Гидробур

 

Сущность изобретения: гидробур содержит корпус, внешний водоподвод, струеформирующие разрушающие сопла, размещенные в основании ротора, снабженного внутренними перегородками, пульпопоиемный раструб с эжектором, гидротурбину с соплами. Ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, упорными гидростатическими подшипниками и радиальными водоподводами. Турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора. Сливная камера снабжена успокоительными ребрами. Сливная камера сообщается с призабойной зоной скважины и с проточной камерой. Струеформирующие сопла выполнены в виде пустотелых болтов. Сопло эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 С 45/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4840221/03 (22) 05.07,90 (46) 15.10.92. Бюл, ¹ 38 (75) С.Г.Кузнецов, B.Â.toøèí, С.Н,Куваев, M.Ø.Ñïåêòîð, Н,Jl,Ñâèðèäîâ и А.П.МакоВенко (56) Авторское свидетельство СССР

N 603953, кл. Е 02 F 3/88. 1976, Авторское свидетельство СССР

¹ 994737, кл. Е 21 С 45/00, 1981, (54) ГИДРОБУР (57) Сущность изобретения: гидробур содержит корпус, внешний водоподвод, струеформирующие разрушающие сопла, размещенные в основании ротора, снабженного внутренними перегородками, пульИзобретение относится к устройствам, применимым для разработке скважин, в частности к гидравлическим машинам для бурения горизонтальных и вертикальных дренажных и водозаборных скважин,и может найти применение для расширения стволов скважин с целью увеличения их водозахватной способности, а также для прочистки канал изацион н ых трубоп ро водо в.

Известна гидравлическая бурильная машина, содержащая вращатель, коронкодержатель, пульсатор, снабженный реактивной турбиной, смонтированной на одном из его дисков и расположенной в сборно-отточной камере. В коронкодержателе выпогнен канал для сообщения сборно-отточной камеры с атмосферой.

Известно также грунтозаборное устройство землесосного снаряда, содержащее всасывающий наконечник, водопроводные

„„ Ц „„17б8758 А1 поприемный раструб с эжектором, гидротурбину с соплами, Ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, упорными гидростатическими подшипниками и радиальными водоподводами. Турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора. Сливная камера снабжена успокоител ьн ы ми ребрами. Сливная камера сообщается с призабойной зоной скважины и с проточной камерой. Струеформирующие сопла выполнены в виде пустотелых болтов, Сопло эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения. 3 з,п.ф-лы, 6 ил. трубы и эжекторную головку и эжектирующий насадок с водоподводящим коллектором, В этом известном устройстве водоподводящий коллектор эжектирующего насадка снабжен разрыхляющим гидромониторным насадкам, а эжектирующий насадок выполнен в виде кольцевой щели и установлен с возможностью протекания подсасываемого потока как изнутри, так и снаружи насадка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является буровая гидравлическая насадка, Указанная буровая гидравлическая насадка содержит корпус, водоподвод, струеформирующие сопла, пульпоприемный раструб с эжектором. Дополнительно насадка снабжена камерой с гидротурбиной, сообщающейся с эжектором. Турбина снабжена кольцеобразным стаканом с внутренними

1768758 перегородками, в днище которого размещены струеформирующие сопла.

Недостатком этого устройства является незначительная скорость бурения ввиду малой скорости вращения гидротурбины, Кроме того, известное устройство ".е может быть использовано для расширения ствола скважин с целью увеличения их водозахватных способностей.

Целью изобретения является повышение скорости проходки скважин путем повышения эффективности размыва ствола буровой скважины и увеличения ее водозахватной способности, Поставленная цель достигается тем, что в гидробуре, содержащем корпус, внешний водоподвод. струеформирующие разрушающие сопла, размещенные в основании ротора, снабженного внутренними перегородками, пульпоприемный раструб с эжектором, гидротурбину с соплами, сочлененную с ротором, ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, отделяющей проточную камеру от сливной камеры гидротурбины, упорными гидростатическими подшипниками, а также радиальными водоподводами. Турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора и установленных на нем близ наружной его кромки в сливной камере, снабженной успокоительными ребрами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса. Сливная камера сообщается с призабойной зоной скважины через кольцевой зазор между внешней кромкой ротора и корпусом гидрсбура. Проточная камера соединена также со сливной камерой гидротубины через верхний упорный гидростатический подшипник ротора и с призабойной зоной через нижний упорный гидростатический подшипник.

Струеформирующие разрушающие сопла гидробура выполнены в виде пустотелых болтов, расположенных в наклонных отверстиях в основании ротора,и ориентированы тангенциально к боковой образующей поверхности ротора. Сопло эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения. На пульпоприемный раструб установлена защитная фильтрующая решетка.

На фиг.1 изображен гидробур, общий вид; на фиг,2 — вид А фиг.1; на фиг.3 — разрез

Б-Б фиг.1; на фиг.4 — разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 — вид Г-Г фиг.3; на фиг.6 — вид Д-Д фиг.4.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1 с размещенным в нем кольцеобразным ротором 2, с цилиндрической внеш5

10 ней диафрагмой 3, отделяющей проточную камеру 4 от сливной камеры 5 гидротурбины, с упорными гидростатическими подшипниками 6 и 7, радиальными водоподводами 8, тангенциально направленные сопла 9 реактивной турбины, сообщающиеся с полостью кольцеобразного ротора 2, установленные на нем близ наружной его кромки, в сливной камере 5, снабженной успокоительными ребрами 10, закрепленными на внутренней поверхности корпуса 1 гидробура, сообщающейся с призабойной зоной скважины через узкий кольцевой зазор 11 между внешней кромкой

15 кольцеобразного ротора 2 и корпусом гидробура 1. Проточная камера 4, в свою очередь,сообщается со сливной камерой 5 гидротурбины через верхний упорный гидростатический подшипник 6, а струеформи20 руюшие сопла 12 выполнены в виде пустотелых болтов 13, ввернутых в наклонные отверстия 14, устроенные в основании кольцеобразного ротора 2 и тангенциально ориентированные к боковой образующей

25 поверхности ротора 2. Сопла 15 эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения 16, Внешний водоподвод 17 сообщается с проточной камерой 4 через кольцевой коллектор 18 и отверстия 19, а

0 пульпопровод 20 имеет пульпоприемный раструб 21 с установленной на последней защитной фильтрующей решеткой 22, Устройство работает следующим образом, 35 Гидробур, соединенный с колонной водоподводящих труб на бурильных трубах, лужащих пульпопроводом, опускается в специально подготовленный цилиндрический зумпф. Затем в гидробур по водопод40 воду 17 подают воду под давлением, Последняя попадает в кольцевой коллектор

18 и из него поступает в проточную камеру

4, Здесь поток воды разделяется на следующие потоки, 45 1-ый поток воды направляется через радиальные водоподводы 8 в полость кольцеобразного ротора 2 и попадает в струеформирующие разрушающие сопла 12 и сопла 9 реактивной турбины. Истекающая

:.з0 из сопел 12 и 9 вода имеет скорость 15 — 40,3 м/с и создает реактивную силу, приводящую кольцеобразный ротор 2 во вращение.

Одновременно по внешней кромке забоя зумпфа.начинает размываться грунт, пре55 вращаясь в пульпу.

2-ой поток воды поступает из проточной камеры 4 в сопло 15 эжектора с расходом

13 — 40 3 м / ч создает разрежение под пульпоприемным раструбом 20. В результате этого в пульпопривод поступает пульпа, об1768758

55 разующаяся в результате размыва грунта водой, выбрасываемой струеформирующими разрушающими соплами 9, кольцевым зазором 11, подшипником 7 и грунтовыми водами, поступающими с забоя под влиянием создаваемого над ним разрежения и гидростатического давления подземных вод.

3-й поток воды поступает из проточной камеры 4 в сливную камеру 5 гидротурбины через верхний упорный гидростатический подшипник 6.

4-ый поток воды поступает из проточной камеры 4 через нижний упорный гидростатический подшипник 7 в призабойную зону скважины, перемешивается с пульпой и увлекается соплом 15 эжектора. Кроме того, вода, поступающая в сливную камеру

5 гидротурбины через сопла 9 и через подшипник 6, раскручивается в сливной камере

5 реактивными струями гидротурбины в направлении, обратном вращению ротора 2,и тормозит его, вызывая энергетические потери. Для уменьшения этих энергетических потерь и для увеличения вращательного момента реактивной гидротурбины предусмотрены неподвижные успокоительные ребра 10, которые тормозят основную часть воды,. увлекаемой реактивными струями гидротурбины, Для поддержания перепада давления воды (с целью обеспечения работы сопел 9 реактивной гидротурбины) предусмотрен кольцевой зазор 11, через который вода удаляется из сливной камеры

5 в призабойную зону буровой скважины.

При этом цилиндрический поток воды, истекающий из кольцевого зазора 11„имеет пульсирующий характер под влиянием подвижных зон повышенного напора, возникающих в сливной камере 5 над кольцевым зазором 11 в точках прохождения реактивных струй (из сопел 9). Благодаря этому струи воды, выбрасываемые разрушающими струеформирующими соплами 12, в момент, когда гидробур удален от забоя и эти струи пересекаются не с забоем, а со стенками ствола скважины и с цилиндрическим потоком истекающей из зазора 11 воды, последние также приобретают пульсирующий характер, Такой характер движения разрушающих струй воды позволяет более эффективно размывать ствол буровой скважины с целью увеличения водозахватной способности последней путем ее расширения.

Предлагаемый гидробур повышает скорость бурения, она достигает 15-40,3 м/с, создавая реактивную силу, Предлагаемый гидробур может успешно применяться для сооружения водозаборных, дренажных скважин, лучевых дрен, для расширения стволов скважин, пробуренных

35 традиционными способами, в заданных интервалах, Кроме того, возможно использование гидробура для прочистки канализационных трубопроводов, перекачки концентрированных суспенэий (например, абразивных металлосодержащих шламов предприятий черной металлургии) из первичных отстойников, устройства проколов под дорогами, а также при устройстве буронабивных свай путем погружения в грунт обсадных труб, а также для погружения других пустотелых конструкций в грунт.

Может применяться для очистки шахтных водосборников. При этом отдельные крупные скальные включения в грунтах (или другой разрушаемой среде) не являются помехой при бурении, так как они будут постепенно опускаться в размываемое свободное пространство.

Формула изобретения

1. Гидробур, содержащий корпус, внешний водоподвод, струеформирующие сопла, размещенные в основании ротора, снабженного внутренними перегородками; пульпоприемный раструб с эжектором, гидротурбину с соплами, сочлененную с ротором, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения скорости проходки скважины путем повышения эффективности размыва ствола буровой скважины и увеличения ее водозахватной способности, ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, отделяющей проточную камеру от сливной камеры гидротурбины, упорными гидростатическими подшипниками, а также радиальными водоподводами, при этом турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора, установленных на нем близ наружной его кромки, в сливной камере, снабженной успокоительными ребрами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса, сообщающейся с призабойной зоной скважины через кольцевой зазор между внешней кромкой ротора и корпусом гидробура, причем проточная камера соединена также со сливной камерой гидротурбин ы через верхний упорный гидростатический подшипник ротора и с призабойной зоной через нижний упорный гидростатический подшипник.

2, Гидробур по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что струеформирующие разрушающие сопла выполнены в виде пустотелых болтов, расположенных в наклонных отверстиях в основании ротора, и ориентированы тангенциально к боковой образующей поверхности ротора.

1768758

3, Гидробур по п.1, о т л и «а ю щ и йс я тем, что сопло эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения.

4. Гидробур по п,1, о тл и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью предотвращения засорения приемного сопла эжектора, на пульпоприемный раструб установлена

5 защитная фильтрующая решетка.

1768758

АьК,4

1768758

Р - 8

Составитель H.Ðóäåíêî

Техред М,Моргентал Корректор О.Юрковецкая

Редактор

Заказ 3628 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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