Струйный аппарат для абразивной обработки и устройство для подачи энергоносителей в него

 

Использование: при вскрытии продуктивных пластов в скважинах нефтегазодобывающей промышленности, а также для абразивной обработки поверхностей. Обеспечивает интенсификацию процесса обработки. Сущность изобретения: струйный аппарат состоит из насадка, выходная перфорированная часть которого расположена в кавитационном сопле. Каналы для подвода абразива и энергоносителя высокого давления подведены к насадку. Канал для энергоносителя более низкого давления подведен в кавитационное сопло для отсоса из насадка периферийных слоев жидкости, тормозящих центральную часть струи. При этом насадок выполнен с диффузором и перфорированным цилиндрическим патрубком. Последний помещен в диффузоре и образует с ним кольцевую полость. Она гидравлически связана с внешним пространством. Полость перфорированного цилиндрического патрубка гидравлически связана с каналом подачи абразивного материала и с каналом энергоносителей высокого давления. Устройство для подачи энергоносителей в аппарат имеет гильзу с окнами. Она помещена между запорной втулкой и пружиной. Она нагружает запорную втулку относительно дифференциального поршня. Он выполнен в верхней части с нишей под пружину и гильзу. В нижней части он выполнен с каналами для сообщения полости под большей ступенью поршня с полостью высокого давления через обратный клапан. Запорная втулка образует с корпусом кольцевую полость. Она гидравлически связана с полостью, с каналом для энергоносителя насосного давления и с внешним пространством. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности для вскрытия продуктивных пластов в скважинах и может найти применение при обработке любых поверхностей.

Известно сопло для абразивной обработки деталей, содержащее корпус, внутри которого размещена втулка для подачи абразивного материала с радиальными щелями, расположенными под острым углом к ее оси, и выполненные в виде кольцевых каналов, расположенных по длине втулке по меньшей мере и три ряда [1] Недостатки. Использован принцип разгона абразива для получения низкоскоростных потоков, что малоэффективно. Перфорация втулки кольцевые каналы под острым углом к направлению движения абразива, может обеспечить только ввод энергоносителя во втулку.

Известен гидравлический перфоратор, содержащий корпус с гидравлическими насадками, емкость для абразива, образованную патрубком концентричным корпусу, при этом емкость имеет каналы, расположенные напротив гидравлических насадок и выполненные в виде камеры смещения струйного насоса, насадки сообщены через осевой канал перфоратора и колонну труб со скважинным насосом, а между осевым каналом и колонной труб встроен вибратор с хвостовиком и демпферной вставкой [2] Недостатки. Низкая скорость истечения струи из-за относительно низкого давления рабочей струи обуславливает низкую эффективность процесса обработки.

Наиболее близким по технической сущности является струйный аппарат для абразивной обработки, содержащий корпус с каналами подачи абразивного материала, энергоносителей низкого и высокого давлений и насадок [3] Недостатки. Периферийные слои жидкости в насадке, потеряв часть энергии, тормозят центральную часть струи, что снижает эффективность обработки.

Изобретением решается задача интенсификации процесса обработки за счет повышения энергии взаимодействия струи с обрабатываемой поверхностью.

Это изобретение струйный аппарат для абразивной обработки, содержащий корпус с каналами подачи абразивного материала, энергоносителей низкого и высокого давлений и насадок, который выполнен с диффузором и помещенным в нем перфорированным цилиндрическим патрубком, образующим с диффузором кольцевую полость, гидравлически связанную с внешним пространством каналом для энергоносителя низкого давления, при этом полость перфорированного цилиндрического патрубка гидравлически связана с каналом подачи абразивного материала и с каналом энергоносителя высокого давления.

Подача абразива, энергоемкостей высокого и низкого давлений обеспечивается специальным устройством, для которого наиболее близким по технической сущности является устройство для подачи энергоносителей в струйный аппарат для абразивной обработки, содержащее корпус с контейнером для абразивного материала, с каналами для энергоносителей насосного, высокого давлений и абразивного материала, подпружиненный дифференциальный поршень, образующий с корпусом под его большей ступенью полость, гидравлически связанную с каналом для энергоносителя насосного давления, а под меньшей ступенью полость с каналом для подачи энергоносителя высокого давления, обратный клапан и запорную втулку, нагруженную пружинами относительно поршня и в противоположном направлении [3] Недостатки. Процесс обработки протекает с недостаточной эффективностью ввиду относительно невысокой энергии струи.

Решаемая изобретением задача интенсификация процесса абразивной обработки струйным аппаратом.

Поставленная задача решается устройством для обработки подачи энергоносителей в струйный аппарат для абразивной обработки, которое содержит корпус с контейнером для абразивного материала, с каналами для энергносителей низкого, высокого давлений и абразивного материала, подпружиненный дифференциальный поршень, образующий с корпусом под его большей ступенью полость, гидравлически связанную с каналом для энергоносителя насосного давления, а под меньшей ступенью полость высокого давления с каналом для подачи энергоносителя высокого давления, обратный клапан и запорную втулку, нагруженную пружинами относительно поршня и в противоположном направлении, при этом устройство снабжено гильзой с окнами, помещенной между запорной втулкой и пружиной, нагружающей последнюю относительно дифференциального поршня, запорная втулка образует с корпусом кольцевую полость с отверстием в сторону большей ступени поршня, соответствующим запорной втулке, канал для энергоносителя насосного давления подведен к кольцевой полости, которая, в свою очередь, сообщена каналом с внешним пространством, в верхней части поршня выполнена ниша под пружину и гильзу, а в нижней его части выполнен канал для сообщения полости под большей ступенью поршня с полостью высокого давления через обратный клапан.

На фиг.1 изображен струйный аппарат для абразивной обработки; на фиг.2 - устройство для подачи энергоносителей в струйный аппарат.

Струйный аппарат для абразивной обработки содержит выполненные в корпусе каналы 1,2,3 для подвода абразивного материала и энергоносителей насосного (низкого) и высокого давления в насадок. Насадок выполнен с цилиндрическим патрубком 4, снабженным перфорацией 5 и диффузором 6 вокруг патрубка 4 с образованием кольцевой полости гидравлически связанной каналом 2 с внешним пространством для подачи от насоса в диффузор энергоносителя низкого давления. Полость перфорированного патрубка 4 с торца гидравлически связана каналом 3 с энергоносителем высокого давления. В патрубок (его зауженную часть) в струю энергоносителя высокого давления открывается канал 1, подводящий абразивный материал.

Подача абразива и энергоносителей обеспечивается устройством, содержащим каналы 1,2,3 для подвода абразивного материала и энергоносителей (жидкости) насосного (низкого) и высокого давления в насадок. Канал 1 для подачи абразива сообщен с емкостью 7 для абразива. Емкость 7 сообщается с бурильной колонной и через нее с насосом, подающим энергоноситель. Низкое давление в устройстве преобразуется в высокое давление и по каналу 3 подается в патрубок 4. Для преобразования насосного давления в высокое в устройстве имеет дифференциальный поршень 8, нагруженный пружиной 9 из надпоршневой полости 10. Полость 11 под поршнем большего диаметра сообщена с каналом 2 для подачи энергоносителя от насоса в диффузор 6 струйного аппарата. Кроме того, полость 11 сообщена через обратный клапан 12 с камерой 13 высокого давления, расположенной под дифференциальным поршнем 8.

Камера высокого давления 13 сообщена через обратный клапан 14 с накопительной (демпферной) камерой 15 переменного объема и каналом 3 для подачи жидкости высокого давления в патрубок 4.

Полость 10 разделена нормально закрытым клапаном, включающим седло 16, запорную втулку 17 с клапанным затвором, с полым штоком 18 и пружиной 19. Полость под втулкой 17 сообщена через канал в штоке 18 и канал 20 со сливом и в ней же установлена пружина 9. Канал для слива может быть выполнен в стенке устройства из той части надпоршневой полости 10, которая ниже втулки 17. Половина полости 10, образованная запорной втулкой 17 с корпусом устройства, сообщена с бурильной колонной труб трубопроводом 21 с фильтром 22, расположенным выше уровня абразива 7. Между запорной втулкой 17 и поршнем 8 установлена пружина 23, причем она расположена в нише 24 поршня и взаимодействует с запорной втулкой 17 через гильзу 25 с окнами 26, вследствие чего изменен характер взаимодействия поршня с запорной втулкой 17.

Устройство для подачи энергоносителей в струйный аппарат монтируют на бурильной колонне. Энергоноситель (например буровая жидкость) закачивают в бурильную колонну, откуда он воздействует на абразив в емкости 7 и через фильтр 22 поступает по трубопроводу 21 в устройство. В устройство энергоноситель поступает сначала в полость над седлом 16, затем по каналу 2 в подпоршневую полость 11, через нее по каналу с клапаном 12 в камеру 13 высокого давления, а также по каналу 2 в диффузор 6.

Под давлением жидкости из полости 11 поршень поднимается вверх, преодолевая сопротивление пружины 8. При этом, пружина 23 сжимается, через гильзу 25 нагружает запорную втулку 17 и преодолевая сопротивление пружины 19 выбрасывает втулку 17 вверх в тормозную полость. Гильза 25 теперь выше седла 16 и полость 11 через окна 26 имеет возможность сообщаться со сливом 20. Давление жидкости с обоих сторон поршня 8 выравнивается (при этом жидкость в камере 13 запирается клапаном 12) и под действием пружины 9 поршень воздействует на жидкость в камере 13. Под давлением жидкости открывается обратный клапан 14 и жидкость впрыскивается по каналу 3 в патрубок 4 под высоким давлением, при этом, часть жидкости заполняет демпферную полость 15, которая несколько удлиняет время истечения струи высокого давления.

При движении поршня 8 вниз происходит следующее. Втулка 17 удерживается пружиной 23 через гильзу 25 в открытом положении в течение большей части хода поршня. Но в конце хода на длине, равной длине хода втулки 17 гильза взаимодействует со стенкой ниши 24 и отводится от втулки 17, т.е. освобождается от нагружения пружиной 23. Затем, вследствие разницы скоростей поршня 8 и втулки 17 (начальная скорость которой равна нулю) поршень успевает завершить рабочий ход до момента, когда втулка 17 прервет сообщение между верхней и нижней половинами полости 10. На закрывание запорной втулкой 17 отверстия между верхней и нижней половинами полости 10 не влияет пружина 23, вследствие чего появляется большая четкость и стабильность срабатывания ее. Кроме того, снижаются требования к параметрам пружины 23, т.к. в последний момент она выводится из взаимодействия с втулкой 17. Поэтому пружину 19 можно сделать достаточно слабой.

По окончании вытеснения жидкости из камеры 13 поршень 8 находится в нижнем положении. Нагрузка на втулку 17 от пружины 23 равна нулю и втулка 17 возвращается на седло 16, отделяя подпоршневую полость 11 от слива. Когда хвостовик втулки 17 входит в седло 16, давление жидкости на некомпенсированную площадь втулки 17 обеспечивает его быстрое закрывание. Давление на поршень 8 снижается до сбросового (канал 20 постоянно открыт) и давление жидкости в подпоршневой полости 11 взводит поршень 8. Цикл работы устройства повторяется. Струя жидкости низкого давления постоянно истекает через диффузор 6, т.к. канал 2 сообщается с трубопроводом 21.

В струйный аппарат энергоноситель от насоса, т.е. низкого давления, подается постоянно (в диффузор 6). В диффузоре 6 формируется поток жидкости максимально пониженного давления. Энергоноситель высокого давления подается периодически в патрубок 4 с торца. В суженную входную часть патрубка 4 в струю энергоносителя высокого давления подается и абразивный материал. Абразивный материал в патрубок 4 поступает из емкости 7 под давлением от насоса. Абразив в суженной входной части патрубка 4 подхватывается высокоскоростной струей жидкости и в виде смеси поступает в патрубок. При этом на периферии струи оказываются слои жидкости, потерявшие больше энергии, и тормозят центральную часть струи. Ввиду того, что патрубок 4 перфорированный и за ним (в диффузоре) давление ниже эти заторможенные слои жидкости отсасываются в диффузор 6, а центральная часть струи с минимальными потерями энергии достигает обрабатываемой поверхности. При уменьшении потерь энергии возрастает эффективность воздействия абразива на обрабатываемую поверхность.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство N 1634464, В 24 С 5/04, опубл. 15.03.91.

2. Авторское свидетельство N 1620617, Е 21 В 43/112, опубл. 15.01.91.

3. Авторское свидетельство N 1696681, Е 21 В 43/114, опубл. 22.04.88, прототип.

Формула изобретения

1. Струйный аппарат для абразивной обработки, содержащий корпус с каналами для подачи абразивного материала, энергоносителей низкого и высокого давления и насадок, отличающийся тем, что насадок выполнен с диффузором и помещенным в нем перфорированным цилиндрическим патрубком, образующим с диффузором кольцевую полость, гидравлически связанную с внешним пространством каналом для энергоносителя низкого давления, при этом полость перфорированного цилиндрического патрубка гидравлически связана с каналом подачи абразивного материала и с каналом энергоносителя высокого давления.

2. Устройство для подачи энергоносителей в струйный аппарат для абразивной обработки, содержащее корпус с контейнером для абразивного материала, каналами для энергоносителей насосного и высокого давлений и подачи абразивного материала, дифференциальный поршень, образующий с корпусом под его большей ступенью полость, гидравлически связанную с каналом для энергоносителя насосного давления, а под меньшей ступенью полость высокого давления, гидравлически связанную с каналом для подачи энергоносителя высокого давления, обратный клапан и запорную втулку, нагруженную пружинами относительно дифференциального поршня и в противоположном от него направлении, отличающееся тем, что оно снабжено гильзой с окнами, помещенной между запорной втулкой и пружиной, нагружающей последнюю относительно дифференциального поршня, выполненного в верхней части с нишей под пружину и гильзу, а в нижней части - с каналами для сообщения полости под большей ступенью поршня с полостью высокого давления через обратный клапан, при этом запорная втулка образует с корпусом кольцевую полость, гидравлически связанную с полостью под большей ступенью дифференциального поршня, с каналом для энергоносителя насосного давления и с внешним пространством.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2