its walls and the core and the core in the core tube is rubbed. Because of this, the flight is often stopped, and the projectile is lifted from the well.

Уменьшить давление жидкости на керн от скоростных сопротивлений выходу жидкости из колонковой трубы через канал седла клапана возможно путем увеличения диаметра канала, соответственно шара и шламоотводящей трубки. Однако при увеличении диаметра шара пропорционально диаметру в кубе увеличивается масса шара. Это неприемлемо, так как увеличивает давление жидкости на керн в колонковой трубе при открытии клапана.It is possible to reduce the pressure of the liquid on the core from high-speed resistance to the exit of liquid from the core pipe through the valve seat channel by increasing the diameter of the channel, respectively, of the ball and sludge discharge pipe. However, as the diameter of the ball increases, the mass of the ball increases in proportion to the diameter in the cube. This is unacceptable, since it increases the pressure of the fluid on the core in the core pipe when the valve is opened.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании конструкции керноприемного снаряда, позволяющей увеличить диаметры канала и стального шара клапана при одновременном уменьшении массы шара. Это существенно уменьшает давление жидкости на керн в колонковой трубе при расхаживании снаряда в процессе бурения.The essence of the proposed technical solution is to create a core-receiving shell design, which allows to increase the diameters of the channel and the steel ball of the valve while reducing the mass of the ball. This significantly reduces the pressure of the fluid on the core in the core pipe while pacing the shell during drilling.

Основной технический результат предлагаемой полезной модели состоит в повышении качества выбуриваемого керна за счет уменьшения гидравлических сопротивлений циркуляции жидкости в колонковом снаряде при расхаживании его в процессе бурения.The main technical result of the proposed utility model is to improve the quality of the core being drilled by reducing the hydraulic resistance of the fluid circulation in the core projectile while pacing it while drilling.

Технический результат достигается следующим образом. Предлагаемый колонковый снаряд для бурения с внутренней циркуляцией жидкости содержит колонковую трубу с буровой коронкой, переходник под The technical result is achieved as follows. The proposed core drill for drilling with internal circulation of the fluid contains a core pipe with a drill bit, an adapter for

колонну бурильных труб и шаровой клапан, включающий металлический корпус, седло с центральным сквозным каналом для прохода жидкости, шар из нержавеющей стали для перекрытия канала, шламопроводящую трубку с отверстиями в ее боковых стенках для выхода через них жидкости и шлама выбуриваемых пород в скважину.a drill pipe string and a ball valve including a metal body, a saddle with a central through channel for fluid passage, a stainless steel ball to block the channel, a sludge conduit with holes in its side walls to allow fluid and cuttings from the drilled rocks to enter the well.

Отличительные особенности предлагаемого колонкового снаряда состоят в том, что шар выполнен пустотелым, отверстия для выхода жидкости и шлама в скважину выполнены в боковых стенках корпуса клапана, внутренний диаметр корпуса клапана принят равным внутреннему диаметру колонковой трубы, диаметр канала седла клапана и наружный диаметр шара выбраны максимально возможными по надежности перекрытия канала шаром и движения шара вверх и вниз в корпусе клапана из условия равенства площади сечения канала седла и кольцевого зазора между шаром и внутренними стенками корпуса клапана.The distinctive features of the proposed core projectile are that the ball is hollow, the holes for the exit of fluid and sludge into the well are made in the side walls of the valve body, the inner diameter of the valve body is taken to be the inner diameter of the core tube, the diameter of the valve seat channel and the outer diameter of the ball are selected possible by the reliability of the channel overlapping by the ball and the ball moving up and down in the valve body from the condition that the saddle channel cross-sectional area and the annular gap between the ball and the inner walls of the valve body.

Отличительной особенностью предлагаемого колонкового снаряда является также то, что внутренний диаметр шара определяют по выражению, полученному из условия необходимой скорости падения шара в жидкостиA distinctive feature of the proposed core projectile is also that the inner diameter of the ball is determined by the expression obtained from the condition of the necessary rate of fall of the ball in the liquid

где d и D - внутренний и наружный диаметры шара соответственно, м.where d and D are the inner and outer diameters of the ball, respectively, m

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого колонкового снаряда во время подъема вверх при расхаживании; на фиг.2 - то же во время движения снаряда к забою и в процессе бурения; на фиг.3 - схема сил, действующих на шар клапана снаряда в начальный момент сброса его к забою. Стрелками с кривыми прерывистыми линиями на фиг.1 и фиг.2 условно показана схема циркуляции жидкости при расхаживании снаряда.Figure 1 shows a General view of the proposed core projectile during the climb up when pacing; figure 2 is the same during the movement of the projectile to the bottom and during drilling; figure 3 - diagram of the forces acting on the ball valve shell at the initial moment of dumping it to the bottom. Arrows with dashed lines in FIGS. 1 and 2 conventionally show a scheme of fluid circulation when a shell is walking around.

Предлагаемый колонковый снаряд для бурения с внутренней циркуляцией жидкости состоит из буровой породоразрушающей коронки 1, колонковой трубы 2, корпуса 3 клапана, седла 4 клапана с центральным сквозным каналом для прохода по нему жидкости, стального пустотелого The proposed core drill for drilling with internal fluid circulation consists of a rock cutting rock drill bit 1, core tube 2, valve body 3, valve seat 4 with a central through passage for fluid passage through it, steel hollow

шара 5, боковых отверстий 6 в стенках корпуса клапана для выхода через них шлама из снаряда в скважину, переходника 7 под бурильную колонну труб 8.ball 5, side holes 6 in the walls of the valve body to exit through them sludge from the projectile into the well, an adapter 7 under the drill pipe string 8.

Бурение предлагаемым снарядом осуществляют по схеме безнасосного бурения. Колонковый снаряд с шаровым клапаном опускают в скважину на колонне бурильных труб, вращают его и периодически расхаживают. В связи с конструктивными особенностями предлагаемого колонкового снаряда условия циркуляции жидкости в нем при его расхаживании отличаются от условий циркуляции жидкости в снаряде [1] и позволяют повысить качество получаемого при бурении керна, т.е. повысить эффективность бурения.Drilling the proposed shell is carried out according to the pump-free drilling scheme. A core projectile with a ball valve is lowered into the well on a drill pipe string, rotated and periodically paced. In connection with the design features of the proposed core projectile, the conditions for circulating fluid in it when it is paced differ from the conditions for circulating fluid in the apparatus [1] and can improve the quality of core obtained during drilling, i.e. increase drilling efficiency.

Во время подъема на колонне бурильных труб 8 колонкового снаряда от забоя скважины (фиг.1) шар 5 закрывает канал седла 4 клапана. При этом внутри колонковой трубы 2 над керном уменьшается давление жидкости и из наружного кольцевого зазора между стенками скважины и снарядом в колонковую трубу 2 перемещается (засасывается) жидкость, которая вовлекает с собой с забоя выбуренные частицы породы, омывает и охлаждает буровую коронку 1. Во время сбрасывания снаряда к забою скважины (фиг.2) шар 5 под давлением находящейся в колонковой трубе 2 жидкости поднимается вверх и клапан открывается.During the lifting on the string of drill pipes 8 of the core drill from the bottom of the well (Fig. 1), ball 5 closes the channel of the valve seat 4. In this case, the fluid pressure decreases inside the core pipe 2 above the core and from the outer annular gap between the borehole walls and the projectile, the fluid moves (is sucked) into the core pipe 2, which involves drilling rock particles from the bottom, washes and cools the drill bit 1. During dropping the projectile to the bottom of the well (figure 2), the ball 5 rises up under the pressure of the liquid located in the core pipe 2 and the valve opens.

Отличия условий циркуляции жидкости при бурении предлагаемым колонковым снарядом следующие. При сбрасывании снаряда на забой в первый момент после открытия канала седла 4 клапана шар 5 поднимается не выше боковых отверстий 6 в стенках корпуса 3 и не доходит до переходника 7, который может выполнять заодно функции ограничителя хода шара вверх. Отличие условий также в том, что после сброса снаряда на забой уже в начале работы буровой коронки 1 на забое шар 5 приспускается вниз и удерживается потоком выходящей из колонковой трубы 2 жидкости на небольшом удалении от седла 4 клапана. При очередном подъеме снаряда от забоя шар 5 из такого положения мгновенно опускается в седло 4 и перекрывает канал клапана. Мгновенному опусканию шара 5 в седло 4 при подъеме колонкового снаряда от забоя способствуют: малое расстояние The differences in the conditions of fluid circulation during drilling with the proposed core drill are as follows. When dropping a projectile to the bottom at the first moment after opening the channel of the valve seat 4, the ball 5 rises no higher than the side holes 6 in the walls of the housing 3 and does not reach the adapter 7, which can at the same time perform the functions of the ball limiter up. The difference is also in the fact that after the discharge of the projectile to the bottom, already at the beginning of the drill bit 1 at the bottom, the ball 5 is lowered and held by the flow of liquid exiting the core pipe 2 at a small distance from the valve seat 4. The next time the projectile rises from the bottom, the ball 5 from this position instantly lowers into the seat 4 and closes the valve channel. Instantly lower the ball 5 into the saddle 4 when lifting the core projectile from the bottom contribute to: a small distance

между шаром и седлом, давление на шар потока жидкости из скважины через находящиеся выше него боковые окна 6 корпуса клапана в колонковую трубу и большая, чем у прототипа, скорость падения шара в жидкости.between the ball and the seat, the pressure on the ball of fluid flow from the well through the side windows 6 of the valve body located above it into the core pipe and the velocity of the ball falling in the liquid is greater than that of the prototype.

Названные отличия обусловлены тем, что в предлагаемом снаряде существенно увеличены: а) диаметр канала седла 4; б) площадь кольцевого сечения между шаром 5 и внутренними стенками корпуса 3 клапана; в) наружный диаметр и скорость падения шара в жидкости при одновременном поддержании необходимой массы шара за счет выполнения его пустотелым.These differences are due to the fact that in the proposed projectile significantly increased: a) the diameter of the channel of the saddle 4; b) the area of the annular section between the ball 5 and the inner walls of the valve body 3; c) the outer diameter and the rate of incidence of the ball in the liquid while maintaining the necessary mass of the ball by making it hollow.

Увеличение диаметра канала седла 4 и кольцевого зазора между шаром 5 и корпусом 3 клапана уменьшает скоростные сопротивления движению основной части жидкости со шламом из колонковой трубы 2 через канал седла 4, кольцевой зазор между шаром 5 и внутренними стенками корпуса 3 клапана и далее через боковые отверстия 6 в корпусе 3 клапана в скважину. Это существенно уменьшает давление жидкости на керн 9 в колонковой трубе 2 и повышает качество получаемого керна.Increasing the diameter of the channel of the seat 4 and the annular gap between the ball 5 and the valve body 3 reduces the speed resistance to movement of the main part of the liquid with slurry from the core pipe 2 through the channel 4 of the seat, the annular gap between the ball 5 and the inner walls of the valve body 3 and then through the side holes 6 in the valve body 3 into the well. This significantly reduces the pressure of the liquid on the core 9 in the core pipe 2 and improves the quality of the obtained core.

Выполнение шара 5 пустотелым позволяет увеличить его наружный диаметр до размеров, необходимых для перекрытия увеличенного диаметра канала седла 4. Массу пустотелого шара 5 при увеличении его наружного диаметра увеличивают до предела, обеспечивающего необходимую и несколько большую, чем у прототипа, скорость падения шара в жидкости. При этом внутренний диаметр шара выбран таким, что удельная масса шара (приходящаяся на единицу площади канала седла 4) меньше, чем у снаряда [1]. Соответственно меньше давление жидкости на керн в колонковой трубе при открытии клапана и выбуриваемый керн получают лучшего качества.The execution of the ball 5 hollow allows you to increase its outer diameter to the size necessary to overlap the increased diameter of the channel of the seat 4. The mass of the hollow ball 5 with an increase in its outer diameter is increased to a limit that provides the necessary and somewhat greater than the prototype, the speed of the ball in the liquid. Moreover, the inner diameter of the ball is chosen such that the specific gravity of the ball (per unit area of the channel of the saddle 4) is less than that of the projectile [1]. Accordingly, there is less fluid pressure on the core in the core pipe when the valve is opened and the core being drilled get better quality.

Возможность выполнения предлагаемого колонкового снаряда с использованием перечисленных отличительных особенностей и достижения заявленного технического результата подтверждаются теоретически.The ability to perform the proposed core projectile using the above distinctive features and achieve the claimed technical result are confirmed theoretically.

При сбрасывании колонкового снаряда на забой скважины в колонковой трубе 2 над керном возникает избыточное давление p жидкости, необходимое для открытия шарового клапана и выхода жидкости из When the core projectile is dropped to the bottom of the well in the core pipe 2 above the core, an excess fluid pressure p occurs, which is necessary to open the ball valve and exit the fluid

колонковой трубы (фиг.3). Давление p создает силу давления F жидкости в колонковой трубе 2 на шар 5 через канал диаметром dc седла 4 клапанаcore pipe (figure 3). The pressure p creates the pressure force F of the liquid in the core pipe 2 on the ball 5 through the channel with a diameter d c of the valve seat 4

Для подъема шара необходимо соблюдение условияTo raise the ball, the conditions must be met

где М - масса шара, кг;where M is the mass of the ball, kg;

F1 - сила давления столба жидкости в скважине над шаром, прижимающая его к седлу клапана, Н;F 1 - pressure force of a liquid column in the well above the ball, pressing it to the valve seat, N;

F2 - сила давления столба жидкости в скважине под шаром выше седла клапана, выталкивающая шар из седла, Н.F 2 - pressure force of the liquid column in the well under the ball above the valve seat, pushing the ball out of the seat, N.

Масса сплошного (цельного) шара диаметром D равнаThe mass of a solid (solid) ball of diameter D is

где ρм - плотность материала шара, кг/м3.where ρ m is the density of the material of the ball, kg / m 3 .

Силы давления на шар столба жидкости высотой Н в скважинеPressure forces on a ball of a liquid column with a height N in a well

где ρ - плотность столба жидкости, кг/м3.where ρ is the density of the liquid column, kg / m 3 .

Подставив (3), (5), (6) и (7) в (4) и решив его относительно p, получаютSubstituting (3), (5), (6) and (7) into (4) and solving it with respect to p, we obtain

Уменьшение величины ρ по выражению (8) практически возможно только за счет изменения величин ρм, D и dc. Принципиально шар может быть изготовлен из металлов различной плотности и полимеров. В зашламованной среде надежнее всего работает шар из нержавеющей стали. Поверхность шаров из более легких металлов и пластмасс при работе в зашламованной среде царапается, и они быстро выходят из строя.A decrease in ρ by expression (8) is practically possible only by changing the values of ρ m , D and d c . Fundamentally, a ball can be made of metals of various densities and polymers. In a slurry environment, a stainless steel ball works best. The surface of balls made of lighter metals and plastics is scratched when working in a slurry environment, and they quickly fail.

Из выражения (8) следует, что давление p уменьшается пропорционально увеличению диаметра dc канала седла клапана в квадрате. Это хорошо, так как соответствует одной из отличительных особенностей From the expression (8) it follows that the pressure p decreases in proportion to the increase in the diameter d c of the valve seat channel squared. This is good, as it corresponds to one of the distinguishing features

предложенной полезной модели. Однако с увеличением диаметра канала седла соответственно увеличивается диаметр шара (причем, D больше dc). A так как в выражении (8) диаметр шара в кубе, а диаметр канала седла в квадрате, то получается, что с увеличением dc значение p увеличивается. Но это справедливо при использовании цельного шара. Одна из отличительных особенностей предложенного технического решения в том, что шар выполнен пустотелым. Масса пустотелого шара равнаproposed utility model. However, with an increase in the diameter of the seat channel, the diameter of the ball increases accordingly (moreover, D is greater than d c ). A, since in the expression (8) the diameter of the ball is in the cube, and the diameter of the saddle channel is squared, it turns out that with increasing d c the value of p increases. But this is true when using a solid ball. One of the distinguishing features of the proposed technical solution is that the ball is made hollow. The mass of the hollow ball is

Подставив (3), (6), (7) и (9) в (4) и решив его относительно p, получаютSubstituting (3), (6), (7) and (9) into (4) and solving it with respect to p, we obtain

В предлагаемом колонковом снаряде при закрытии клапана шар погружается в седло на половину своего диаметра. Это обеспечивает устойчивое положение шара в седле в процессе извлечения колонкового снаряда из скважины. Чтобы находящиеся в жидкости частицы шлама не осаждались на поверхности седла и не препятствовали надежному закрытию клапана шаром, седло выполняют с большим наклоном его сферической поверхности. Для этого наружный диаметр D шара превышает диаметр канала dc седла клапана примерно на 0,006 мIn the proposed core projectile, when the valve is closed, the ball plunges into the saddle to half its diameter. This ensures a stable position of the ball in the saddle during the extraction of the core projectile from the well. So that the particles of sludge in the liquid do not settle on the surface of the seat and do not interfere with reliable closure of the valve with a ball, the seat is made with a large slope of its spherical surface. For this, the outer diameter D of the ball exceeds the diameter of the channel d c of the valve seat by approximately 0.006 m

Размеры всех элементов колонкового снаряда в (11) и везде в тексте в метрах.The dimensions of all the elements of the core shell in (11) and everywhere in the text in meters.

Диаметр канала dc выполняют максимально допустимым и разным в зависимости от внутреннего диаметра Dk корпуса клапана и колонковой трубы соответственно. При этом скорость и сопротивления движению жидкости через канал седла минимальные. Рациональный диаметр канала dc седла клапана определяют из условия, что площади поперечного сечения канала седла и кольцевого зазора между шаром и внутренними стенками корпуса клапана равны или отличаются весьма незначительно. При этом скорость движения жидкости в кольцевом зазоре не будет выше, чем The diameter of the channel d c perform the maximum allowable and different depending on the internal diameter D k of the valve body and core pipe, respectively. At the same time, the speed and resistance to fluid movement through the seat channel are minimal. The rational diameter of the channel d c of the valve seat is determined from the condition that the cross-sectional area of the channel of the seat and the annular gap between the ball and the inner walls of the valve body are equal or differ very slightly. In this case, the fluid velocity in the annular gap will not be higher than

скорость ее выхода из канала седла, шар в процессе бурения опустится близко к седлу и займет положение ниже боковых окон в корпусе клапана (фиг.2). При подъеме снаряда от забоя шар мгновенно опустится в седло из-за малого расстояния между ними, а также под напором жидкости, устремляющейся из скважины в колонковую трубу через находящиеся выше шара боковые окна в корпусе клапана.the speed of its exit from the channel of the seat, the ball during drilling will fall close to the seat and take a position below the side windows in the valve body (figure 2). When the projectile rises from the bottom, the ball instantly lowers into the saddle due to the small distance between them, as well as under the pressure of the fluid rushing from the well into the core pipe through the side windows in the valve body located above the ball.

Из условия равенства площадей сечений канала седла и кольцевого зазора между шаром и стенками корпуса клапана, а также с учетом соотношения (11), диаметр канала седла клапана определяют из выраженияFrom the condition of equality of the cross-sectional areas of the channel of the seat and the annular gap between the ball and the walls of the valve body, and also taking into account relation (11), the diameter of the channel of the valve seat is determined from the expression

Вычислив по (12) значение dc и прибавив к нему 0,006 м согласно (11), получают значение наружного диаметра D шара. Аналогичное значение D вычисляют по выражению, получаемому после подстановки (12)в(11)After calculating the value of d c from (12) and adding to it 0.006 m according to (11), the value of the outer diameter D of the ball is obtained. A similar value of D is calculated from the expression obtained after substituting (12) in (11)

При уже известном наружном диаметре D шара величина внутреннего диаметра d его влияет на прочность, массу, и соответственно, скорость падения шара в жидкости, и величину ее давления в колонковой трубе в процессе падения снаряда на забой и подъема шара при открывании клапана.With the already known outer diameter D of the ball, the value of the inner diameter d of it affects the strength, mass, and, accordingly, the rate of fall of the ball in the liquid, and its pressure in the core tube during the fall of the projectile to the bottom and the lifting of the ball when the valve is opened.

Прочность стального шара любого диаметра при безнасосном бурении обеспечивается при толщине стенки более 0,003 м. Скорость падения шара в жидкости зависит от плотности жидкости, массы и размеров шара. Масса пустотелого шара зависит от его наружного и внутреннего диаметров. Чем больше масса шара, тем больше скорость его падения и закрытия клапана.The strength of a steel ball of any diameter during non-pumping drilling is provided with a wall thickness of more than 0.003 m. The speed of a ball falling in a fluid depends on the density of the fluid, the mass and size of the ball. The mass of a hollow ball depends on its outer and inner diameters. The greater the mass of the ball, the greater the speed of its fall and valve closure.

Скорости падения шарообразных тел в жидкостях и растворах определяют по известной формуле Риттингера [4, с.298; 5, с.248]The falling velocity of spherical bodies in liquids and solutions is determined by the well-known Rittinger formula [4, p. 5, p.248]

где с - коэффициент сопротивления движению шара в жидкости;where c is the coefficient of resistance to the movement of the ball in the liquid;

К=5,11 - коэффициент [5, с.248], м0,5/с;K = 5.11 - coefficient [5, p. 248], m 0.5 / s;

ρш - усредненная плотность пустотелого шара, кг/м3;ρ W - the average density of the hollow ball, kg / m 3 ;

ρ - плотность жидкости, кг/м3.ρ is the density of the liquid, kg / m 3 .

Усредненная плотность пустотелого шара равнаThe average density of a hollow ball is

где ρм - плотность материала шара, кг/м3 (плотность стали ρм=7850 кг/м3).where ρ m is the density of the ball material, kg / m 3 (steel density ρ m = 7850 kg / m 3 ).

В колонковом снаряде [1] скорость падения цельнометаллических шаров диаметрами от 0,026 до 0,036 м и считается достаточной. Но чем больше скорость падения шара, тем лучше, так как быстрее закрывается клапан. Поэтому в предлагаемом колонковом снаряде скорость падения пустотелого шара в жидкости ограничивают скоростью падения цельнометаллического шара диаметром 0,04 м, для которогоIn a core projectile [1], the rate of fall of all-metal balls with diameters from 0.026 to 0.036 m is considered sufficient. But the greater the speed of the ball falling, the better, since the valve closes faster. Therefore, in the proposed core projectile, the rate of fall of a hollow ball in a liquid is limited by the rate of fall of an all-metal ball with a diameter of 0.04 m, for which

Подставив (15) в (14) и приравняв полученное с (16) (из необходимости равенства скоростей падения шара цельнометаллического диаметром 0,04 м и пустотелого), находят, что при плотности жидкости ρ=1150 кг/м3, соответствующей или очень близкой ее фактическому значению в скважине,Substituting (15) into (14) and equating that obtained with (16) (because of the necessity of equal falling velocities of an all-metal ball with a diameter of 0.04 m and a hollow one), we find that at a fluid density ρ = 1150 kg / m 3 corresponding to or very close its actual value in the well,

По обоснованным и приведенным выше математическим выражениям вычисляют параметры элементов шарового клапана предлагаемого снаряда с использованием колонковой трубы любого диаметра, необходимого для бурения с внутренней призабойной циркуляцией жидкости.Based on the justified and above mathematical expressions, the parameters of the ball valve elements of the proposed projectile are calculated using a core pipe of any diameter required for drilling with internal bottom-hole fluid circulation.

ПРИМЕР. Определить основные параметры элементов шарового клапана предлагаемого снаряда и сравнить его с прототипом по величине давления жидкости на керн, которое может возникать в колонковых трубах диаметрами 0,108/0,099 м снарядов в процессе их расхаживания. Основные параметры элементов прототипа: диаметр канала седла клапана 0,028 м; диаметр стального цельнометаллического шара 0,036 м.EXAMPLE. Determine the basic parameters of the ball valve elements of the proposed projectile and compare it with the prototype by the magnitude of the fluid pressure on the core, which can occur in core pipes with diameters of 0.108 / 0.099 m of shells during their walk. The main parameters of the elements of the prototype: the diameter of the channel of the valve seat 0,028 m; the diameter of the steel all-metal ball is 0.036 m.

РЕШЕНИЕ дано со ссылками на полученные математические выражения.The DECISION is given with reference to the obtained mathematical expressions.

1. Для снаряда с равными внутренними диаметрами dk=0,099 м колонковой трубы и корпуса клапана по формуле (12) вычисляют диаметр канала седла1. For a projectile with equal internal diameters d k = 0,099 m of the core pipe and valve body, the diameter of the seat channel is calculated by the formula (12)

2. По выражению (11) или (13) определяют необходимый наружный диаметр шара 2. By the expression (11) or (13) determine the required outer diameter of the ball

3. Проверяют равенство площадей канала седла и зазора между стенками корпуса клапана и шаром .3. Check the equality of the area of the channel of the seat and the gap between the walls of the valve body and the ball .

4. По выражению (17) вычисляют необходимый внутренний диаметр шара4. By the expression (17) calculate the required inner diameter of the ball

5. Для сравнения снарядов предлагаемого и прототипа по качеству керна давление жидкости на керн в колонковых трубах этих снарядов определяют по первым членам справа выражений (10) и (8) соответственно, так как параметры шарового клапана влияют на значения только этого члена. Обозначив давления жидкости по первым членам выражений (8) и (10) через p1, вычисляют величины давлений на керн в колонковых трубах:5. To compare the shells of the proposed and the prototype by the quality of the core, the fluid pressure on the core in the core tubes of these shells is determined by the first terms on the right of expressions (10) and (8), respectively, since the parameters of the ball valve affect the values of only this member. Denoting the fluid pressure by the first terms of expressions (8) and (10) through p 1 , calculate the pressure on the core in the core pipes:

а) прототипа по первому члену справа выражения (8)a) the prototype of the first term on the right of the expression (8)

б) предлагаемого снаряда по первому члену справа выражения (10)b) the proposed projectile for the first term on the right of the expression (10)

Вычисленные значения давлений р1 показывают, что при использовании предлагаемого колонкового снаряда давление жидкости в колонковых трубах на керн, возникающее при открытии шарового клапана, меньше, чем при использовании снаряда прототипа. Это положительно. Однако главное достоинство предлагаемого колонкового снаряда в том, что при увеличении диаметра канала седла клапана существенно уменьшаются скоростные местные сопротивления движению жидкости через канал седла.The calculated values of the pressures p 1 show that when using the proposed core projectile, the pressure of the liquid in the core pipes on the core that occurs when the ball valve is opened is less than when using the prototype projectile. This is positive. However, the main advantage of the proposed core projectile is that with an increase in the diameter of the channel of the valve seat, the local local resistance to fluid movement through the channel of the seat decreases significantly.

Значение скоростного сопротивления истечению жидкости через канал седла клапана прототипа, вычисленное ранее по выражению (1), больше чем в сто раз превосходит вычисленное по выражению (8) сопротивление, возникающее при подъеме шара прототипа. Предлагаемый колонковый снаряд по сравнению с прототипом позволяет в десятки и сотни раз уменьшить скоростные местные сопротивления истечению жидкости через канал седла шарового клапана. Это подтверждают данные таблицы.The value of the velocity resistance to the outflow of fluid through the channel of the valve seat of the prototype, previously calculated by the expression (1), is more than a hundred times greater than the resistance calculated by the expression (8) that occurs when the prototype ball rises. The proposed core projectile in comparison with the prototype allows tens and hundreds of times to reduce local high-speed resistance to fluid flow through the channel of the ball valve seat. This is confirmed by the data table.

Сравниваемые показателиCompared Indicators Внутренний диаметр шламоотводящей трубки* и корпуса клапана - DK, 10-3 мInner diameter of sludge outlet tube * and valve body - D K , 10 -3 m 40* [1]40 * [1] 9999 118118 137137 Диаметр, 10-3 м:Diameter, 10 -3 m: dc - канала седлаd c - saddle channel 30thirty 6767 8080 9494 D - шара (наружный)D - ball (outer) 3636 7373 8686 100one hundred d - шара (внутренний)d - ball (inner) 00 5353 6666 8080 Толщина стенки шара, 10-3 мBall wall thickness, 10 -3 m сплошнойsolid 1010 1010 1010 Усредненная плотность шара ρш, кг/м3 The average density of the ball ρ W , kg / m 3 78507850 48464846 43024302 38313831 Масса шара, кгBall mass, kg 0,190.19 0,980.98 1,431.43 2,002.00 Площадь, 10-5 м2:Area, 10 -5 m 2 : канала седлаsaddle channel 70,770.7 352,4352.4 502,4502.4 693,6693.6 зазора между корпусом клапана и шаромclearance between valve body and ball 23,923.9 351,1351.1 512,5512.5 688,4688.4 Скорость падения шара, м/сBall fall rate, m / s 2,342,34 2,482.48 2,482.48 2,472.47 Сопротивления p1 открытию клапана, кПаResistance p 1 to valve opening, kPa 3,063.06 2,752.75 2,802.80 2,832.83 Кратность уменьшения скоростных сопротивлений (в сравнении с прототипом *[1])The frequency reduction rate of resistance (in comparison with the prototype * [1]) 1one 24,8824.88 50,5750.57 96,3996.39

В таблице даны конструктивные параметры основных элементов шарового клапана прототипа (отмечен знаком *) и предлагаемого колонкового снаряда и возникающие в процессе бурения ими важные технологические параметры.The table shows the design parameters of the main elements of the prototype ball valve (marked with *) and the proposed core projectile and important technological parameters that arise during the drilling process.

Все параметры элементов шарового клапана предлагаемого снаряда и возникающие при бурении им технологические параметры вычислены по приведенным математическим выражениям, которые получены с учетом конструктивных отличительных особенностей предлагаемого снаряда.All the parameters of the ball valve elements of the proposed projectile and the technological parameters arising from drilling are calculated using the given mathematical expressions, which are obtained taking into account the design distinctive features of the proposed projectile.

Незначительные расхождения в приведенных в таблице значениях площади канала седла и площади кольцевого зазора между внутренними стенками корпуса клапана и шаром обусловлены округлением значений параметров элементов клапана при их вычислениях с точностью до сотых, десятых и даже целых единиц. Однако эти расхождения не существенны и не влияют на эффективность работы предлагаемого колонкового снаряда с вычисленными параметрами. Например, предлагаемый колонковый снаряд уменьшает скоростные сопротивления истечению жидкости из колонковой трубы диаметрами 0,146/0,137 м через канал седла клапана в 96,36 раз по сравнению с прототипом, оснащенным колонковой трубой тех же диаметров. И это при том, что приведенная в таблице площадь канала седла клапана предлагаемого колонкового снаряда с колонковой трубой диаметрами 0,146/0,137 м на 0,000052 м2 больше площади кольцевого зазора между внутренними стенками корпуса клапана и шаром.Slight discrepancies in the values of the seat channel area and the annular gap area between the inner walls of the valve body and the ball given in the table are due to the rounding of the values of the valve element parameters during their calculations to the nearest hundredth, tenths and even whole units. However, these discrepancies are not significant and do not affect the performance of the proposed core projectile with the calculated parameters. For example, the proposed core projectile reduces the flow resistance to the outflow of liquid from the core pipe with diameters of 0.146 / 0.137 m through the valve seat channel by 96.36 times compared with the prototype equipped with a core pipe of the same diameters. This despite the fact that given in Table valve seat area of the channel of the proposed core shell with core barrel diameters of 0.146 / 0.137 m 0.000052 m 2 greater than the area of the annular gap between the inner walls of the valve housing and ball.

Как видно из таблицы, увеличение диаметров канала седла клапана и шара, увеличение площади кольцевого зазора между внутренними стенками корпуса клапана и шаром до значения, равного или близкого площади канала седла, выполнение шара пустотелым с внутренним диаметром, вычисляемым по предложенному математическому выражению, позволяют: уменьшить сопротивления открытию клапана и в десятки раз уменьшить скоростные местные сопротивления движению жидкости через канал седла шарового клапана; увеличить скорость падения шара и скорость закрытия клапана.As can be seen from the table, increasing the diameter of the channel of the valve seat and ball, increasing the area of the annular gap between the inner walls of the valve body and the ball to a value equal to or close to the area of the channel of the seat, making the ball hollow with an internal diameter calculated by the proposed mathematical expression, allows you to: resistance to the opening of the valve and to reduce by ten times the local high-speed resistance to fluid movement through the channel of the ball valve seat; increase ball falling speed and valve closing speed.

Использование предлагаемого колонкового снаряда с внутренней циркуляцией жидкости по сравнению с известным колонковым снарядом, принятым в качестве прототипа, при бурении повышает:The use of the proposed core projectile with internal fluid circulation compared with the known core projectile adopted as a prototype, when drilling increases:

а) качество получаемого керна, так как уменьшает давление на него жидкости, находящейся в колонковой трубе снаряда;a) the quality of the obtained core, as it reduces the pressure on it of the liquid in the core tube of the projectile;

б) скорость открытия и закрытия шарового клапана из-за уменьшения гидравлических сопротивлений подъему шара и нахождения его на близком расстоянии от седла клапана при работе буровой коронки на забое скважины;b) the speed of opening and closing the ball valve due to the reduction of hydraulic resistance to lifting the ball and finding it at a close distance from the valve seat when the drill bit is working on the bottom of the well;

в) надежность циркуляции жидкости в колонковом снаряде, в том числе между внутренними стенками колонковой трубы и керном, по причине повышения скорости открытия и закрытия шарового клапана;c) the reliability of the fluid circulation in the core projectile, including between the inner walls of the core pipe and the core, due to an increase in the speed of opening and closing of the ball valve;

г) длину рейса в связи с улучшением циркуляции жидкости и уменьшением причин для самопроизвольной затирки керна в колонковой трубе.g) the length of the flight in connection with the improvement of fluid circulation and a decrease in the reasons for spontaneous grouting of the core in the core tube.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Волков С.А., Сулакшин С.С., Андреев А.А. Буровое дело. - М.: Недра, 1965, с.287-296, рис.219 (прототип).1. Volkov S.A., Sulakshin S.S., Andreev A.A. Drilling business. - M .: Nedra, 1965, p. 287-296, Fig. 219 (prototype).

2. Волков А.С., Волокитенков А.А. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости. - М.: Недра, 1970, с.104-106, рис.41 (аналог).2. Volkov A.S., Volokitenkov A.A. Drilling of wells with reverse circulation of flushing fluid. - M .: Nedra, 1970, pp. 104-106, Fig. 41 (analogue).

3. Шолохов Л.Г., Бажутин А.Н. Глубинный насос. А.с. №185794, опубл. БИ №18, 1966 (аналог).3. Sholokhov L.G., Bazhutin A.N. Deep pump. A.S. No. 185794, publ. BI No. 18, 1966 (analogue).

4. Маковей Н. Гидравлика бурения. Пер. с рум. - М.: Недра, 1986.4. Macovei N. Hydraulics of drilling. Per. with the room. - M .: Nedra, 1986.

5. Воздвиженский Б.И. Буровая механика. - М.: Госгеолиздат, 1949.5. Vozdvizhensky B.I. Drilling mechanics. - M.: Gosgeolizdat, 1949.

6. Чугаев P.P. Гидравлика. - Л.: Энергия, 1970.6. Chugaev P.P. Hydraulics. - L .: Energy, 1970.

Claims (2)

1. Колонковый снаряд для бурения с внутренней циркуляцией жидкости, содержащий колонковую трубу с буровой коронкой, переходник под колонну бурильных труб и шаровой клапан, включающий металлический корпус, седло с центральным сквозным каналом для прохода жидкости, шар из нержавеющей стали для перекрытия канала, шламопроводящую трубку с отверстиями в ее боковых стенках для выхода через них жидкости и шлама выбуриваемых пород в скважину, отличающийся тем, что шар выполнен пустотелым, отверстия для выхода жидкости и шлама в скважину выполнены в боковых стенках корпуса клапана, внутренний диаметр корпуса клапана принят равным внутреннему диаметру колонковой трубы, диаметр канала седла клапана и наружный диаметр шара выбраны максимально возможными из условия минимизации сопротивлений выходу жидкости из колонковой трубы и наружный диаметр шара определяют из условия равенства площади сечения канала седла и площади сечения кольцевого зазора между шаром и внутренними стенками корпуса клапана по выражению1. A core drill for drilling with internal fluid circulation, comprising a core tube with a drill bit, an adapter for a drill pipe string and a ball valve including a metal housing, a seat with a central through channel for fluid passage, a stainless steel ball to block the channel, a slurry conduit with holes in its side walls for the exit of fluid and sludge from the drilled rocks into the well through them, characterized in that the ball is hollow, the holes for the exit of fluid and sludge into the well are s in the side walls of the valve body, the inner diameter of the valve body is taken to be equal to the inner diameter of the core pipe, the diameter of the valve seat channel and the outer diameter of the ball are selected as high as possible from the condition of minimizing the resistance to liquid outlet from the core pipe and the outer diameter of the ball is determined from the condition of equal section area of the saddle channel and the cross-sectional area of the annular gap between the ball and the inner walls of the valve body according to the expression
Figure 00000001
Figure 00000001
где D - наружный диаметр шара, м;where D is the outer diameter of the ball, m; Dk - внутренний диаметр корпуса клапана и колонковой трубы, м.D k - the inner diameter of the valve body and core pipe, m
2. Колонковый снаряд для бурения с внутренней циркуляцией жидкости по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр шара определяют по выражению, полученному из условия необходимой скорости падения шара в жидкости2. A core drill for drilling with internal fluid circulation according to claim 1, characterized in that the inner diameter of the ball is determined by the expression obtained from the condition for the required rate of fall of the ball in the fluid
Figure 00000002
Figure 00000002
где d и D - внутренний и наружный диаметры шара соответственно, м.
Figure 00000003
where d and D are the inner and outer diameters of the ball, respectively, m
Figure 00000003
RU2008128273/22U 2008-07-14 2008-07-14 CORE DRILLING DRILL WITH INTERNAL LIQUID CIRCULATION RU78255U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008128273/22U RU78255U1 (en) 2008-07-14 2008-07-14 CORE DRILLING DRILL WITH INTERNAL LIQUID CIRCULATION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008128273/22U RU78255U1 (en) 2008-07-14 2008-07-14 CORE DRILLING DRILL WITH INTERNAL LIQUID CIRCULATION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU78255U1 true RU78255U1 (en) 2008-11-20

Family

ID=40241761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008128273/22U RU78255U1 (en) 2008-07-14 2008-07-14 CORE DRILLING DRILL WITH INTERNAL LIQUID CIRCULATION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU78255U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654928C2 (en) * 2013-03-01 2018-05-23 Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб Release valve used in inner tube assembly for use with core barrel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654928C2 (en) * 2013-03-01 2018-05-23 Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб Release valve used in inner tube assembly for use with core barrel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108412435A (en) A kind of multi-cycle runner well system and drilling technology for big size hole hard rock drilling well
CN111155929B (en) Coal mine underground water hole prevention and control high-water-pressure water jacking directional drilling tool and drilling method
CN106150409B (en) A kind of huge discharge continous way underground sand removal de-plugging tubing string and sand removal de-plugging process
CN108590742A (en) Reducing reaming improves the mine gas extraction system and method for gas extraction concentration
CN108104749A (en) Sandstone geothermal well gas lift reverse circulation sand-flushing Processes and apparatus
CN108731289A (en) A kind of closed equivalent water intaking of earth source heat pump also water system
CN102287358A (en) Long-plunger type dual-barrel coal-dust resistant discharging and extracting pump
CN202031542U (en) Bailing device for oil well
RU78255U1 (en) CORE DRILLING DRILL WITH INTERNAL LIQUID CIRCULATION
RU2377387C1 (en) Core equipment for rotary boring with internal bottomhole liquid circulation
CN1807769A (en) Screw pile forming device and forming method
CN205089211U (en) Single large-diameter reverse circulation air hammer for oil and gas drilling
CN203412535U (en) Drilling fluid shunt device for starting or stopping pump through multiple steps
CN206016790U (en) Limited level discontinuous Double helix shaft bottom sand liquid mixture tubing string
CN104594809A (en) Forward screwing impacting-expanding drill tool structure and full screw impacted-expanded pile forming construction method
CN204877422U (en) Porous spherically seated sliding sleeve does not have throttle sand jet
CN106150469A (en) Limited level discontinuous Double helix shaft bottom sand liquid mixture tubing string
CN207905745U (en) Sandstone geothermal well gas lift reverse circulation sand-flushing equipment
CN107905765A (en) Drive plash proof valve in one kind top
CN207110960U (en) Churn drilling tools and the percussive drill with the churn drilling tools
CN108425650A (en) The online regulation device of drilling fluid density
CN211596762U (en) Telescopic spiral soil-squeezing drill bit device
CN110425004B (en) Suspension type guide device for paste filling underwater goaf and construction method
CN211230399U (en) Shale gas composite discharging and mining process pipe column
CN110644483B (en) Bridge underwater pile foundation construction device

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20100715