Двухклапанный гидроударник двойного действия

(51) 21 4/16 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ сохранении возможности его работы в глубоких скважинах. Это достигается тем, что в гидроударнике двойного действия, включающем корпус, верхний клапан, дифференциальный ударник с осевым каналом, нижний трубчатый клапан и наковальню,выполненную с возможностью передачи удара породоразрушающему инструменту,согласно изобретению,нижний трубчатый клапан расположен между ударником и наковальней с возможностью передачи удара, а диаметр его осевого канала равен диаметру осевого канала ударника. Увеличение осевого канала нижнего клапана снижает сопротивление выхлопу, а полное перекрытие потока жидкости при смыкании ударника с нижним клапаном вызывает гидроудар,давление которого превышает давление,создаваемое дросселем, в результате чего интенсивнее происходит обратный ход ударника и цикл его работы оптимизируется.(72) Отебаев Майлыбай Ратов Боранбай Товбасарович Таран Максим Владимирович тебай Берикбай Майлыбайлы(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ДВУХКЛАПАННЫЙ ГИДРОУДАРНИК ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ(57) Изобретение относится к области бурения скважин, конкретней, к погружным бурильным машинам, работающим на энергии прокачиваемой жидкости - гидроударникам. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции гидроударника при 21226 Изобретение относится к области бурения скважин, конкретней, к погружным бурильным машинам, работающим на энергии прокачиваемой жидкости - гидроударникам. Известны гидроударники прямого и обратного действия, включающие пружины, под действием которых осуществляется, соответственно, обратный,или прямой (рабочий) ход ударника, тогда как ход ударника в противоположную сторону происходит под действием давления жидкости (Воскресенский Ф.Ф. и др. Вибрационное и ударно-вращательное бурение. М. Гостоптехиздат, 1961, - с. 143) . Наличие пружин, работающих в высокочастотном знакопеременном режиме, является слабым звеном таких гидроударников., т.к. они часто выходят из строя и ресурс машин невелик. Известны также беспружинные гидроударники двойного действия, в которых отсутствуют пружины, а оба хода ударника происходят под действием давления жидкости. К машинам этого типа относится, в частности, дроссельный гидроударник(Воскресенский Ф.Ф. и др. Вибрационное и ударно-вращательное бурение. М. Гостоптехиздат, 1961, - с. 175). Прямой ход ударника в нем происходит под действием давления гидроудара при смыкании ударника с клапаном, а обратный - за счет повышения давления под ударником, создаваемого потоком жидкости,проходящим через дроссель - местное сужение проходного канала для жидкости, создающее гидравлическое сопротивление. Отсутствие пружин позволяет увеличить ресурс этих машин. Однако их недостатком является снижение производительности с увеличением глубины скважины из-за повышения давления жидкости в затрубном пространстве и соответствующего противодействия выхлопу гидроударника, а также невозможность, в связи с этим, бурить скважины глубиной свыше 500 м. Для снижения сопротивления выхлопу гидроударника в конструкцию машины был введен второй клапан - нижний, который разместили в ударнике (а.с. СССР 284916, кл. Е 21 В 5/00, 1970). Это гидроударник принят за прототип. Он включает корпус, верхний клапан, дифференциальный ударник с осевым каналом, нижний трубчатый клапан, размещенный в осевом канале ударника, и наковальню,выполненную с возможностью передачи удара породоразрушающему инструменту. Введение нижнего клапана, встроенного в ударник,позволило увеличить область эффективного применения гидроударника за счет увеличения глубины проходимых им скважин, но увеличило сложность конструкции машины. Задачей изобретения является разработка гидроударника упрощенной конструкции при сохранении возможности его работы в глубоких скважинах Это достигается тем, что в гидроударнике двойного действия, включающем корпус, верхний клапан, дифференциальный ударник с осевым каналом, нижний трубчатый клапан и наковальню,выполненную с возможностью передачи удара 2 породоразрушающему инструменту,согласно изобретению,нижний трубчатый клапан расположен между ударником и наковальней с возможностью передачи удара, а диаметр его осевого канала равен диаметру осевого канала ударника. Увеличение осевого канала нижнего клапана снижает сопротивление выхлопу, а полное перекрытие потока жидкости при смыкании ударника с нижним клапаном вызывает гидроудар,давление которого превышает давление,создаваемое дросселем, в результате чего интенсивнее происходит обратный ход ударника и цикл его работы оптимизируется. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. представлена схема продольного сечения гидроударника в исходном положении на забое скважины(скважина,породоразрушающий инструмент и бурильные трубы не показаны). Гидроударник имеет корпус 1, в верхней части которого расположен переходник на колонну бурильных труб и клапанная коробка 2, содержащая центральную полость 4, соединенную с затрубным пространством скважины отверстием 5, и продольные отверстия 3 для прохода жидкости в камеру 7. В камере 7 расположен верхний клапан 6,шток которого входит в полость 4 клапанной коробки 2, а также ограничительное кольцо 8 для ограничения хода клапана 6. Клапан 6 имеет дифференциальное исполнение, т.е. его торцовые площади, на которые воздействует давление в камере 7, различны за счет того, что часть верхней площади, т.е. площадь штока, находится в полости низкого давления 4. В камеру 7 выходит и шток ударника 11,имеющего центральный осевой канал, открытый с верхнего торца штока, а внизу переходящий в радиальные каналы 12. Ударник тоже имеет дифференциальное исполнение его нижний торец имеет сечение А, а верхний выполнен в виде ступени, площадь сечения верхней части которой 1, а нижней - А 2, причем площадь А 2,находится в камере низкого давления 9, в связи с чем, из находящихся в зонах высокого давления площадей А и А 1 больше площадь нижнего торца А. Камера 9 расположена между корпусом гидроударника 1 и ударником 11. Она разгружена от давления в затрубное пространство через отверстие 10. Нижняя часть ударника выходит в нижнюю камеру высокого давления 13, куда выходит также верхняя часть трубчатого клапана 14 с ограничительным буртом 16 и находится ограничительное кольцо 15. Нижний торец клапана 14 опирается о наковальню 18, соединенную с корпусом 1 гидроударника через шлицевой переходник 17, передающий наковальне вращение относительно продольной оси через корпус 1 и разъединяющий при ударе массу наковальни с породоразрушающим инструментом от массы гидроударника и колонны бурильных труб,соединенных с ним. Гидроударник работает следующим образом. 21226 При подаче в гидроударник, находящийся на забое скважины жидкости, прокачиваемой через него под давлением сверху вниз и выходящей в затрубное пространство скважины, в камерах 7 и 13 гидроударника, в которые поступает вода, в связи с тем, что дальнейший ее проход перекрыт, создается повышенное давление. В затрубном пространстве и в камерах 4 и 9 гидроударника, соединенных с ним,давление понижено. До подачи жидкости ударник 11 и клапаны 6 и 14 под собственным весом находятся в нижнем положении верхний клапан 6 на ограничительном кольце 8, нижний клапан 14 -на наковальне 18, а ударник 11 - на клапане 14. Верхний клапан,благодаря наличию ограничительного кольца 8, не сомкнут со штоком ударника 11 и, при подаче жидкости, она из камеры 7 проходит в осевой канал ударника 11, а из него по отверстиям 12 - в камеру 13. Т.к. отверстие в нижнем клапане 14 перекрыто нижним торцом ударника 11, в камере 13 происходит гидроудар, который резко повышает давление в соединенных между собой камерах 13 и 7. Благодаря дифференциальному исполнению ударника 11 и верхнего клапана б, при котором нижние площадки их торцов превышают верхние. Создаются разгонные площади на нижних торцах,которые под давлением жидкости обеспечивают подъем (обратный ход) ударника и клапана 6. Т.к. клапан легче ударника, он отбрасывается вверх до упора в клапанную коробку 2 раньше ударника 11. Ударник 11 следует за клапаном 6 вместе с нижним клапаном 14 до момента, когда клапан 14 останавливается при смыкании его бурта 16 с ограничительным кольцом 15. После этого клапан 14 отрывается от ударника 11 и открывается осевое отверстие клапана. Жидкость из камеры 13 идет на выхлоп в затрубное пространство скважины через породоразрушающий инструмент, соединенный с наковальней 18 и давление в камерах 13 и 7 падает. Клапан 14 отбрасывается вниз до упора в наковальню 18, а ударник 11 по инерции продолжает движение вверх,осуществляя свободный ход, и смыкается с верхним клапаном 6,перекрывая поток жидкости в камере 7. При этом возникает гидроудар уже в камере 7. Его давление действует на площадь 1 за вычетом площади сечения штока клапана, тогда как площадь А нижнего торца ударника, находится в зоне низкого давления - в камере 13, соединенной через клапан 14 с затрубным пространством. Ударник 11 при этом совершает прямой (рабочий) ход, сначала вместе с клапаном 6, а после его остановки ограничителем 8 самостоятельно, т.е. свободный ход до смыкания с нижним клапаном 14, по которому он наносит удар,передающийся наковальне 18 и далее породоразрушающему инструменту долоту или коронке. Смыкание ударника 11 с клапаном 14 вызывает гидроудар в камере 13 и далее рабочий цикл повторяется. Гидроударник, находящийся в скважине через колонну бурильных труб получает вращение от станка, установленного на поверхности, и подачу жидкости от насоса. Являясь генератором ударных импульсов, он передает их вместе с крутящим моментом породоразрушающему инструменту,который осуществляет ударно-вращательный способ бурения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Гидроударник двойного действия, включающий корпус, верхний клапан, дифференциальный ударник с осевым каналом, нижний трубчатый клапан и наковальню,выполненную с возможностью передачи удара породоразрушающему инструменту, отличающийся тем,что нижний трубчатый клапан расположен между ударником и наковальней с возможностью передачи удара, а диаметр его осевого канала равен диаметру осевого канала ударника.