Колонковый снаряд

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО ПРИ КАБИНЕТЕ МИНИСТРОВ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(56) Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. т.2. под редакцией Е.А.Козловского. М Недра. 1984. с.4755.(57) Использование колонковое бурение геоного-разведочных скважин в сложных геологических условиях. Сущность изобретет ния устройство содержит наружную трубу с породоразрушающим инструментом в нижней части. В ней размещены керноприемная труба и гидроударный узел. Гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника е ударника с отверстиями в нижней части и наружным профилированным буртом с регу лировочными кольцами. Золотник ударник установлен концентрично на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного Переслекцения. Внутренняя поверхность золотника т- ударнта обрезинена. Породораэрушактидии инструмент связан с наружной трубой цтиыевым кондинением. 1 эл. фпы. 3 ил.Изобретение относится к горному делу. а именно к техническим средствам для ко лонкового бурения разведочных скважин в сложных геологических условиях, Известен способ бурения с применением гидроударника для интенсификации про-пцесса забойного разрушения. при этом ударный механизм, приводимый в действие промывочной жидкостью выполняется в виде отдельного узла. устанавливаемого надколонковой трубойЛрименение гидроударни ков способствует улучшению производительности бурения. снижению числа и СНЯТИЮ СЭМОЗЭКПИНОК керна В КОПОНКОВЫХ трубахОднако используемые гидроударники ДОООГИ, СЛОЖНЫ ПО КОНСТРУКЦИИ И ТЗХНОЛО гической обеспеченности их применения. весьма чувствительны параметрам рабочей жидкости. Использование их не позво ляет в достаточной степени регулировать в процессе бурения энергию удара. ведет к потерям передаваемых импульсов в длин ных колонковых трубах. раздутию резьб труб. сложны также ликвидации аварии,обусловленные поломками самих гидроударников.Известен также колонковый снаряд. включающий колонковую трубу с породоразрушающим Инструментом, переходник. с генератором гидравлических колебании и виброэлемент в виде гофрированном пру жины в форме однополосного гиперболоида в шпицевой муфте. устанпеленноь по длине колонковой трубы (прототип). Копкзъакооьнл снаряд позволяет повысить гэаргроктьтвнол гь бурения за счет использования гне 1 цгу 2 МЫХ гидроударову создаюкциж к 1 тдг.1 нчэ 11 гофрированной пружиной дппгхпнинпьныпдинамические нагрузки на породоразрушатощий инструмент.Недостатком известного колонкового снаряда является его конструктивная сложность. трудность регулировки, потеря кесткости компоновки из-за наличия шлицевого соединения колонковой трубы. потери и рассеяние иглпульсной энергии в нижерасположенной колонковой трубе. а также большой доли энергии в вышерасположентуче кожюньку труб.Цепыоиз ения является повышение эффектней сти бурения в перемещающихся по крепости породах.Указанная цель достигается за счет непосредственного воздействия механогидршэлических ьтмпульсов через попоцоразрувзатолций инструмент на забой,для чего гидроударньяй узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника- ударнугка с отверстиями в нижней части и нагхужным профилированным буртом с регулировочными кольцами и концентрично установлен на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного перемещения. при этом породоразрушатощий имструмеъхт связан с наружной трубой шлицевым соединением.Кроме того внутренняя поверхность зогоэникггударньтка обрезинена. чВьхполнением пружинного трубчатого золотника в виде ударника достигается возможность использования массы самого золотника для наъ-чесения ударов по поролоразрушаппацему инструменту, в то время как свойство золотникагв/Царника как собственно золотника позволяет организовать гидроударьч е ящдкостья непосредственно о области породоразруъваюкцего элнстругиента. Лнтеггттлргтгчанное непосредспзснное воздействие механогидравличесник импульсов на породоразрутиаэощий инструмент позволит увеличить динамическую составляюъцую процесса вгтедреъпия породоразаэушаеоъдих элементов в породузабоя. что повысит эффективность буренияНаличии наружного профильтрованного бурта с регулировочными кольцами даст вгшаьнгжкгпосгь цвъ/лжувцейсн по кольцевому зазору экидкости осуществлять толкание золотника-ударникгз в направлении на породвразрэуцьяаюпдгийт инструмент. при этом сила толкание может регулироваться как скоростыо потока жидкости. т.е. производительностью насоса. так и количеством регулировочных колец в бурта. что равносильно парусности.Возможность свободного продольного печремевтсгчгия трубчатого золотника-удар 4ника по керноприемной трубе. ссоблюдением достаточной герметизации между ними, ПОЗВОЛЯЕТ ОРГЗНИЗОВЭТЬ автоколебатель ный режим его движения, что обуславливает импульсные нагрузки на породоразрушающий инструмент как за счет ударов по нему золотника-ударника. так и за счет создаваемых золотником - ударником гидроударов.Покрытие резиновой пленкой внутренней поверхности трубчатого золотникаударника снижает до минимума трения между ним и керноприемной трубой и обуславливает достаточную герметизацию их контакта, Импульсные нагрузки предполагают продольное смещение породоразрушающего инструмента относительно колонкового снаряда. что обеспечивается наличием шпицевого соединения между ними. которое позволяет также прекратить работу золотника-ударника при подъеме снаряда над забоем и увеличении зазора между породоразрушающим инструментом и керноприемной трубой. .На фиг.1 представлен предлагаемый колонковый снаряд на фиг.2 разрез по АА на фит нафиг.З с разрез по Б-Б фиг.1.Колонковый снаряд состоит из наруж ной колонковой трубы 1. внутри которой коаксиально расположена с зазором керноприемная труба 2. ПородоразрушатоЩий инструмент 3 закрепляется на колонковой трубе 1 посредством шлицевого соединения 4 и с зазором 5 относительно керноприемной трубы 2. На керноприемнуяо трубу 2 насажен с возможностью свободного продольного перемещения золотник-ударник 6. имеющий наружныйпроцъилированньтй бурт 7. в который опира ется пружина 8 распирающая породоразрушающий инструмент 3 И золотник-ударник 6. Шейка 9 профилированного бурта 7 является посадочным местом для регулировочных колец 10. количеством которых регулируется парусность бурта 7. Нижний конец золотника-ударника 6 на удалении от торца. равном или несколько большем величины зазора 5 опоясан отверстиями 11. диаметр которых равен величине продольного люфта шпифовочного соединения 4. Попумуфты шлицевого соединения 4 закреплены между собой скобой 12. Внутренняя поверхность золотника-ударника 6 обрезинена резиной 13 Колонковый снаряд работает следующим образом. У В собранном виде колонковый снаряд опускается на забой скважины. Подается от насоса промывочная жидкость. снаряд загружается усилием в осевом направлении.прикладывается крутящий момент. вследствие чего производится разрушение забоя и выбурка керна. Промывочная жидкость поступает к породоразрушающему инструменту 3 по зазору между наружной и колонковой трубой 1 и керноприемной тру бой 2. омывает золотник-ударник 6 с егопрофилированным буртом 7 и по зазору 5 поступает внутрь керноприемной трубы 2. захватывает керн и шлам и выносит их на поверхность. Кроме того. промывочная жидкость попадает на забой. смачивает шлам и охлаждает режущие элементы породоразрушающего инструмента 3. Омывая профилированный бурт 7 с регулировочными кольцами 10. имеющий определенную парусность. жидкость захватывает его. а значит и золотник-ударник 6 и толкает на породоразрушающий инструмент 3. нанося по последнему удар. В момент удара золотник-ударник 6 резко и полностью перекрывает выход жидкости в зазор 5. вследствие чего в полости породоразрушающего инструмента З возникает гидравлический удар. давление которого также полезно воздействует на породоразрушающий инструмент 3 в направлении забоя.Поскольку в момент гидроудара жидкость полностью останавливается и исчезает влияние ее скоростной составляющей на парусность профилированного бурта 7 с регулировочными кольцами 10, то зслотникударник 6 пружиной 8 возвращается в исходное положение (так называемый водяной таран), определяемое размерами и жесткостью пружины 8. Возврату золотника-ударника 6 в начальной стадии движения способствует также импульс давления жидкости гидроудара. воздействующий на профилированный бурт 7 со стороны породоразрушающего инструмента 3Вновь открывается зазор 5 и возобновленный ускоряющий ток жидкости начинает снова воздействовать на профилированный бурт 7 и процесс повторяется. Таким образом создаются автоколебания с ударами золотника-ударника 6. влекущие за собой гидроудары, и их совместное ударное воздействие на породоразрушающий инструмент 3. Это способствует лучшему внедрению рабочих элементов породоразрушающего инструмента 3 в забой. Такая динамика работы особенно желательна для твердосплавного инструмента в комплексах КГК при проходке коренных кристаллических пород, поскольку твердосплавные породорежущие элементы наиболее стойки и эффективны в этих условиях в сочетании с ударным нагружением. Таким образом поЯВЛЯСТСЯ ВОЗМОЖНОСТЬ проходить КОМПЛВКсом КГК всю скважину, включающую осадочные и коренные породы. заглубляясь в последние на несколько метров. не меняя породоразрушающий инструмент, т.е. за один рейс, что является как раз весьма желаемой -целью использования комплекса КГК.Частота и сила ударов золотника-ударника 6 по породоразрушающему инструменту 3 являются зависящими в основном от таких параметров как масса золотникаударника 6 и сила воздействия скорости струи-на профилированный бурт 7. шейка 9 которого наполняется регулировочными кольцамиЮ в зависимости от необходимой парусности профилированного бурта 7. а значит на золотник-ударник 6.Нанесение осевых ударов по породоразрушающему инструменту 3 естественно сопровождается его осевыми смещениями. для чего в конструкции предусмотрено шлицевое соедьнение 4 с соединительной скобой 12 и люфтом. При подъеме снаряда шлицевое соединение 4 даст возможность породоразрушающему инструменту 3 сместиться в осевом направлении на величину этого люфта. т.е. зазор увеличится. вследствие чего отверстия 11 золотника-ударника б совместятся с зазором 5 и станут пропускать жидкость. а значит исчезнет необходимое условие автоколебательного режима,выражающееся в остановке в определенный момент движения жидкости, таким об разом золотник-ударник б будет остановленв крайнем нижнем (по схеме) положении,т.е. при подъеме снаряда над забоем (например при расходке) ненужного в это время механогидравлического импульсного нагружения породоразрушающего инструмента 3 не будет. Это необходимое условие,предотвращающее разрушение шлицевого соединения. С постановкой снаряда на забой автоколебания золотника-ударника 6 вновь возобновляются. а следовательно возобновится и ударный режим. Прекращение ударной работы может осуществляться и посредством уменьше д ния, либо полного прекращения подачи про мывочной жидкости. В связи с этим конструкция заявляемого колонкового снаряда может быть без шлицевого соединения. те. на обычной резьбе. Однако в этом случае осевые нагрузки на снаряд при бурении должны быть такими, чтобы деформационная релаксация низа снарядалод воздействием ударных нагрузок не превышала деформаций от осевых нагрузок условие. которое позволяет не нагружать резьбовое соединение нежелательными имдульсньлми растягивающим-аи нагрузками. 7Внутренняя поверхность золотникаударника 6 покрыта резиной 13 для необходимой герметизации контакта золотник-ударник 6 - керноприемная труба 2. а также для того. чтобы уменьшить трение в этом контакте. Однако. при больших скоростях движение жидкости-в зазоре колонковая труба 1 керноприемная труба 2 и достаточно длинном золотника-ударни к ке 6 и его возможно точной посадке соскольжением на керноприемную трубу 2 возможно изготовление золотника-ударника 6 без внутреннего обрезинивания 13, поскольку в этом случае сохраняются все компоненты автоколебательного режима иПрименение предлагаемого техниче ского решения позволит в частности расширить возможности эффективного использования твердосплавного породоразрушающего инструмента в комплексах КГК. повысить эффективность собственно КГК за счет использования на весь рейс. включая коренные породы. одной твердосплавной коронки, улучшить энерговооруженность использования алмазных коронок вдвойных колонковых снарядах при увеличе 8нии производительности и скорости бурения этими снарядами и коронками и их ресурса.. ружную трубу с породоразрушающим инст рументом в нижней части. размещенную в ней керноприемную трубу и гидроударный узел,отличающийсятемжтцсцелью повышения эффективности бурения в перемежающихся по крепости породах за счет непосредственного воздействия механогидравлических импульсов через породоразрушающий инструмент на забой. гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника-ударника с отверстиями в нижней части и с наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами. концентрично установленным на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного перемещения, при этом породоразрушающий инструмент связан с наружной трубой шлицевым соединением.2. Колонковый снаряд по п.1. о тал и ч аю щ и й с я тем. что внутренняя поверхность золотника-ударника обрезинена.