Гидроударник для бурения скважин

 

Изобретение относится к буровому забойному оборудованию, применяемому для создания ударных нагрузок на долото при бурении скважин. Сущность изобретения заключается в том, что клапанная коробка гидроударника имеет упрощенную конструкцию, включающую корпус, внутри которого выполнен канал прямоугольного сечения, а в нем размещены шатун и клапан, причем корпус клапанной коробки в верхней части размещен в полости, выполненной в верхнем переводнике, а шток соединен с корпусом при помощи шпонки. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции и повышение эффективности создания динамических нагрузок на буровое долото. 1 ил.

Изобретение относится к буровому забойному оборудованию, применяемому для создания ударных нагрузок на долото при бурении скважин.

Известен гидроударник для бурения, содержащий корпус, клапанную коробку, боек в виде струйного насоса, камера смешения которого гидравлически связана с пространством над бойком и наковальней [1].

Недостатком данного гидроударника является сложность конструкции, а следовательно, малая эффективность и малый ресурс устройства. Поэтому указанные гидроударники не нашли промышленного применения.

Известен также гидроударник, снабженный корпусом, ударной массой - бойком, выполненным с возможностью взаимодействия с наковальней посредством пружины, а наковальня совместно с переводником со штоком - с возможностью продольных перемещений относительно корпуса, клапаном и нижним переводником [2].

Опыт бурения с применением указанных гидравлических ударником показал, что увеличение механической скорости при этом составляет 1,4...1,5 раза, что недостаточно при бурении крепких и твердых пород.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности создания динамических нагрузок на буровое долото.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции гидроударника боек снабжен клапанной коробкой, выполненной в виде цилиндрической втулки с каналом прямоугольного сечения, внутри которого размещен шатун и перекидной клапан. Причем верхняя часть клапанного узла герметично размещена в цилиндрической полости верхнего переводника, а нижняя часть жестко связана с ударной массой (бойком), упруго взаимодействующей с наковальней, установленной на штоке.

Существенным отличием заявляемого изобретения является то, что упрощается конструкция гидроударника за счет применения в качестве клапанного узла гидравлического вибратора, связанного жестко с подпружиненной ударной массой - бойком. В результате при упрощении конструкции гидроударника за счет использования вибратора значительно увеличивается динамическое воздействие на наддолотный переводник при упругом взаимодействии бойка с наковальней, то есть за счет периодического ударного воздействия бойка на наковальню.

На чертеже представлен продольный разрез гидроударника.

Гидроударник состоит из корпуса 1, переводника со штоком 2, наковальней 3, верхнего переводника 4, пружины 5. Внутри корпуса размещается боек 6, жестко связанный с клапанной коробкой 7. Внутри клапанной коробки на оси 8 закреплен шатун 9, который связан с помощью оси с перекидным клапаном 10.

Переводник со штоком 2 имеет возможность продольного перемещения относительно ниппеля 11, для предотвращения перемещения указанных деталей относительно корпуса установлена шпонка 12.

Принцип действия гидроударника заключается в следующем. В исходном положении (см. чертеж) перекидной клапан 10 перекрывает канал прямоугольного сечения клапанной коробки 7. При подаче промывочной жидкости через канал клапанной коробки под действием перепада давления шатун 9 и перекидной клапан 10 занимают вертикальное положение в соответствии с законами гидростатики. В дальнейшем по инерции шатун 9 перемещается в крайнее правое положение, увлекая за собой перекидной клапан 10. В результате канал клапанной коробки будет перекрыт, создается перепад давления на верхнем конце клапанной коробки 7 и ударная масса 6, перемещаясь вниз, производит удар по наковальне 3. При этом пружина 5 сжимается и получает потенциальную энергию. При ударе бойка 6 о наковальню 3 переводник со штоком 2, имея свободную возможность перемещения по оси, осуществляет продольные ударные воздействия на долото и тем самым увеличивается интенсивность удара.

В результате удара и воздействия давления промывочной жидкости перекидной клапан 10 вновь займет вертикальное положение. При этом перепад давления на верхний торец клапанной коробки 7 существенно снижается за счет свободного перемещения жидкости в канале клапанной коробки и боек 6 под действием пружины 5 перемещается вверх и занимает исходное положение. В дальнейшем перекидной клапан 10 по инерции перемещается в крайнее левое положение и цикл вновь повторяется. Таким образом, создается динамическое ударное воздействие на наддолотный переводник и реализуется ударно-вращательный способ бурения.

Ударное воздействие на долото бурильного инструмента приводит к более эффективному разрушению породы забоя скважины. В результате механическая скорость бурения скважины существенно возрастает в сравнении с процессом разрушения забоя за счет статической нагрузки на долото.

Источники информации 1. Киселев А.Г. и Крусир И.Н. Вращательное ударное бурение геолого-разведочных скважин.- М.: Недра, 1982 (с. 50, рис. 15).

2. Авт. свид. СССР N 1782262, кл. E 21 B 4/14, 15.12.1992 г.

Формула изобретения

Гидроударник для бурения скважин, включающий корпус, ударную массу-боек, выполненный с возможностью взаимодействия с наковальней посредством пружины, а наковальня совместно с переводником со штоком с возможностью продольных перемещений относительно корпуса, клапан и нижний переводник, отличающийся тем, что гидроударник снабжен верхним переводником, а ударная масса-боек имеет клапанную коробку, выполненную в виде цилиндрической втулки с каналом прямоугольного сечения, внутри которого размещены шатун и перекидной клапан, причем верхняя часть клапанного узла герметично размещена в цилиндрической полости верхнего переводника, а нижняя часть жестко связана с ударной массой-бойком, при этом переводник со штоком установлен с возможностью продольного перемещения относительно корпуса через шпонки, размещенные в продольных пазах, выполненных в штоке нижнего переводника.

РИСУНКИ

Рисунок 1