Показана конструкторская схема.
Эффективность ударно-вращательного бурения определяется тем, что при ударном воздействии на породу : нагрузки значительно выше, чем при вращательном бурении; время полного контакта инструмента с породой составляет не более 2% общего времени бурения, что снижает абразивный износ инструмента; на забое возникает зона предразрушения. Поверхностный слой забоя покрывается трещинами, что значительно повышает скорость бурения. Основным параметром, определяющим эффективность гидроударного бурения, является величина энергии единичного удара.
Основными элементами комплекса технических средств для гидроударного бурения являются гидроударные машины.
Существуют гидроударники прямого действия – машины, в которых разгон ударника и удар его по наковальне, жестко связанной с породоразрушаюшим инструментом ( ПРИ ), осуществляется под действием энергии потока промывочной жидкости, а возврат ударника в исходное положение – за счет сжатой при прямом ходе пружины.
Гидроударники обратного действия- машины, в которых разгон ударника и удар его по наковальне осуществляется под действием массы ударника и энергии упругого элемента, а подъем – под действием гидравлического удара.
Гидроударники двойного действия – это гидроударники, в которых прямой и обратный ходы ударника осуществляются под действием энергии потока промывочной жидкости при отсутствии силовых пружин.
Также подразделяют гидроударники по частотной характеристике: среднечастотные и высоко частотные.
Показана гидроударник Г-7.
Среднечастотные гидроударники предназначены для бурения в породах средней твердости. Гидроударные машины Г-7 и Г-9 выполнены с одним шлицевым разъемом без специального ограничения хода клапана, имеют в подвижных деталях конусные соединения , сокращено число резьбовых соединений и уплотнительных манжет, обеспечено прочное крепление пружин. В конструкцию этих машин включены новые элементы (клапан с плавающей опорой, понизитель расхода промывочной жидкости и др.), улучшающие буровые качества гидроударников.
Высокочастотные гидроударники предназначены для бурения в породах средней твердости, твердых и крепких с использованием обычных твердосплавных и алмазных коронок.
Показана гидроударник Г-9.
Высокочастотный гидроударник ГВ-6 и ГВ-5 представляет собой машину прямого действия , распределение жидкости в которой осуществляется клапаном. Применение в гидроударнике ГВ-5 в качестве клапана плавающей втулки снимает осевую вибрацию, вызванную движением и остановкой в верхнем положении ударника. Бурение этой машиной осуществляется либо твердосплавными коронками типа СА, которые благодаря вертикальной установке резцов обладает наиболее высокой прочностью, либо импрегнированными алмазными коронками.
Унифицированные гидроударные машины Г-76 и Г-59 предназначены для бурения разведочных скважин в породах 4-12 категорий по буримости. Машины могут работать в двух режимах – ударном и высокочастотном и заменяют гидроударники Г-7, ГВ-5, Г-9 и ГВ-6.
гидроударник Г-76.
Гидроударные машины Г-76 и Г-59 представляют собой машины прямого действия, автоматическое распределение жидкости в которых осуществляется плоским металлическим подпружиненным клапаном, размещенным в верхней части машины над поршнем с центральным каналом. В зависимости от регулировки хода клапана, натяга пружин и расхода жидкости меняются энергия и частота колебания ударника, в результате чего устанавливается соответствующий режим работы.
В унифицированных гидроударниках усовершенствована гидродинамическая система с целью поддержания частоты колебаний ударника на высоком уровне независимо от глубины скважины и вязкости раствора; уменьшена площадь поршня в зонах контакта с клапаном и размещения пружины, что позволило упростить конструкцию, снизить потери энергии единичного удара, и повысить показатели надежности; выступающие над поверхностью корпуса центраторы, армированные твердым сплавом, и прочные конические резьбы корпуса улучшили показатели надежности; обеспечена возможность работы одной машины в различных режимах в зависимости от условий бурения.
Показатели бурения унифицированными гидроударниками превышают аналогичные показатели машин типа Г и ГВ на 10 - 30%.
Гидроударный реверсивно–эжекторный снаряд ГРЭС предназначен для повышения выхода керна при бурении в сильнотрещиноватых и раздробленных породах 8 – 10 категории по буримости высокочастотными гидроударными машинами ГВ-6 с серийными алмазными коронками.
В отличие от одинарных эжекторных снарядов с помощью снаряда ГРЭС можно промывать скважины прямым потоком промывочной жидкости. В результате повышается достоверность кернового опробования, так как предупреждается попадание в колонковую трубу породы со стенок скважины, а так же остатков керна и шлама от предыдущего рейса. От других снарядов с комбинированной промывкой отличается простотой работы, удобством в эксплуатации и высокой надежностью в работе.
Из множества существующих и выше перечисленных снарядов основным их недостатком не достатком является прямая промывка. Прямая промывка приводит к размыванию керна и в дальнейшем к его самозаклиниванию. Возможно применение двойных колонковых труб, но их применение приводит к уменьшению диаметра керна, что нежелательно при разведочном бурении. Все это приводит к уменьшению выхода керна. Для повышения выхода керна необходимо создание обратной промывки.
Эжектор.
Эжекторные снаряды предназначены для увеличения выхода керна при гидроударном бурении в трещиноватых породах путем обеспечения призабойной обратной промывки. Эжектор устанавливается между гидроударной машиной и колонковой трубой. Он представляет собой обычный струйный насос, в котором за счет скорости струи потока жидкости, выходящей из гидроударника, создается зона разряжения. Эта зона связана сквозными каналами с внутренней полостью колонковой трубы, благодаря чему устанавливается обратная циркуляция потока.
Показана схема снаряда ГРЭС-59.
Для повышения коэффициента эжекции на выходе потока установлено второе эжектируемое устройство, представляющее собой конусную вставку с центральным каналом и крышку с профилированными верхними пазами. Выходящий наружу поток засасывает дополнительно промывочную жидкость из колонковой трубы, увеличивая количество эжектируемой жидкости на 15-20%. Вследствие повышенных расходов промывочной жидкости при гидроударном бурении количество эжектируемой жидкости также возрастает по сравнению с вращательным бурением, что благоприятно сказывается на выходе керна. Но недостатком эжекторных снарядов является то, что невозможно точно определить количество промывочной жидкости на забое скважины и это может привести к прихвату и созданию аварийной ситуации.
Предлагается конструкция гидроударника по схеме разработанной на кафедре. Такие гидроударники использовались в Ухтинской ГРЭ и зарекомендовали себя с хорошей стороны.
Целью магистерской работы является разработка таких гидроударников различных диаметров.
Принцип работы: в корпусе в исходной позиции боек с хвостовиком под действием веса занимает крайнее нижнее положение, поэтому впускной клапан, расположенный в клапанной коробке, закрыт, а выпускной – открыт. При подаче насосом промывочной жидкости она через каналы переходника поступает в нижнюю полость цилиндра и поднимает поршень вместе с бойком вверх. По мере подъема поршня-бойка пружина сжимается, так как блок клапанов удерживается в исходной позиции вследствие давления жидкости на впускной клапан. В верхнем положении поршень наносит удар по клапану, что вызывает перестановку клапанов: впускной клапан, связанный с выпускным толкателем, откроется, а выпускной – закроется. В момент перестановки боек нанесет удар по верхней наковальне. При таком расположении клапанов промывочная жидкость поступает и в верхнюю полость цилиндра. Поскольку рабочая площадь поршня сверху больше, чем снизу, то поршень-боек устремится вниз, при этом клапанный блок удерживается в верхнем положении за счет давления жидкости на выпускной клапан. Поршень, перемещаясь вниз, захватит хвостовик клапана и переместит клапанный блок в исходное положение. Одновременно боек нанесет удар по нижней наковальне.
Принцип работы насосного блока, расположенного в нижней части снаряда, заключается в следующем: при движении бойка вверх по схеме происходит всасывание жидкости и шлама из скважины через колонковую трубу и всасывающий клапан в пространство под штоком, а при ходе штока вниз жидкость будет сбрасываться в скважину через выхлопной клапан.
Таким образом, в процессе работы гидроударника создается обратная циркуляция жидкости в призабойной зоне. Она позволяет получать высокий выход керна (90-100%).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Разработка сотрудников кафедры ТТГР Калиниченко О.И., Каракозова А.А.,
Паршков А.В., Турчин В.А.
- Волков А.С., Волокитенков А.А. Бурение скважин с обратной циркуляцией
промывочной жидкости. - М.: 1970. - 184 с.
- Дерусов В.П. Обратная промывка при бурении геологоразведочных скважин. -
М.: Недра, 1984. -184 с.
- Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1989. -
352 с.
- Дудля М. А. Проектування бурових машин і механізмів. - К.: Вища школа,
1994. - 335с.
@mail.ru