Устройство для ударно-вращательного бурения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (ii>947377 ф у :т=. аГ,. г

"г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100480 (21) 2916652/22-03

)ggj Кл 3

Е 21 В 4/)) с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК622. 243. . 92. 05 1088. 87

Опубликовано 3M782. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 30.07.82 w"

Д.И.Коган, А.A.Ðÿçàíoâ, A.A.Ôèãó ак и В.Г.Вартыкян (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО

БУРЕНИЯ

Изобретение относится к бурению глубоких скважин различного назначения.

Известно устройство для ударноврашательного бурения скважин пневм Ударными забойными буровыми машинами, в котором в качестве рабочего тела, очистного и охлаждающего агента используется газообразное вещество:воздух, газообразные водовоздушные смеси, змульсолы и т.п.

Это устройство при небольших глубинах скважин является весьма эффективным,так как при его использовании сопротивление среды перемещению в ней поршня-бойка пневмоударника в период его разгона сравнительно невелико, что позволяет обеспечить высокую энергию формируемых ударных импулусов(1).

Однако известно устройство характеризуется низкой эффективностью применения при бурении глубоких разведочных скважин, так как с глубиной возрастает негативное влияние гидростатического давления столба жидко.:— ти в скважине и резко снижается мощность пневмоударника. Это связано с тем, что с увеличением глубины скважины разность давлений рабочего тела в надклапанной зоне в период разгон поршня-бойка и в зоне выхлопа прогрессивно снижается, что в свою оче5 Редь приводит к существенному уменьшению скорости бойка и энергии единич— ного удара.

Известно устройство для ударновращательного бурения, содержащее бурильную колонну, на конце которой установлен гидроударник с клапаном, имеющий надклапанную полость высокого давления и подклапанную полость низкого давления, и породораэрушающий инструмент. Это устройство успешно используется при бурении глубоких разведочных скважин, так как благодаря гидравлическому приводу гидроударные забойные машины не снижают своей мощности с глубиной Ег1.

Недостатком данного устройства является общий низкий КПД гидроударных машин, не превышающий 15%, что в свою очередь обусловлено спецификой гидроударников, в которых поршень-боек в период разгона движется в вязкой среде (промывочной жидкости), обладающей высоким гидродинамическим сопротивлением движущемуся в ней телу. Вследствие этого в гинроударных машинах до настоящего

947377 времени невозможно обеспечить высокие скорости движения поршня-бойка и высокую энергию ударных импульсов, а все попытки увеличения этого параметра приводили к экономическим неоправданным высоким затратам гидравлической мощности.

Цель изобретения — повышение эффективности бурения. за счет увеличения ударной мощности гидроударника. 30

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дозирующим механизмом и контейнером с пенообразующим веществом, размещенным межQy бурильной колонной и гидроударником, при этом полость контейнера гидравлически связана с надклапанной полостью гидроударника и через дозирующий механиэ — с его подклапанной полостью.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 — дозирующий механизм.

Устройство включает в себя гидроударную машину прямого действий, в свою очередь включающую корпус 1, под-25 пружиненный поршень-боек 2, во внутреннем канале которого установлена сетка 3, подпружиненный клапан 4, цилиндр 5, в который встроен дозирующий механизм 6, узел 7 шлицерного разъе- Я ма с нижним переходником. Между гидроударником и бурильной колонной 8 установлен контейнер 9, заполняемый концентрированной добавкой пенообразующего вещества, в верхнюю часть 35 контейнера заливают нейтральную жидкость 10, выполняющую роль разделительного гидравлического поршня.

Полость контейнера 9 над разделительным гидравлическим поршнем 10 гидравлически связан с надклапанной полостью высокого давления гидроударника 11, а полость под поршнем 10 через каналы 12 и доэирующий механизм 6 с подклапанной полостью низкого давления гидроударника.

Дозирующий механизм 6 состоит из подпружиненного клапана 13 с дозатором 14 подачи добавки и стрйной насадкой 15.

Устройство работает следующим обРазом.

После спуска устройства на забой и подачи промывочной жидкости начинает работать гидроударная машина .и во,всей надклапанной зоне (включая 55 коло ну бурильных труб) начинают периодически возникать гидравлические удары, под действием которых осуществляется разгон поршня-бойка

2 .известным образом, а также начинает поступать из контейнера 9 по каналам 12 и дозирующий механизм 6 в подклапанную зону гидроудариика

11 концентрированное пенообраэующее вещество. В результате струйного впрыскивания этого вещества и интенсивного перемешивания смеси поршнем-бойком 2 в подклапанной зоне образуется пенообразное вещество— очистной агент, который заполняет призабойную зону скважины и межтрубное пространство, при этом резко снижается сопротивление перемещению поршня-бойка при его разгоне, что в сочетании с высоким давлением гидравлического удара в надклапанной зоне в момент начала рабочего хода позволяет резко повысить забойную мощность гидроударной машины.

Кроме того, значительное уменьшение гидростатического давления на забой столба очистного агента позволяет повысить эффективность механического разрушения породы и увеличить скорость бурения.

Кроме укаэанных выше основных факторов предлагаемое устройство поз. — . воляет снизить перепад давления на насосе и связанные с этим эксплуатационные расходы.

Формула изобретения

Устройство для ударно-вращательного бурения, содержащее бурильную колонну, на конце которой установлен гидроударник с клапаном, имеющий надклапанную полость высокого давления и подклапанную полость низкого давления, и породоразрушающий инструмент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет увеличения ударной мощности гидроударника, оно снабжено дозирующим механизмом и контейнером с пенообразующим веществом, размещенным между бурильной колонной и гидроударником, при этом полость контейнера гидравлически связана с надклапанной полостью гидроударника и через дозирующий механизм — с его подклапанной полостью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Куликов И.В. и др. Пневмоударники для бурения геологоразведочных скважин. М., ОНТИ ВИЭМС, 1968, вып. 41.

2. Граф Л.Э. и др. Гидроударные машины и инструменты. М,, "Недра", 1972, с.63 (прототип>.