На рис. 1. изображена схема гидровибратора. Он спускается к месту прихвата. Включает в себя впускной 2 и выпускной 4 клапаны, посаженные на общей тяге 3, цилиндр 5, пружины 6 и 9, поршень 7, ограничительный стакан 8, верхнюю 10 и нижнюю 17 наковальни, боек 11, корпус 12, уплотнение 13, хвостовик 14. Промывочная жидкость по бурильной колонне поступает в нижнюю полость цилиндра и поднимает поршень. В конце хода боек нанесет удар по верхней наковальне. По мере подъема поршень сжимает пружину 6, при этом клапанный блок удерживается в исходном положении за счет давления жидкости на впускной клапан 2. В конце хода поршень ударяет по выпускному клапану 4 и толкает его вместе с впускным клапаном. Сила сжатой пружины 6 ускоряет переброску клапанного блока, поэтому утечки жидкости в момент перестановки клапанов минимальные. Впускной клапан 2 открывается, а выпускной 4 – закрывается. Благодаря этому, жидкость начинает поступать и в верхнюю полость цилиндра. Так как площадь поршня сверху больше, то боек 11 опускается, нанося удар по нижней наковальне 17. В нижнем положении поршень сжимает пружину 9 и ударяет по ограничительному стакану 8. Клапанный блок в такой позиции удерживается давлением жидкости на выпускной клапан 4. За счет силы сжатой пружины 9 и соударения впускной клапан закрывается, а выпускной 4 – открывается. Цикл повторяется. Отверстие 15 в корпусе и канал 16 в нижней наковальне предотвращают образование под хвостовиком 14 гидравлической подушки и остановку вибратора. Основным недостатком данного гидроударника является малопроизводительность и низкий к.п.д. С целью повышения надежности в работе и к.п.д. в созданном гидровибраторе впускной и выпускной клапаны укреплены на одной подпружиненной тяге. Однако жесткое крепление клапанов относительно тяги и друг друга при неправильной регулировке зазоров или их нарушение часто приводит к обрыву тяги.
Гидровибратор со скользящей посадкой впускного клапана.
Гидровибратор (Рис.2) состоит из верхнего переходника 1, распределительной головки 3, на которую навинчивается цилиндр 5, впускного клапана 2, имеющего ходовую или скользящую посадку с выпускным клапаном 4, бойка 11, в верхнем сверлении которого размещены клапанная пружина 9 и хвостовик выпускного клапана, раскрепляемый с помощью вильчатого вкладыша 6 и накидной гайки 7, поршня 8, корпуса 12, верхней 10 и нижней 14 наковален, уплотнения 13. Он спускается в скважину на бурильной колонне, навинченной на верхний переходник 1, и с помощью отсоединительного переходника или ловильного инструмента соединяется с прихваченным снарядом. В исходной позиции впускной клапан 2 закрыт, а выпускной клапан 4 открыт. Рабочая жидкость, подаваемая по колонне бурильных труб к верхнему переходнику 1, поступает через канал В в нижнюю полость цилиндра 5 и начинает поднимать поршень 8 и боек 11. Жидкость, находящаяся над поршнем, вытесняется через каналы С и D в скважину. По мере подъема поршня бойка пружина 9 упирается в хвостовик клапана 4 и начинает сжиматься. В верхнем положении вкладыш 6 и гайка 7 сталкиваются с торцом клапана 4. Совокупное действие толчка и силы сжатой пружины производит переброску клапанов: впускной клапан 2 откроется, а выпускной 4 – закроется. Жидкость поступит и в верхнюю полость цилиндра 5. Поскольку площадь поршня сверху больше, то он вместе с бойком будет опускаться. В нижнем положении вкладыш 6 наносит удар по буртику выпускного клапана 4. За счёт скоростного напора и удара клапанная группа 2-4 перемещается вниз. Затем цикл работы повторяется
При ходе вверх боек соударяется с верхней наковальней 10, а при ходе вниз – с нижней наковальней 14, возбуждая колебания в прихваченном снаряде.
Полный ход бойка S и свободный S1 выбираются таким образом, чтобы боёк перемещался вместе с клапанным блоком не меньше половины хода клапанов Sкл, т. е. S1> 0.5Sкл. Это гарантирует устойчивый режим работы механизма, его высокую надёжность. Скользящая посадка впускного клапана 2 относительно выпускного 4 предотвращает обрывы хвостовиков и толкателей. Например, при преждевременной посадке впускного клапана 2 выпускной 4 будет сам перемещаться вниз.
Соответствующей регулировкой хода клапанов нетрудно добиться того, чтобы боек наносил удары только по верхней или только по нижней наковальне. Можно также осуществлять остановку бойка в обоих положениях за счет гидроторможения. Следовательно, механизм может работать в быстроударном, вибрационном и комбинированном режимах.
Каналы, просверленные в нижней наковальне, служат для устранения гидравлической подушки под хвостовиком бойка при полной герметизации забоя осевшим шламом или породой.
Гидровибратор спускается в скважину на бурильных трубах диаметром 50 или 63,5 мм и приводится в действие от стандартных буровых насосов НБ-32 или НБ-320/63 (100).
По простоте конструкции и изготовления гидровибратор не уступает известным гидроударникам дифференциального и одинарного действия.
Преимуществом данного устройства является полная согласованность клапанов благодаря блокировке (например, при преждевременной переброске не последует остановки механизма, а лишь укоротится ход бойка); наличие двух наковален облегчает процесс разгона бойка при ходе вниз и вверх, сохраняя энергию потока жидкости вследствие отскока бойка, что также способствует росту к.п.д; отсутствие резьбовых соединений в клапанной группе и скользящая посадка клапанов относительно друг друга значительно повышают ее моторесурс и упрощают конструкцию гидровибратора; варьируя расход промывочной жидкости, можно плавно изменять частоту ударов и поддерживать непрерывный резонансный режим ликвидации прихватов или вибробурения.