Колонковый снаряд

 

Использование: средства для бурения с отбором керна и обратной цир- . 1 . куляцией промывочной жидкости. Сущность изобретения: колонковый снаряд содержит колонковую грубу с погружным насосом, камера которого в корпусе сообщается с внешним пространством и полостью колонковой трубы, а поршень имеет привод в виде бойка гидроударника и подвижный демпАер, выполненный в виде подпружиненного стакана с хвостовиком, этом поршень расположен в полости подвижного стакана, а корпус выполнен лами, сообщающими пространство над и под стаканом с внешним пространством . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51).5 Е 21 В 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

tl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4793679/03 (22) 19.02,90 ,,(46) 07.08.92. Бюл. М 29 (71) Донецкий политехнический инстититут (72) И.В.Равилов, В,И.Сахно, В.А.Русанов, А.Н,Лабинцев. и О.А.Ерофеев (56) 1. Авторское свидетельство СССР:

N 1500757, кл. E 21 В 25/00, 1989, 2, Авторское свидетельство СССР

У 1684477, кл. Е 21 В 25/00, 1989..(54) КОЛОНКОВЫЙ СНАРЯД (57) Использование: средства для бч-

; рения с отбором керна и обратной цирИзобретение относйтся к области колонкового бурения, а именно к устройствам для создайия обратной призабойной циркуляции промывочной жидкости при бурении скважин в рыхлых породах.

Иваестен колонковый снаряд (1), содержащий колойковую трубу, погруж" ной поршневой насос с поршнем, при" вод которого выполнен в виде. бойка гидроударника, корпусом, соедийевннь|М с колонковой трубой, размещенным в корпусе цилиндром с рабочей камерой, сообщающейся системой каналов с кла" панами .с полостью колонковой трубы и внешним пространством.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является колонковый снаряд (2), содержащий колонковую . трубу, погружной поршневой насос с поршнем, привод которого выполнен Ж 1752923 А1

2 куляцией прохмывочной жидкости. Сущность изобретения: колонковый снаряд1 содержит колотнковую трубу с noãðóæным насосом, камера которого в кор- .пусе сообщается с вйешнии пространством и lloffocTüþ "колонкодвой трубы, а

: поршень имеет йривйод" в виде"бойка, гидроударника и подвижный демпфер, выполненный в виде подпружиненного стаканат с xeîñòîðèêáì,"пт:рй этом" пор-

-шень расположен "в полостйт пйойдвдижйогор стакана, а корпус выполнен с каналами, сообщающими пространство над и под стаканом с внешним йростран-" ством. 2 ил. а

I в виде штока боика гидроударника, . корпусом, Сосединеййь1и c êîëîíêîeîé трубой, и рабочей камерой, гидрав" лически связанной системой каналов с "клапанами с полостью колонковой трубы: и внешним пространствоа м . Пор- .

- шень насоса, выполняющий функции демпфера антикавитационного механизма ", установлен подвижно на што-. ке бойка гидроударника и подл" нен относительно него. . О

Основным недостатком колонкового снаряда является низкий выход керна,. (Д . при бурении в рыхлых, несвязйых по- радах, нто обусловлено следуаанн, )»

При незначительном или полном отсут": ствии притока жидкости в полость колонковой трубы происходит отрыв поршня от уровня жидкости в рабочей камере поршневого насоса. Вызванные кавитацией гидравлические удары и

nyllьсации давления, распространяю10 !

3 175 щиеся в полости колонковой трубы, ухудшают условия кернообразования грунта, нарушают структуру керна, снижают его выход.

Целью изобретения является повышение выхода керна путем снижения кавитационных явлений в рабочей камере погружного поршневого насоса.

Цель достигается .тем, что в колонковом снаряде, содержащем колонковую трубу и погружной насос в виде корпуса с цилиндрической камерой, сообщающейся с внешним пространством через выпускной канал с клапаном, и с полостью колонковой трубы через впускной канал с клапаном; поршня,. имеющего привод в виде бойка гидроударника, и подвижного демфпера, демпфер выполнен в виде подпружиненного относительно корпуса стакана с хвостовиком, расположенным во впускном канале и имеющим сквозной канал, сообщающий полость стакана с впускным каналом, при этом поршень расположен в полости подвижного стакана, а корпус вйполнен с каналами, сообщающими пространства над и под стаканом с внешним пространством.

На фиг. 1 изображен колонковый снаряд с бойком гидроударника, в нижнем положении, на фиг. 2 - тот же снаряд с бойком гидроударника,, в верхнем положении.

Колонковый снаряд содержит колонковую трубу 1, погружной поршневой насос с корпусом 2, соединенным с колонковой трубой 1 и поршнем 3, привод которого выполнен в виде бойка 4 гидроударника 5. В корпусе 2 установлен демпфер, выполненный в виде стакана 6 с хвостовиком 7, имеющим сквозной канал 8, Стакан 6 подпружинен относительно корпуса 2 насоса пружиной 9 и размещен в цилиндрической камере, полости 10 и 11 которой соответственно над и под стаканом 6 сообщены каналами 12 и 13 с внешним пространством. Причем жесткость пружины 9 выбрана такой, чтобы усилие со стороны пружины 9 при максимальном ее сжатии было ра вно ре.-зультирующей силе, действующей на стакан 6 и обусловленной гидростатическим давлением жидкости в полостях

10 и 11 цилиндрической камеры корпу-;: са 2 насоса. Хвостовик 7 стакана 6 размещен в-канале 14 корпуса 2, coo6" щающемся через впускной канал lg с .

2923 4 клапаном 16 с полостью колонковои трубы 1 и через выпускной канал 17 с клапаном 18 с внешним пространством. Полость 19 стакана 6, являющаяся рабочей камерой насоса, в которой установлен поршень 3, соединена йосредством сквозного канала 8 хвостовика 7 с каналом 14 корпуса 2.

Колонковый снаряд работает следующим образом.

В процессе бурения боек 4 гидроударника 5 совершает возвратно-поступательные движения, ударами забивая трубу 1" в грунт. Вместе с бой" ком 4 гидроударника 5 возвратно-поступательные движения совершает также поршень 3 погружного насоса.

При ходе бойка 4 с поршнем 3 вверх

20 стакан 6 вначале сохраняет свое крайнее нижнее положение. В резуль" тате в полости 19 стакана 6 возни-. кает разрежение и под действием раз- ности давлений жидкость из полости колонковой трубы 1 через впускной канал 15 с клапаном 16, канал 14 кор пуса насоса и канал 8 хвостовика 7 . попадает в полость 19.

Рабочее давление РР жидкости в полости 19 стакана 6 в значительной: степени определяется скоростью притока в нее жидкости из полости колонковой трубы 1. Чем ниже гидравлические сопротивленйя в циркуляционной системе скважины, тем быстрее . полость 19 стакана 6 заполняется жид". костью и тем выше устанавливается там давление. В предельном случае, когда гидравлические сопротивления

40 движению жидкости практически отсутствуют (например, в начале бурения), рабочее давление Р в полости 19 стакана 6 стремится сравняться с гйдростатическим давлением -Рг (no

45 закону сообщающихся сосудов), В этом случае, когда Р = Р, действие

r, .всех сил на стакан 6, обусловленных; гидростатическим и рабочим давлениямй жидкости, уравновешено, стакан б про щ должает оставаться в крайнем нижнем положении и полость 19 в верхнем по-: ложении бойка 4 гидроударника 5, характеризуется максимальным обьемоме}

Если гйдравлйческие сопротивле" ния в циркуляциойной системе сква-, жины значительны (например, hpH возрастании длины керна), интенсивность притока жидкости в полость колонковой трубы 1 снижается и жидкость не

5 17 2923 6 успевает заполнить образующееся под . Таким образом, снижение кавитапоршнем 3 пространство, В этом слу- ционных явлений в рабочей камере чае давление жидкости Р в полости поршневого насоса достигается автоP

19 стакана Ь снижается вплоть до матическим регулированием объема

5 нуля и стакан 6 .под действием ре- пространст ва" nîä поршнем iorpyæíîãî зультирующих сил, обусловленных гид- насоса в зависимости от давленйя ростатическим давлением в полостя„.,находящейся в нем жидкости. В пред10 и 11 цилиндрической камеры корпу лагаемом "устройстве для увеличения са 2 насоса, перемещается вверх,. 10 объема Рабочей камеры требуется насжимая пружину 9 домомента, пока уси " . ловчие йекоторогб давления жиркости лие сжатой пружины 9 на уравновесит поА поршнем насосам (Р > О), что силу гидростатического давления на несколько снижает степень разрестакан 6, flpw движейии стакана 6 жения в полости колонковой трубы и, вверх жидкость из внешнего простран- 15 следовательно, интенсивность обратства поступает в полость 11 под стака- ной промывкй. Однако, с другои сто ном 6 через канал 13 в корпусе 2 а " Роны, это исключает или значительжйдкость йз полости 10 над стаканом "- но снижает вероятность возникнове6 вытесняется во внешнед простран -. . ния кавитаций в"рабочей камере наство через:канал 12 корпуса 2, .20 соса. В результате исключаются гидРавлические удары в системе, пульТаким образом, если рабочее дав- сации давлейиЯ, в полости кОлонколе ием р и „:î 1" снизи ся -о:. вой трубы, что повышает выход "керна нуля,-то положение стакана 6 отно- пРи Урении РыхлыХ,:в осо енности сительно корпуса 2 насоса будет край- несвязньхуrpy ов. ним верхним, а полость 19 будет ха-" рактеризоваться минимальным объемом, о Р м y h a " 3 о б P e T e

В других случаях,: т.е. "при

0 Р Р положение стакана 6 от- : . - Колонковый сйаРяд, содержащий

P t 1 .... -,: . . щ - : ..": :: -4 .. :.:-. :v носительно 1<орпуса 2 насоса будет 30 колойковую- трубу и погружнои.,насос промйжуточным, завися от cooTH08ieíèé . в виде корпУса с цийиндРичФской кажесткости пружины 9 и сил, обуслов-. : мерой, сообщающейся с внеш1им" проленных гидростатическим давлением в . странством ерез:выпускной канал с . полостях 10 и 11 цилиндрической ка- .:.. : клапаном и с полостью колойковой меры корпуса 2 насоса и рабочим дав-" 35 трубы <åðea выпускной кайал с клалением в полости 19 стакана 6.,:.-:.., : . naHo, поРшень, Meeui пРивод виде бойка гидроударника и йодвижный

Рри ходе бойка и гидроударйика 5 -"демпфер, о т л и и "а ю шийся вниз поршень. 3 насоса выдавливает"", .:,;-::... тем, что., с целью повышения " выхо" жидкость из полости 19 через сквоэной 40 да керйа, демпфер выполнен в виде канал 8 хвостовика 7, канал 14 коРпУ" :: подпружиненйого,отнбсительно корпу-, са 2 и выпускной канал 17 с клапаном ".: са стакана с хвостовиком, располо.18 во внешнее пространство. Если в..:-,:-,. -. женным во впускном канале и имеющим начале хода бойка 4 вниз стакан 6:. .: " сквозйой канал, сообщающйй полость занимает промежуточное положений; " " g5 стакана с впускным""каналом, при то в конце хода он перемещается этом:поршень расположен в полопоршнем 3 в крайнее нижнее nohowe- . сти подвижного стакана,. а корпус вы ние, вьдавливая жидкость из полости полнен с каналами, сообщающими npo: f1 под стаканом 6 через канал 13 странство над и nîä стаканом e внешво внешнее пространство. 50 ним про< транством.

1752923

fg

Ф

О

Р

1Ю

17

М

18

1

Составитель И.Равилов

Редактор Т.Юрчикова Техред M.ÈîðãåíTàë Корректор А.Козориз

Ю М Ю «« ««««

l.

3а ка 3 2741 Тираж ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям ври ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óàãîðîä, ул. Гагарина, 10>