Кольцевой пневмоударник для бурения скважин

 

Изобретение относится к горной промети и предназначено для бурения геологоразведочных скважин. Цель - повышение эксплуатационной надежности пневмоударника при увеличении глубины бурения за счет уменьшения вероятности попадания шлама в ударный узел. Для этого на установленной внутри ступенчатой трубки (СТ) 3 керноприемной трубе (КПТ) 4 выполнен кольцевой бурт 5, который размещен между впускным 12 и выхлопным 13 отверстиями СТ 3, выполненными на различных ее ступенях . В кольцевом бурте 5 выполнено по

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

IsIIs Е 21 С3/24

ГОСУДАРСТВЕН-1ЫИ KOMVITET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОП ИСАН И Е И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3661691/03 (22) 15.11,83 (46) 07.09.91. Бюл. Q 33 (71) Институт горного дела СО АН СССР и

Специальное конструкторское бюро Всесоюзного промышленного обьединения "Союзгеотехника" (72) А,Д.Костылев, В.П.Богинский, Б.Н,Смоляницкий, Ю.Н.Сырямин, Б.Б.Данилов, Д.И.Коган и В,Н.Савельев (53) 622.233,52-85(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1133388, кл. Е 21 С 3/24, 19&3.

:2. Авторское свидетельство СССР

М 1141822, кл. Е 21 С 3/24, 1983, Б Л 1675548 А1 (54) КОЛЬЦЕВОЙ ПНЕВМОУДАРНИК ДЛЯ

БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к гарной прамсти и предназначено для бурения геологоразведочных скважин, Цель — повышение эксплуатационной надежности .пневмоударника при увеличении глубины бурения за счет уменьшения вероятности попадания шлама в ударный узел, Для этого на установленной внутри ступенчатой трубки (CT) 3 керноприемнай трубе (КПТ) 4 выполнен кольцевой бурт 5, который размещен между впускным 12 и выхлопным 13 отверстиями

СТ 3, выполненными на различных ее ступенях. В кольцевом бурте 5 выполнено по

1675548

20

35 меньшей мере одно дросселирующее отверстие 6. В торцовой части корпуса 1 пневмоударника с возможностью осевого перемещения вдоль СТ 3 установлен породоразрушающий инструмент 7 с продувочным каналом 8, сообщенным с магистральной камерой (К) 14 через выхлопную К15. Последняя размещена между СТ3 и КПТ 4, При этом площадь сечения канала

8 инструмента 7 равна сумме площадей поперечных сечений отверстий 13 и 6. Ударник

2 и СТ 3 образуют К 16 рабочего хода, а вместе с корпусом 1 — К 17 холостого хода.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к пневмоударным устройствам с пневмотранспортом керношламового материала, используемым при бурении геологоразведочных скважин.

Известен кольцевой пневмоударник для бурения скважин, включающий корпус, ступенчатый ударник со сквозным осевым каналом, входящие в последний ступенчатая трубка с отверстиями для впуска и выхлопа воздуха и керноприемная труба с продольными каналами, выполненными на ее наружной поверхности, и приспособление для варьирования времени впуска при рабочем ходе ударника (1).

Недостатком кольцевого пневмоударника является то, что вследствие трения регулировочной втулки в выступах ударника снижается эксплуатационная надежность устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является кольцевой пневмоударник, включающий корпус, ударник, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль ступенчатой трубки с впускным и. выхлопным отверстиями; выполненными на различных ступенях ступенчатой трубки, жестко установленную внутри последней керноприемную трубу, породоразрушающий инструмент с продувочным каналом, сообщенным с магистральной камерой через выхлопную камеру, размещенную между ступенчатой трубкой и керноприемной трубкой (2).

Недостатком известного кольцевого пневмоударника является то, что при увеличении глубины бурения из-за возрастающего противодавления выхлопного тракта повышается вероятность попадания частиц шлама в ударный механизм, что в целом

Под действием разности давлений в К 17 и

18 ударник 2 совершает рабочий ход до нанесения удара по инструменту 7. При этом отверстия 12 и 13 перекрываются. Перед ударом открываются отверстия 12 в К 17, а отверстия 13 в К 16, из которой происходит выхлоп воздуха в К 15, где он смешивается с воздухом, прошедшим через отверстия 6 из К 14. Далее воздушный поток поступает через каналы 8 на забой. Разрушенная порода этим потоком выносится в центральный канал КПТ 4 и далее по тоубе 11 — на поверхность, 1 з.п, ф-лы, 2 ил. приводит к уменьшению эксплуатационной надежности конструкции.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности пневмоударника при увеличении глубины бурения за счет уменьшения вероятности попадания шлама в ударный узел, Цель достигается тем, что в кольцевом пневмоударнике для бурения скважин, включающем корпус, ударник, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль ступенчатой трубки с впускным и выхлопным отверстиями, выполненными на различных ступенях ступенчатой трубки, жестко установленную внутри последней керноприемную трубу, породоразрушающий инструмент с продувочным каналом, сообщенным с магистральной камерой через выхлопную камеру, разме ценную между ступенчатой трубой и керноприемной трубой, на керноприемной трубе выполнен кольцевой бурт, который размещен между впускным и выхлопным отверстиями ступенчатой трубки, при этом в кольцевом бурте выполнено по меньшей мере одно дросселирующее отверстие.

Кроме того, площадь поперечного сечения продувочного канала породоразрушающего инструмента равна сумме площадей поперечных сечений выхлопного.и дросселирующего отверстий.

На фиг. 1 показан пневмоударник, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг, 1, Кольцевой пневмоударник для бурения скважин включает корпус 1, ударник 2, ступенчатую трубку 3, керноприемную трубу 4, снабженную кольцевым буртом 5, в котором выполнены дросселирующие отверстия 6. В

40 торцовой части корпуса 1 установлен с возможностью осевого перемещения породоразрушающий инструмент 7 с

1675548

25

35

50 продувочными каналами 8, Верхней частью корпус 1 соединен с двойной буровой трубой 9, состоящей из внешней 10 и внутренней

11 труб, последняя из которых соединяется с керноприемной трубой 4 и является продолжением шламотрубопровода, В ступенчатой трубке 3 выполнены впускные отверстия 12 и выхлопные отверстия

13. Кольцевой бурт 5 на наружной поверхности керноприемной трубы 4 расположен между впускными отверстиями 12 и выхлопными отверстиями 13 ступенчатой трубки 3 и разделяет пространство между стенками ступенчатой трубки 3 и керноприемной трубы 4 на магистральную камеру 14 и выхлопную камеру 15, которые сообщены между собой через дросселирующие отверстия 6, выполненные в бурте 5.

Ударник 2 и ступенчатая трубка 3 образуют камеру 16 рабочего хода, а те же элементы и корпус 1 — камеру 17 холостого хода.

На корпусе 1 установлен пакер 18, препятствующий попаданию сжатого воздуха и шлама между корпусом 1 и стенкой скважины, Сжатый воздух подается по межтрубному пространству 19 двойной буровой трубы

9 в магистральную камеру 14, образованную стенками керноприемной трубы 4, ступенчатой трубки 3 и буртом 5, Дальше поток сжатого воздуха разделяется и идет параллельно двумя путями: через дросселирующие отверстия 6 в выхлопную камеру 15, образованную стенками керноприемной трубы 4, ступенчатой трубки 3, буртом 5 и породоразрушающим инструментом 7, и через впускные отверстия 12 — в камеру 17 холостого хода.

В выхлопной камере 15 поддерживается давление меньше магистрального, так как эта камера сообщена с магистралью через дросселирующие отверстия 6 и с атмосферой — через продувочные каналы 8 породоразрушающего инструмента 7.

Принцип работы кольцевого пневмоу-дарника для бурения скважин следующий.

Сжатый воздух из магистральной камеры 14 через впускные отверстия 12 поступает в камеру 17 холостого хода. Так как в положении, показанном на фиг, 1, камера t 6 рабочего хода через выхлопные отверстия

13 сообщена с выхлопной камерой 15 (где давление меньше, чем в магистральной камере 14), то ударник 2 начинает холостой ход (на фиг. 1 вверх) под действием силы, равной произведениЮ разности давлений в камерах на разность площадей верхнего и нижнего торцов ударника 2. После перекрытия впускных отверстий 12 и выхлопных отверстий 13 ударник продолжает двигаться в том же направлении до тех пор, пока камера

16 рабочего хода не будет сообщена через впускные отверстия 12 с магистральной камерой 14, а камера 17 холостого хода через выхлопные отверстия 13 — с выхлопной камерой 15.

В верхнем положении ударника 2 из камеры холостого хода 17 происходит выхлоп и давление в ней падает до величины давления в выхлопной камере 15. Сжатый воздух через впускные отверстия 12 поступает теперь в камеру 16 рабочего хода, поэтому давление в этой камере становится больше, чем в камере 17 холостого хода. Под действием разности давлений в этих камерах ударник 2 останавливается и начинает совершать рабочий ход (на фиг. 1 вниз) до нанесения удара по породораэрушающему инструменту 7. При этом перекрываются впускные отверстия 12 и выхлопные отверстия 13. Перед ударом ударника 2 по породоразрушающему инструменту 7 происходит открытие впускных отверстий

12 в камеру 17 холостого хода, а выхлопных отверстий 13 — в камеру 16 рабочего хода, Из камеры 16 рабочего хода происходит выхлоп воздуха в выхлопную камеру 15, где он смешивается с воздухом, прошедшим через дросселирующие отверстия 6,. из магистральной камеры 14, Далее смешанный воздушный поток поступает на забой, через продувочные каналы 8 породоразрушающего инструмента 7.

Разрушенная порода подхватывается этим потоком и выносится в центральный канал керноприемной трубы 4 и далее по внутренней трубе 11 двойной буровой трубы

9 — на поверхность, Пакер 18 препятствует попаданию воздуха и шлама в пространство между корпусом 1 и стенками скважины

При работе пневмоударника в выхлоп ной камере 15 поддерживается давление выше атмосферного, но ниже магистрального, так как в камеру поступает воздух через дросселирующие отверстия 6 и выхлопные отверстия 13 и выходит из камеры через продувочные каналы 8 породоразрушающего инструмента 7. Величина давления в выхлопной камере 15 зависит от площади дросселирующих отверстий 6. При этом площадь поперечного сечения продувочных каналов 8 должна быть равна сумме площадей дросселирующих отверстий 6 и выхлопных отверстий 13. Если площадь flOперечного сечения продувочных каналов 8 будет меньше укаэанной величины, то получится пережим выхлопной магистрали пневмоударного механизма, в результате чего снизится ниже расчетных частота и энергия. ударов.

1675548

Формула изобретения

Фиг.2

Составитель Ю, Стрелов

Техред M.Moðãåíòàë Корректор С, Щевкун

Редактор А. Шандор

Заказ 2987 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Кроме того, возрастет пульсация давления в выхлопной камере 15 в момент выхлопа. Если площадь поперечного сечения каналов 8 будет больше указанной величины, то давление в выхлопной камере 15 будет понижаться в зависимости от превышения площади сечения каналов 8 вплоть до атмосферного. Эффективность работы в этом случае также уменьшается, В случае соблюдения условия равенства площади поперечного сечения каналов 8 и суммы площадей дросселирующих отверстий 6 и выхлопных отверстий 13 выхлоп иэ камер холостого 17 и рабочего 16 ходов происходит в выхлопную камеру 15, где давление поддерживается постоянным (с некоторыми пульсациями независимо от глубины бурения скважины), При этом параметры рабочего цикла пневмоударника подбираются так, чтобы заданная энергия и частота ударов достигалась при работе пневмоударника на заданном перепаде давлений.

В этом случае при бурении скважин пневмоударник будет работать с близкой к постоянной частотой и энергией удара независимо от глубины скважины и соответствующей величины давления на забое в основании керношламовоэдушного столба.

При использовании изобретения обеспечивается достаточно высокий уровень стабильности работы пневмоударного механизма и надежности конструкции, 1. Кольцевой пневмоударник для бурения скважин, включающий корпус, ударник, 5 установленный с возможностью воэвратнопоступательного перемещения вдоль ступенчатой трубки с впускным и выхлопным отверстиями, выполненными на различных ступенях ступенчатой трубки, жестко уста10 новленную внутри последней керноприемную трубку, по родо разрушающий инструмент с продувочным каналом, сообщенным с магистральной камерой через выхлопную камеру, размещенную между

15 ступенчатой трубкой и керноприемной трубой, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности пневмоударника при увеличении глубины бурения за счет уменьшения вероятности

20 попадания шлама в ударный узел, на керноприемной трубе выполнен кольцевой бурт, который размещен между впускным и выхлопным отверстиями ступенчатой трубки, при этом в кольцевом бурте выполнено

25 по меньшей мере одно дросселирующее отверстие.

2, Пневмоударник по и. 1, о т л и ч а ющ и и С я тем, что площадь поперечного

30 сечения продувочного канала породоразрушающего инструмента равна сумме площадей поперечных сечений выхлопного и дросселирующего отверстий.