Колонковый снаряд

(5)5 Е 21 В 25/00 ЕТЕНИЯ ПИС И ция Прои ъединени в, И,М.Тлеуобурению гео2, под редаНедра, 1984 СССР 1987,ое бурение ге в сложных гео и регулировать в ю удара, ведет кпульсов в длинраздутию резьб идации аварий и самих гидроГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ(5 б) Справочник инженера пологораэведочных скважин, тцией Е.А.Козловского, М.,с.47 - 55,Авторское свидетельствоМт 1492014, кл. Е 21 В 25/00,(57) Использование: колонковолого-разведочных скважин Изобретение относится к горному делу, а именно к техническим средствам для колонкового бурения разведочных скважин в ложных геологических условиях.Известен способ бурения с применением гидроударника для интенсификации процессаэ забойного разрушения, при этом ударный механизм, приводимый в действие промывочной жидкостью, выполняется в виде отдельного узла, устанавливаемого над колонковой трубой. Применение гидроударнйков способствует улучшению производительности бурения, снижению числа и снятию сэмозаклинок керна в колонковых трубах,Однако используемые гидроудэрники дороги, сложны по конструкции и технологической обеспеченноеи их применения, весьма чувствительныи зрэметрам рабочей жидкости, Использование их не позво Ы 2,1788201 А 1 логических условиях. Сущность изобретения; устройство содержит наружную трубу с породоразрушающим инструментом в нижней части, В ней размещены керноприемная труба и гидроударный узел. Гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника - ударника с отверстиями в нижней части и наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами, Золотник - ударник установлен концентрично на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного перемещения. Внутренняя поверхность золотника - ударника обреэинена, Породоразрушающий инструмент связан с наружной трубой шлицевым соединением. 1 з,п, ф-лы, 3 ил,ляет в достаточной степенпроцессе бурения энергипотерям передаваемых имных колонковых трубах,труб, сложны также ликвобусловленные поломкамударников. Известен также колонковый снаряд, включающий колонковую трубу с иородоразрушающим инструментом, переходник с генератором гидравлических колебаний и виброэлемент в виде гофрированной пружины в форме однополосного гиперболоида в шлицевой муфте, установленной по длине колонковой трубы (прототип). Колонковый снаряд позволяет повысить эффективность бурения за счет использования генерируемых гидроударов, создающих совместно с гофрированной пружиной дииилнителнынт10 15 20 30 50 динамические нагрузки на породоразрушающий инструмент.Недостатком известного колонковогоснаряда является его конструктивная сложность, трудность регулировки, потеря жесткости компановки из-за наличия шлицевогосоединения колонковой трубы, потери ирассеяние импульсной энергии в нижерасположенной колонковой трубе. а такжебольшой доли энергии в вышерасположенную колонну труб.Целью изобретения является повышение эффективности бурения в перемещающихся по крепости породах,Указанная цель достигается за счет непосредственного воздействия механогидравлических им пульсов черезпородоразрушающий инструмент на забой,для чего гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника-ударника с отверстиями в нижней части инаружным профилированным буртом с регулировочными кольцами и концентричноустановлен на керноприемной трубе с возможностью свободного продольного перемещения, при этом породораэрушающийинструмент связан с наружной трубой шлицевым соединением.Кроме того внутренняя поверхность золотника-ударника обрезинена.Выполнением пружинного трубчатогозолотника в виде ударника достигается воз можность использования массы самого золотника для на"несения ударов попородоразрушающему инструменту, в то 3время как свойство золотника-ударника каксобственно золотника позволяет организовать гидроудары в жидкости непосредственно в области породоразрушающегоинструмента, Интегрированное непосредственное воздействие механогидравлических импульсов на породоразрушающийинструмент позволит увеличить динамическую составляющую процесса внедренияпородоразрушающих элементов в породу 4забоя, что повысит эффективность буренияв целом;Наличие наружного профилированногобурта с регулировочными кольцами даствозможность движущейся по кольцевомузазору жидкости осуществлять толкание золотника-ударника в направлении на породораэрушающий инструмент, при этом силатолкания может регулироваться как скоростью потока жидкости, т,е, производительностью насоса, так и количествомрегулировочных колец в бурте, что равносильно парусности,Воэможность свободного продольногоперемещения трубчатого золотника-ударника по керноприемной трубе, ссоблюдением достаточной герметизации между ними,позволяет организовать автоколебательный режим его движения. что обуславливаетимпульсные нагрузки на породораэрушающий инструмент как за счет ударов по нему золотника-ударника, так и за счет создаваемых золотником - ударником гидроударов.Покрытие резиновой пленкой внутренней поверхности трубчатого золотникаударника снижает до минимума трения между ним и керноприемной трубой и обуславливает достаточную герметизацию ихконтакта.Импульсные нагрузки предполагают продольное смещение породоразрушающего инструмента относительно колонкового снаряда, что обеспечивается наличием шлицевого соединения между ними, которое позволяет также прекратить работу золотника-ударника при подъеме снаряда над забоем и увеличении зазора между породоразрушающим инструментом и керноприемной трубой,На фиг.1 представлен предлагаемый колонковый снаряд; на фиг,2 - разрез по А - А на фиг.1; на,фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1.Колонковый снаряд состоит из наружной колонковой трубы 1, внутри которой коаксиально расположена с зазоромкерноприемная труба 2, Породораэрушающий инструмент 3 закрепляется на колонковой трубе 1 посредством шлицевого соединения 4 и с зазором 5 относительнокерноприемной трубы 2. На керноприемную трубу 2 насажен с возможностью свободного продольного перемещения золотник-ударник 6, имеющий наружный профилировачный бурт 7, в который опирается пружина 8, распирающая породораэрушающий инструмент 3 и золотник-ударник 6. Шейка 9 профилированного бурта 7 является посадочным местом для регулировочных колец 10, количеством которыхрегулируется парусность бурта 7. Нижний конец золотника-ударника 6 на удалении от торца, равном или несколько большем величины зазора 5,опоясан отверстиями 11, диаметр которых равен величине продольноголюфта шлифовочного соединения 4. Полу- муфты шлицевого соединения 4 закреплены между собой скобой 12. Внутренняя поверхность золотника-ударника 6 обрезинена резиной 13,Колонковый снаряд работает следующим образом.В собранном виде колонковый снаряд опускается на забой скважины. Подается от насоса промывочная жидкость, снаряд загружается усилием в осевом направлении,20 2530 гидроудары, и их совместное ударное воздействие на породоразрушающий инструмент 3. Это способствует лучшему 50 55 прикладывается крутящий момент, вследствие чего производится разрушение забоя и выбурка керна, Промывочная жидкость поступает к породоразрушающему инструменту 3 по зазору между наружной и колонковой трубой 1 и керноприемной трубой 2, омывает золотник-ударник 6 с его профилированным буртом 7 и по зазору 5 поступает внутрь керноприемной трубы 2, захватывает керн и шлам и выносит их на поверхность. Кроме того, промывочная жидкость попадает на забой, смачивает шлам и охлаждает режущие элементы породоразрушающего инструмента 3, Омывая профилированный бурт 7 с регулировочными кольцами 10, имеющйй определенную парусность, жидкость захватывает его, а значит и золотник-ударник 6 и толкает на породоразрушающий инструмент 3, нанося по последнему удар. В момент удара золотник-ударник 6 резко и полностью перекрывает выход жидкости в зазор 5, вследствие чего в полости породоразрушающего инструмента 3 возникает гидравлический удар, давление которого также полезно воздействует на породораэрушающий инструмент 3 в напоавлении забоя.Поскольку в момент гидроудара жидкость полностью останавливается и исчезает влияние ее скоростной составляющей на парусность проФилированного бурта 7 с регулировочными кольцами 10, то зглотникударник 6 пружиной 8 возвращается в исходное положение (так называемый "водяной таран"), определяемое размерами и жесткостью пружины 8. Возврату золотника-ударника 6 в начальной стадии движения способствует также импульс давления жидкости гидроудара, воздействующий на профилирован ный бурт 7 со стороны породоразрушающего инструмента 3,Вновь открывается зазор 5 и возобновленный ускоряющий ток жидкости начинает снова воздействовать на профилированный бурт 7 и процесс повторяется, Таким образом создаются автоколебания с ударами золотника-ударника 6, влекущие за собой внедрению рабочих элементов породоразрушающего инструмента 3 в забой, Такая динамика работы особенно желательна для твердосплавного инструмента в комплексах КГК при проходке коренных кристаллических пород, поскольку твердосплавные породорежущие элементы наиболее стойки и эффективны в этих условиях в сочетании с ударным нагрукением, Таким образом появляется возмокность проходить комплек 35 40 45 сом КГК всю скважину, включающую осадочные и коренные породы, заглубляясь в последние на несколько метров, не меняя породораэрушающий инструмент, т,е. за один рейс, что является как раэ весьма желаемой целью использования комплекса КГК,Частота и сила ударов золотника-ударника 6 по породоразрушающему инструменту 3 являются зависящими в основном от таких параметров, как масса эолотникаударника 6 и сила воздействия скорости струи.на профилированный бурт 7, шейка 9 которого наполняется регулировочными кольцами 10 в зависимости от необходимой парусности профилированного бурта 7, а значит на золотник-ударник 6,Нанесение осевых ударов по породораэрушающему инструменту 3 естественно сопровождается его осевыми смещениями. для чего в конструкции предусмотрено шлицевое соед,нение 4 с соединительной скобой 12 и люфтом, При подьеме снаряда шлицевое соединение 4 даст возможность породоразрушающему инструменту 3 сместиться в осевом направлении на величину этого люфта, т,е, зазор увеличится, вследствие чего отверстия 11 золотника-ударника 6 совместятся с зазором 5 и станут пропускать жидкость, а значит исчезнет необходимое условие автоколебательного режима, выражающееся в остановке в определенный момент движения жидкости, таким образом золотник-ударник 6 будет остановлен в крайнем нижнем (по схеме) положении, т.е, при падьеме снаряда над забоем (например при расходке) ненужного в это время механогидравлического импульсного нагружения породоразрушающего инструмента 3 не будет, Это необходимое условие, предотвращающее разрушение шлицевого соединения, С постановкой снаряда на забой автоколебания золотника-ударника 6 вновь возобновляются, а следовательно возобновится и ударный режим.Прекращение ударной работы может осуществляться и посредством уменьшения, либо полного прекращения подачи промывочной жидкости, В связи с этим конструкция заявляемого колонкового снаряда может быть беэ шлицевого соединения, т.е, на обычной резьбе, Однако в этом случае осевые нагрузки на снаряд при бурении должны быть такими, чтобы деформационная релаксация низа снаряда под воздействием ударных нагрузок не превы- шала деформаций от осевых нагрузок;условие, которое позволяет не нагружать резьбовое соединение нежелательными импульсными растягивающими нагрузками.1788201 Б Б Внутренняя поверхность золотника- ударника 6 покрыта резиной 13 для необходимой герметизации контакта "золотник-ударник 6 - керноприемная труба 2", а также для того, чтобы уменьшить трение в этом контакте, Однако, при больших скоростях движение жидкости в зазоре "колонковая труба 1 - керноприемная труба 2" и достаточно длинном золотнике-ударнике 6 и его возможно точной посадке со скольжением на керноприемную трубу 2 возможно изготовление золотника-ударника 6 без внутреннего обрезинивания 13, поскольку в этом случае сохраняются все компоненты автоколебательного режима и гидроударов.Применение предлагаемого технического решения позволит в частности расширить возмокности эффективного использования твердосплавного породоразрушающего инструмента в комплексах КГК, повысить эффективность собственно КГК за счет использования на весь рейс, включая коренные породы, одной твердосплавной коронки, улучшить энерговооруженность использования алмазных коронок в двойных колонковых снарядах при увеличении производительности и скорости бурения этими снарядами и коронками и их ресурса.Формула изобретения 5 1. Колонковый снаряд, содеркащий наружную трубу с породоразрушающим инструментом в нижней части, размещенную в ней керноприемную трубу и гидроударный узел, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 10 повышения эффективности бурения в перемежающихся по крепости породах за счет непосредственного воздействия механогидравлических импульсов через породоразрушающий инструмент на забой, 15 гидроударный узел выполнен в виде подпружиненного трубчатого золотника-ударника с отверстиями в нижней части и с наружным профилированным буртом с регулировочными кольцами, концентрично уста новленным на керноприемной трубе свозможностью свободного продольного перемещения, при этом породоразрушающий инструмент связан с наружной трубой шлицевым соединением.25 2, Колонковый снаряд по п,1, о т.л и ч аю щ и й с я тем, что внутренняя поверхность золотника-ударника обрезинена.1788201 10 Фиг,2 Составитель М,ТлеуовТехред М.Моргентал Корректор Е.Г 1 апп Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород ул.Гагарина, 101 Заказ 58 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьтлям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5