Пристрій для дробового буріння

Реферат: Пристрій для дробового буріння включає породоруйнівний орган, дріб, керноприймач та перехідник. Для запобігання скупченню дробу пристрій має жорстко закріплений в нижній частині керноприймача, із вертикальними колекторними пазами, породоруйнівний орган у вигляді кільця, в якому виконано крізні гнізда зі змінною висотою, із зменшенням в напрямку від його осі до периферії, для розміщення дробу та співвісно встановлений в корпусі керновідривач з можливістю осьового переміщення в моменти зриву керна та подальшого його утримання. При цьому верхня частина керноприймача через перехідник сполучена з порожнистим ротором введеного гвинтового двигуна, з можливістю транспортування крізь нього дробу до колекторних пазів керноприймача і кільцевого керновідривача та перекриття під час буріння. UA 111350 C2 (12) UA 111350 C2 UA 111350 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується бурової техніки, а саме пристроїв для дробового буріння свердловин. Відомий пристрій для буріння, що містить коронку, колонкову трубу, перехідник та шламову трубу (SU 98041, 1952). Недоліками такого пристрою є скупчення дробу в зовнішньому просторі коронки та складність конструкції і роботи самого пристрою. Найбільш близьким по технічній суті та результату, що досягається, є пристрій для дробового буріння, який містить породоруйнівний наконечник, керноприймач та перехідник (SU 1596059 A1, 30.09.1990). Недоліками такого пристрою є мала ефективність механізму відриву і утримання керна та неможливість створення високих частот обертання за існуючої схеми дробового буріння. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для дробового буріння, в якому інше конструктивне та технологічне виконання робочих елементів забезпечує: унеможливлення скупчення дробу в зовнішньому просторі свердловини, значне зменшення витрат потужності для створення крутного моменту для породоруйнівного органу, створення умов для здійснення високообертального буріння, стабільність та ефективність акту руйнування порід, надійність механізму зриву та утримання керна, зниження зносу бурильних труб і за рахунок цього досягається інтенсифікація процесу буріння при зниженні загальних витрат. Задача вирішується тим, що у відомому пристрої для дробового буріння, який включає породоруйнівний орган, дріб, керноприймач та перехідник, згідно із винаходом, міститься жорстко закріплений в нижній частині керноприймача, із вертикальними колекторними пазами, породоруйнівний орган у вигляді кільця, в якому виконано крізні гнізда зі змінною висотою, із зменшенням в напрямку від його осі до периферії, для розміщення дробу та співвісно встановлений в корпусі керновідривач з можливістю осьового переміщення в моменти зриву керна та подальшого його утримання, при цьому верхня частина керноприймача через перехідник сполучена з порожнистим ротором введеного гвинтового двигуна, з можливістю транспортування крізь нього дробу до колекторних пазів керноприймача і кільцевого керновідривача та перекриття під час буріння. На Фіг. 1 наведена загальна схема пристрою для дробового буріння, де 1 - керноприймач, 2 - породоруйнівне кільце, 3 - дріб. Керноприймач 1 із вертикальними колекторними пазами 6 у нижній частині оснащений породоруйнівним кільцем 2, зі спеціальними посадковими крізними гніздами змінної висоти 4 із зменшенням в напрямку периферії, яке різьбою з'єднане з розрізним кільцевим керновідривачем 5, в якому також виконано внутрішні колекторні пази 6 для розміщення дробу 3 та вертикальна прорізь. При цьому крізні гнізда 4 і колекторні пази 6 розрізного кільцевого керновідривача 5 та керноприймача 1 відповідно сполучені. Верхня частина керноприймача 1 з'єднана із гвинтовим двигуном 7 задля створення крутного моменту, що через перевідник 8 передається на керноприймач 1 і породоруйнівне кільце 2. Привод гвинтового двигуна, що складається з основних конструктивних вузлів 9 - гнучкого порожнистого вала, 10 і 11 - металогумового статора та порожнистого ротора відповідно, фланця 12, шліцьових роз'ємів 13, цангового клапана 14, пружини 15, циркуляційних каналів 16, ніпеля 17, здійснюється за допомогою промивної рідини, яка циркулює в бурильній колоні. На Фіг. 2 наведено переріз керноприймача по А-А, де 1 - корпус керноприймача, 6 колекторні пази. На Фіг. 3 наведено переріз керноприймача у з'єднанні з породоруйнівним кільцем по Б-Б, де 2 - породоруйнівне кільце, 5 - розрізний кільцевий керновідривач, 6 - колекторні пази. На Фіг. 4 наведено вигляд з боку породоруйнівного кільця 4 за напрямком В, де 2 породоруйнівне кільце, 3 - дріб, 4 - спеціальні посадкові крізні гнізда змінної висоти. Пристрій працює наступним чином: при виникненні циркуляції промивної рідини у бурильних трубах, починається обертальний рух гвинтового двигуна 7, крутний момент якого, через перехідник 8 та відповідно корпус керноприймача 1 і породоруйнівне кільце 2, передається дробинкам 3, які взаємодіють з породою забою і руйнують її. В призабійній зоні потік промивальної рідини, збагачений продуктами руйнування, виходить в затрубний простір між торцем і корпусом кільця 2 та забоєм і стінками свердловини відповідно. Наявність в кільці 2 спеціальних крізних гнізд 4 змінної висоти, яка зменшується в напрямку від його осі до периферії, необхідна для розміщення і стійкого утримання дробинок 3 та надійної передачі на них обертального моменту. За рахунок постійного обертання та створення осьового навантаження на дробинки 3, здійснюється руйнування породи на забої. При цьому відбувається зношення дробинок 3, що призводе до їх поступового видалення з гнізд 4. Замість зношених дробинок на їх місце з вертикальних колекторних пазів 6 надходять більш крупні та працездатні. Цей механізм подавання на забій нових дробинок та видалення зношених повністю виключає можливість скупчення дробу в зовнішньому просторі свердловини та 1 UA 111350 C2 5 10 15 20 25 30 35 невиправдане її розроблення. Для надійного розміщення дробинок 3 у колекторних пазах 6 на забій їх необхідно подавати після спуску пристрою. Це відбувається наступним чином: коли пристрій знаходиться над забоєм, промивна рідина може вільно циркулювати через ніпель 17, гнучкий вал 9, порожнистий ротор 11 та керноприймач 1 і частково - циркуляційні канали 16, при цьому гвинтовий двигун має холосте низькомоментне обертання. Дробинки 3, що вводяться на поверхні у потік промивної рідини вільно проходять бурильну колону та через ніпель 17, фланець 12, гнучкий вал 9 з цанговим клапаном 14, порожнистий ротор 11 надходять до внутрішньої порожнини керноприймача 1, де послідовно розміщуються у колекторних пазах 6. При постановці пристрою на забій, шліцьові роз'єми 13 змикаються, фланець 12 рухається униз та перекриває цанговий клапан 14, це спричинює зміну шляху руху промивної рідини, яка тепер може проходити тільки виключно через циркуляційні канали 16, що в свою чергу призводить до включення в робочий режим гвинтового двигуна 7. Пружина 15, що розміщена у внутрішній порожнечі гнучкого порожнистого вала 9, необхідна для надійної фіксації цангового клапану 14 при його перекритті. Високі частоти обертання породоруйнівного кільця 2 із дробинками 3 та його багатоконтактність із забоєм, що можливо завдяки наявності гвинтового двигуна 7 і особливостям конструкції кільця, сприяють встановленню якнайефективніших умов руйнування порід, необхідних саме для дробового буріння. За рахунок цього значно змінюється хід та направленість елементарного акту руйнування порід і відповідно зростає механічна швидкість буріння. Конструктивна схема виконання керновідривача 5 та породоруйнівного кільця 2 дозволяє розміщення та надійне достатньо жорстке утримання та просування дробу 3, у міру його зносу, до забою в відповідних колекторних пазах, що в свою чергу визначає щільний контакт дробу із колонкою породи в місцях їх зіткнення. Зрив та утримання керну в корпусі керноприймача 1 здійснюється за рахунок припинення обертання гвинтового двигуна 7 та лівого обертання самої бурильної колони разом із пристроєм. При цьому в результаті значного тертя між колонкою керну та розміщеними в колекторних пазах дробинками 3 розрізний кільцевий керновідривач 5 поступово викручується на різьбленні униз з одночасним зімкненням його в місці розрізу та відповідним зменшенням внутрішнього діаметра. Це у свою чергу призводить до щільного обтиску керновідривачем 5 колонки керну через дробинки 3. Для надійного зриву породи достатньо декількох оборотів бурильної колони, що викликає виникнення високих результуючих сколюючих напружень в колонці керну в місці його щільного обтиску керновідривачем 5 та сколювання. Така конструкція пристрою дозволить значно підвищити механічну швидкість буріння, виключити витрати потужності, які пов'язані із невиправданим розробленням стовбуру свердловини і зменшити інтенсивність його викривлення та забезпечить надійність роботи вузлу зриву та утримання керна. В результаті впровадження винаходу очікується підвищення техніко-економічних показників на 80-110 %. При цьому з'явиться можливість розширення діапазону використання пристроїв дробового буріння. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Пристрій для дробового буріння, який включає породоруйнівний орган, дріб, керноприймач та перехідник, який відрізняється тим, що має жорстко закріплений в нижній частині керноприймача, із вертикальними колекторними пазами, породоруйнівний орган у вигляді кільця, в якому виконано крізні гнізда зі змінною висотою, із зменшенням в напрямку від його осі до периферії, для розміщення дробу та співвісно встановлений в корпусі керновідривач з можливістю осьового переміщення в моменти зриву керна та подальшого його утримання, при цьому верхня частина керноприймача через перехідник сполучена з порожнистим ротором введеного гвинтового двигуна, з можливістю транспортування крізь нього дробу до колекторних пазів керноприймача і кільцевого керновідривача та перекриття під час буріння. 2 UA 111350 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3