Гидровибратор

 

Изобретение относится к технике бурения. Цель изобретения - повышение эффективности работы гидровибратора . Для этого на верхнем переходнике и нижней наковальне закреплен кожух, образующий с цилиндром кольцевой зазор. В верхнем переходнике расположен пусковой механизм. Последний выполнен в виде подпружиненного плунжера с кольцевой канавкой, профилированной проточки на внутренней поверхности верхнего переходника i и шарика Он установлен в кольцевой канавке плунжера и взаимодействует с профилированной проточкой переходника . В верхней части переходника выполнен перепускной канал. Плунжер установлен с возможностью поочередного перекрытия перепускного и выпускного каналов верхнего переходника ; Развертка профилированной проточки образована двумя ломаными линиями, каждая из которых имеет не менее двух впадин„ Впадина одной ломаной линии смещена относительно впадин другой ломаной линии. Расстояние между ломаными линиями в любой точке профилированной проточки не меньше диаметра шарика. В нижней наковальне выполнен продольный канал, гидравлически связанный с кольцевым зазором между кожухом и цилиндром с перепускным и выпускным каналами верхнего переходника. При использовании данного гидровибратора обеспечивается промывка забоя и сохраняется циркуляция промывочной жидкости по всей скважине. При необходимости перехода на вращательный способ бурения уменьшают расход промывочной жидкости, вследствие чего шарик под действием пружины занимает место во второй верхней впадине профилированной проточки, при последующем увеличении расхода совместно с плунжером совершает ход вниз, упираясь в первую нижнюю впадину профилированной проточки. 3 ил. сл с ч сл ю ю о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГЬ БЛИИН (51) 5 Е 21 В 4/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

H А BTGPCHOMY СВМДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

По ИЗОБ ЕТЕНИЯМ И СТНРЫТИЯМ

Гц И ГННТ ССО

1 (21) 4673987/03 (22) 04.04,89 (46) 07.08.92, Бюл. Н 29 (71) Донецкий политехнический институт (72) В. И. Блинов, А.А. Каракозов, О.Я,Тодер и С.Ю.Преображенский (56) Авторское свидетельство CCCP и 1670075, кл. Е 21 В 4/14, 1989. (54) ГИДРОВИБРАТОР (57) Изобретение относится к технике бурения. Цель изобретения - повыше- ние эффективности работы гидровибра" тора. Для этого на верхнем переход-.. нике и нижней наковальне закреплен . кожух, образующий с цилиндром коль" цевой зазор. В верхнем переходнике расположен пусковой механизм. Последний выполнен в виде подпружиненного плунжера с кольцевой канавкой, профилированной проточки на внутренней поверхности верхнего переходника и шарика. Он установлен в кольцевой канавке плунжера и взаимодействует с профилированной проточкой пере" ходника. В верхней части переходника выполнен перепускной канал. Плунжер установлен с возможностью поочеред- . ного перекрытия перепускного и выпускИзобретение относится к технике для бурения скважин, а именно к уст- ройствам для создания ударных импульсов.

Целью изобретения является повышение эффективности работы гидровиб" ратора. 3

U 1752908 А1

2 ного каналов верхнего переходника.

Развертка профилированной проточки образована двумя ломаными линиями, каждая из которых имеет не менее двух впадин. Впадина одной ломаной линии смещена относительно впадин другой ломаной линии. Расстояние между ломаными линиями в любой точке профилированной проточки не меньше диаметра шарика. В нижней наковальне выполнен продольный канал, гидравлически связанный с кольцевым зазором между кожухом и цилиндром с перепускным и выпускным-каналами верхнего переходника. При использо" вании данного гидровибратора обеспечивается промывка забоя и сохраHR8TcH циркуляция промывочной жидкости по всей скважине. При необхо" димости перехода на вращательный способ бурения уменьшают расход про" мывочной жидкости, вследствие чего шарик под действием пружины занимает место во второй верхней впадине профилированной проточки, при последующем увеличении расхода совместно с плунжером совершает ход вниз, упираясь в первую нижнюю впадину про- Р филированной проточки. 3 ил.

О

С) На фиг. 1 изображен продольный разрез гидровибратора в процессе враща" тельного бурения на фиг. 2 - гидровибратор в процессе работы, на фиг.3развертка профилированной проточки верхнего переходника.

2908

Гидровибратор состоит из верхнего переходника 1, корпуса 2, верхней 3 . и нижней 4 наковален, цилиндра 5 с размещенным в нем поршнем 6 бойка 7, шток 8 которого установлен з нижней наковальне 4. В связанной с верхним переходником 1 распределительной коробке 9 выполнены впускной 10 и выпускной 11 каналы, которые перекрываются впускным 12 и выпускным 13 клапанами соответственно. Впускной клапан 12 связан с выпускным клапа" ном 13 толкателем 14 и подпружинен относительно верхнего переходника 1 пружиной 15, а выпускной клапан 13 подпружинен относительно поршня 6 . пружиной 16. В цилиндрической камере

17 верхнего переходника 1 установлен, плунжер 18, в кольцевой канавке 19 которого размещен шарик 20, половина которого раcITQJMf ется в профилирован ной проточке 21 цилиндрической камеры 17. Плунжер 18 подпружинен отно" сительно верхнего переходника 1 пружиной 22 и имеет осевой канал 23 ° верхний переходник 1 выполнен с перепускным 24 и выпускным 25 каналами. Для подачи жидкости в гидровибратор служат нагнетательные каналы

26, а канал 27 предназначен для соединения надпоршневой полости цилиндра 5 гидровибратора с кольцевым за- зором, обраэованнйм корпусом 2 и кожухом 28 механизма. Нижняя на ковальня 4 имеет каналы 29 для промывочной жидкости и замковую резьбу 30 для соединения с буровым снарядом (на фигурах не показан). Буровой снаряд с гидровибратором опускается в скважину,на колонне бурильных труб 3i.

Гидровибратор (фиг.1) включается в состав бурового снаряда и соединяется с последним при помощи замковой резьбы 30. Собранный буровой снаряд на колонне бурильных труб 31 опускают в скважину. Перед поста- . новкой на забой через бурильные трубы 31 при помощи бурового насоса (на фигурах не показан). в буровой снаряд подают промывочную жидкость, скоростной напор которой начинает действовать на верхний торец, плунжера

18. Под действием скоростного напора плунжер 18 перемещается вниз, сжимая пружину 22. Перемещение плукжера 18 в цилиндрической камере 17 продолжается до тех пор, пока расположенныи в кольцевои канавке 19 плунжера 18 шарик 20 не упретса в первую нижнюю впадину профилированной проточки 21 (фиг.3) . При этом перепускной канац 24 верхнего пе.реходника 1 (фиг.1) открывается, а выпускной канал 25 перекрывается плунжером 18.

В процессе опускания плунжера

18 происходит вытеснение жидкости иэ цилиндрической камеры 17 в кольцевой зазор„ образованный кожухом

28 и корпусом 2 гидровибратора, через осевой канал 23 плунжера 18 и канал 27 верхнего переходника 1.

Убедившись в том, что в скважине восстановлена циркуляция промывочной жидкости, буровому снаряду со20 общают вращение и ставят его на забой скважины, начиная процесс бурения. При этом промывочная жидкость через перепускной канал 24, кольцевой зазор между корпусом 2 и

25 кожухом i 28 гидровибратора и каналы 29 в нижней наковальне 4 поступает на забой скважины, очищая его от шлама и охлаждая породоразрушаЮщий инструмент (на фигурах не показан) .

Благодаря тому, что пусковое устройство гидровибратора выполнено в виде уста рвленного в цилиндрической камере 17 верхнего переходника

1 подпружиненного плунжера 18, имеющего кольцевую канавку 19, в которой с воэможностью взаимодействия с профилированной проточкой 21 цилиндрической камеры 17 размещен ша40 рик 20, причем плунежр 18 выполнен . с возможностью попеременного взаимодействия с перепускным 2ч и выпуск ным 25 каналамй верхнего переходника

1, которые связаны с окружающей сре- .

} дой.посредством каналов 29 в нижней наковальне 4 и кольцевого зазора между, корпусом 2 и кожухом 28.гидровиоратора, обеспечивается свободный . проход люоого количества промывочной

50 жидкости через механизм. на забой скважины без запуска гидровиоратора в работу.

Наличие осевого канала 23 в плунжере 18 и канала 27 в верхнем переходнике позволяет выравнять. давление в подпоршневой и надпоршневой полостях цилиндра 5 гидровибратора, что исключает возможность его саиопроиз вольного запуска в работу при повы15

5 .. 17 шении гидравлических сопр отивл e Ôé é истечению промывочной жидкостй йерез промывочные окна породоразрушающего инструмента.

При возникновении прихвата буро-. вого снаряда или при необходимости перехода на ударно-вращательный способ бурения при помощи трехходового крана бурового насоса на несколько секунд снижают расход промывочной жидкости, что вызывает уменьшение величины скоростного напора на верхний торец плунжера 18. В результате этого noä действием пружины 22 плун жер 18 совершает ход вверх до упора шарика 20 в первую верхнюю впадину. профилированной проточки 21 (фиг.3) .

Затем вновь повышают расход промывочной. жидкости,, и под действием увеличившегося скоростного напора плунжер 18 перемещается вниз до упора шарика 20 во вторую нижнюю впадину профилированной проточки 21.

В это время (фиг.2) перепускной канал 24 верхнего переходника 1 пе- рекрывается плунжером 18, выпускной канал 25 открывается, а промыеочная .жидкость, лишенная доступа в перейускной канал 24, начинает поступать д в гидровибратор по нагнетательным, каналам 26.

Давление в подпоршневой полости цилиндра 5 гидровибратора повышает" ся, и поршень Ь с бойком7 и штоком

8 совершают ход вверх, вытесняя на" ходящуюся в надпоршневой полости цилиндра 5 жидкость в кольцевой зазор между корпусом 2 и кожухом 28 гидровибратора через выпускной ка":: нал 25 верхнего переходника 1. В процессе подъема поршень 6 сжимает пружину 16, поскольку выпускной клапан 13 связан с удерживаемым в нижнем положении давлением промывочной жидкости впускным клапаном

12 посредством толкателя 14. В кон"

1 це хода вверх поршень Ь наносит удар по выпускному клапану 13, срывая с посадочного места впускной клапан

12, а боек 7 ударяет по верхней на-, . ковальне 3. Под действием удара и усилия сжатой пружины 16 впускной

12 и выпускной 13 клапаны перебрасываются е верхнее положение.

Выпускной канал 11 закрывается, а впускной канал l0. распределитель"

,ной коробки 9 открывается. При этом . промывочная жидкость получает возиож52908 6 ность доступа е надпоршневую полость цилиндра 5 гидровибратора, Вследствие того, что рабочая пло5 щадь поршня 6 со стороны налпоршневой полости цилиндра 5 больше его рабочей площади со стороны подпоршневой полости на величину площади поперечного сечения уплотненной части штока 8„ поршень 6 с бойком 7 совершает ход вниз, причем впускной 12 и выпускной 13 клапаны удерживаются в верхнем положении давлением промывочной жидкости на выпускной клапан 13.

В конце хода вниз поршень Ь захватывает хвостовик выпускного клапана

13, срывая его с посадочного места в распределительной коробке 9, а боек 7 наносит удар по нижней наковальне 4, Впускной 12 и выпускной 13 клапаны под действием усилия пружины

15 и собственного веса занимают нижнее положение, выпускной осевой канал 11 открывается, впускной канал

25 10 закрывается, промывочная жидкость вновь устремляется в подпоршневую полость цилиндра 5, и цикл работы механизма повторяется.

Генерируемые гидровибратором ударные импульсы в вире еол упругой деформации передаются буровому снаряду, облегчая процесс его извлечения из скважинй в случае ликвидации прихвата или вызывая дополнительные контактные нагрузки на забое в случае ударно-вращательного бурения.

Благодаря тому, что пусковое устройство гидровибратора выполнено в виде установленного в цилиндрической

40 камере 17 верхнего переходника 1 подпружиненного плунжера 18, имеющего кольцевую канавку 19, в которой с возможностью взаимодействия с профилированной проточкой 21 цилиндри4g ческой камеРы 17 Размещен шарик 20, причем плунжер 18 выполнен с возмож- ностью попеременного взаимодействия: с перепускным 24 и выпускным 25 ка-: налами верхнего переходника 1, кото" 0 Рые связаны с окружающей средой посредством каналов 29 е нижней на-:

: ковальне 4 и кольцевого зазора меж" ду корпусом 2 и . кожухом 28 гидровибратора, обеспечивается промывка забоя и сохраняется циркуляция про- мывочной жидкости по всей скважине.

Это обстоятельство способствует по. вышению эффективности работы гидро" еибратора как при ликвидации прихва1752908 та, та.к и при. ударно" вращательном бурении скважины.

При необходимости перехода на вращательный способ бурения вновь уменьшают расход промывочной жидко" сти, вследствие чего шарик 20 под действием пружины 22 занимает место во второй верхней впадине профилированной проточ(<и 21 (фиг.3), а при 1О последующем увеличении расхода совместно с плунжером 18 совершает ход вниз, упираясь в первую нижнюю впадину профилированной проточки 21 (фиг.)} .

Развертка профилированной проточ" ки 21 образована двумя ломаными линиями, каждая из которых имеет не менее двух впадин, причем впадины одной ломаной линии смещены относи"» 20 тельно впадин другой ломаной линии, а расстояние между ломайймй линиями в любой точке профилированной проточки

21 не меньше диаметра шарика 20.

По окончании рейса буровой o"", "- 25 с гидровибратором на колонне бурильных труб 31 извлекается и скважины.

Формула и з о б р е т е н и я

ЗО

Гидровибра тор, включающий верхний переходник с каналами для прохода промывочной жидкости, корпус, верхнюю и нижнюю наковальни, цилиндр с разме" щенным в нем ступенчатым поршнем бойка, впускной и выпускной клапаны, 8 пусковой механизм, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности его работы, он .снабжен кожухом, закрепленным на верхнем переходнике и нижней наковальне и образующим с цилиндром коль цевой зазор, и пусковым механизмом, установленным в верхнем переходнике и выполненным в виде подпружиненного плунжера с кольцевой канавкой, проФилированной проточки Ма внутренней поверхности верхнего переходника и шарика, размещенного в кольцевой канавке плунжера и взаимодействующего с профилированной проточкой переход" ника, при этом в верхней части. переходника выполнен перепускной ка" нал, плунжер установлен с розможностью поочередного перекрытия перепускного и выпускного каналов верх ! него переходника, а развертка профи"I лированной проточки образована дву" мя ломаными линиями, каждая из которых имеет. не менее двух впадин, и впадины одной ломаной линии смещены относительно впадин другой ломаной линии, а расстояние между ломаными линиями в любой точке профилирован ной проточки не меньше диаметра шарика, причем в нижней наковальне выполнен продольный канал, гидравлически связанный с кольцевым зазо ром между:,кдкухом и цилиндром и с перепускным и вйпускным каналами верхнего переходника..

1752908

Л

2b д

2 Г0

O

1J

Ф z

Ю

<Риг./

Puz,8

Состав зибель А Хромин

Редактор Т.Юрчикова . ТехредМЛоргентал Корректор ю ю «ю ююююаа ю юаа ю ю ю ю ю Ва ю ю ю ю аа ав ю ююююю юююаВЮюЮюююЮюююююва

Заказ 2741, . Тираж .; Подписнове

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенйям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. ; д. 4/5 юю ююВаа ав ° и 3 ° юа юа °

Производственно-издательский комбинат "Патент". r.Óêãîðîä, ул. Гагарина,