Гидровибраторы представляют собой гидроударные машины дифференциального действия с двухклапанным распределением промывочной жидкости, в которых анергия потока преобразуется в ударные импульсы. Они могут включаться в состав снаряда в процессе бурения или спускаться в скважину на бурильной колонне после возникновения аварии.

При включении гидравлического вибратора в состав бурового снаряда необходимо, чтобы пусковой клапан 16 был открыт и обеспечивал проход промывочной жидкости на забой скважины в процессе ее углубки, что достигается выбором жесткости пружины 15 и регулированием ее предварительного натяжения. Размер зазоров и диаметры каналов в гидровибраторе должны быть такими, чтобы свободно пропускать заклиночный материал, за исключением механизмов диаметром 57 мм, при работе с которыми используются кернорватели. Закрытие клапана 16 при запуске гидравлического вибратора произойдет, если повысить расход промывочной жидкости, что вызовет увеличение скоростного напора на клапан 16, который, преодолевая сопротивление пружины 15, садится в седло и перекрывает канал переходника 17. Изменяя предварительное натяжение или жесткость пружины 15, легко добиться закрытия пускового клапана 16 при любом заданном расходе промывочной жидкости.

По сравнению с существующими гидроударниками созданные гидровибраторы имеют преимущества:

осуществляется полная синхронизация работы клапанов благодаря их блокировке;

резко сокращены потери мощности на сжатие клапанов, так как пружина ускоряет их переброску и удержание пускового клапана;

облегчен процесс разгона бойка при ходе вниз и вверх (наличие двух наковален), поскольку вследствие его отскоков сберегается энергия потока жидкости;

повышен КПД и снижен расход промывочной жидкости на привод механизма в результате малой утечки и высокого коэффициента использования жидкости (0,8—0,9);

достигнуты простота конструкции, возможность изготовления в любой механической мастерской экспедиций и объединений, легкость запуска и эксплуатации;

варьируя расход промывочной жидкости, можно плавно изменять частоту ударов и настраивать систему гидровибратор - снаряд на непрерывный резонанс;

использование механизмов в составе бурового снаряда для ускорения процесса устранения прихвата, что особенно важно, так как оперативное применение гидравлических вибраторов увеличивает вероятность ликвидации даже самых сложных аварий. Кроме того, отпадает необходимость в отсоединении свободной части колонны и извлечении ее на поверхность с последующим спуском механизма на колонне труб в скважину и соединением с прихваченным колонковым набором.

Разработан нормальный ряд погружных гидравлических вибраторов диаметром 73, 89, 108, 127 и 146 мм. Они могут использоваться и для ликвидации аварий и для бурения скважин в рыхлых, мягких породах.

Гидровибраторы использовались в различных геолого-технических условиях Донбасса и подтвердили свою высокую эффективность. Ресурс их рабочего времени составляет 100 машино-часов.

Машины диаметром 127 и 146 мм входят в состав гидровибрационных установок ПУВБ-150, рекомендованных комиссией Мингео СССР к серийному выпуску и к применению с 1972 г. для однорейсового бурения в рыхлых донных отложениях.

Конструкция гидравлического вибратора диаметром 57 мм нуждается в доводке, совершенствовании и дальнейшей апробации в глубоких скважинах малого диаметра. Предварительные производственные испытания таких вибраторов дали хорошие результаты. Техническая характеристика приводится в таблице.

Экономический эффект от внедрения гидровибраторов по тресту Ворошиловградгеология составляет около 60 тыс. руб. в год. Удельные расходы на ликвидацию одного прихвата снижаются с 1300 руб. пр'и обычном способе до 79 руб. гидровибратором. Однако были и такие сложные аварии, где ни вибратор, ни другие методы не дали положительных результатов (завалы, прижоги, зажим в пучащихся породах).) Очень часто, особенно при зажиме в пучащихся породах, прилипаниях к глинистой корке вследствие перепада давления жидкости, прижогах необходимо наряду с возбуждением колебаний наносить сильные удары. Для этих целей разработаны раздвижные штанги, которые не лишены недостатков — требуют высокой точности изготовления, чувствительны к износу в абразивной среде и рассчитываются только на определенную силу натяжения. Устройства с зубчатым зацеплением (УЛП—120-1) имеют ограниченный ресурс рабочего времени из-за интенсивного износа зубчатой пары и громоздкую конструкцию, что делает невозможным их применение в скважияах диаметром меньше 190 мм.

Раздвижная штанга ('рис. 2) в исходном положении может воспринимать и передавать осевые и сжимающие усилия, крутящий момент. Усилие подачи поступает от головки верхнего бойка 1 на наковальню 3 и корпус 4; крутящий момент воспринимается кулачками 2, растягивающие усилия — шариками 7. Раздвижная штанга может входить в состав бурового снаряда и включаться в работу сразу после возникновения аварии, а также спускаться в скважину на бурильных трубах после возникновения аварии, отсоединения и извлечения свободной части снаряда. Дренажные отверстия 6 предназначены для устранения противодавления на поршень после удара бойка по наковальне.

Раздвижная штанга устанавливается над прихваченной частью снаряда или включается в его состав выше колонкового набора. При этом корпус механизма через переходник 11 соединяется с прихваченной частью снаряда, а шток 12 через верхний боек — с бурильной колонной. Для включения в работу через бурильные трубы сбрасывается клапан 9, который перекрывает проходное отверстие в поршне 8. Усилие растяжения, прикладываемое к колонне, воспринимается штоком 12 и шариками 7, которые удерживаются в исходном положении поршнем 5 и обеспечивают сцепление штока 12 c корпусом 4. Колонна труб при этом растягивается, накапливая ударный импульс в виде энергии упругой деформация.

Под давлением промывочной жидкости, подаваемой буровым насосом, поршень 8 опустится вниз, сжимая пружину 10 и открывая пазы корпуса. Шарики 7 выкатываются из кольцевой проточки и выходят из зацепления со штоком 12. За счет накопленной энергии деформации растянутая колонна и шток 12 с большой скоростью перемещаются вверх. Достигнув наковальни 3, шток 12 своим нижним бойком 5 нанесет по ней мощный удар, пропорциональный накопленной энергии, ударно массе и скорости перемещения штока. Через корпус 4 ударны импульс передается прихваченной части снаряда. После этог насос отключается и колонна труб опускается вниз. Если необходимо наносить удары вниз, то колонну можно опускать с скоростью свободно падающего тела, тогда головка верхнего бойка 1 нанесет удар по наковальне 3 сверху вниз, которые также передается прихваченному снаряду. Так ликвидируются затяжки в желоба.

При опускании штока 12 кольцевая проточка на нижнем бойк 5 совместится с шариками 7, которые снова войдут в зацепление со штоком 12 благодаря поршню 8, возвращаемому пружиной 10 в исходное положение после снижения давления жидкости в бурильной колонне. Удары могут повторяться многократно вверх и вниз, с достаточной частотой и большой силой и передаваться прихваченному снаряду. Кроме того, в буровом снаряде в результате периодических ударов, растяжений и сжатий колонны возбуждаются собственные колебания.

Совместное действие на зону прихвата мощный ударных импульсов и собственных колебаний снаряда обеспечивает высокую эффективность раздвижных штанг. По сравнению с известными ударными устройствами раздвижные штанги конструкции ДПИ имеют следующие преимущества: