Забойный ударник для ударно-вращательного бурения скважин

 

Забойный ударник для ударно - вращательного бурения скважин. Использование: в горной и строительной промышленности при проходке скважин различного назначения. Сущность изобретения: ударник включает полый корпус с резьбовым для подсоединения к бурильной колонне, размещенный в полости корпуса с возможностью осевого перемещения на шариковых опорах боек с осевым каналом, установленный под бойком соосно с корпусом с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса шток, имеющий в нижней части средство для подсоединения долота, сквозной осевой канал и на своей наружной поверхности нижний и верхний упоры. Между упорами установлено водило, взаимодействующее со штоком некруглой поверхностью и перемещающееся по штоку между упорами. С целью исключения зашламования штока ударник снабжен патрубком, установленным соосно с корпусом, связанным жестко с водилом и с корпусом разъемными соединениями и выполненным с расточкой в нижней части. Шток выполнен с кольцевой канавкой и с размещенным над верхним упором участком с цилиндрической поверхностью, равной по диаметру внутренный поверхности патрубка. Верхний упор выполнен разъемным из размещенных в кольцевой канавке штока и расточке патрубка двух полуколец со сквозными осевыми каналами. 3 ил.

Изобретение относится к бурению скважин любого назначения, а именно к устройствам для вращательного метода бурения с использованием ударно-волновых и гидроимпульсных процессов, необходимых для интенсификации бурения скважин любой глубины и диаметра.

Известно устройство для бурения скважин, включающее долото, жестко связанную с ним бурильную колонну и утяжелитель, установленный над долотом с возможностью вертикальных осевых перемещений, относительно бурильной колонны, шламоуловитель, причем на торце утяжелителя со стороны долота выполнен профилированный экран, установленный с возможностью перекрытия боковых полостей долота [1] Недостатком устройства является то, что не вся энергия периодически падающего на долото утяжелителя реализуется долотом на разрушение породы, т. к. часть энергии затрачивается на растяжение бурильной колонны, жестко связанной с долотом, а наличие шламоуловителя, жестко связанного с утяжелителем, при наполнении его шламом будет вызывать "прилипание" его к долоту и гашение ударного эффекта.

Известно устройство для бурения скважин, включающее долото, бурильную колонну, утяжелитель, установленный над долотом с возможностью вертикальных осевых перемещений относительно бурильной колонны и узел задающего осевого разъединения долота и бурильной колонны, соединенный с наддолотным переводником и бурильной колонной [2] Недостатком устройства является то, что утяжелитель охватывает бурильную колонну (расположен снаружи), что вызывает необходимость введения специального узла для передачи на утяжелитель крутящего момента и возможность зависания (а следовательно и отказа в работе) утяжелителя в верхнем и любом промежуточном положении, как в процессе работы, так и при спуске в скважину за счет контакта со стенкой скважины из-за забивания шламом зазора между утяжелителем и бурильной колонной, а также искривления бурильной колонны малой жесткости.

Наиболее близким к предлагаемому является забойный ударник для ударно-вращательного бурения скважин, включающий корпус, боек, размещенный в полости корпуса и установленный над долотом с возможностью вертикальных перемещений по направляющим, узел осевого разъединения бурильной колонны, установленный под бойком и выполненный в виде патрубка, штока с упором и водила, сопрягающихся между собой с возможностью передачи крутящего момента и осевого относительного перемещения, а также дополнительный узел осевого разъединения, установленный над корпусом и выполненный идентичным основному.

Осевые перемещения бойка или бойков при работе этого устройства способствует формированию вертикального без перегибов ствола скважины. Однако недостатком его является то, что при перемещении штока вверх каждый раз подсасывается из затрубного пространства новая порция промывочной жидкости, содержащей шлам и при каждом цикле происходит выпадение твердого осадка в кармане устройства, который постепенно зашламовывается практически полностью.

Задачей изобретения является исключение зашламовывания рабочих полостей забойного ударника, что в свою очередь ведет к повышению надежности устройства.

Указанная задача решается тем, что забойный ударник для ударно-вращательного бурения скважин включает корпус, боек, размещенный в полости корпуса и установленный над долотом с возможностью вертикальных перемещений по направляющим, и узел осевого разъединения бурильной колонны, установленный под бойком и выполненный в виде патрубка, штока с упором и водила, сопрягающихся между собой с возможностью передачи крутящего момента и относительного осевого перемещения, причем отличия предложенного забойного ударника от известного состоят в том, что упор делит шток на два участка, верхний из которых имеет цилиндрическую форму, а нижний форму, идентичную внутренней поверхности водила, причем наружная поверхность штока и внутренняя поверхность патрубка образуют кольцевую полость, в которой размещен упор, выполненный с переточными каналами.

При работе предлагаемого забойного ударника функции уплотнения и ограничения перемещений штока разделены, а упор выполнен таким образом, что полости над и под ним свободно сообщаются между собой через переточные каналы. Практически полностью исключается возможность демпфирования удара бойка при перемещении штока вниз.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого ударника; на фиг.2 и 3 сечение по А-А и В-В соответственно.

Устройство состоит из корпуса 1, внутри которого размещен боек 2 с шариковыми опорами. В нижней части корпуса 1 имеется резьба, с помощью которой корпус 1 соединяется с патрубком 3 разделителя, в котором размещен шток 4 и уплотнение 5. На штоке 4 имеется цилиндрическая проточка 6, в которую входят полукольца 7 с пазами (или отверстиями), стягиваемые резинкой 8 и образующие упор. Проточка 6 разделяет верхнюю цилиндрическую поверхность штока 4 от нижней, имеющей форму многогранника (овала и т.п.), сопрягающихся с водилом 9, соединенным с патрубком 3. Наружная поверхность штока 4 и внутренняя поверхность патрубка 3 образуют кольцевую полость, в которой размещен упор, выполненный из полуколец 7. На нижнем конце штока 4 имеется замковая резьба.

В результате взаимодействия долота с забоем в процессе проводки скважины возникают виброколебания, амплитуда которых может достигать 100 мм, а частота примерно в 3 раза превышает частоту вращения долота (при бурении 3-шарошечным долотом). Аналогичные колебания совершает и боек 2, нанося удары по верхнему торцу штока 4 устройства, соединенному с долотом (не показано). В процессе такой работы шток 4 разделителя непрерывно совершает осевые перемещения относительно патрубка 3, а жидкость, находящаяся над и под полукольцами 7, непрерывно перемещается из одной части кольцевой полости в другую. При этом новые порции промывочной жидкости, насыщенные шламом, из затрубного пространства в кольцевую полость, образованную наружной поверхностью штока 4 и внутренней поверхностью патрубка 3, не поступают.

Таким образом, техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является исключение зашламовывания рабочих полостей забойного ударника.

Формула изобретения

ЗАБОЙНЫЙ УДАРНИК ДЛЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающий полый корпус со средством подсоединения к бурильной колонне, размещенный в полости корпуса с возможностью осевого перемещения на шариковых опорах боек с осевым каналом, установленный под бойком соосно с корпусом с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса шток, имеющий в нижней части средство для подсоединения долота, сквозной осевой канал и на наружной поверхности нижний и верхний упоры с размещенным между ними водилом, взаимодействующим со штоком некруглой поверхностью и установленным с возможностью перемещения по штоку между упорами, отличающийся тем, что он снабжен патрубком, установленным соосно с корпусом, связанным жестко с водилом и с корпусом разъемными соединениями и выполненным с расточкой в нижней части, а шток выполнен с кольцевой канавкой и с размещенным над верхним упором участком с цилиндрической наружной поверхностью, равной по диаметру внутренней поверхности патрубка, при этом верхний упор выполнен разъемным из размещенных в кольцевой канавке штока и в расточке патрубка двух полуколец со сквозными осевыми каналами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3