Устройство с множеством гидроаккумуляторов для гидравлического ударного механизма
Изобретение относится к оборудованию для бурения горной породы. Гидравлический погружной ударник содержит поршень, установленный для возвратно-поступательного перемещения в ударнике для обеспечения ударного воздействия на долото ударного бурения, канал текучей среды под давлением для подачи текучей среды под давлением в ударник от базовой машины для выполнения возвратно-поступательного перемещения поршня и первый аккумулирующий узел для гидравлической текучей среды. Первый аккумулирующий узел содержит множество первых аккумулирующих элементов. Каждый из первых аккумулирующих элементов расположен в одинаковой близости к поршню, причем множество первых аккумулирующих элементов сообщаются по текучей среде с каналом текучей среды под давлением ударника в течение всего цикла поршня. Технический результат состоит в обеспечении надежности и времени реакции системы в составе оборудования, а также компактности оборудования. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к гидроаккумуляторам для ударных механизмов и, в частности, к гидроаккумуляторам для погружных гидравлических ударников.
Предпосылки изобретения
Ударные механизмы с гидроприводом находят широкое применение в разнообразном оборудовании для бурения горной породы. Существует ряд отличающихся вариантов ударных механизмов, как относящихся к системам с наземным ударником, так и к скважинным системам. Такие варианты включают в себя механизмы с управляющим клапаном, известным как челночный клапан, и механизмы, где управляющий клапан заменен специальной схемой окон, известные как бесклапанные механизмы.
Большинство обычно применяемых ударных механизмов включают в себя три основных компонента:
1. Ударный поршень для передачи ударной энергии на буровое долото или инструмент, установленный на переднем конце механизма.
2. Челночный клапан для управления потоком гидравлической текучей среды в ударный механизм для приложения давления к поверхностям ударного поршня, создавая тем самым циклические силы, которые вызывают возвратно-поступательное движение поршня.
3. Гидроаккумулятор для приема, хранения, и обратной подачи гидравлической текучей среды под давлением для приспособления к мгновенно меняющимся требованиям потока, создаваемым возвратно-поступательным движением поршня.
Гидравлическая текучая среда подается с постоянным расходом с базовой машины, на котором смонтирован ударный механизм. Текучая среда подается в челночный клапан и гидроаккумулятор параллельно. В зависимости от положения поршня в цикле, гидравлическая текучая среда может либо проходить через челночный клапан для перемещения ударного поршня или может заполнять гидроаккумулятор. Вместе с тем, гидроаккумулятор в нормальном виде выполнен так, что принимает гидравлическую текучую среду только когда давление текучей среды достигает некоторого минимального уровня, известного как давление предварительной зарядки гидроаккумулятора.
На любом из концов цикла работы поршня, когда поршень имеет нулевую мгновенную скорость, не требуется подачи гидравлической жидкости к поршню, и при этом давление текучей среды растет до давления предварительной зарядки гидроаккумулятора и подается в гидроаккумулятор. Вместе с тем, при ее подаче параллельно данное давление также действует на ударный поршень через челночный клапан и создает силу, которая придает ускорение поршню в сторону от стационарного концевого положения. Гидроаккумулятор принимает постепенно уменьшающийся объем подаваемой текучей среды при наборе поршнем скорости. В некоторой точке в цикле поршень должен набрать достаточную скорость для израсходования всей поданной текучей среды. Данная текучая среда продолжает подаваться, как минимум под давлением предварительной зарядки гидроаккумулятора, и при этом поршень продолжает получать ускорение под действием силы давления текучей среды. В данной точке гидроаккумулятор прекращает прием текучей среды и начинает подавать текучую среду обратно в систему. Текучая среда под давлением выходит из гидроаккумулятора, обеспечивая достижение поршнем более высокой скорости. Указанное продолжается либо до полного выпуска гидроаккумулятором сохраненной текучей среды или до удара поршня по буровому долоту или инструменту, таким образом, приходя к остановке и новому началу процесса.
Функциональные возможности гидроаккумулятора по аккумулированию и подаче гидравлической текучей среды являются критичными для показателей работы ударного механизма. Если гидроаккумулятор не может аккумулировать достаточного объема текучей среды, или принимать ее с достаточной скоростью или подавать ее обратно с достаточной скоростью, максимальная скорость поршня ограничивается, при этом ограничивается энергия удара поршня. Максимальная частота ударов ударного механизма также ограничивается. Циклическая нагрузка должна также прикладываться на базовую машину с частотой возвратно-поступательного движения поршня, что отрицательно сказывается на надежности работы базовой машины.
Выходная мощность ударного механизма является пропорциональной как энергии удара, так и частоте ударов. Поскольку как энергия удара, так и частота ударов могут ограничиваться низкими показателями работы гидроаккумулятора, показатели работы гидроаккумулятора определяют максимальную мощность и, следовательно, максимальные показатели работы ударного механизма. Для обеспечeния удовлетворительных показателей работы гидроаккумулятора следует учитывать несколько факторов, а именно:
емкость гидроаккумулятора, время реакции системы и надежность.
В ударных механизмах с высокой частотой работы, расположение гидроаккумулятора также является весьма важным. Чем ближе гидроаккумулятор расположен к челночному клапану, тем быстрее его реакция в накоплении или подаче текучей среды. Быстрая реакция является важной в достижении максимальной энергии удара при высоких частотах. Расположение гидроаккумулятора может также влиять на надежность ударного механизма. Чем больше удалено местоположение гидроаккумулятора, тем больше объем текучей среды, которая должна испытывать положительные и отрицательные ускорeния, реагируя на перемещение челночного клапана. Ударный механизм становится более чувствительным к повреждающим флуктуациям давления, известным как "гидроудары" при увеличении объема перемещающейся текучей среды.
На сегодня в гидравлических погружных ударниках, описанных в публикациях International Patent Application Publication No. WO 2010/033041 и International Patent Application Publication No. WO 96/20330 применяется один гидроаккумулятор, отделенный от ударного механизма. Причиной указанного является ограничение скважинного инструмента ударного бурения по габаритам и форме, поскольку он должен входить внутрь скважины, которая бурится. Поэтому трудно прийти к гидроаккумулятору который оптимизирует факторы, влияющие на показатели работы гидроаккумулятора в ограничениях скважинного бурильного инструмента.
Сущность изобретения
Согласно аспекту настоящего изобретения создан ударный механизм с гидроприводом, содержащий:
поршень для обеспечения ударного воздействия на долото ударного бурения; и
первый аккумулирующий узел для гидравлической текучей среды;
отличающийся тем, что первый аккумулирующий узел содержит множество из первых аккумулирующих элементов в общем корпусе.
Преимущество данного устройства состоит в том, что применение множества аккумулирующих элементов увеличивает общую емкость гидроаккумулятора аккумулирующего узла по сравнению с узлом одним гидроаккумулятором. Надежность также увеличивается, поскольку если один из аккумулирующих элементов выходит из строя, другие элементы в узле должны продолжать функционировать нормально. Другое преимущество состоит в том, что чем больше число оборудованных аккумулирующих элементов, тем меньше перемещение, требуемое для каждого элемента, и следовательно общее время реакции системы аккумулирующего узла улучшается. Дополнительное преимущество состоит в том, что общий корпус максимизирует площадь сечения, имеющуюся для корпуса каждого гидроаккумулятора, по сравнению с применением многочисленных гидроаккумуляторов, каждого в своем собственном корпусе.
Согласно другому аспекту изобретения создан ударный механизм с гидроприводом, содержащий:
поршень для обеспечения ударного воздействия на долото ударного бурения; и
первый аккумулирующий узел для гидравлической текучей среды;
отличающийся тем, что первый аккумулирующий узел содержит множество из первых аккумулирующих элементов, при этом каждый из первых аккумулирующих элементов расположен на одинаково близком расстоянии от поршня, то есть, на равном расстоянии от поршня.
Данное устройство дает много преимуществ, изложенных выше, в частности, улучшенную емкость гидроаккумулятора, надежность и время реакции системы. Преимущество расположения каждого из аккумулирующих элементов одинаково близко к поршню обеспечивает минимизацию общего расстояния которое проходит гидравлическая текучая среда до аккумулирующих элементов и от них.
Согласно дополнительно аспекту изобретения создан с ударный механизм с гидроприводом, содержащий:
поршень обеспечения ударного воздействия на долото ударного бурения; и
первый аккумулирующий узел для текучей среды;
отличающийся тем, что первый аккумулирующий узел содержит множество первых аккумулирующих элементов, при этом каждый из первых аккумулирующих элементов содержит аккумуляторную мембрану или поршень , и при этом основное направление перемещения мембраны или поршня в контакте с гидравлической текучей средой является, по существу, параллельным продольной оси механизма.
Данное устройство также дает преимущества изложенные выше, в частности, улучшенную емкость гидроаккумулятора, надежность и время реакции системы. Преимущество расположения аккумулирующих элементов, при котором основное направление перемещения мембран или поршней является продольным, состоит в том, что текучая среда выпускается из аккумулирующих элементов в направление поршня. Продольное перемещение аккумуляторных мембран является также предпочтительным для вариантов применения ударного механизма, например, погружных ударников, где элементы ударника расположены один за другим по его длине.
Один или несколько признаков вышеупомянутых аспектов изобретения можно объединять в одном варианте осуществления.
Ударный механизм может дополнительно содержать:
челночный клапан для управления возвратно-поступательным движением поршня, имеющий диаметр челночного клапана; и
при этом первый аккумулирующий узел расположен вблизи или смежно с челночным клапаном.
Ударный механизм может дополнительно содержать:
выпускную камеру;
при этом каждый из первых аккумулирующих элементов расположен так, что текучая среда, выпущенная из него, выходит в выпускную камеру.
Выпускная камера может являться смежной с челночным клапаном.
Каждый из первых аккумулирующих элементов может располагаться на одинаково близком расстоянии от общей выпускной камеры.
Преимущество данного устройства состоит в том, что путь текучей среды под давлением от каждого элемента до челночного клапана является одинаковым. Путь текучей среды под давлением от аккумулирующих элементов можно поэтому минимизировать, при этом улучшая время реакции аккумулирующего узла и уменьшая возможность повреждающих действий "гидроудара".
Челночный клапан обычно имеет поверхность, которая управляет потоком текучей среды в первый аккумулирующий узел и из него. В варианте осуществления, каждый из первых аккумулирующих элементов содержит аккумуляторную мембрану или поршень, и минимальное расстояние между по меньшей мере одной мембраной или поршнем гидроаккумулятора и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно трем диаметрам челночного клапана от поверхности челночного клапана.
В варианте осуществления первые аккумулирующие элементы расположены полярном порядке относительно продольной оси ударного механизма.
В варианте осуществления, каждый из первых аккумулирующих элементов включает в себя наполненный газом эластичный баллон или мембрану.
Каждый из первых аккумулирующих элементов может располагаться в одинаковом продольном положении в механизме, одинаково близко к челночному клапану.
Первый аккумулирующий узел может являться аккумулирующим давление узлом. Альтернативно, первый аккумулирующий узел может являться возвратным аккумулирующим узлом. В другом варианте осуществления, каждый из первых аккумулирующих элементов индивидуально может выполняться либо как аккумулятор давления или как аккумулятор возврата.
В варианте осуществления, ударный механизм может дополнительно содержать:
второй аккумулирующий узел, содержащий множество вторых аккумулирующих элементов в общем корпусе, при этом каждый из вторых аккумулирующих элементов может выполняться либо как аккумулятор давления или как аккумулятор возврата.
Ударный механизм может дополнительно содержать:
корпус адаптера, соединяющийся со вторым аккумулирующим узлом для выполнения каждого из вторых аккумулирующих элементов либо как аккумулятора давления, или как аккумулятора возврата.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, создан ударный механизм с гидроприводом, содержащий:
поршень для обеспечения ударного воздействия на долото ударного бурения;
челночный клапан для управления возвратно-поступательным движением поршня, имеющий диаметр челночного клапана;
первый аккумулирующий узел для текучей среды, расположенный вблизи челночного клапана, при этом челночный клапан имеет поверхность, которая управляет потоком текучей среды в первый аккумулирующий узел и из него; и
отличающийся тем, что первый аккумулирующий узел содержит множество из первых аккумулирующих элементов и при этом каждый из первых аккумулирующих элементов содержит аккумуляторную мембрану или поршень, и при этом минимальное расстояние между по меньшей мере одним из аккумуляторной мембраны или поршня и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно трем диаметрам челночного клапана от поверхности челночного клапана, и минимальное расстояние между по меньшей мере одним из другой аккумуляторной мембраны или поршня и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно десяти диаметрам челночного клапана от поверхности челночного клапана.
Согласно аспекту изобретения создан гидравлический погружной ударник, содержащий:
ударный механизм, описанный выше.
Гидравлический погружной ударник может дополнительно содержать:
наружный цилиндрический износостойкий протектор, поршень, установленный для возвратно-поступательного перемещения в наружном износостойком протекторе для нанесения удара по долоту ударного бурения, при этом долото ударного бурения установлено на переднем конце износостойкого наружного протектора.
В варианте осуществления гидравлический погружной ударник содержит:
челночный клапан для управления возвратно-поступательным движением поршня, имеющий диаметр и управляющий потоком текучей среды в первый аккумулирующий узел и из него, при этом первый аккумулирующий узел расположен вблизи челночного клапана; и
при этом каждый из первых аккумулирующих элементов содержит аккумуляторную мембрану или поршень, и при этом минимальное расстояние между по меньшей мере одним из аккумуляторной мембраны или поршня и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно десяти диаметрам челночного клапана от поверхности челночного клапана.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано с боку продольное сечение гидравлического погружного ударника согласно варианту осуществления изобретения.
На фиг. 2 показано с увеличением продольное сечение центральной части фиг. 1.
На фиг. 3 показано с увеличением продольное сечение верхней части фиг. 1.
На фиг. 4 показано сечение первого аккумулирующего узла по линии XX фиг. 1.
На фиг. 5 показано сечение первого аккумулирующего узла по линии YY фиг. 1.
На фиг. 6a и 6b показаны с увеличением продольные сечения первого аккумулирующего узла фиг. 1, показан аккумулирующий элемент аккумулирующий отличающиеся объемы текучей среды под давлением.
На фиг. 7 показано с увеличением продольное сечение второго аккумулирующего узла фиг. 1.
На фиг. 8 показано с увеличением продольное сечение альтернативного второго аккумулирующего узла.
На фиг. 9 показано сечение второго аккумулирующего узла по линии Z-Z фиг. 1.
Подробное описание чертежей
Гидравлический погружной ударник 10 согласно варианту осуществления изобретения показан на фиг 1. Ударник 10 содержит гидроаккумулирующий блок 11 и ударный блок 12. Ударный блок содержит износостойкий наружный цилиндрический протектор 9a. Внутренний цилиндр 5 установлен коаксиально внутри износостойкого наружного протектора. Скользящий ударный поршень 6 установлен для возвратно-поступательного перемещения во внутреннем цилиндре 5 и износостойком наружном протекторе 9а для нанесения удара по ударному долоту 8, расположенному на переднем конце износостойкого наружного протектора для приложения ударной силы к буровому долоту.
Износостойкий наружный протектор 9а свинчивается с корпусом 7 долота с помощью внутренней резьбы на переднем конце протектора 9a и соответствующей наружной резьбы на заднем конце корпуса 7 долота. Корпус долота снабжен наружным кольцевым заплечиком, который действует, как останавливающий упор, когда корпус 7 свинчивается с износостойким наружным протектором 9a. Крутящие моменты передаются от вращающегося износостойкого наружного протектора 9a на долото с помощью пустотелого цилиндрического зажимного патрона 13 установленного на переднем конце корпуса 7 долота. Зажимной патрон проходит внутри станочную обработку для создания множества аксиально проходящих шлицов на внутренней поверхности своей стенки, которые сцепляются с комплементарными шлицами на зажимном патроне ударного долота 8 для передачи вращения с зажимного патрона на буровое долото. Верхняя часть зажимного патрона снабжена наружной резьбой для свинчивания с корпусом 7 долота. Зажимной патрон также снабжен наружным кольцевым заплечиком, который действует, как останавливающий упор когда зажимной патрон свинчивается с корпусом 7 долота.
Ударный блок дополнительно содержит челночный клапан и корпус 4. Челночный клапан управляет возвратно-поступательным движением поршня 6 и имеет диаметр D. Челночный клапан имеет поверхность 29, которая управляет потоком текучей среды, в первый аккумулирующий узел 3a и из него.
Гидроаккумулирующий блок 11 содержит износостойкий наружный цилиндрический протектор, с двумя секциями 9b и 9c. Первый и второй аккумулирующие узлы 3a и 3b коаксиально установлены в износостойком наружном протекторе 9b, 9c. Гидроаккумулирующий блок дополнительно содержит корпус 3c адаптера, рассмотренный дополнительно с подробностями ниже. Соединительный клапан 1 и манифольд 2 оборудованы на заднем конце ударника 10.
Гидроаккумулирующий блок 11 свинчивается с ударным блоком 12 с помощью резьбового соединения между первым аккумулирующим узлом 3a и износостойким наружным протектором 9a. Первый аккумулирующий узел 3a содержит корпус 14 с наружной резьбой на переднем и заднем концах и наружными шлицами между ними. Резьбой на переднем конце первого аккумулирующего узла корпус 14 соединяется с внутренней резьбой на заднем конце износостойкого наружного протектора 9a. Износостойкий протектор 9b снабжен внутренними шлицами для сцепления с наружными шлицами на корпусе 14. Износостойкий протектор 9b защищает аккумулирующий узел 3a во время работы, а также обеспечивает посредством сцепления шлицов с корпусом 14 средство вращения корпуса для сборки и разборки. Износостойкий протектор 9c также имеет внутреннюю резьбу на обоих концах и свинчивается передним концом с наружной резьбой на заднем конце корпуса 14. Задний конец наружного износостойкого протектора 9c свинчивается с задним узлом 1a, 1b ударника.
Различные компоненты ударного блока и гидроаккумулирующего блока удерживаются в контакте друг с другом помощью противоположно направленных сил, создаваемых различными резьбовыми соединениями между компонентами.
Ударник 10 соединен с базовой машиной с помощью одной или нескольких бурильных штанг. Соединительный клапан 1 выбран с возможностью надлежащего согласования ударника с конкретной применяемой штангой. Соединительный клапан содержит центральный канал 15 текучей среды под давлением и возвратный канал 16 текучей среды, расположенный коаксиально и снаружи канала текучей среды под давлением. Соединительный клапан дополнительно включает в себя канал 17 промывочной текучей среды, расположенный коаксиально и снаружи возвратного канала текучей среды. Функцией манифольда 2 является смена положений канала подачи текучей среды под давлением возвратного канала текучей среды, при этом канал подачи текучей среды под давлением расположен коаксиально и снаружи возвратного канала текучей среды. Один возвратный канал 18 проходит через центр ударника 10, от центра челночного клапана 4 через центр аккумуляторующих узлов 3a и 3b. В варианте осуществления, показанном на фиг 1, текучую среду под давлением несет множество каналов 19, расположенных на периферии компонентов. Промывочную текучую среду несет множество каналов 20, образованных между износостойкими протекторами и внутренними компонентами ударника. На переднем конце ударника промывочная текучая среда проходит через канал 21 в корпусе 7 долота и выходит через долото в ствол скважины, которую бурят.
На фиг. 2 показан цилиндр 5, поршень 6 и челночный клапан 4 ударного блока более подробно. Две группы каналов 22, 23 несут текучую среду, проходящую через цилиндр. Нижняя группа 22 из пяти каналов несет текучую среду в передний конец цилиндра и верхняя группа 23 из пяти каналов несет текучую среду в задний конец цилиндра. Ударный поршень 6 имеет наружный диаметр который обеспечивает весьма плотное прилегание в цилиндре 5, эффективно создавая три отдельных камеры в цилиндре. Нижняя камера 24 гидравлически сообщается с нижней группой каналов 22. Верхняя камера 25 гидравлически сообщается с верхней группой каналов 23. В зависимости от положения поршня 6, средняя камера 26 может гидравлически сообщаться либо с нижней камерой 24 или возвратным каналом 18 текучей среды.
На фиг. 3, 4, 5, 6a и 6b первый аккумулирующий узел 3a показан более подробно. Как показано на фиг. 3 и 4, первый аккумулирующий узел 3a содержит корпус 14, описанный выше. Пять первых аккумулирующих элементов 27, каждый включает в себя наполненный газом эластичный баллон или мембрану 32, установленную в камере 33, расположены полярном порядке вокруг продольной оси ударника 10 в общем корпусе 14. Первый аккумулирующий узел 3a также содержит общую выпускную камеру 30 смежную с челночным клапаном 4, при этом каждый из первых аккумулирующих элементов 27 расположен так, что текучая среда, выпущенная из него, выпускается в общую выпускную камеру через каналы 31. Каждый из первых аккумулирующих элементов 27 расположен на одинаково близком расстоянии от общей выпускной камеры 30 и в одинаковом продольном положении в ударнике 10. Таким образом, каждый из первых аккумулирующих элементов 27 вляется равноудаленным от ударного поршня 6. В альтернативных вариантах осуществления можно оборудовать отличающееся число первых аккумулирующих элементов и/или их можно расположить асимметрично. В альтернативных вариантах осуществления первые аккумулирующие элементы могут содержать диафрагмы с предварительной зарядкой газом или поршни с предварительной зарядкой газом вместо наполненных газом эластичных баллонов 32.
На фиг. 6a и 6b показан аккумулирующий элемент 27 в двух отличающийся точках цикла работы поршня. На фиг. 6b показан элемент 27, аккумулирующий больше текучей среды под давлением чем на элемент на фиг. 6b. Как показано на чертежах, основное направление перемещения мембраны 32 является по существу, параллельным продольной оси механизма. На данных фигурах показано перемещение, требуемое от одного аккумулирующего элемента для управления ударным механизмом ударника собственными силами. Чем больше число оборудованных элементов 27, тем меньше перемещение, требуемое от каждого элемента, отсюда улучшается общее время реакции аккумулирующего узла. Также, чем больше оборудовано элементов 27, тем меньше становится скорость текучей среды, при этом уменьшается эффект "гидроудара".
Как показано более подробно на фиг. 7-9, ударник 10 дополнительно содержит второй аккумулирующий узел 3b с корпусом 34. Пять вторых аккумулирующих элементов 35, каждый включающий в себя наполненный газом эластичный баллон или мембрану 36, установленные в камере 37, расположены полярном порядке вокруг продольный оси ударника 10 в общем корпусе 34. В альтернативных вариантах осуществления можно оборудовать другое число вторых аккумулирующих элементов, и/или их можно расположить асимметрично. Каждый из вторых аккумулирующих элементов 35 индивидуально выполняется либо как аккумулятор давления или аккумулятор возврата. Элементы, выполненные как аккумуляторы давления, являются вспомогательными для первого аккумуляторующего узла 3a. Элементы, выполненные как аккумуляторы возврата, применяютcя для "сглаживания пульсаций" при возврате текучей среды, проходящей обратно на базовые машины, при этом бурильные штанги и гидравлика базовой машины не подвергается воздействию пульсирующего обратного потока, что улучшает надежность ударника и базовой машины.
Второй аккумулирующий узел 3b содержит множество нагнетательных штуцеров 38. Нагнетательные штуцера 38 соединяются с корпусом 3с адаптера для выполнения каждого из вторых аккумуляторующих элементов либо как аккумулятора давления, или как аккумулятора возврата. Корпус 3с адаптера снабжен сверлеными отверстиями, которые соединяют индивидуальные аккумулирующие элементы 35 либо с центральным возвратным каналом 18, как показано на фиг. 7, или с окружающими каналами 19 подачи давления, как показано на фиг. 8. Таким образом, элемент 35a показанный на фиг 7 выполнен, как аккумулятор возврата, а элемент 35b, показанный на фиг. 8 выполнен, как аккумулятор давления. Разные корпуса адаптера можно использовать для выполнения второго аккумулирующего узла 3b с подходящим комплектом элементов аккумулятора давления и аккумулятора возврата, определенным конечным пользователем. Корпус 34, аккумулирующие элементы 35 и нагнетательные штуцеры 38 остаются одинаковыми, вне зависимости от выбранной конфигурации; только корпус 3с адаптера требует изменения и установки давлений предварительной зарядки индивидуальных элементов соответственно.
Три потока текучей среды требуются для работы ударника. Текучая среда под давлением проходит на ударник 10 с базовой машины и подает энергию для приведения в действие ударника. Обратная текучая среда уходит от ударника 10 под низким давлением, назад в базовую машину. Промывочная текучая среда проходит через ударник, выходит через долото 8 и затем уходит из скважины, которую бурят, унося буровой шлам. Обычно подающая давление и обратная текучая среда является маслом, а промывочная текучая среда является воздухом, но возможны другие комбинации.
В нижнюю камеру 24 в цилиндре 5 постоянно подается текучая среда под давлением через каналы 19 подачи давления и нижнюю группу каналов 22 в цилиндре. В верхней камере 25 периодически нагнетается давление через верхнюю группу каналов 23, в которые либо подается текучая среда под давлением или они соединяются с обратным каналом 18 текучей среды в зависимости от положения челночного клапана 4. В средней камере 26 цилиндра 5 также периодически нагнетается давление, в зависимости от положения ударного поршня 6 в цилиндре 5. Когда ударный поршень 6 расположен вблизи ударного долота 8, средняя камера 26 соединяется с нижней камерой 24, и следовательно в ней нагнетается давление. Когда ударный поршень находится вблизи верха хода, средняя камера соединяется с обратной линией 18 текучей среды, и при этом давление в ней снижается.
Давление в средней камере 26 управляет положением челночного клапана. В начале цикла, когда давление в средней камере снижается, челночный клапан 4 перемещается для подачи давления в верхнюю камеру 25. На данном этапе первые аккумулирующие элементы 27 и подающие давление элементы во втором аккумулирующем узле 3b принимают полностью поток текучей среды с базовой машины и при этом аккумулируют текучую среду. В данной точке в цикле площадь ударного поршня, открытая воздействию верхней камеры 25 больше площади открытой воздействию нижней камеры 24, и создается равнодействующая сила, направленная вниз, которая перемещает ударный поршень вперед в направлении к долоту 8. Когда ударный поршень получает ускорение, направленное вниз, поток, проходящий в аккумуляторы давления постепенно уменьшается до нуля на положении вблизи четверти хода. От данной точки и далее, гидроаккумуляторы начинают подачу масла, добавляемого к маслу, приходящему с базовой машины для обеспечения сохранения поршнем ускорения до достижения полной скорости удара. Функциональные возможности гидроаккумуляторов по подаче текучей среды с большой скоростью являются самыми важными непосредственно перед точкой удара. Если ударный поршень может "опережать" подачу масла, его максимальную скорость должны ограничивать. Когда ударный поршень становится вблизи долота, открывается путь для прохода текучей среды под давлением в среднюю камеру 26. Средняя камера теперь находится под давлением, челночный клапан перемещается для соединения верхней камеры 25 с каналами 18 возврата текучей среды. Сила сверху ударного поршня уменьшается соответственно и равнодействующая сила на поршне при этом меняет направление на обратное. Когда ударный поршень останавливается, благодаря своему столкновению с долотом, сила столкновения дает поршню ускорение, направленное от долота. На точке удара аккумуляторы давления должны уже выпустить большую часть своей аккумулированной текучей среды. Когда ударный поршень останавливается, гидроаккумуляторам требуется быстро начать вновь аккумулирование подаваемой текучей среды. В данной точке в цикле время реакции гидроаккумуляторов для аккумулирования текучей среды и местоположение является наиболее важным. Если объем текучей среды в движении в данный момент времени является слишком большим, или если гидроаккумулятор не может начать аккумулирование достаточного объема масла достаточно быстро, создаются опасные пики давления. Когда ударный поршень увеличивает скорость, направленную вверх, подача текучей среды в гидроаккумуляторы уменьшается. Затем, когда ударный поршень достигает некоторой точки при своем перемещении вверх, подача текучей среды под давлением в среднюю камеру вновь прекращается, и средняя камера соединяется с обратной линией 18 текучей среды. Данное обеспечивает перемещение челночного клапана назад в его исходное положение, соединяющее верхнюю камеру 25 с каналами 19 подачи давления. В данной точке гидроаккумуляторам требуется начать быстрое аккумулирование текучей среды, вытесняемой из верхней камеры 25 при перемещении поршня до его остановки. Еще раз, время реакции системы и местоположение гидроаккумулятора являются весьма важными в обеспечении управления быстрыми изменениями давления, создаваемыми в данный момент времени. Когда давление в средней камере снижено и поршень находится в верхней точке своего хода, начинается повторный цикл. Гидроаккумуляторам требуется аккумулировать текучую среду в течение приблизительно 75% времени цикла и затем требуется подавать ее обратно в течение других 25% времени. Время реакции гидроаккумулятора является, таким образом, определяющим для показателей работы механизма, в особенности с увеличением частоты.
Вариант осуществления, описанный выше, включает в себя оборудованный челночным клапаном механизм в гидравлическом погружном ударнике. Вместе с тем, настоящее изобретение в равной степени применимо к ударным механизмам всех форм, в том числе бесклапанной конструкции.
Слова "содержит/содержащий" и слова "имеющий/включающий в себя" в данном документе со ссылкой на настоящее изобретение применяютcя для указания присутствия заявленных признаков, целых чисел, этапов или компонентов но не исключают присутствие или добавление одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, компонентов или их групп.
Понятно, что некоторые признаки изобретения, которые для ясности описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, могут также создаваться в комбинации в одном варианте осуществления. Наоборот, различные признаки изобретения, которые для кратости описаны в контексте одного варианта осуществления, могут также создаваться отдельно или в любой подходящей комбинации.
1. Гидравлический погружной ударник, содержащий:
поршень, установленный для возвратно-поступательного перемещения в ударнике для обеспечения ударного воздействия на долото ударного бурения;
канал (15, 19) текучей среды под давлением для подачи текучей среды под давлением в ударник от базовой машины для выполнения возвратно-поступательного перемещения поршня; и
первый аккумулирующий узел для гидравлической текучей среды, причем
первый аккумулирующий узел содержит множество первых аккумулирующих элементов, отличающийся тем, что каждый из первых аккумулирующих элементов расположен в одинаковой близости к поршню, причем множество первых аккумулирующих элементов сообщаются по текучей среде с каналом текучей среды под давлением ударника в течение всего цикла поршня.
2. Гидравлический погружной ударник по п.1, дополнительно содержащий:
челночный клапан для управления возвратно-поступательным движением поршня, причем челночный клапан имеет диаметр;
и при этом первый аккумулирующий узел расположен вблизи челночного клапана.
3. Гидравлический погружной ударник по п.1, дополнительно содержащий:
общую выпускную камеру;
при этом каждый из первых аккумулирующих элементов расположен так, что текучая среда, выпущенная из него, выпускается в общую выпускную камеру.
4. Гидравлический погружной ударник по п.3, в котором каждый из первых аккумулирующих элементов расположен на одинаково близком расстоянии от общей выпускной камеры.
5. Гидравлический погружной ударник по п.2, в котором челночный клапан имеет поверхность, которая управляет потоком текучей среды в первый аккумулирующий узел и из него, и причем каждый из первых аккумулирующих элементов содержит аккумуляторную мембрану или поршень, и причем минимальное расстояние между по меньшей мере одним из аккумуляторной мембраны или поршня и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно трем диаметрам челночного клапана.
6. Гидравлический погружной ударник по п.1, в котором первые аккумулирующие элементы расположены в полярном порядке вокруг продольной оси ударного механизма.
7. Гидравлический погружной ударник по п.1, в котором каждый из первых аккумулирующих элементов включает в себя наполненный газом эластичный баллон или мембрану.
8. Гидравлический погружной ударник по п.1, в котором каждый из первых аккумулирующих элементов расположен в одинаковом продольном положении в механизме.
9. Гидравлический погружной ударник по п.1, в котором каждый из первых аккумулирующих элементов индивидуально выполнен либо как аккумулятор давления, или как аккумулятор возврата.
10. Гидравлический погружной ударник по п.1, дополнительно содержащий:
второй аккумулирующий узел (3b), содержащий множество вторых аккумулирующих элементов (35) в общем корпусе, при этом каждый из вторых аккумулирующих элементов индивидуально выполнен либо как аккумулятор давления, или как аккумулятор возврата.
11. Гидравлический погружной ударник по п.10, дополнительно содержащий:
Корпус (3с) адаптера, соединяемый с первым или вторым аккумулирующим узлом для выполнения каждого из первых или вторых аккумулирующих элементов либо как аккумулятора давления, или как аккумулятора возврата.
12. Гидравлический погружной ударник по п.5, в котором минимальное расстояние между по меньшей мере одним другим из аккумуляторной мембраны или поршня и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно десяти диаметрам челночного клапана.
13. Ударный механизм с гидроприводом, содержащий:
поршень для обеспечения ударного воздействия на долото ударного бурения; и
первый аккумулирующий узел для гидравлической текучей среды;
отличающийся тем, что первый аккумулирующий узел содержит множество первых аккумулирующих элементов, при этом каждый из первых аккумулирующих элементов содержит аккумуляторную мембрану или поршень, и причем основное направление перемещения мембраны или поршня в контакте с гидравлической текучей средой является по существу параллельным продольной оси механизма.
14. Ударный механизм по п.13, дополнительно содержащий:
челночный клапан для управления возвратно-поступательным движением поршня, причем челночный клапан имеет диаметр;
и при этом первый аккумулирующий узел расположен вблизи челночного клапана.
15. Ударный механизм по п.13, дополнительно содержащий:
общую выпускную камеру;
при этом каждый из первых аккумулирующих элементов расположен так, что текучая среда, выпущенная из него, выпускается в общую выпускную камеру.
16. Ударный механизм по п.15, в котором каждый из первых аккумулирующих элементов расположен на одинаково близком расстоянии от общей выпускной камеры.
17. Ударный механизм с гидроприводом, содержащий:
поршень для обеспечения ударного воздействия на долото ударного бурения;
челночный клапан для управления возвратно-поступательным движением поршня, причем челночный клапан имеет диаметр;
и первый аккумулирующий узел для гидравлической текучей среды, расположенный вблизи челночного клапана, при этом челночный клапан имеет поверхность, которая управляет потоком текучей среды в первый аккумулирующий узел и из него;
отличающийся тем, что первый аккумулирующий узел содержит множество первых аккумулирующих элементов и при этом каждый из первых аккумулирующих элементов содержит аккумуляторную мембрану или поршень, и причем минимальное расстояние между по меньшей мере одним из аккумуляторной мембраны или поршня и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно трем диаметрам челночного клапана от поверхности челночного клапана, и минимальное расстояние между по меньшей мере одним другим из аккумуляторной мембраны или поршня и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно десяти диаметрам челночного клапана от поверхности челночного клапана.
18. Гидравлический погружной ударник по п.1, дополнительно содержащий:
наружный цилиндрический внешне износостойкий протектор, поршень, установленный для возвратно-поступательного перемещения во внешне износостойком протекторе для нанесения удара по долоту ударного бурения, при этом долото ударного бурения установлено на переднем конце внешне износостойкого наружного протектора.
19. Гидравлический погружной ударник по п.1, содержащий:
челночный клапан для управления возвратно-поступательным движением поршня, причем челночный клапан имеет диаметр и управляет потоком текучей среды в первый аккумулирующий узел и из него, при этом первый аккумулирующий узел расположен вблизи челночного клапана; и
при этом каждый из первых аккумулирующих элементов содержит аккумуляторную мембрану или поршень, и при этом минимальное расстояние между по меньшей мере одним из аккумуляторной мембраны или поршня и поверхностью челночного клапана во время работы ударного механизма меньше или равно десяти диаметрам челночного клапана от поверхности челночного клапана.
