Устройство для бурения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Е 21 В 21/ ЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ А се со сливными отверстиями, а также погружной поршневой насос с прикреп ленным к штоку буровым. снарядом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, золотниковый механизм выполнен в виде жестко соединенных верхнего и нижнего. поршней с обратным клапаном на верхнем поршне, установленных подвижно соответственно на внутренней и наружной трубах эрлифта и подпружиненных относительно корпуса, при этом сливные отверстия в корпусе и входное отверстие внутренней трубы эрлифта перекрыты соответственно ниж.ним и верхним поршнями при крайнем верхнем положении последних. е2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что внутренняя труба эрлифта выполнена с дополнительным входным отверстием и с обратным клапаном в нем. рли орп ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ А ИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР(72) Г, П. Шагин, А. Н, Бажутин, В. Н. Калашников и В. А. Бобров (71) Свердловский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. В. В. ВахрУшева(56) 1 Волков АС. И Волокитенков А. А. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкос ти. М., фНедра", 1973, с. 103-122.2. Авторское свидетельство СССР В 381730, кл. Е 21 В 21/00, 1969 (прототип) .(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ЦЛЯ БУРЕНИЯ содержащее бурильную трубу, эрлифт в виде кбнцентрично расположенных внутренней и наружной труб, соеди,ненный с бурильной трубой и э фтом золотниковый механизм в к у.8010 07 ., Ати на поверхность погружным насосом может произойти самопроизвольное переключение на режим местной обратной промывки вследствие скручивающего действия навивки каната бурового стана.Цель изобретения - повышение надежности.Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для бурения, содержащем бурильную трубу, эрлифт в виде концентрично расположенных внутренней и наружной труб,соединенный с бурильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпусе со сливными отверстиями, а также погружной поршневой насос с прикрепленным к штоку буровым снарядом, золотниковый механизм выполнен в виде жестко соединенных верхнего и нижнего поршней с обратным клапаном на верхнем поршне, установленных подвижно соответственно на внутренней и наружной трубах эрлифта и подпружиненных относительно корпуса, при этом сливные отверстия в корпусе ,и входное отверстие внутренней трубы эрлифта перекрыты соответственно нижним и верхним поршнями при крайнем верхнем положении последних,Кроме того, внутренняя труба эрлифта выполнена с дополнительным входным отверстием и с обратным клапаном в нем.На фиг, 1 показано предлагаемое устройство для бурения, общий вид; на фиг, 2 - положение деталей устройства при бурении скважины с местной обратной промывкой эрлифтом на фиг. 3 - то же, при бурении с обратной промывкой погружным поршневым насосом и одновременной откачкой жидкости из скважины.Устройство для бурения состоит из воздухопроводной бурильной трУ- бы 1, корпуса 2 золотникового механизма, двух кольцевых поршней верхнего 3 и нижнего 4, которые жестко соединены между собой втулкой 5 с отверстием 6, концентрично расположенных внутренней и наружной труб эрлифта 7 и 8, обратного кольцевого клапана 9, расположенного в верхнем поршне 3, пружины 10. В корпусе 2 и на внутренней трубе 7 выполнены соответственно сливное отверстие 11 и входное отверстие 12, которые перекрыты кольцевыми поршнями 3 и 4 и открываются при смещении поршней вниз. В верхней части внутренней. трубы 7 эрлифта выполнено дополнительное входное отверстие с обратным клапаном 13. Наружная труба 8 эрлифта через переходник 14 соединена с цилиндром 15 погружного поршневого насоса, На боковой поверхности цилиндра 15 выполнено выходное отверстие 16, Погружной насос, кроИзобретение относится к горномуделу, а именно к средствам для промывки скважин при бурении, и может найти применение при бурении скважин различного назначения в сложных геолого-технических условиях: полное поглощение промывочной жидкости, некондиционный выход керна или неустойчивые стенки скважин., Известны устройства для бурения, содержащие бурильные трубы, буровой снаряд и зрлифт с концентричными внутренней и наружной трубами Я .При бурении таким снарядом по внутренней трубе подается сжатый воздух, который выходит в кольцевой за зор, и вследствие разницы плотности жидкости в кольцевом зазоре и в скважине возникает местная обратная циркуляция промывочной жидкости.Однако известные снаряды не полу О чили широкого применения, потому что ;наличие в промывочной жидкости большого количества шлама является часто причиной нарушения циркуляции и преждевременного прекращения рейса. Бо лее совершенными являются снаряды, где наряду с эрлифтом для прокачки жидкости можно испольэовать механическую энергию движения бурового снаряда.Известно также устройство для бурения, содержащее бурильную трубу, эрлифт в виде концентрично расположенных внутренней и наружной труб соединенный с бурильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпу-З 5 се со сливными отверстиями, а также поршневой насос с прикрепленным к штоку буровым снарядом 2 .В случае нарушения циркуляции при бурении (встреча мягких пропластков. 40 горных пород или зашламование промывочных каналов в породоразрушающем наконечнике), которое контролируется с поверхности по показанию давления воздуха в магистрали, в работу дополнительно включается погружной насос с целью ее восстановления, Погружной насос способствует восстановлению циркуляции, так как он способен развить больший перепад давления у по О родоразрушающего наконечника, чем эрлифт, Откачка зашламованной жидкости на поверхность для ее очистки производится периодически, по мере накопления шлама в скважине только погружным насосом, Перевод устройства с одного режима на другой производится вращением колонны бурильных труб вправо или влево.Недостатком известного устройства является наличие в переключающем 6 О, механизме винтовых пар, что делает работу, устройства ненадежной. При зашламовывании их нельзя произвести переключение устройства с одного режима на другой, а при откачке жидкос10 ме цилиндра 15, включает обратныеклапаны 17 и 18, поршень 19 и обойму 20. Через отверстие обоймы 20 проходит полый шток 21. Обойма 20 ишток 21 имеют шлицевое соединениедля передачи крутящего момента. Шток21 соединены с буровым снарядом 22,Шланг 23 и сальник-вертлюг 24 служат для подачи сжатого воздуха вустройство или для выдачи промывочной жидкости на поверхность.Работа устройства при бурениис местной обратной промывкой (фиг,.2)возможна по двум вариантам: бурениес местйой обратной промывкой,создаваемой только эрлифтом,. и по второму варианту, когда местная обратнаяпромывка создается совместно эрлифтом и погружным поршневым насосом.При бурении по первому вариантусжатый воздух подается от компрессора по шлангу 23, сальнику-вертлюгу 24, воздухопроводной трубе 1 ипоступает в корпус 7, где сжатыйвоздух перемещает вниз кольцевыепоршни 3 и 4., сжимая пружину 10, 25и открывает отверстия 11 и 12. Через отверстие 12 воздух поступаетво внутреннюю торбу 7 эрлифта и выходйт в зону аэрации ниже торцаэтой трубы. Здесь воздух смешивается с водой, нахоцящейся в наружнойтрубе 8 эрлифта, в результате чегов кольцевом зазоре между внутреннейи наружными трубами 7 и 8 создаетсяводовоздушная смесь. За счет разни-цы удельных весов жидкости в сква- З 5жине и кольцевом сечении эрлифтапод действием напора столба жидкости Ь(, в устройстве создается местная обратная циркуляция жидкости.Жидкость, оживая забой скважины, поднимается через буровой снаряд 22,полый шток 21, отверстия клапанов18.и 17 и, следуя дальше по кольцевому зазору между внутренней и наружной трубами 7 и 8 через отверстия б и 11, снова изливается в скважинуКонтроль за циркуляцией промывочной жидкости осуществляется попоказанию давления в воздушной магистрали. Если прбисходит нарушениециркуляции промывочной жидкости (изза закупорки промывочных каналов упородораэрушающего наконечника),жидкость внутрь бурового снаряда 22не поступает, В результате этоговся жидкость находащаяся в кольцевом зазоре между внутренними и наружными трубами 7 и 8, выноситсячерез отверстия 6 и 11 в скважину,что ведет к резкому снижению давления воздуха в магистрали, так как 60воздух свободно проходит по внутренней трубе 7, кольцевому зазору между трубами 7 и 8 (где жидкости нет)и через отверстия 6 и 11 в скважину.Дальнейшее бурение с обратной промывкой, создаваемой только эрлифтом,продолжать нельзя, так как возможенприжог на забое породоразрушающегонаконечника. Для продолжения процесса бурения необходимо предварительно восстановить циркуляцию промывочной жидкости, которое производитсяпогружным поршневым насосом, т.е.при работе устройства по второмуварианту местная обратная промывкасоздается одновременно эрлифтом ипогружным поршневым насосом,Устройство для бурения по второмуварианту работает следующим образом(фиг, 2),Компрессор не выключается, воздухопроводная труба 1 расхаживаетсяей придается возвратно-поступательное движение) через сальник-вертлюг 24 лебедкой (или гидросистемой)бурового станка. При этом поршень19, шток 21 и буровой снаряд 22 остаются неподвижными, удерживаемыесобственным весом, В цилиндре 15при его движении вверх создаетсяразрежениеи жидкость под действием напора столба жидкости (Ь 1 + Ь)из скважины через буровой снаряд 22,полый шток 21 из-под клапана 18 заполняет полость над поршнем .19. Когда цилиндр 15 двигается вниз, жидкость из камеры над поршнем 19 через клапан 17 поступает в кольцевойзазор между внутренними и наружнымитрубами эрлифта 7 и 8 и через отверстия 6 и 11 изливается в скважину.Происходит восстановление циркуляции промывочной жидкости потому, чтовеличина давления с забоя внутрьбурового снаряда 22, развиваемаяпогружным поршневым насосом, можетбыть в несколько раз выше, чем у эрлифта. Это объясняетсятем, что эрлифт создает давление внутрь бурового снаряда под действием напорастолба жидкости Ь, а погружнойпоршневой насос - (Ъ + 6). Крометого, у эрлифта величина йапора Ь(,согласно известной теории работыэрлифта, не может превышать давления компрессора и поэтому имеет ограниченные значения (0,5-0,7 МПа)а у погружного насоса - (Ь + п 2)зависит только от глубины скважины.Так, чем больше глубина скважины,тем больше (Ь+ Ь) и, соответственно, увеличивается давление сзабоя внутрь бурового снаряда 22от 0,5 до 8 МПа. Восстановление циркуляции контролируется на поверхности по повышению давления воздухав магистрали. После восстановленияциркуляции бурЕние продолжается попервому варианту, т.е. бурение сместной обратной промывкой, создаваемой только эрлифтом.,Отличительные признаки предлагаемого устройства для бурения позво,ул,Проектная,4 Филиал г. Ужго ляют осуществить бурение с обратнойпромывкой, создаваемой погружнымнасосом, с одновременной откачкойжидкости на поверхность (фиг. 3).Промывочную жидкость необходимо периодически откачивать на поверхностьс целью ее очистки от шлама, которыйнакапливается в скважине по мере ееуглубки. Для этого прекращается подача сжатого воздуха. Под дейсввиемсилы сжатой пружины 10 поршни 3 и 4перемещаются вверх и.перекрываютотверстия 11 и 12., Осуществляетсярасхаживание воэдухопроводной трубы1, и погружным поршневым насосомсоэдаежся обратная циркуляция промывочной жидкости, которая от погружного насоса поднимается по внутренней трубе 7 эрлифта и клапану 13,а также по кольцевому зазору междувнутренней и наружными трубами зрлифта 7 и 8 и клапану 9 поршня 3. Вышепереключающего механизма жидкостьчерез воздухопроводную трубу 1,сальник-вертлюг 24 и шланг 23 поступает в приемную емкость для очистки. 1После очистки жидкости на поверхности она самотеком поступает в скважинуНаличие клапана 13 во внутреннбйтрубе 7 дает возможность снизитьгидравлические сопротивления на путидвижения жидкости, так как она движется не только по кольцевому зазору между трубами 7 и 8, но и по трубе 7, что позволяет интенсифициро вать обратную промывку при бурении : с погружным поршневым насосом. Такое совмещение в предлагаемой конструкции двух процессов дает воэможность производить очистку промывоч ной жидкости от шлама на ловерхности без прекращения процесса углубки скважины, т,е. сократить непроизводительные затраты времени. 2 п Переключение устройства с одногорежима работы на другой включением или выключением компрессора сокращает затраты времени и устраняет тяжелый ручной труд при проведении пе реключений.