Снаряд для ударно-вращательного бурения

 

Использование: в буровой технике и касается снарядов для ударно-вращательного бурения. Сущность изобретения: снаряд для ударно-вращательного бурения содержит корпус 1, кавитатор 3, породоразрушающий инструмент 5. Породоразрушающий инструмент 5 выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 1 и имеет глухой торец-наковальню 7, взаимодействующий с кольцевым торцом корпуса 1. Отверстия 12 промывочных каналов 6 расположены на периферии глухого торца-наковальни 7 вне зоны ударного взаимодействия с корпусом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

(st)s Е 21 В 7/24

l ЯИЙ» ."ЬТЕМТМО- ТИКИ .

БИВАЛ lc" 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

У д

1)i

12

Ф,) Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4920540/03 (22) 21.03.91 (46) 07.09.93. Бюл, М 33 — 36 (76) Кушелевич А.Б. (54) СНАРЯД ДЛЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ (57) Использование: в буровой технике и касается снарядов для ударно-вращательного бурения. Сущность изобретения; снаряд для ударно-вращательного бурения содержит корпус 1, кавитатор 3, породоразрушающий инструмент 5. Породоразрушэющий инструмент 5 выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 1 и имеет глухой торец-наковальню

7, взаимодействующий с кольцевым торцом корпуса 1. Отверстия 12 промывочных каналов б расположены на периферии глухого торца-наковальни 7 вне зоны ударного взаимодействия с корпусом. 1 з.п, ф-лы. 2 ил.

2000418

Изобретение относится к буровой технике, э именно к снарядам для вращательного бурения скважин с наложением вибраций.

Известен снаряд для бурения скважин

; дарно-вращательным способом, содержащий колонку бурильных труб, гидроударник, колонковую трубу и коронку.

Недостатком данного снаряда является сложность конструкции из-за наличия в ней клапанного гидроударника.

Наиболее близким по технической сущносги и достигаемому результату является снаряд для ударно-вращательного бурения, содержащий корпус, в тупиковом торце которого установлен кавитатор в виде дросселя. сообщенного с бурильной трубой, породораэрушающий инструмент с промывочными каналами, прИсоединенными к нижней кольцевой части корпуса.

Однако данный снаряд не обеспечивает полного гидравлического удара из-эа негерметичности перекрытия забоя, предьявляет специальные требования к конструкции коронки, увеличивая площадь ее взаимодействия с забоем, а также непригоден для бурения породораэрушающим инструментом других типов, как например, коронками с твердосплавным вооружением, долотами сплошного забоя и т.п. К числу его недостатков следует отнести также изменение процесса работы по мере заполнения колонковой трубы керном, Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет герметичности перекрытия потока торцовым участком корпуса устройства.

Указанная цель достигается тем, что в снаряде для ударно-вращательного бурения, содержащем корпус, в тупиковом торце которого установлен кавитатор в виде дросселя. сообщенного с бурильной трубой, породораэрушающий инструмент с промывочными каналами, присоединенный к нижней кольцевой части коргтуса, породоразрушающий инструмент выполнен с возможностью органического осевого перемещения относительно корпуса и снабжен обращенным к кавитатору глухим торцом-наковальней, взаимодействующим с кольцевым торцом нижней части корпуса, причем отверстия промывочных каналов расположены на периферии глухого торца вне эоны его ударного взаимодействия с корпусом.

Анализ предложенного технического решения на соответствие критерию изобретения "Существенные отличия" показывает следующее:

Взаимодействие кольцевого торца корпуса с торцом-наковальней породорээру55

50 шающего инструмента позволяет герметично перекрыть поток и захлопнуть кавитационный пузырь, образуя гидроудар.

При сравнении предложения не только с прОтотипом, но и с другими техническими решениями, в них не было обнаружено признаковов. отличающих предложение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию изобретения "Существенные отличия".

На фиг, 1 изображен предложенный снаряд; на фиг. 2 — форма выполнения снаряда.

Снаряд содержит корпус 1, в тупиковом торце 2 (переходнике) которого установлен кавитатор 3 в виде дросселя с острыми кромками или сопла, сообщенного с бурильными трубами 4.

К нижней части корпуса 1 присоединен породоразрушающий инструмент 5 с промывочными каналами 6, Породоразрушающий инструмент 5 выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 1 и снабжен глухим торцом-наковальней 7, обращенным к кавитатору 3.

Узел соединения породораэрушающего инструмента 5 с корпусом 1 выполнен в виде двух фиксирующих стержней 8, помещенных в пазы 9 нижней части корпуса 1 и связанных с верхней кольцевой частью 10 породоразрушающего инструмента. Фиксирующие стержни 8 помещены в направляющие и подпружинены относительно друг друга.

Кольцевой торец 11 нижней части корпуса 1 взаимодействуют с торцом-наковальней 7. Отверстия 12 промывочных каналов 6 расположены по периферии глухого торцанаковальни 7 вне зоны его ударного взаимодействия с корпусом. В кольцевой части 10 выполнена канавка 14, Дроссель кэвитатора 3 имеет канал 13 диаметром д для прохода рабочего потока.

Корпус 1 имеет расширенный участок диаметром О. Кавитатор 3 выступает в верхнюю часть корпуса 1, Снаряд работает следующим образом.

Промывочная жидкость прокачивается через колонну бурильных труб 4 и далее через дроссель (кавитатор) 3 с каналом 13 в полость 15 корпуса 1, При подъеме снаряда под забоем жидкость выходит из корпуса 1. проходит между торцами 7 и 11, после чего поступает на забой через каналы 6 в породоразрушающем инструменте 5. При постановке снаряда на забой корпус 1 снаряда перемещается относительно кольцевой верхней части 10 породоразрушающего инструмента 5 до

2000418

40

55 контакта торца 11 с торцом-наковальней 7 породоразрушающего инструмента 5, При этом путь для потока жидкости перекрывается, При прокачивании промывочной жидкости через поднятый над забоем снаряд давление Р в бурильных трубах превышает давление в корпусе снаряда Р, на величину перепада в дросселе b P, при этом в корпусе в полости 15 образуется кавитационная полость. Образование кавитационной полости — результат истечения жидкости с большой скоростью через дроссель (кавитатор) 3, при этом меняется агрегатное состояние жидкости, часть ее превращается в пар. Это явление связано с уменьшением скорости потока после выхода из дросселя с диаметром d в расширенный участок с диаметром

О, в результате которого нарушается сплошность потока и в нем образуются газовые или паровые каверны.

При дохождении снарядом до забоя скважины прохождение жидкости через кольцевой зазор между торцами 7 и 11 прекращается, т.к. величина зазора между ними снижается до нуля (контакт между торцами), жидкость заполняет кавитационную полость, т.к. возрастает противодавление Р» в области кавитации, Величина давления Р» на короткий промежуток времени, связанный с длиной корпуса (двукратное время прохождения волны гидроудара вдоль корпуса), превышает давление Р> в, трубах, т.к. в полости корпуса 1 при остановке потока и захлопывании кавитационного пузыря образуется гидроудар. Рост давления Р» в корпусе 1 приводит к образованию сил, действующих на тупиковый торец переходника (2) вверх и на торец-наковальню долота вниз. Сила, действующая вверх, приводит к резкому подъему снаряда над забоем скважины, после подъема снаряда между торцами 7 и 11 образуется зазор и жидкость поступает на забой скважины, при этом снижается давление в полости 15 корпуса 1, появляется условие для образования кавитационной полости. пропадает подъемная сила. Снаряд падает на забой. торцы 7 и 11 вступают в контакт и цикл подъема снаряда повторяется.

Удары снаряда через торцы 7 и 11 (т.е. долотом по забою скважины) приводят к росту скорости бурения. Этому также способствует импульсное истечение жидкости из каналов 6 породоразрушающего инструмента 5 на забой скважины. Достижению эффекта способствует воэможность выполнения торцов 7 и 11 корпуса и долота из высокопрочных материалов, что позволит повысить качество перекрытия потока, а следовательно, и крутизну фронта гидроудара, т.е, высоту подскока снаряда и силу его удара по долоту.

Достижению эффекта способствует также гидродинамическое воздействие на торец долота в момент эахлопывания кавитационного пузыря, Достижению эффекта (расширению области применения) также способствует возможность выполнения вместо долота подударной части в виде переходника, аналогичного по схеме взаимодействия со снарядом, но не имеющего вооружения. э служащего для присоединения любого породоразрушающего инструмента, в том числе колонковой трубы с коронкой.

Таким образом, образование кавитационного пузыря при прокачивании рабочей жидкости через поднятый над забоем снаряд при дохождении до забоя позволяет поставить снаряд на забой, постановка снаряда на забой приводи г к захлопыванию кавитационного пузыря и образованию подъемной силы, Частота и характер колебаний снаряда определяется соотношением внутренних диаметров труб и корпуса снаряда, диаметром дросселя и его формой, расходом жидкости, длиной корпуса снаряда, глубиной скважины. осевой нагрузкой и другими факторами.

Конструкция соединения корпуса снаряда и кольцевого корпуса долота может отличаться от описанной. однако принципиальной ее особенностью должно оставаться обеспечение взаимного осевого перемещения корпусов для периодического перекрытия потока из полости снаряда.

Предлагаемый снаряд обеспечивает рост механической скорости бурения эа счет увеличения силы удара по породораэрушающему инструменту и улучшение формы удельных импульсов (гидравлического, направленного вверх, и механического. направленного вниз).

Формула изобретения

1, Снаряд для ударно-вращательного бурения, содержащий корпус с тупиковым торцом, в котором установлен кавитатор в виде дросселя, сообщенного с бурильной трубой, породоразрушающий инструмент с промывочными каналами, присоединенный кольцевым участком своего корпуса к кольцевой части корпуса, отличающийся тем, что породораэрушающий инструмент выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса с образованием подвижного сопряжения между кольцевыми частями корпуса и породоразрушающего инструмента и снабжен

2000418

Составитель А. Кушелевич

Техред М.Моргентал Корректор М.Керецман

Редактор С.Кулакова

Заказ 3069

Тираж Подписное

НПО " Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгу>род, y,",,! «гарина, 101 обращенным к кавитатору глухим торцом, взаимодействующим с кольцевым торцом обращенной к нему части корпуса, причем входные отверстия промывочных каналов расположены на периферии глухого торца снаружи от зоны его ударного взаимодействия с корпусом, 2, Снаряд по и. 1, о т л и ч à ю шийся тем, что одна из сопрягаемых цилиндрических поверхностей кольцевых частей корпуса и породораэрушающего инструмента

5 снабжена радиальными фиксаторами, а вторая — продольными пазами для этих фиксаторов.

Я

11

12

1б