Гидроударник двойного действия

(51) 21 1/12 (2006.01) 21 1/26 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ дифференциальными камерами корпуса,оканчивающегося снизу узлом включениявыключения,содержащим установленный с возможностью продольного перемещения на заданную величину поршень-наковальню с дроссельным центральным и наклонными периферийными зацилиндровыми каналами, и сверху - переводником для соединения с колонной бурильных труб, с возможностью поступательновозвратного перемещения под действием энергии потока бурового раствора ударник и дифференциальные поршень и клапан, ударник выполнен в виде расположенного снизу стержня и сверху - утяжелителя, соединенных между собой дифференциальным клапаном, дифференциальный поршень расположен концентрично стержню ударника, дифференциальные камеры объединены в один блок.(72) Сушко Сергей Михайлович Латыпов Авис Самигуллинович Латыпова Юлия Ависовна(57) Изобретение относится к области бурения скважин,в частности к гидроударникам,используемым при бурении скважин ударновращательным способом. Технический результат изобретения - разработка гидроударника двойного действия, обладающего большей ударной энергией и большим сроком службы. Для этого в гидроударнике двойного действия,включающем размещенные внутри снабженного 21720 Изобретение относится к области бурения скважин,в частности к гидроударникам,используемым при бурении скважин ударновращательным способом. Известен гидроударник двойного действия(Эпштейн Э.Ф., Ясов В.Г. Бурение скважин гидроударниками. -М. Недра, 1967, рис.28),включающий размещенные внутри снабженного дифференциальными камерами корпуса,оканчивающегося снизу узлом включениявыключения,содержащим установленную с возможностью продольного перемещения на заданную величину поршень-наковальню с дроссельным центральным и наклонными периферийными каналами, и сверху - переводником для соединения с колонной бурильных труб, с возможностью поступательно-возвратного перемещения под действием энергии потока бурового раствора ударник и дифференциальные поршень и клапан. К недостаткам известного гидроударника следует отнести то, что наблюдается потеря энергии поршня-ударника на свободном ходу, кроме того разгрузка избыточной площади дифференциального клапана осуществлена в затрубное пространство,откуда будет засасываться буровой раствор,обогащенный шламом, что может служить причиной ускоренного износа трущихся поверхностей клапана. Задачей изобретения является разработка гидроударника двойного действия (в дальнейшем гидроударник), обладающего большей энергией единичного удара и большим сроком службы. Для этого в гидроударнике двойного действия,включающем размещенные внутри снабженного блоком дифференциальных камер корпуса,оканчивающегося снизу узлом включениявыключения,содержащим установленный с возможностью продольного перемещения на заданную величину поршень-наковальню с дроссельным центральным и наклонными периферийными зацилиндровыми каналами, и сверху - переводником для соединения с колонной бурильных труб, с возможностью поступательновозвратного перемещения под действием энергии потока бурового раствора ударник и дифференциальные поршень и клапан, ударник выполнен в виде расположенного снизу стержня и сверху -утяжелителя, соединенных между собой . дифференциальным клапаном, дифференциальный поршень расположен концентрично стержню ударника, дифференциальные камеры объединены в один блок. При таком конструктивном исполнении гидроударника более эффективно используется энергия удара, так как ударник наносит удар по наковальне до момента отрыва клапана от поршня, а так же увеличена долговечность за счет того, что разгрузка обоих камер низкого давления дифференциальных поршневых систем осуществлена в зону низкого давления,расположенную внутри гидроударника ниже дроссельного канала поршень-наковальни. 2 Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлен продольный разрез гидроударника двойного действия на фиг.2 сечение по линии А-А фиг.1 на фиг.3 - сечение по линии В-В фиг.1 на фиг.4 - сечение по линии С-С фиг. 1. Гидроударник состоит из узла включениявыключения 1, включающего центральный вал 2,имеющий возможность продольного перемещения на величину . Центральный вал 2 на верхнем конце имеет поршень-наковальню 3 (в дальнейшем наковальня) с центральным каналом малого диаметра, называемым в дальнейшем дросселем 4, а так же наклонные периферийные каналы 5,суммарная площадь поперечного сечения которых примерно равна площади поперечного сечения канала центрального вала 2. Центральный вал 2 сочленен клиньями 6 с ниппелем 7, соединенного посредством резьбы с патрубком 8, в который ввернут блок 9 дифференциальных камер 10 и 11 переменного давления и напорной камеры 12 переменного давления. Камера 12 связана с напорной частью гидроударника (фиг.1, фиг.2) продольными каналами 13, камера 11 посредством продольных каналов 14 и 15 связана с камерой 10,которая, в свою очередь, каналами 16 малого сечения соединяется с полостью ДП, а посредством каналов 17 и 5 (фиг.1, фиг.2) с зоной низкого давления НД (в рабочем положении наковальня 3 находится в верхнем положении). При этом нижние окна 18 каналов 17 перекрыты поршень-наковальней 3, а верхние окна 19 соединяют камеру 10 с каналами 17. Ударник 20 имеет стрежень 21 и утяжелитель 22, соединенных дифференциальным клапаном 23. Ниже утяжелителя 22 в поперечном гнезде ударника расположен ограничитель хода 24, а над утяжелителем расположен гидротормозной диск 25,установленный в расточке корпусной трубы 26,имеющей центральный канал 27 подачи бурового раствора. Дифференциальный поршень 28 установлен концентрично нижней стержневой части 21 ударника 20, вследствие чего образован кольцевой канал 29. На фиг.1 латинской буквойобозначен ход гидротормозного диска 25- ход наковальни 3-рабочий ход ударника 20 максимальный ход поршня 28 ДП -полость дросселирования НД - полость низкого давления ВД - полость высокого давления. Работа гидроударника происходит следующим образом. Гидроударник опускается в скважину на колонне бурильных труб с долотом, ввинченным в резьбовую часть центрального вала 2. Перед постановкой долота на забой центральный вал 2 вместе с наковальней 3 занимает нижнее положение,опустившись на величину(фиг.1), вследствие чего окна 18 соединят полость каналов 17 с полостью ДП, поэтому в камере 10 установится такое же давление, что и в полости ДП, то есть исчезает дифференциальность поршня 28, который под действием силы тяжести займет нижнее положение и появится зазор между верхним торцом поршня 28 и нижним урезом клапана 23 ударника 21720 20, зависающего на ограничителе хода 24. Вследствие этого буровой раствор имеет возможность свободного прохода в зону НД и далее на забой скважины через кольцевой канал 29,полость ДП, дроссель 4 и наклонные периферийные каналы 5, так как нижние окна 18 получают возможность сообщения с полостью дросселирования при нижнем положении наковальни 3. По мере постановки долота на забой скважины гидродинамическое состояние изменится,так как поршневая часть наковальни 3 поднимется вверх на величинуи перекроет нижние радиальные окна 18, то есть в полости ДП установится давление, зависящее от параметров дросселя 4 и продольных каналов 16, которое будет выше давления в камере 10, которая будет вышеописанным способом через верхние окна 19 связана с полостью НД. Вследствие этого поршень 28 начнет перемещаться вверх. Одновременно с этим камера 11 окажется через каналы 14, 15, 17 связанной через наклонные периферийные каналы 5 с полостью НД, а в камере 12 установится давление, равное давлению в полости ДП и восстановится дифференциальность поршня клапана 23, который так же начнет перемещаться вверх на установленную величину до взаимодействия с гидротормозным диском 25. В какой-то момент верхний торец поршня 28 достигнет нижней поверхности клапана 23 и произойдет разобщение полости ДП от полости ВД, в котором возникнет явление гидроудара,вызывающее повышение давления в полости ВД и, как следствие, система поршень 28 - ударник 20 начнет перемещаться вниз. Ввиду того, что величинана 3-4 мм превосходит величинустержневая часть 21 наносит удар по наковальне с опережением поршня 28, который продолжает движение по инерции до момента соударения с верхним торцом наковальни. К этому времени ударник 20 начинает движение вверх ввиду наличия дифференциального поршня клапана 23. Движение вверх последнего ограничивается гидротормозным диском 25, расположенным на расстоянииот верхнего урез утяжелителя 22. К этому времени поршень 28 ввиду дифференциальной конструкции так же поднимается вверх и его верхний торец в камере 12 сядет на нижний торец клапана 23,вследствие чего произойдет разобщение полостей ВД и ДП и рабочий цикл повторится. Рабочие параметры гидроударника могут быть изменены за счет изменения расхода бурового раствора и регулировочных параметров , , . В отличие от аналогов расположение утяжелителя сверху позволяет увеличить время передачи ударного импульса на наковальню за счет продольной деформации стержневой части ударника. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Гидроударник двойного действия, включающий размещенные внутри снабженного дифференциальными камерами корпуса, оканчивающегося снизу узлом включения-выключения, содержащим установленную с возможностью продольного перемещения на заданную величину поршень-наковальню, и сверху переводником для соединения с колонной бурильных труб, с возможностью поступательно-возвратного перемещения под действием энергии потока бурового раствора ударник и дифференциальные поршень и клапан, отличающийся тем, что ударник выполнен в виде расположенного снизу стержня и сверху утяжелителя,соединенных между собой дифференциальным клапаном, дифференциальный поршень расположен концентрично стержню ударника,дифференциальные камеры объединены в один блок.