Снаряд для шароструйного бурения скважин
Владельцы патента RU 2659441:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к шароструйному бурению скважин и может быть использовано для бурения скважин в твердых горных породах. Снаряд для шароструйного бурения скважин содержит цилиндрический полый корпус, соединенный верхней частью с колонной бурильных труб. Внутри корпуса расположен полый поршень. Между корпусом и поршнем установлена пружина. Ниже рабочей части поршня расположен полый цилиндрический корпус задерживающего устройства, выполненный в своей средней части с n вертикальными равномерными прорезями, в каждой из которых закреплена ось, на которую посажен лепесток через отверстие в его верхней части. В корпусе задерживающего устройства неподвижно закреплено сопло, под которым выполнены впускные окна для шаров. Нижняя часть корпуса задерживающего устройства соединена с камерой смешения, оканчивающейся диффузором. Поршень на длину своего хода выполнен с n сквозными прорезями в его нижней рабочей части, при этом выступы, образованные прорезями, выполнены с лысками на внешней стороне поршня, так что они расположены над прорезями корпуса задерживающего устройства. Верхняя часть каждого лепестка скруглена и выполнена с выемкой, а нижняя часть срезана под углом 45° относительно продольной оси снаряда. Плоская пружина прикреплена одним концом к корпусу задерживающего устройства, упираясь другим концом в выемку лепестка. Количество лепестков определено из выражения:
где D - диаметр скважины; dн - наружный диаметр корпуса снаряда; s - ширина одного лепестка; dш - диаметр шара; k - коэффициент допустимого износа dш. Обеспечиваются устранение выхода лепестков из строя при взаимодействии с поршнем, надежное удержание лепестков в рабочем положении. 1 ил.
Изобретение относится к шароструйному бурению скважин и может быть использовано для бурения скважин в твердых горных породах.
Известен снаряд для шароструйного бурения [Разработка конструкции задерживающего устройства для шароструйного бурения скважин с применением улавливающе-подпитывающего устройства / В.В. Урниш и др. // Проблемы геологии и освоения недр: труды XX Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 120-летию со дня основания Томского политехнического университета, Томск, 4-8 апреля 2016 г.: в 2 т. - Томск: Изд-во ТПУ, 2016. - Т. 2. - С. 786-788], содержащий цилиндрический полый корпус, соединенный с верхней частью с колонной бурильных труб. Внутри корпуса расположен полый поршень. Между поршнем и корпусом установлена пружина. Ниже рабочей части поршня расположен полый цилиндрический корпус задерживающего устройства. Корпус задерживающего устройства в своей средней части выполнен с n вертикальными равномерными прорезями. В каждой прорези закреплена ось, на которую посажен лепесток, через отверстие в верхней его части. Стороны лепестков, обращенные к центру снаряда, выполнены с выступами в верхней части для обеспечения контакта с нижней рабочей частью поршня. В корпусе задерживающего устройства неподвижно закреплено сопло, под которым выполнены впускные окна для шаров. Нижняя часть корпуса задерживающего устройства соединена с камерой смешения, оканчивающейся диффузором.
Это конструкция имеет следующие недостатки:
- высока вероятность выхода лепестков из строя при ударе поршня о выступы в их верхней части;
- невозможно надежное удержание лепестков в рабочем положении.
Техническая проблема, решаемая при использовании предложенного изобретения, заключается в создании снаряда для шароструйного бурения скважин, позволяющего обеспечить подпитку изношенных шаров новыми.
Предложенный снаряд для шароструйного бурения скважин также как в прототипе, содержит цилиндрический полый корпус, соединенный верхней частью с колонной бурильных труб, внутри корпуса расположен полый поршень, между и корпусом и поршнем установлена пружина, ниже рабочей части поршня расположен полый цилиндрический корпус задерживающего устройства, выполненный в своей средней части с n вертикальными равномерными прорезями, в каждой из которых закреплена ось, на которую посажен лепесток через отверстие в его верхней части, в корпусе задерживающего устройства неподвижно закреплено сопло, под которым выполнены впускные окна для шаров, нижняя часть корпуса задерживающего устройства соединена с камерой смешения, оканчивающейся диффузором.
Согласно изобретению поршень на длину своего хода выполнен с n сквозными прорезями в его нижней рабочей части. При этом выступы, образованные прорезями, выполнены с лысками на внешней стороне поршня, так что они расположены над прорезями корпуса задерживающего устройства. Верхняя часть каждого лепестка скруглена и выполнена с выемкой, а нижняя часть срезана под углом 45° относительно продольной оси снаряда. Плоская пружина прикреплена одним концом к корпусу задерживающего устройства, упираясь другим концом в выемку лепестка. Количество лепестков определяют из выражения:
где D - диаметр скважины;
dн - наружный диаметр корпуса снаряда;
s - ширина одного лепестка;
dш - диаметр шара;
k - коэффициент допустимого износа в долях от dш [Уваков А.Б. Шароструйное бурение. - М., Недра, - 1969. - 207 с.].
Предложенный снаряд способствует беспрепятственному перемещению шаров в затрубном пространстве от забоя на устье для их улавливания и подпитки, а также его транспортировке на забой.
Предложенная форма и количество лепестков, закрепляемых в прорезях корпуса задерживающего устройства, по сравнению с прототипом, обеспечивают более удобный и надежный поворот лепестков, исключая их выход из строя при взаимодействии с поршнем и надежное удержание лепестков в рабочем положении.
На фиг. 1 представлен снаряд для шароструйного бурения скважин.
Снаряд для шароструйного бурения скважин содержит цилиндрический полый корпус 1, соединенный с колонной бурильный труб (не показана). Внутри корпуса 1 расположен полый цилиндрический поршень 2. Между корпусом 1 и поршнем 2 установлена пружина 3. Поршень 2 на длину своего хода выполнен с n сквозными прорезями в его нижней рабочей части. Выступы, образованные прорезями, выполнены с лысками на внешней стороне поршня 2. Ниже рабочей части поршня 2 расположен полый цилиндрический корпус задерживающего устройства 4. Корпус задерживающего устройства 4 в своей средней части выполнен с n вертикальными равномерными прорезями, так что они расположены под выступами поршня 2. В каждой прорези закреплена ось 5, на которую посажен лепесток 6, через отверстие в верхней его части. Верхняя часть каждого лепестка 6 скруглена для обеспечения скольжения вдоль выступающих частей поршня 2 и выполнена с выемкой. Нижняя часть каждого лепестка 6 срезана под углом 45° относительно продольной оси снаряда.
В корпусе задерживающего устройства 4 неподвижно закреплено сопло 7, под которым выполнены впускные окна для шаров. Нижняя часть корпуса задерживающего устройства 4 соединена с камерой смешения 8, оканчивающейся диффузором 9. Плоская пружина 10 одним концом прикреплена винтами 11 к корпусу задерживающего устройства 4, а другим концом упирается в выемку лепестка 6.
Принцип работы заключается в следующем. В положении слева (без нагрузки) лепесток 6 находится в раскрытом положении. На подпружиненный поршень 2 в направлении от устья к забою воздействует предварительно сброшенный запорный клапан (не показан), который, в свою очередь, приводится в действие промывочной жидкостью. Пружина 3 обеспечивает демпфирование усилия клапана. Поршень 2 перемещается в нижнее положение, при котором нижняя часть поршня 2 (толкатель) скользя, воздействует на подвижный лепесток 6 задерживающего устройства 4. Лепесток 6 складывается в углубление корпуса задерживающего устройства 4, тем самым перекрывая впускные окна, и задерживающее устройство 4 оказывается в транспортном положении, при котором обеспечиваются свободное прохождение шаров по затрубному пространству либо перемещение снаряда на забой. После снятия воздействия клапана, лепесток 6 под действием упругой силы плоской пружины 3 возвращается в исходное положение.
Снаряд для шароструйного бурения скважин, содержащий цилиндрический полый корпус, соединенный верхней частью с колонной бурильных труб, внутри корпуса расположен полый поршень, между и корпусом и поршнем установлена пружина, ниже рабочей части поршня расположен полый цилиндрический корпус задерживающего устройства, выполненный в своей средней части с n вертикальными равномерными прорезями, в каждой из которых закреплена ось, на которую посажен лепесток через отверстие в его верхней части, в корпусе задерживающего устройства неподвижно закреплено сопло, под которым выполнены впускные окна для шаров, нижняя часть корпуса задерживающего устройства соединена с камерой смешения, оканчивающейся диффузором, отличающийся тем, что поршень на длину своего хода выполнен с n сквозными прорезями в его нижней рабочей части, при этом выступы, образованные прорезями, выполнены с лысками на внешней стороне поршня, так, что они расположены над прорезями корпуса задерживающего устройства, причем верхняя часть каждого лепестка скруглена и выполнена с выемкой, а нижняя часть срезана под углом 45° относительно продольной оси снаряда, а плоская пружина прикреплена одним концом к корпусу задерживающего устройства, упираясь другим концом в выемку лепестка, причем количество лепестков определено из выражения:
,
где D - диаметр скважины;
dн - наружный диаметр корпуса снаряда;
s - ширина одного лепестка;
dш - диаметр шара;
k - коэффициент допустимого износа dш.
