UA59503A

UA59503A - Hydraulic vibrator

Info

Publication number: UA59503A
Application number: UA2001031917A
Authority: UA
Inventors: Юрій Данилович Безсонов; Віталій Степанович Сліпенький; Віктор Федорович Сірик; Виктор Федорович Сирик; Валерій Анатолійович Солов'янов
Original assignee: Національна Гірнича Академія України; Государственная горная академия Украины
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2003-09-15

Abstract

Hydraulic vibrator consists of housing, slide, adapters, bearings, tightening sleeves, spring, slot joint, impact pipe, this is placed over the housing, and additional slot joint. In the slide an additional opening is provided, this is connected to the central channel of the housing, with axis which is eccentric with respect to the central axis of the vibrator.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до буріння свердловин, зокрема до заглибних ударних засобів. 2 Відомі гідроударники для буріння свердловин з золотниками, які обертаються, наприклад бурThe invention relates to the drilling of wells, in particular to deep impact tools. 2 Well-known hydraulic hammers for drilling wells with spools that rotate, such as drill

В.Пружковського (Воскресенский Ф.Ф., Кичигин А.В., Славский В.М., Славский Ю.Н., Тагиев З.И. Вибрационное и ударно-вращательное бурение. - М.: Гостоптехиздат, 1961. - 244с.), який складається з корпуса, стовбура з отворами, золотника з косими отворами, поршня з пружиною, підшипників та перехідників для сполучення з бурильними трубами і буровим долотом. 70 Недоліком бура В.Пружковського є низька ефективність динамічного навантаження, яке створюється за рахунок переміщення долота, сполученого з поршнем, на який діє сила гідравлічного удару у вигляді видовженого у часі трикутного імпульсу.V. Pruzhkovsky (Voskresenskyi F.F., Kichigin A.V., Slavskyi V.M., Slavskyi Y.N., Tagiev Z.I. Vibration and impact-rotational drilling. - M.: Gostoptekhizdat, 1961. - 244p .), which consists of a body, a barrel with holes, a spool with oblique holes, a piston with a spring, bearings and adapters for connecting with drill pipes and a drill bit. 70 The disadvantage of V. Pruzhkovsky's drill is the low efficiency of the dynamic load, which is created due to the movement of the bit connected to the piston, which is affected by the force of the hydraulic shock in the form of a triangular pulse extended over time.

Самим близьким до запропонованого гідравлічного вібратора є вібробур ВГ-1 для створення динамічних навантажень на породоруйнівний інструмент при бурінні свердловин, який складається з корпусу, перехідників та золотника, який обертається під дією промивної рідини (Воскресенский Ф.Ф., Кичигин А.В., Славский В.М.,The closest to the proposed hydraulic vibrator is the VG-1 vibrodrill for creating dynamic loads on a rock-crushing tool when drilling wells, which consists of a body, adapters and a spool that rotates under the action of the flushing fluid (Voskresenskyi F.F., Kychygin A.V., Slavsky V.M.,

Славский Ю.Н., Тагиев З.И. Вибрационное и ударно-вращательное бурение. - М.: Недра, 1961. - 244с.).Slavskyi Y.N., Tagiev Z.I. Vibrational and percussive rotary drilling. - M.: Nedra, 1961. - 244 p.).

Недоліками такого вібробура є ненадійна робота золотника, який за рахунок обертання періодично перекриває отвори в корпусі, причому обертання золотника стає неможливим при такому положенні його, коли отвори в золотнику і отвори в корпусі не співпадають, окрім того сила динамічного наватаження на бурове долото незначна, тому що залежить від маси ударної штанги, яку розміщено під поршнем.The disadvantages of such a vibrating drill are the unreliable operation of the spool, which due to rotation periodically covers the holes in the housing, and the rotation of the spool becomes impossible when it is in such a position, when the holes in the spool and the holes in the housing do not coincide, in addition, the force of dynamic loading on the drill bit is insignificant, therefore which depends on the mass of the shock rod, which is placed under the piston.

В основу винаходу поставлено задачу удосконалення вібробура, в якому шляхом введення нових конструктивних елементів забезпечується безперервність обертання золотника і за рахунок цього забезпечується значне підвищення динамічного навантаження на бурове долото.The basis of the invention is the task of improving the vibratory drill, in which, by introducing new structural elements, the continuity of the spool rotation is ensured and due to this, a significant increase in the dynamic load on the drill bit is ensured.

Поставлена задача вирішується тим, що в гідравлічному вібраторі, який складається з корпуса, золотника, 29 перехідників, підшипників, ущільнювальних манжет та шліцьового сполучення, згідно з винаходом має ударну « трубу, яка розміщена над корпусом, та має додаткове шліцьове сполучення ударної труби з розташованими над нею бурильними трубами, а в золотнику є додатковий отвір, який постійно сполучується з центральним каналом і його вісь розміщена ексцентричне відносно центральної вісі вібратора.The problem is solved by the fact that in the hydraulic vibrator, which consists of a housing, a spool, 29 adapters, bearings, sealing sleeves and a splined connection, according to the invention, it has a shock pipe, which is located above the housing, and has an additional splined connection of the shock pipe with the located above it with drill pipes, and in the spool there is an additional hole that is constantly connected to the central channel and its axis is placed eccentrically relative to the central axis of the vibrator.

Суттєвість винаходу пояснюється фіг.1, на якій зображено загальний вигляд гідравлічного вібратора, фіг.2, о фіг.3 та фіг.4, на який зображено поперечні розрізи через додаткове шліцьове сполучення, через додатковий ав отвір у золотнику та через отвори у золотнику і корпусі, які періодично перекриваються.The essence of the invention is explained by Fig. 1, which shows the general view of the hydraulic vibrator, Fig. 2, and Fig. 3 and Fig. 4, which shows cross-sections through an additional splined connection, through an additional hole in the spool and through holes in the spool and bodies that periodically overlap.

Гідравлічний вібратор складається з наступних деталей: додаткове шліцьове сполучення - шліцьова втулка о 1, через яку проходить шліцьовий вал 2, пружини З між торцями шліцьової втулки 1 ударною трубою 4, яка за Ге») допомогою різьби сполучена з перехідником 5, котрий сполучується з корпусом 6. Всередині корпуса 6 3о розміщено золотник 7 з втулками 8 та підшипниками 9 з можливістю обертання золотника 7 відносно корпусу 6. оThe hydraulic vibrator consists of the following parts: an additional splined connection - a splined sleeve o 1, through which the splined shaft 2 passes, springs With between the ends of the splined sleeve 1, a shock pipe 4, which is connected to the adapter 5, which is connected to the body, by means of a thread 6. Inside the housing 6 3o there is a spool 7 with bushings 8 and bearings 9 with the possibility of rotation of the spool 7 relative to the housing 6. o

В нижній частині корпуса б виконано шліцьову втулку, яка разом з шліцьовим валом 10 створює можливість передаванню обертового моменту від корпусу б до перехідника 11, до якого приєднують бурове долото. В перехіднику 5, корпусі 6, золотнику 7 та шліцьових валах 2 і 10 розміщено ущільнювальні манжети 12 для « ізоляції зон високого тиску від зон низького тиску та захисту підшипників від промивної рідини, яку З нагнітають через вібратор. Верхній перехідник 5 має площину 13, а нижній шліцьовий вал 10 має площину 14, на с які діє високий тиск гідравлічного удару, який виникає при перекритті отворів 15 в золотнику та 16 вIn the lower part of the body b, a splined sleeve is made, which, together with the splined shaft 10, creates the possibility of transmitting the torque from the body b to the adapter 11, to which the drill bit is attached. In the adapter 5, housing 6, spool 7 and splined shafts 2 and 10, sealing cuffs 12 are placed to isolate high-pressure zones from low-pressure zones and protect the bearings from the washing liquid that is pumped through the vibrator. The upper adapter 5 has a plane 13, and the lower splined shaft 10 has a plane 14, on which the high pressure of the hydraulic shock acts, which occurs when the holes 15 in the spool and 16 in

Із» центральній частині корпусу 6. В центральній частині корпусу 6 виконано отвір 17, через який промивна рідина постійно надходить до кільцевого зазору 18 між корпусом б та золотником 7, а Через нього до отвору 19 в золотнику 7. Отвір 19 виконано таким чином, що його вісь знаходиться ексцентричне відносно вісі вібратора, чим створюється дотична сила, яка обертає золотник. і-й Наявність ударної труби створює можливість досягнення стійкого динамічного навантаження на бурове (се) долото та збільшення техніко-економічних показників буріння, зокрема механічної швидкості буріння та ресурсу бурового долота. Наявність додаткового шліцьового сполучення - 1, 2 - дає можливість переміщення ударної і-й труби відносно корпуса та нанесення динамічного удару на нижній перехідник після закінчення дії гідравлічного о 20 удару всередині корпусу. Наявність ексцентричне розміщеного отвору в золотнику дає можливість безперервного обертання золотника відносно корпусу незалежно від взаємного розміщення отворів у корпусі і с» золотнику, які призначені для створення гідравлічного удару.From" the central part of the body 6. In the central part of the body 6, a hole 17 is made, through which the washing liquid constantly flows to the annular gap 18 between the body b and the spool 7, and through it to the hole 19 in the spool 7. The hole 19 is made in such a way that its axis is eccentric relative to the axis of the vibrator, which creates a tangential force that rotates the spool. i-th The presence of a shock pipe creates the possibility of achieving a stable dynamic load on the drill (se) bit and increasing the technical and economic indicators of drilling, in particular the mechanical speed of drilling and the resource of the drill bit. The presence of an additional splined connection - 1, 2 - makes it possible to move the impact pipe relative to the housing and apply a dynamic impact to the lower adapter after the end of the hydraulic 20 o'clock impact inside the housing. The presence of an eccentrically located hole in the spool enables continuous rotation of the spool relative to the housing, regardless of the mutual location of the holes in the housing and the spool, which are designed to create a hydraulic shock.

Робота гідравлічного вібратора здійснюється наступним чином. При досягненні буровим долотом, яке приєднують до перехідника 11, вибою свердловини перехідник 11 піднімається вверх до контакту його верхнього 29 торця з нижнім торцем корпусу 6. В такому положенні за рахунок пружини З зберігається відстань між нижнім в. торцем шліцьової втулки 1 та верхнім торцем ударної труби 4. Процес буріння здійснюється шляхом передавання осьового навантаження від бурильних труб та важкої труби 4 до долота через корпус 6 вібратора та нижній перехідник 11, та передавання обертового моменту від бурильних труб через шліцьову втулку 1, шліцьовий вал 2, ударну трубу 4, верхній перехідник 5, корпус 6, шліцьовий вал 10 та нижній перехідник 11 до 60 бурового долота, який з'єднується різьбою з перехідником 11. Промивна рідина до вибою свердловини нагнітається через центральні канали в шліцьовій втулці 1, шліцьовому валі 2, ударній трубі 4, верхньому перехіднику 5 та корпусу б до отвору 17 та кільцевого зазору 18, а з нього до ексцентричного отвору 19 в золотнику 7. Рідина витікає з отвору 19 в кільцевий зазор між внутрішньою та зовнішньою частинами корпусу 6 і створює обертовий момент за рахунок ексцентричного - ексцентриситет е - розміщення вісі отвору 19 відносно 65 вісі корпусу 6, чим змушує обертатися золотник 7. Обертовий момент М, визначається як добуток реактивної сили Е від витікання рідини через отвір 19 на величину ексцентриситету е, тобто М -Бе. При обертанні золотника 7 відносно корпусу 6 періодично сполучуються отвори 15 в золотнику та отвори 16 в корпусі - в такому положенні промивна рідина вільно проходить до центрального каналу в шліцьовій втулці 10, а з неї до вибою свердловини. При перекритті отворів 15 центральною частиною корпусу , яка знаходиться між отворами, промивна рідина зупиняється, за рахунок чого виникає високий тиск, тобто явище гідравлічного удару. Під дією високого тиску на площину 13 верхнього перехідника 5 корпус 6 гідравлічного вібратора піднімається вверх та піднімає ударну трубу 4, стискаючи пружину З - при цьому накопичується потенціальна енергія переміщення ударної труби 4. Між нижнім торцем корпусу б та верхнім торцем перехідника 11 утворюється щілина. При /о подальшому обертанні золотника отвори 15 та 16 сполучуються, тиск в центральному каналі корпусу 6 різко спадає, що призводить до падіння ударної системи "Ударна труба-корпус" і нанесення удару по перехіднику 11 і через нього - по буровому долоту.The hydraulic vibrator works as follows. When the drill bit, which is attached to the adapter 11, reaches the wellbore, the adapter 11 rises up to the contact of its upper 29 end with the lower end of the housing 6. In this position, due to the spring C, the distance between the lower c. the end of the splined bushing 1 and the upper end of the shock pipe 4. The drilling process is carried out by transmitting the axial load from the drill pipes and heavy pipe 4 to the bit through the vibrator body 6 and the lower adapter 11, and transmitting the torque from the drill pipes through the splined bushing 1, the splined shaft 2, shock pipe 4, upper adapter 5, body 6, splined shaft 10 and lower adapter 11 to 60 of the drill bit, which is connected by a thread to the adapter 11. The flushing fluid to the wellbore is pumped through the central channels in the splined sleeve 1, splined shaft 2, the shock tube 4, the upper adapter 5 and the housing b to the hole 17 and the annular gap 18, and from it to the eccentric hole 19 in the spool 7. The liquid flows from the hole 19 into the annular gap between the inner and outer parts of the housing 6 and creates a torque due to the eccentric - eccentricity e - placement of the axis of the opening 19 relative to the axis 65 of the body 6, which causes the spool 7 to rotate. Rotation moment M is defined as the product of the reactive force E from the flow of liquid through hole 19 by the eccentricity e, i.e. M -Be. When the spool 7 rotates relative to the housing 6, the holes 15 in the spool and the holes 16 in the housing are periodically connected - in this position, the flushing liquid freely passes to the central channel in the splined sleeve 10, and from it to the wellbore. When the holes 15 are covered by the central part of the housing, which is located between the holes, the washing liquid stops, due to which high pressure occurs, that is, the phenomenon of hydraulic shock. Under the action of high pressure on the plane 13 of the upper adapter 5, the body 6 of the hydraulic vibrator rises up and lifts the shock tube 4, compressing the spring Z - at the same time, the potential energy of the movement of the shock tube 4 accumulates. A gap is formed between the lower end of the body b and the upper end of the adapter 11. With /o further rotation of the spool, holes 15 and 16 connect, the pressure in the central channel of the housing 6 drops sharply, which leads to the fall of the impact system "Shock pipe-housing" and impact on the adapter 11 and through it - on the drill bit.

Використання гідравлічного вібратора при бурінні свердловин дозволить збільшити механічну швидкість буріння на 50...6095 при збільшенні ресурсу роботи бурового долота в 1, 3... 1,5 рази в порівнянні з /5 Використанням сучасних гідравлічних ударників.The use of a hydraulic vibrator when drilling wells will allow to increase the mechanical speed of drilling by 50...6095 while increasing the life of the drill bit by 1, 3... 1.5 times compared to /5 Using modern hydraulic hammers.

Claims

The formula of the invention is a hydraulic vibrator consisting of a body, a spool, adapters, bearings, sealing sleeves, a spring and a splined connection, which differs in that it has a shock tube, which is placed above the body, an additional splined connection, and the spool has an additional hole connected to the central channel of the body, with an axis eccentric to the central axis of the vibrator. « (ze) «c) IS) (o) IS c) -

with . and? 1 se) 1 g SHY syu" 60 b5