Колонковый снаряд

 

Использование: колонковое бурение геолого-разведочных скважин в сложных геологических условиях. Сущность изобретения: устройство содержит наружную трубу с породоразрушающим инструментом в ниж: ней части. В ней размещены керноприемнэя труба и гидроударный узел. Гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника - ударника с отверстиями в нижней части и наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами. Золотник - ударник установлен концентрично на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного перемещения. Внутренняя поверхность золотника - ударника обрезинена, Породорэзрушающий инструмент связан с наружной трубой шлицевым соединением . 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

дФ- рщ ф:ф соК33 coRFòcêèõ сОциллистических

РЕСПУБЛИК (я)5 E 21 В 25/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ .ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕ11Т СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4855515/03 . (22) 31.07.90 (46) 15.01,93. Бюл. № 2 (71) Поисково-съемочная экспедиция Производственного геологического объединения

"Южказгеология" (72) Ж.Б.Бекбауев, А.M.Æìûðåâ, И,М.Тлеуова и M Ã.Tëåóoâ (56) Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин, т.2, под редакцией Е.А.Козловского, М., Недра, 1984, с.47 — 55, Авторское свидетельство СССР

¹ 1492014, кл. Е 21 В 25/00, 1987. (54) КОЛОНКОВЫЙ СНАРЯД (57) Использование: колонковое бурение геолого-разведочных скважин в сложных геоИзобретение относится к горному делу, а именно к техническим средствам для колонкового бурения разведочных скважин в сложных геологических условиях.

Известен способ бурения с применением гидроударника для интенсификации процесса забойного разрушения, при этом ударный механизм, приводимый в действие промывочной жидкостью, выполняется в виде отдельного узла, устанавливаемого над . колонковой трубой. Применение гидроударнйков способствует улучшению производительности бурения, снижению числа и снятию самозаклинок керна в колонковых трубах.

Однако используемые гидроударники дороги, сложны по конструкции и технологической обеспеченноси их применения, весьма чувствительны параметрам рабочей жидкости. Использование их не позво» SU, 1788201 А1 логических условиях. Сущность изобретения: устройство содержит наружную трубу с породораэрушающим инструментом в нижней части. В ней размещены керноприемная труба и гидроударный узел.

Гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника — ударника с отверстиями в нижней части и наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами, Золотник — ударник установлен концентрично на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного перемещения. Внутренняя поверхность золотника — ударника обреэинена, Породоразрушающий инструмент связан с наружной трубой шлицевым соединением. 1 з,п, ф-лы, 3 ил. ляет в достаточной степени регулировать в процессе бурения энергию удара, ведет к потерям передаваемых импульсов в длинных колонковых трубах, раздутию резьб труб, сложны также ликвидации аварий, обусловленные поломками самих гидроударников.

Известен также колонковый снаряд, включающий колонковую трубу с породоразрушающим инструментом, переходник с генератором гидравлических колебаний и виброзлемент в виде гофрированной пружины в форме однополосного гиперболоида в шлицевой муфте, установленной по длине колонковой трубы (прототип). Колонковый снаряд позволяет повысить эффективность бурения эа счет использования генерируемых гидроударов, создающих совместно с гофрированной пружиной допплi ител,, 1(.lf

1788201

30

50 динамические нагрузки на породоразрушающий инструмент.

Недостатком известного колонкового снаряда является его конструктивная сложность, трудность регулировки, потеря >кесткости компановки из-за наличия шлицевого соединения колонковой трубы, потери и рассеяние импульсной энергии в нижерасположенной колонковой трубе. а также большой доли энергии в вышерасположенную колонну труб.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения в перемещающихся по крепости породах, Указанная цель достигается за счет непосредственного воздействия механогидравлических импульсов через породоразрушающий инструмент на забой, для чего гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника — ударника с отверстиями в нижней части и наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами и концентрично установлен на керноприемной трубе с возмо>кностью свободного продольного пере- 2 мещения, при этом породораэрушающий инструмент связан с наружной трубой шлицевым соединением.

Кроме того внутренняя поверхность золотника-ударника обрезинена.

Выполнением пружинного трубчатого золотника в виде ударника достигается воз можность использования массы самого золотника для нанесения ударов по породоразрушающему инструменту, в то 3 время как свойство золотника-ударника как собственно золотника позволяет организовать гидроудары в жидкости непосредственно в области породоразрушающего инструмента. Интегрированное непосред- 4 ствен ное воздействие механогидравлических импульсов на породоразрушающий инструмент позволит увеличить динамическую составляющую процесса внедрения породоразрушающих элементов в породу 4 забоя, что повысит эффективность бурения в целом;

Наличие наружного профилированного бурта с регулировочныMI кольцами даст возможность движущейся по кольцевому зазору жидкости осуществлять толкание золотника-ударника в направлении на породораэрушающий инструмент, при этом сила толкания может регулироваться как скоростью потока жидкости, т,е. производитель- 5 ностью насоса, так и количеством регулировочных колец в бурте, что равносильно парусности.

Возможность свободного продольного перемещения трубчатого золотника-ударника по керноприемной трубе, с собл юдением достаточной герметизации между ними, позволяет организовать автоколебательный режим его движения. что обуславливает импульсные нагрузки на породораэрушающий 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 шлицевого 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 А — А на фиг.1; на,фиг.3 — разрез по Б-Б фиг.1.

Колонковый снаряд состоит из наружной колонковой трубы 1, внутри которой коаксиально расположена с зазором керноприемная труба 2, Породораэрушающий инструмент 3 закрепляется на колонковой трубе 1 посредством шлицевого соединения 4 и с зазором 5 относительно керноприемной трубы 2. На керноприемную трубу 2 насажен с возможностью свободного продольного перемещения золотник-ударник 6, имеющий наружный профилировачный бурт 7, в который опирается пружина 8, распирающая породораэрушающий 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 б на удалении от торца, равном или несколько большем величины зазора 5,опоясан отверстиями 11, диаметр которых равен величине продольного люфта шлифовочного соединения 4. Полумуфты шлицевого соединения 4 закреплены между собой скобой 12. Внутренняя поверхность золотника-ударника 6 обрезинена резиной 13, Колонковый снаряд работает следующим образом.

В собранном виде колонковый снаряд опускается на забой сква>кины. Подается от насоса промывочная жидкость, снаряд загружается усилием в осевом направлении, 1788201

30 гидроудары, и их совместное ударное воздействие на породоразрушающий инструмент 3. Это способствует лучшему 50

55 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 трубой 2, омывает золотник-ударник 6 с его профилированным 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, имеющйй 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 3 возникает гидравлический удар, давление которого также полезно воздействует на породоразрушающий инструмент 3 в напоавлении забоя.

Поскольку в момент гидроудара жидI кость полностью останавливается и исчезает влияние ее скоростной составляющей на парусность проФилированного бурта 7 с регулировочными кольцами 10, то зглотникударник 6 пружиной 8 возвращается в исходное поло>кение (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 профилирован ный бурт 7 со стороны породоразрушающего инструмента 3, Вновь 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 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 нагру>кением. Таким образом появляется возмо>кность проходить комплек35

45 сом 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 кольцами 10 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 соед .нение 4 с соединительной скобой 12 и люфтом. При подьеме 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 6 совместятся с зазором 5 и станут пропускать жидкость, а значит исчезнет необходимое условие автоколебательного режима, выражающееся в остановке в определенный момент движения жидкости, таким образом золотник-ударник 6 будет остановлен в крайнем нижнем (по схеме) положении, т.е, при падьеме 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 уменьшения, либо полного прекращения подачи промывочной жидкости, B связи с этим конструкция заявляемого колонкового снаряда может быть без шлицевого соединения, т.е, на обычной резьбе, Однако в этом случае осевые нагрузки на снаряд при бурении должны быть такими, чтобы деформационная релаксация низа снаряда под воздействием ударных нагрузок не превы- шала деформаций от осевых нагрузок; условие, которое позволяет не нагружать резьбовое соединение нежелательными импульсными растягивающими нагрузками.

1788201

Внутренняя 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 золотнике-ударнике 6 и его возможно точной посадке со скольжением на керноприемную трубу 2 возможно изготовление золотника-ударника 6 без внутреннего обрезинивания 13, поскольку в этом случае сохраняются все компоненты автоколебательного режима и гидроударов.

Применение предлагаемого технического решения позволит в частности расширить возмо>кности эффективного использования твердосплавного породо разрушающего 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 в двойных колонковых снарядах при увеличении производительности и скорости бурения этими снарядами и коронками и их ресурса.

Формула изобретения

5 1. Колонковый снаряд, содер>кащий наружную трубу с породоразрушающим инструментом в нижней части, размещенную в ней керноприемную трубу и гидроударный узел, отличающийся тем, что, с целью

10 повышения эффективности бурения в перемежающихся по крепости породах за счет непосредственного воздействия механогидравлических импульсов через породоразрушающий инструмент на забой, 15 гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника-ударника с отверстиями в нижней части и с наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами, концентрично уста20 новленным на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного перемещения, при этом породоразрушающий инструмент связан с наружной трубой шлицевым соединением.

25 2. Колонковый снаряд по п,1, о т.л и ч аю шийся тем, что внутренняя поверхность золотника-ударника обрезинена.

1788201

IO уиг.2

Составитель M,Òëåóîâ

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Е.Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород ул.Гагарина, 101

Заказ 58 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5