Гидробур

(51)5 Е 21 С 45/00 РЕТЕ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ АВТОР 2, Куваев, П,Макоур содерд, струесопла, ра, снабами, пульеОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И(56) Авторское свидетельство СССМ 603953, кл, Е 02 Р 3/88. 1976,Авторское свидетельство СССМ 994737, кл, Е 21 С 45/00, 1981,(57) Сущность изобретения: гидробжит корпус, внешний водоподвоформирующие разрушающиеразмещенные в основании ротоженного внутренними перегородк Изобретение относится к устройствам, применимым для разработке скважин, в частности к гидравлическим машинам для бурения горизонтальных и вертикальных дренажных и водозаборных скважин,и может найти применение для расширения стволов скважин с целью увеличения их водозахватной способности, а также для прочистки канал изацион н ых трубоп ро водо в.Известна гидравлическая бурильная машина, содержащая вращатель, коронкодержатель, пульсатор, снабженный реактивной турбиной, смонтированной на одном из его дисков и расположенной в сборно-отточной камере. В коронкодержателе выпог- нен канал для сообщения сборно-отточной камеры с атмосферой.Известно также грунтозаборное устройство землесосного снаряда, содержащее всасывающий наконечник, водопроводные поприемный раструб с эжектором, гидро- турбину с соплами, Ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, упорными гидростатическими подшипниками и радиальными водоподводами. Турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора. Сливная камера снабжена успокоительными ребрами, Сливная камера сообщается с призабойной зоной скважины и с проточной камерой. Струеформирующие сопла выполнены в виде пустотелых болтов, Сопло эжектора выполнено в виде кольц вой щели в камере смешения. 3 з,п.ф-лы, 6 ил. трубы и эжекторную головку и эжектирующий насадок с водоподводящим коллектором, В этом известном устройстве водоподводящий коллектор эжектирующего насадка снабжен разрыхляющим гидро- мониторным насадкам, а эжектирующий насадок выполнен в виде кольцевой щели и установлен с возможностью протекания подсасываемого потока как изнутри, так и снаружи насадка.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является буровая гидравлическая насадка, Указанная буровая гидравлическая насадка содержит корпус, водоподвод, струеформирующие сопла, пульпоприемный раструб с эжектором, Дополнительно насадка снабжена камерой с гидротурбиной, сообщающейся с эжектором. Турбина снабжена кольцеобразным стаканом с внутреннимиперегородками, в днище которого размещены струеформирующие сопла.Недостатком этого устройства является незначительная скорость бурения ввиду малой скорости вращения гидротурбины,Кроме того, известное устройствов может быть использовано для расширения ствола скважин с целью увеличения их водозахватных способностей.Целью изобретения является повышение скорости проходки скважин путем повышения эффективности размыва ствола буровой скважины и увеличения ее водозахватной способности,Поставленная цель достигается тем, что в гидробуре, содержащем корпус, внешний водоподвод, струеформирующие разрушающие сопла, размещенные в основании ротора, снабженного внутренними перегородками, пульпоприемный раструб с эжектором, гидротурбину с соплами, сочлененную с ротором, ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, отделяющей проточную камеру от сливной камеры гидротурбины, упорными гидростатическими подшипниками, а также радиальными водо- подводами, Турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора и установленных на нем близ наружной его кромки в сливной камере, снабженной успокоительными ребрами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса, Сливная камера сообщается с призабойной зоной скважины через кольцевой зазор между внешней кромкой ротора и корпусом гидрсбура. Проточная камера соединена также со сливной камерой гидротубины через верхний упорный гидростатический подшипник ротора и с призабойной зоной через нижний упорный гидростатический подшипник.Струеформирующие разрушающие сопла гидробура выполнены в виде пустотелых болтов, расположенных в наклонных отверстиях в основании ротора,и ориентированы тангенциально к боковой образующей поверхности ротора. Сопло эжекторв выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения, На пульпоприемный раструб установлена защитная фильтрующая решетка,На фиг.1 изображен гидробур, общий вид; на фиг,2 - вид А фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - вид Г-Г фиг.З; на фиг.6 - вид Д-Д фиг.4.Предлагаемое устройство содержит корпус 1 с размещенным в нем кольцеобразным ротором 2, с цилиндрической внеш 5 10 ней диафрагмой 3, отделяющей проточную камеру 4 от сливной камеры 5 гидротурбины, с упорными гидростатическими подшипниками 6 и 7, радиальными водоподводами 8, тангенциально направленные сопла 9 реактивной турбины, сообщающиеся с полостью кольцеобразного ротора 2, установленные на нем близ наружной его кромки, в сливной камере 5, снабженной успокоительными ребрами 10,закрепленными на внутренней поверхностикорпуса 1 гидробура, сообщающейся с призабойной зоной скважины через узкий кольцевой зазор 11 между внешней кромкой15 кольцеобразного ротора 2 и корпусом гидробура 1. Проточная камера 4, в свою очередь,сообщается со сливной камерой 5гидротурбины через верхний упорный гидростатический подшипник 6, а струеформи 20 рующие сопла 12 выполнены в видепустотелых болтов 13, ввернутых в наклонные отверстия 14, устроенные в основаниикольцеобразного ротора 2 и тангенциальноориентированные к боковой образующей25 поверхности ротора 2. Сопла 15 эжекторавыполнено в виде кольцевой щели в камересмешения 16, Внешний водоподвод 17 сообщается с проточной камерой 4 через кольцевой коллектор 18 и отверстия 19, аЗО пульпопровод 20 имеет пульпоприемныйраструб 21 с установленной на последнейзащитной фильтрующей решеткой 22,Устройство работает следующим образом,35 Гидробур, соединенный с колонной водоподводящих труб на бурильных трубах,служащих пульпопроводом, оусаесспециально подготовленный цилиндрический зумпф. Затем в гидробур по водопод 40 воду 17 подают воду под давлением,Последняя попадает в кольцевой коллектор18 и из него поступает в проточную камеру4, Здесь поток воды разделяется на следующие потоки,45 1-ый поток воды направляется через радиальные водоподводы 8 в полость кольцеобразного ротора 2 и попадает вструеформирующие разрушающие сопла 12и сопла 9 реактивной турбины. Истекающая5: из сопел 12 и 9 вода имеет скорость 15 - 40,3мй и создает оеактивную силу, приводящую кольцеобразный ротор 2 во вращение.Одновременно по внешней кромке забоязумпфа начинает размываться грунт, пре 55 вращаясь в пульпу.2-ой поток воды поступает из проточнойкамеры 4 в сопло 15 эжектора с расходом13 - 40,3 м / ч, создает разрежение под пульпоприемным раструбом 20. В результатеэтого в пульпопривод поступает пульпа, об 1768758разующаяся в результате размыва грунта водой, выбрасываемой струеформирующими разрушающими соплами 9, кольцевым зазором 11, подшипником 7 и грунтовыми водами, поступающими с забоя под влиянием создаваемого над ним разрежения и гидростатического давления подземных вод.3-й поток воды поступает из проточной камеры 4 в сливную камеру 5 гидротурбины через верхний упорный гидростатический подшипник 6.4-ый поток воды поступает из проточной камеры 4 через нижний упорный гидро- статический подшипник 7 в призабойную зону скважины, перемешивается с пульпой и увлекается соплом 15 эжектора. Кроме того, вода, поступающая в сливную камеру 5 гидротурбины через сопла 9 и через подшипник 6, раскручивается в сливной камере 5 реактивными струями гидротурбины в направлении, обратном вращению ротора 2,и тормозит его, вызывая энергетические потери. Для уменьшения этих энергетических потерь и для увеличения вращательного момента реактивной гидротурбины предусмотрены неподвижные успокоительные ребра 10, которые тормозят основную часть воды,. увлекаемой реактивными струями гидротурбины, Для поддержания перепада давления воды (с целью обеспечения работы сопел 9 реактивной гидротурбины) предусмотрен кольцевой зазор 11, через который вода удаляется из сливной камеры 5 в призабойную зону буровой скважины. При этом цилиндрический поток воды, истекающий из кольцевого зазора 11 имеет пульсирующий характер под влиянием подвижных зон повышенного напора, возникающих в сливной камере 5 над кольцевым зазором 11 в точках прохождения реактивных струй (из сопел 9). Благодаря этому струи воды, выбрасываемые разрушающими струеформирующими соплами 12, в момент, когда гидробур удален от забоя и эти струи пересекаются не с забоем, а со стенками ствола скважины и с цилиндрическим потоком истекающей из зазора 11 воды, последние также приобретают пульсирующий характер, Такой характер движения разрушающих струй воды позволяет более эффективно размывать ствол буровой скважины с целью увеличения водозахватной способности последней путем ее расширения.Предлагаемый гидробур повышает скорость бурения, она достигает 15-40,3 м/с, создавая реактивную силу,Предлагаемый гидробур может успешно применяться для сооружения водозаборных, дренажных скважин, лучевых дрен, для расширения стволов скважин, пробуренных40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 традиционными способами, в заданных интервалах, Кроме того, возможно использование гидробура для прочистки канализационных трубопроводов, перекачки концентрированных суспенэий (например, абразивных металлосодержащих шламов предприятий черной металлургии) из первичных отстойников, устройства проколов под дорогами, а также при устройстве буронабивных свай путем погружения в грунт обсадных труб, а также для погружения других пустотелых конструкций в грунт. Может применяться для очистки шахтных водосборников. При этом отдельные крупные скальные включения в грунтах(или другой разрушаемой среде) не являются помехой при бурении, так как они будут постепенно опускаться в размываемое свободное пространство.Формула изобретения 1, Гидробур, содержащий корпус, внешний водоподвод, струеформирующие сопла, размещенные в основании ротора, снабженного внутренними перегородками; пульпоприемный раструб с эжектором, гидротурбину с соплами, сочлененную с ротором, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения скорости проходки скважины путем повышения эффективности размыва ствола буровой скважины и увеличения ее водозахватной способности, ротор выполнен в виде замкнутой камеры и снабжен цилиндрической внешней диафрагмой, отделяющей проточную камеру от сливной камеры гидротурбины, упорными гидростатическими подшипниками, а также радиальными водоподводами, при этом турбина выполнена в виде тангенциально направленных сопел, сообщающихся с полостью ротора, установленных на нем близ наружной его кромки, в сливной камере, снабженной успокоительными ребрами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса, сообщающейся с призабойной зоной скважины через кольцевой зазор между внешней кромкой ротора и корпусом гидро- бура, причем проточная камера соединена также со сливной камерой гидротурбин ы через верхний упорный гидростатический подшипник ротора и с призабойной зоной через нижний упорный гидростатический подшипник.2, Гидробур по п,1, отл и ч а ю щи йс я тем, что струеформирующие разрушающие сопла выполнены в виде пустотелых болтов, расположенных в наклонных отверстиях в основании ротора, и ориентированы тангенциально к боковой образующей поверхности ротора.3, Гидробур по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что сопло эжектора выполнено в виде кольцевой щели в камере смешения,4. Гидробур по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью предотвращения засорения приемного сопла эжектора, на пульпоприемный раструб установлена 5 защитная фильтрующая решетка.1768758Р - 8 Составитель Н,РуденкоТехред М,Моргентал Корр Юрковецка дакт аказ 3628 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина