Одним из самых распространенных, многообразных, сложных и трудоемких типов аварий в разведочном бурении являются прихваты, характеризующиеся полным или частичным прекращением движения бурового инструмента даже при повышенных осевых усилий.
Прихват может быть вызван оседанием шлама при прекращении циркуляции промывочной жидкости, кусками породы вываливающимися из стенок скважины, уроненными в скважину мелкими предметами, прижогом коронки, т.е. спеканием ее горной породой или шламом на забое.
Возникновение прихвата снижает производительность труда и повышает себестоимость работ и увеличивает затраты времени на бурение скважины.
Одним из эффективных методов ликвидации прихватов является применение ударного устройства – гидравлического вибратора.
В настоящее время разработаны многочисленные конструкции гидравлических вибраторов, в той или иной мере применяемых для ликвидации прихватов. Одной из наиболее перспективных конструкций является конструкция гидравлического вибратора двойного действия с дифференциальным поршнем и двухклапанным распределением рабочей жидкости, разработанная на кафедре «Технология и техника геологоразведочных работ» Донецкого национального технического университета.
Однако, применение их в практике буровых рабо показало, определенное снижение эффективности удара бойка по наковальне и в целом КПД устройства. Этот недостаток, обусловлен тем, что поршень с бойком, набирая максимальную скорость на участке рабочего хода, теряют часть ее при перестановке клапанной группы за счет возникновения гидроторможения. Таким образом, скорость соударения бойка с наковальней будет меньше максимальной, достигаемой поршнем в процессе движения, что снижает КПД устройства и эффективность его работы.
С целью устранения указанного недостатка предлагается следующая конструкция гидравлического вибратора.
В его состав входят корпус с распределительным переходником, верхней и нижней наковальнями. К распределительному переходнику крепится клапанная коробка с цилиндром, в котором размещен поршень, снабженный хвостовиком, установленным в камере, выполненной в теле бойка. Клапанная группа представлена впускным и выпускным клапанами, втулкой и пружиной.
Хвостовик поршня снабжен фиксаторами для взаимодействия в крайних положениях с проточками, выполненными в камере.
Гидравлический вибратор работает следующим образом.
Нижней наковальней он соединяется с прихваченным инструментом. В исходном состоянии поршень и боек находятся в крайнем нижнем положении, при этом фиксаторы размещаются в проточке, фиксируя поршень относительно бойка. Впускной клапан закрыт, а выпускной открыт.
При подаче рабочей жидкости в гидравлический вибратор она поступает под поршень, перемещая последний вверх. После прохождения рабочего хода, когда поршень наберет максимальную скорость, он наносит удар по впускному клапану. Одновременно боек, двигавшийся вместе с поршнем, наносит удар по верхней наковальне. Поршень, продолжая двигаться вверх, проходит вместе с клапаном расстояние свободного хода. Открывается впускной клапан и рабочая жидкость начинает поступать и в над поршневую полость цилиндра, тормозя поршень. Одновременно, поскольку боек остановился от удара по наковальне, а поршень продолжал движние, фиксаторы выходят из проточки и хвостовик занимает крайнее верхнее положение.