SU1752925A1 - Колонковый набор - Google Patents

Abstract

Использование: устройства дл  ликвидации самозаклинивани  керна при бурении снар дами со съемными керноприемниками„ Сущность изобретени : 2 устройство содержит наружную колонковую трубу с буровой коронкой в нижней части. Съемный керноприемник имеет головку-фиксатор в верхней части, керноприемную.трубу и размещенный между ними вибратор. Вибратор выполнен в виде корпуса, подпружиненного штока с осевым и радиальными каналами и клапана. Шток контактирует своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью корпуса. Верхний торец штока выполнен с наружным диаметром, меньшим его наружного диаметра в основной части. Клапан подпружинен относительно корпуса. Корпус размещен с возможностью воз- вратно-поступательного перемещени  с относительно головки-фиксатора, 1 ил. Ј Ј

Description

Изобретение относитс  к буровой технике и касаетс  средств дл  бурени  скважин с отбором керна, а точнее к устройствам дл  ликвидации самозаклинивани  керна при бурении снар дами со съемным керноприемником (ССК).

Известен колонковый снар д со съемным гидроударником, включающий наружную колонковую трубу, буровую коронку, поршень-боек, взаимодействующий с клапаном и наковальней, и керноприемную трубу.

Недостатком этого снар да  вл етс  то, что при передаче ударных импульсов от поршн -бойка на наковальню и затем на керноприемную трубу

з.р етс  значительна  часть энергии гидроударника, В результате снижаетс  эффективность его воздействи  на кер- новую пробу.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  колонковый набор, содержащий наружную колонковую трубу с буровой коронкой и съемный керноприемник с головкой-фиксатором, кернопри- емной трубой и размещенным между ними вибратором в виде корпуса, подпружиненного штока с осевым и радиальным каналами, контактирующий сйо- ей наружной поверхностью в основной части с внутренней поверхностью уступа корпуса, и клапана, подпружиненного относительно последнего и

VI

сл

NJ О hO

сл

размещенного с возможностью взаимодействи  с верхним торцом штока. Устройство решает проблему увеличени  эффективности воздействи  гидроудар- ной машины на керновую пробу за счет жесткого соединени  керноприемной трубы с поршнем-бойком.

Недостатком устройства  вл етс  TO, что при самозаклинивании керна гидроударна  машина не функционирует так как нанесение ударных импульсов по керноприемной трубе возможна только при колебательных движени х последней . Кроме того, больша  масса керноприемной трубы, выполн ющей рол бойка в гидроударной машине, преп тствует увеличению частоты ее колебаний , необходимому дл  существенного снижени  веро тности самозаклинивани  керна.

Цель изобретени  - повышение эффективности , надежности и упрощение конструкции„

Указанна  цель достигаетс  тем, что в колонковом наборе, содержащем наружную колонковую трубу с буровой коронкой в нижней части и съемный керноприемник с головкой-фиксатором в верхней части, керноприемной трубой и размещенным между ними вибратором в виде корпуса, подпружиненного штока с осевым и радиальными каналами, контактирующего своей наружной поверхностью в основной части с внутренней поверхностью корпуса , и клапана, подпружиненного относительно последнего и размещенного с возможностью/взаимодействи  с верхним торцом штока, корпус размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещени  относительно головки-фиксатора, верхний торец штока выполнен с наружным диаметром d, меньшим его наружного диаметра в основной части, и определ емым соотношением

)

где D - наружный диаметр основной

части штока;

h - ход клапана со штоком; GUIT жесткость пружин клапана

и штока ,

, Рыт - усилие поджати  пружин клапана и штока,

КА

Кл

а сумма площадей осевого и радиального каналов определ етс  по формуле

5

0

5

S 0,25-0,75(D2 - d2). (2)

На чертеже изображен колонковый набор, общий вид .

Q Колонковый набор включает наружную колонковую трубу 1, буровую коронку 2 в нижней части и съемный керноприемник. Последний содержит кер- нопрйемную труву 3, головку-фиксатор k в верхней части и размещенный между ними вибратор, который включает корпус 5 с внутренним уступом 6, В корпусе 5 размещены шток 7, подпружиненный пружиной 8, с осевым 9 и радиальным 10 каналами, а также клапан 11, подпружиненный относительно уступа 6 пружиной 12 и взаимодействующий с верхним торцом штока 7 который своей основной частью 13 по наружной поверхности контактирует с внутренней поверхностью уступа 6. Верхний торец штока 7 выполнен с наружным диаметром d, меньшим наружного диаметра D основной части 13 0 Корпус 5 установлен с возможностью осевого возвратно -поступательного перемещени  относительно головки-фиксатора А и соединен через под-, шипниковый узел 1А с керноприемной 5 трубой дл  передачи ей вибрационного усили . Корпус 5 подпружинен относительно головки-фиксатора с помощью пружины 15.

Диаметр d верхнего торца штока 7 0 определ етс  по формуле (1), а сумма площадей осевого 9 и радиальных 10 каналов определена по формуле (2)„ Введениег указанных зависимостей (1) и (2) обосновано следующим обра- 5 зом.

Силы пружин 8 и 12 при максимальной деформации (в конце рабочего хода)/определ ютс  известными выражени ми :

max KA

hGKA+ F,

тахыт ыт+

КА

GUT

Максимальные силы давлени  на клаи пан- 11 и шток 7 можно найти из выра- жений:

moxKft

rnax

ч

nwx ытв max ( S(),

максимальное значение давлени  в магистрали в момент отрыва клапана} площадь верхнего торца штока 7 с диаметром d; площадь основной части 13 штока 7 с диаметром D. й работоспособности слемомент отрыва клапана 11

PiO в у.р д- ma)ts n(- Кл

t

тал

(S2 - S,) - ЬСШТ+ F

ЫГ

Из отношени  последних выражений следует

После преобразований получаем

РКЛ

СКл)+ГЫТ+ГКЛ

Гидравлические сопротивлени , возникающие в каналах 9 и 10 при прохождении в них промывочной жид- кости, должны обеспечивать запаздывание возвращени  штока 7 по сравнению с клапаном 11 в исходное положение , другими словами работоспособность вибратора.

Экспериментальным путем в стендовых услови х определено, что вибратор стабильно работает, когда сумма площадей каналов 9 и 10 S меньше, чем разность площадей S иопре- делаетс  из выражени 

S k,(Se - S,),

где k - экспериментальный коэффициент , измен ющийс  от 0,3 до 0,9.

После преобразований это выраже- Iние принимает вид

У S - k(De- d),

где К 0,25-0,75.

Колонковый набор работает следующим образом.

$ процессе бурени  керн, формируемый коронкой 2, поступает в кер- ноприемную трубу 3. При этом промывочна  жидкость через отверсти  в головке-фиксаторе поступает в корч пус $ и (воздействут на клапан 11 и

0

5

0

5

0 5

О

шток 7 в результате чего они перемещаютс  вниз с постепенным повышением давлени  в магистрали. Причем за счет выполнени  основных элементов вибратора в соответстёии с формулой (1) сила давлени  жидкости на клапан 11 превышает усилие пружины 12, а сила давлени  жидкости на кольцевую площадь штока 7 (разница площадей основной части 13 штока 7 и его верхнего торца) меньше усили  пружины 8, что обеспечивает герметичное уплотнение штока 7 и клапана 11. Рабочий ход штока 7 и клапана 11 заканчиваетс  при уравновешивании сил максимального значени  (расчетного) давлени  жидкости и усилий пружин 8 и 12 на них. В этот момент клапан 11 отрываетс  от штока 7 под действием пружины 12 и резко перемещаетс  в исходное положение , После отрыва клапана 11 от штока 7 промывочна  жидкость под действием возросшего давлени  устремл етс  в центральный 9 и радиальные 10 каналы штока 7, вызыва  противодействие пружине 8 при движении его вверх за счет гидравлических сопротивлений в указанных каналах при соблюдении услови  формулы (2),

В результате, двига сь вверх, шток 7 отстает от клапана 11, а дас- ление жидкости падает до первоначальной величины. После соприкосновени  торца штока 7 с клапаном 11, имеющим небольшую массу, описываемый процесс повтор етс  с большей частотой.

Таким образом, при работе вибратора в магистрали возникают гидравлические удары, которые воздействуют на всю площадь полости корпуса 5, максимально использу  энергию лромывоч- ной жидкости. Одновременно при возрастании давлени  корпус 5, сжима  , пружину 15, перемещаетс  вниз, а при сбрасывании давлени  под ее воздействием возвращаетс  в исходное положение . Вибраци  с корпуса 5 через подшипниковый узел И передаетс  керноприемную трубу 3. При вибрации последней силы трени  при перемещении в ней керна резко снижаютс , что уменьшает веро тность самозаклинивани , а так как вибратор работает непрерывно , то самозаклинивание керна в большинстве случае предотвращаетс .

При осевом зазоре между нижним торцом керноприемной трубы 3 и буровой коронкой 2, меньшем амплитуды колебаний трубы 3, возможна передача высокочастотных ударных импульсов буровой коронке 2 дл  повышени  механической скорости бурени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Колонковый набор, содержащий наружную колонковую трубу с буровой коронкой в нижней части и съемный керноприемник с головкой-фиксатором в верхней масти, керноприемной трубой и размещенным между ними вибратором в виде корпуса, подпружиненного штока с осевым и радиальным каналами, контактирующего своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью корпуса, и клапана, подпружиненного относительно последнего и размещенного с возможностью взаимодействи  с верхним торцом штока , отличающийс  тем, мто, с целью повышени  эффективности , надежности и упрощени  конструкции , корпус размещен с. возможностью возвратно-поступательного перемещени  относительно головки-фиксатора, верхний торец штока выполнен с наружным диаметром меньшим его наружного диаметра в основной части, и определ етс  соотношением

   i

   D

   + F к л

   h((V + G

   +

   где D

   - наружный диаметр основной

   части штока, м,

   h - ход клапана со штоком, м; кл G ит жесткости пружин клапана и штока, Н/м}

   - усилие поджати  пружин клапана и штока, м, а сумма площадей осевого и радиального каналов определ етс  по форму g с - Л (- j2i

   FM FUT

   S -.0,25-0,75().

   ЬИх/