Устройство для бурения скважин

 

Изобретение относится к горной промьшленности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устр-ва за счет обеспечения эффективной работы в подводном и надводном положениях и повьппение эффективности очистки скважины. При бурении скважины спускают в нее колонну труб с закрепленным на ее внутренней трубе 1 породоразрушающим инструментом 27. На наружной трубе 2 колонны при помощи зажимного приспособления 3 установлен кольцевой ударник (КУ) 4, Сжатый воздух Р. (П

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (ll) (5)) 4 Е 21 В 7/12 Е 21 С 3/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

/ описания изоБрктьнил,/ "..

И А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ® ® ., (21) 4004492/22-03 (22) 02.12.85 (46) 23.06.87. Бюл. N - 23 (71) Институт горного дела СО AH СССР и Специальное конструкторское бюро

Всесоюзного промышленного объединения "Союзгеотехника" (72) А.Д. Костылев, А.Я. Тишков, Б.Б. Данилов, Л.В. Зимонин, Б.Н. Смоляницкий, А.Т. Сырямин, Д.И. Коган и В.Н. Савельев (53) 622.233.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1133388, кл. Е 21 С 3/24, 1983.

Авторское свидетельство СССР . У 1141822, кл. Е 21 С 3/24, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДДЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к горной промышленности. Цель изобретения— расширение функциональных возможностей устр-ва за счет обеспечения эффективной работы в подводном и надводном положениях и повышение эффективности очистки скважины. При бурении скважины спускают в нее колонну труб с закрепленным на ее внутренней трубе 1 породоразрушающим инструментом 27. На наружной трубе 2 колонны при помощи зажимного приспособления 3 установлен кольцевой ударник (КУ) 4. Сжатый воздух

131 по магистрали 18 подается к КУ 4 и через штуцер 19 поступает в камеру (К) 12 рабочего хода, образованную

КУ 4 и связанными с ним через наружный 7, верхний 8, а также нижний наружный 9 и внутренний нижний 10 упругие элементы (УЭ) ступенчатыми стенками 5 и 6 корпуса КУ 4. Воздух поступает через штуцер 20 в К 14 холостого хода, образованную КУ 4, стенками 5 и 6 и наковальней 13. Сжатый воздух в К 14 воздействует на

УЭ 9 и КУ 4, а проникая через клапан 15 магистрали 17 для отвода сжатого воздуха, — на УЭ 10. Вследствие плотного прижатия клапана 15 к стенке 6 уменьшается утечка энер8682 гоносителя из К14, а в К 12 воздух воздействует на УЭ 7 и 8 и на КУ 4 °

Для обеспечения эффективной работы

КУ 4 необходимо выбрать площадь .

УЭ 7,8 со стороны К 12, равную 0,30,8 площади УЭ 9,10 и КУ 4 со стороны К 14. Вследствие этой разности площадей КУ 4 движется в К 12, в то же время клапан 15 открывает магистраль 17 и сжатый воздух устремляется через трубопровод 24 и гибкий шланг 25 в межтрубное пространство.

При этом КУ 4 под воздействием давления в К 12 движется вниз и бьет по наковальне 13 ° Удар через приспособление 3 передается инструменту 27.

2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения эффективной работы в подводном и надводном положениях и повышение эффективности очистки скважины.

На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство для бурения геолого— разведочных скважин состоит из двойной колонны бурильных труб„ включающий внутреннюю 1 и наружную 2 трубы.

На наружной трубе 2 при помощи зажимного приспособления 3 крепится ударный механизм, состоящий из кольцевого ударника 4, соединенного со ступенчатыми стенками 5 и 6 корпуса посредством кольцевых упругих элементов — верхнего наружного 7, верхнего внутреннего 8, нижнего наружного 9 и внутреннего нижнего 10.

Такая конструкция ударного механизма позволяет выполнить в нем сквозной центральный канал и пропустить сквозь него двойную бурильную колонну так, чтобы при закреплении ударного механизма на боковой поверхности двойной бурильной колонны обеспечивалась эффективная передача

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения скважин как на суше, так и под водой.

5 ударной нагрузки породоразрушающему инструменту. Отсутствие подвижного сопряжения кольцевого ударника с другими деталями посредством цилиндрических поверхностей трения позволяет избежать потери работоспособности ударного механизма при попадании в его внутренние полости воды, ила и шлама. Даже в этих аварийных случаях ударный механизм начинает работать и в процесе работы самоочищается.

Верхний наружный 7 и верхний внутренний 8 упругие элементы образуют с кольцевым ударником 4, ступенчатыми стенками 5 и 6 корпуса и крышкой 11 камеру 12 рабочего хода, а нижний наружный 9 и нижний внутренний 10 упругие элементы образуют с кольцевым ударником 4, ступенчатыми стенками 5 и 6 корпуса и наковальней 13 камеру 14 холостого хода °

Для устойчивой работы ударного механизма принимаем рабочую площадь кольцевых упругих элементов 7 и 8 и кольцевого ударника 4 со стороны камеры рабочего хода, равную 0,30,8 рабочей площади кольцевых упругих элементов 9 и 10 и кольцевого ударника 4 со стороны камеры холостого хода. При этом кольцевой ударник 4 соединен со ступенчатой стенкой 6 корпуса посредством дополнительного кольцевого упругого элемен3 13186 та — клапана 15, имеющего отверстие

16 и установленного с возможностью периодического перекрывания магистрали 17 для отвода сжатого воздуха со ступенчатой стенкой 6 корпуса.

Камеры рабочего хода 12 и холостого хода 14 соединены с магистралью 18 для подвода сжатого воздуха при помощи верхнего 19 и нижнего 20 штуцеров. Верхний штуцер 19 имеет аб- f0 ратный клапан 21, между ступенчатой стенкой 6 корпуса и наружной трубой

2 расположено уплотнительное кольцо 22. Внутренняя 1 и наружная 2 трубы образуют межтрубное простран- 15 ство 23, соединенное в верхней части наружной трубы 2 через магистраль, выполненную в виде трубопровода 24 и гибкого шланга 25, с магистралью

17 для отвода сжатого воздуха, а в 20 нижней части внутренней трубы 1 через радиальное отверстие 26 с внутренней полостью внутренней трубы 1.

На нижнем конце внутренней трубы

1 установлен породоразрушающий инструмент 27 с центральным 28 и боковыми сквозными 29 отверстиями.

Устройство работает следующим образом. 30

При бурении скважины буровой станок вращает и постепенно опускает двойную колонну бурильных труб с закрепленнь|м на конце внутренней трубы 1 парадоразрушающим инструментом 27 ° На наружной трубе 2 при помощи зажимнаго приспособления 3 установлен ударный механизм, к которому по магистрали 18 подается сжатый воздух, поступающий через верхний штуцер 19 в камеру 12 рабочего хода, а через нижний штуцер 20 — в камеру 14 холостого хода. В послед- . ней сжатый воздух воздействует на нижний наружный упругий элемент 9, кольцевой ударник 4 и, проникая через отверстие 16 клапана 15, — на нижний внутренний упругий элемент 10.

Предлагаемая конструкция клапана 15 обеспечивает его плотное при1 легание к торцовой поверхности центральной ступенчатой стенки 6 корпуса,. вследствие чего уменьшаются утечки энергоносителя из камеры 14 холосто55 го хода, кроме того, исключается возможность попадания воды и шлама во внутреннюю полость ударного механизма.

82 4

Предлагаемая конструкция клапана

15 позволяет также увеличить величину хода ударника да начала выхлопа из камеры 14 холостого хода по сравнению с аналогичными известными устройствами. Вследствие этого возрастают габаритный ход кольцевого ударника 4 и энергия удара, что в конечном счете приводит к увеличению производительности бурения. В камере t2 рабочего хода сжатый воздух воздействует на верхние наружный 7 и внутренний 8 упругие элементы и на кольцевой ударник 4. Необходимо выбирать рабочую площадь упругих элементов 7 и 8 и кольцевого ударни ка 4 са стороны камеры 12 рабочего хода, равную 0,3-0,8 рабочей площади упругих элементов 9 и 10 и кольцевого ударника 4 со стороны камеры

14 холостого хода. В этом случае обеспечивается наиболее эффективная работа ударного механизма. Вследствие разности рабочих площадей камер рабочего !2 и холостого 14 ходов кольцевой ударник 4 движется вверх. Клапан 21 перекрывает отверстие верхнего штуцера 19, кольцевой ударник 4, поднимаясь вверх, сжима.ет воздух в камере 12 рабочего хода, в то же время клапан 15, поднимаясь вместе с кольцевым ударником

4 вверх, открывает магистраль 17 для отвода сжатога воздуха в центральной ступенчатой стенке 6 корпуса.

Сжатый воздух из камеры 14 холостого хада и магистрали 18 сжатого воздуха устремляется в магистраль 17 для отвода сжатого воздуха и через трубопровод 24 и гибкий шланг 25 поступает в межтрубнсе пространства 23.

Кольцевой ударник 4 движется под воздействием давления воздуха в камере 12 рабочего хода вниз и бьет па наковальне 13. Удар через эажимнае приспособление 3. наружную 2 и внутреннюю 1 — ðóáû передается порадоразрушающему инструменту 27.

Кольцевой упругий элемент — клапан

i5 опускаясь вместе с кольцевым ударникам 4 вниз перекрьГвает ма гистраль 17 для отвода сжатого воздуха, и цикл повторяется. Поступающий в межтрубное пространство 23 выхлапываемый воздух, двигаясь вниз, протекает в сквозное радиальное отверстие 26 и, попадая во внутреннюю

1318682 трубу 1, устремляется вверх, смешиваясь с водой. При этом плотность водяного столба внутри трубы 1 оказывается меньше плотности воды в скважине, вследствие чего создается эффект эрлифта. Вода из скважины через сквозные 29 и центральное 28 отверстия в породоразрушающем инструменте 27 устремляется внутрь трубы

1, подхватывая керношламовый мате.риал, образованный при бурении, и вынося его на поверхность. Эффект эрлифта создавался бы и в случае, если радиальное отверстие .26 было расположено в верхней части двойной бурильной колонны непосредственно

1 под герметичной перегородкой, соединяющей внутреннюю 1 и наружную

2 трубы, но в этом случае эффективность работы эрлифта будет хуже, 20 так как уменьшается разность объемного веса воды, находящейся в полости внутренней трубы 1 двойной бурильной колонны и окружающей воды. По мере углубления скважины ударный механизм приближается к поверхности дна, зажимное приспособление 3 расклинивается, ударный механизм под действием инерционных сил поднима.— ется вверх по наружной трубе 2, зажимное приспособление 3 срабатывает, соединяя ударный механизм с наружной трубой 2 на новом уровне. Цикл работы устройства периодически повторяется до достижения породоразруша- 35 ющим инструментом 27 проектной глубины скважины.

Таким образом, предлагаемое устройство для бурения скважин обеспечи- уо вает эффективное бурение скважин в подводных условиях. Выхлопной тракт значительной длины, состоящий иэ магистрали 17 для отвода сжатого воздуха, трубопровода 24, гибкого шланга 2S, межтрубного пространства

23 и радиального отверстия 26 исключает возможность попадания керношламового материала во внутреннюю полость ударного механизма. Кроме того, такое решение позволяет добиться максимальной эффективности работы эрлифта.. Конструкция ударного механизма с центральным сквозным каналом позволяет расположить его непосредственно над поверхностью устья скважины и добиться тем самым максимальной эффективности передачи энергии удара породоразрушающему инструменту.

Таким образом, применение устройства для бурения скважин обеспечивает возможность бурения скважин на морском дне. Конструкция устройства обеспечивает его высокую надежность работы в подводных условиях и возможность получения достаточно больших энергетических параметров, так как геометрические размеры устройства не ограни— чены диаметром скважины.

Формула изобретения

1. Устройство для бурения скважин, включающее двойную бурильную колонну, образующую межтрубное пространство, породоразрушающий инструмент, ударный механизм с кольцевым ударником, магистраль дпя подвода сжатого воздуха в камеры рабочего и холостого ходов и магистраль для отвода сжатого воздуха, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения эффективной работы в подводном и надводном положениях, ударный механизм выполнен в виде охватывающего наружную бурильную трубу корпуса, в котором установлен кольцевой ударник, связанный с внутренними стенками корпуса, выполненными ступенчатыми, посредством двух пар кольцевых упругих элементов, при этом ударный механизм имеет клапан, выполненный в виде упрогого элемента с отверстием, и обратный клапан, установленные соответственно в камере холостого хода с возможностью перекрытия магистрали для отвода сжатого воздуха и в камере рабочего хода с возможностью перекрытия магистрали для подвода сжатого воздуха, а камера холостого хода связана с межтрубным пространством двойной бурильной колонны магистралью для отвода сжатого воздуха, причем площадь кольцевых упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры холостого хода превышает площадь кольцевых упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры рабочего хода.

2. Устройство по и. 1, о т л ич ающ е е ся тем, что в ударном механизме площадь упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры рабочего хода составляет 0,30,8 площади упругих элементов и кольцевого ударника со стороны камеры холостого хода.

1318682

Составитель И.Неснова

Техред М.Ходанич

Корректор Т.Колб

Редактор А.Козориз

Заказ 2485/26

Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности очистки сквадины, межтрубное пространство выполнено в виде замкнутой полости с возможностью сообщения последней с полостью внутренней трубы посредством радиального отверстия, выполненного в нижней части трубы.