Пристрій для буріння

Реферат: Пристрій для буріння включає концентрично розташований в корпусі струминний апарат та породоруйнівні кульки. Пристрій має коронку з виконаними в ній крізними пазами для захоплення і утримання породоруйнівних кульок під час обробки породного уступу. Гідроударник поєднаний із корпусом шліцьовим з'єднанням за допомогою ковадла, зі сполученням його циркуляційних каналів, а також струминного апарата, і можливістю періодичного перекриття отвору у поршні-ударнику клапаном. Останні оснащені силовими пружинами з можливістю нанесення циклічних ударів по ковадлу поршнем-ударником під впливом тиску гідравлічного удару в моменти контакту коронки із кульками з породним уступом. Також є можливість обертання пристрою за допомогою колони бурильних труб. Досягається унеможливлення зупинки процесу поглиблення через наявність параболічної форми вибою свердловини в породах великої міцності. UA 109273 C2 (12) UA 109273 C2 UA 109273 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до бурової техніки, а саме до пристроїв для буріння свердловин. Відомий пристрій для буріння, що містить корпус, породоруйнівні кульки та концентрично розташований в корпусі струминний апарат із розгінною камерою [Уваков А.Б. Шароструйное бурение. - М.: Недра. - 1968. - С. 6]. Недоліками такого пристрою є те, що він не забезпечує надійної роботи при бурінні свердловин через формування криволінійної форми вибою. При цьому значно зменшується механічна швидкість буріння або зовсім припиняється поглиблення свердловини. Найбільш близьким по технічній суті та результату, що досягається, є пристрій для буріння, що містить циліндричний корпус, який в верхній частині з'єднується із колоною бурильних труб, а у нижній - із спеціальним породоруйнівним башмаком [Авторское свидетельство СССР № 417599; МПК Е21В7/18, 1974]. Недоліками такого пристрою є неможливість роботи в міцних породах по обробці периферійної зони вибою свердловини та відсутність умов створення комбінованого механізму руйнування за існуючої схеми кулеструминного буріння. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для буріння, в якому інше конструктивне та технологічне виконання робочих органів забезпечує стабільність та саморегулювання процесу руйнування, незалежно від форми вибою свердловини, розширення діапазону застосування приладу навіть у надміцних породах, створення умов для здійснення якнайефективнішого механізму формування периферійної зони вибою, а саме ударнообертального гідродинамічного методу із застосуванням породоруйнівних кульок, унеможливлення зупинки процесу поглиблення через наявність параболічної форми вибою свердловини в породах великої міцності, значне зменшення витрат потужності для створення статичного навантаження на механічний породоруйнівний орган пристрою; за рахунок цього підвищується інтенсивність ведення робіт, збільшується рейсова швидкість буріння, знижується амортизація самого пристрою та бурильних труб. Задача вирішується тим, що відомий пристрій для буріння, який включає концентрично розташований в корпусі струминний апарат та породоруйнівні кульки, згідно із винаходом, містить жорстко з'єднану із нижньою частиною корпусу коронку з виконаними в ній крізними пазами для захоплення і утримання породоруйнівних кульок під час обробки породного уступу, а у верхній - гідроударник, поєднаний із корпусом шліцьовим з'єднанням за допомогою ковадла, з відповідним сполученням його циркуляційних каналів, а також струминного апарата, і можливістю періодичного перекриття отвору у поршні-ударнику клапаном, при оздобленні останніх силовими пружинами, та нанесенням циклічних ударів по ковадлу поршнем-ударником під впливом тиску гідравлічного удару в моменти контакту коронки із кульками з породним уступом, також мається можливість обертання пристрою за допомогою колони бурильних труб. На фіг. 1. наведена загальна схема пристрою для буріння, де 1 - корпус, в якому концентрично розташований струминний апарат 2. Нижня частина корпусу 1 містить жорстко з'єднану із ним коронку 4 з крізними пазами 5, що призначені для розміщення та утримання породоруйнівних кульок 3. Верхня частина корпусу 1 пристрою з'єднана шліцьовими роз'ємами 8 із гідроударником 6 за допомогою ковадла 7, нанесення ударів по якому відбувається за допомогою клапана 9, поршня-ударника 10 та силових пружини 11 і 12. На фіг. 2 наведено вид знизу коронки 4 за напрямком А, де 5 - крізні пази з розташованими в них породоруйнівними кульками 3. На фіг. 3 наведено вид збоку коронки 4 за напрямком Б, де 5 - крізні пази. Пристрій працює так. При виникненні циркуляції промивної рідини у внутрішній частині корпуса 1 пристрою починається активний рух породоруйнівних кульок 3, які взаємодіють з породою вибою і руйнують її. В привибійній зоні потік промивальної рідини розділяється на дві складових, одна з яких за рахунок інжекційного ефекту, обумовленого самим конструктивним виконанням апарату і принципом його дії, разом із породоруйнівними кульками піднімається уверх до струминного апарата 2, а інша, збагачена продуктами руйнування, виходить в затрубний простір між торцем і корпусом коронки 4 та вибоєм і стінками свердловини відповідно. Наявність коронки 4 в нижній частині пристрою необхідна для формування прямокутного профілю вибою свердловини за рахунок руйнування його криволінійних стінок, виникнення яких обумовлено технологічною схемою буріння та призводить до зменшення механічної швидкості буріння або до повної зупинки процесу поглиблення, особливо в дуже міцних породах. За прямокутної форми вибою свердловини руйнування гірського масиву здійснюється виключно кулькоструминним способом, а гідроударник 6 знаходиться у неробочому стані, промивна рідина, що подається насосом, вільно проходить через відповідно сполучені циркуляційні канали самого гідроударника та струминного апарата 2. Включення гідроударника 6 до роботи відбувається лише за наявності відповідного осьового зусилля з боку 1 UA 109273 C2 5 10 15 20 25 30 забійного породного уступу. Із збільшенням кривизни вибою в периферійній його частині в контакт з ним вступає акумулююча коронка 4, в пазах якої за рахунок безперервної циркуляції промивної рідині та у зв'язку із зменшенням площі промивних каналів встановлюються породоруйнівні кульки. За рахунок механічної взаємодії з криволінійною периферійною частиною вибою свердловини коронка разом із корпусом 1 пристрою переміщується уверх. Це, в свою чергу, призводить до зімкнення шліцьових роз'ємів 8 та перекриття клапаном 9 отвору в поршні 10, при цьому вільний прохід рідини через гідроударник припиняється. Таким чином гідроударник 6 включається до роботи. Під дією миттєвого росту тиску клапан 9 разом із поршнем-ударником 10 з великою швидкістю рухається униз із послідовним стисканням силових пружин 11 і 12. Міра стискування пружини 11 чітко обмежена можливістю ходу клапана 9, і при досягненні її максимального значення клапан 9 зупиняється і відривається від поршня-ударника 10, який продовжує рухатися униз. Під дією набутої кінетичної енергії в кінці ходу поршеньударник 10 здійснює удар по ковадлу 7 - поєднувальному елементу між гідроударником 6 і корпусом пристрою 1. Після нанесення удару під дією розтиснення пружин 11 і 12 клапан 9 та поршень-ударник 10 повертаються в початкове положення. Такий періодичний та циклічний процес відбувається під час обробки ускладнених форм вибійного породного уступу. Гідроударні динамічні та статичні імпульси передаються корпусом 1 та коронкою на породоруйнівні кульки 3, які утримаються в крізних пазах 5. Одночасно з цим стається також зростання гідродинамічного тиску потоку рідини на породоруйнівні кульки, які знаходяться в пазах 5 коронки 4 і, як наслідок цього, значно збільшується осьове зусилля різання, руйнівне навантаження та сколювальний ефект при взаємодії пари "кульки - порода". Зазначене саме і є основою безперервності та саморегульованості поглиблення свердловини незалежно від зміни форми вибою. За рахунок саморегулювання в самому пристрої, передавання постійних ударних імпульсів на породоруйнівні кульки, обертання та осьового навантаження на вибої свердловини реалізується якнайефективніший механізм руйнування міцних порід, а саме ударнообертальний гідродинамічний, при цьому кульки 3 руйнують породу на вибої та формують його периферійну зону. Це, в свою чергу, призводить до значного росту механічної, а особливо рейсової швидкості буріння. В результаті впровадження винаходу очікується підвищення техніко-економічних показників на 80-110 %. При цьому з'явиться можливість розширення діапазону використання пристроїв навіть у надміцних породах. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Пристрій для буріння, який включає концентрично розташований в корпусі струминний апарат, породоруйнівні кульки, який відрізняється тим, що має жорстко з'єднану із нижньою частиною корпусу коронку з виконаними в ній крізними пазами для захоплення і утримання породоруйнівних кульок під час обробки породного уступу, а у верхній - гідроударник, поєднаний із корпусом шліцьовим з'єднанням за допомогою ковадла, зі сполученням його циркуляційних каналів, а також струминного апарата, і можливістю періодичного перекриття отвору у поршні-ударнику клапаном, при оснащенні останніх силовими пружинами, та можливістю нанесення циклічних ударів по ковадлу поршнем-ударником під впливом тиску гідравлічного удару в моменти контакту коронки із кульками з породним уступом, також є можливість обертання пристрою за допомогою колони бурильних труб. 2 UA 109273 C2 3 UA 109273 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 4