Колонковый снаряд
Автор: Титенок Н.И.
Источник: Всеукраинская студенческая научно–техническая конференция «Форум студентов-буровиков» / Сборник докладов – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2013. – 75 с.
Аннотация
Титенок Н.И. Колонковый снаряд. Описана конструкция и принцип работы колонкового снаряда для отбора проб грунтов в мягких нескальных отложениях.
Колонковый снаряд
В ДонНТУ при участии автора проведены исследования колонкового снаряда для отбора проб грунтов в мягких нескальных отложениях.
Рисунок 1 –Колонковый снаряд :
1 – переходник; 2 – распределительная камера; 3 – кожух; 4 – корпус гидроударника; 5 – корпус ударного узла; 6 – верхняя наковальня; 7 – золотниковая втулка; 8 – осевой канал; 9 – седло для пускового клапана; 10 – пусковой клапан; 11 – штифты; 12, 13, 16, 17, 22, 24 – каналы; 14 - дроссельная втулка; 15 – входная полость гидроударника; 18 – выпускная полость гидроударника; 19 – боек; 20 – переходник; 21 – наковальня; 23 – колонковая труба; 25 – подпружиненный поршень; 26 – кольцевой клапан; 27 – седло кольцевого клапана; 28 – отверстия; 29 – подпружиненный обратный клапан; 30 – башмак; 31 – кернорватель.
Колонковый снаряд работает следующим образом. Он спускается в скважину на колонне бурильных труб, к которой присоединяется переходником 1. При контакте башмака 30 и забоя скважины спуск заканчивается.
Рисунок 2 –Колонковый снаряд в рабочем положении::
а) при установке снаряда на забой скважины; б) при размыве забоя скважины при подъеме снаряда над забоем;
в) при работе гидроударника.
Перед началом отбора пробы для очистки забоя скважины от осыпавшейся породы в бурильную колонну подается жидкость (рис. 2а). Она по каналам 12 и 8 поступает в распределительную камеру 2, далее по каналу 16, кольцевому зазору между кожухом 3 и корпусом 4, каналу 24 в верхней наковальне 6, попадает в полость корпуса 5 ударного узла, откуда по кольцевому зазору между кольцевым клапаном 26 и седлом 27 через отверстия 28 в переходнике 20 подаётся в кольцевой зазор между стенками скважины и пробоотборником.
При подъеме снаряда над забоем (рис. 2б) кольцевой клапан 26 опускается в седло 27, в результате чего возрастает давление над поршнем 25, который, сжимая пружину, открывает канал 22 для прохода жидкости в колонковую трубу 23. Жидкость через кернорватель 31 и башмак 30 поступает на забой скважины, размывая осыпавшуюся породу.
Для отбора пробы (рис. 2в) снаряд опускают на забой скважины. В колонну бурильных труб сбрасывается пусковой клапан 10 (шарик), который садится в седло 9 и перекрывает осевой канал 8 золотниковой втулки 7. Давление в распределительной камере 2 переходника 1 повышается, штифты 11 срезаются, золотниковая втулка 7 перемещается в крайнее нижнее положение. При этом канал 16 перекрывается боковой поверхностью золотниковой втулки 7, а канал 13 открывается. Таким образом, полость корпуса 5 отделяется от источника давления, и жидкость поступает во входную полость 15 гидроударника. В процессе работы гидроударника боёк 19 совершает возвратно-поступательное движение, нанося удары по наковальне 21 и верхней наковальне 6, а жидкость из выпускной полости 18 гидроударника выходит в скважину через канал 17.
Под действием ударов по наковальне 21 колонковая труба 23 углубляется в грунт, поступающий в её полость, отжимая в стороны лепестки кернорватель 31. Жидкость из полости колонковой трубы 23 вытесняется в скважину через обратный клапан 29. При ударе вверх по верхней наковальне колонковая труба не воспринимает ударных нагрузок. Поэтому даже при подъеме гидроударника над забоем колонковая труба не теряет контакта с забоем, что положительно влияет на качество керна. За счет того, что удары вниз воспринимает только колонковая труба с наковальней, а не весь колонковый снаряд, также повышается углубка за один удар и как следствие – механическая скорость бурения.
После окончания рейса подачу жидкости в колонковый снаряд прекращают. Бурильную колонну поднимают, извлекая колонковую трубу 23 с башмаком 30. При этом кернорватель 31 удерживает в колонковой трубе 23 отобранную пробу.
Для различных компоновок этого снаряда с бурильной колонной получены зависимости механической скорости бурения для условий геотехнических скважин на шельфе Чёрного моря.