Разработка комплекта скважинных пробоотборников ударного действия с гидравлическим приводом
Автор: Выглай А.М.
ГВУЗ "Донецкий национальный технический университет"
Гидроударный снаряд относится к техническим средствам бурения подводных скважин на шельфе и отбора проб в донных отложениях.
Целью работы является повышение эффективности работы пробоотборника за счет обеспечения передачи на колонну труб ударных импульсов, направленных только вниз, и снижение массы элементов, воспринимающих удар бойка.
В пробоотборнике №1 (Рис. 1) предложена усовершенствованная конструкция забивного пробоотборника, в котором за счёт перекрытия выхлопа жидкости из надбойковой полости при ходе бойка вверх генерируются импульсы высокого давления, действующие на поршень штока колонкового набора. При ходе бойка вниз наносятся удары по нижней наковальне, забивающие колонковый набор в грунт.
Рисунок 1 – Пробоотборник № 1:
1 – корпус, 2 – переходник, 3 – верхняя наковальня, 4, 5 – ограничители, 6 – клапанная коробка, 7 – впускной клапан, 8 – цилиндр,
9 – поршень, 10 – боек, 11 – уступ, 12 – выпускной клапан, 13 – толкатель, 14 – пружина, 15 – нижняя наковальня, 16, 17 – полости,
18 – тарельчатый клапан, 19 – выхлопные каналы, 20 – камера, 21 – хвостовик, 22 – поршень, 23, 24, 28, 29 – каналы, 25 – колонковая труба,
26, 27 – клапаны, 30 – башмак, 31 – кернорватель.
Снаряд работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости в снаряд боек с поршнем перемещается вверх, при этом впускной канал 7 остается закрытым за счет действия на него рабочей жидкости, но при этом происходит сжатие клапанной пружины 14. В это время при дальнейшем движении поршня 9 вверх наносит удар по выпускному клапану 12, который перемещается вверх, перекрывая каналы в клапанной коробке 6. Впускной клапан 7, открывается, и рабочая жидкость поступает и в надпоршневую полость цилиндра 8. Одновременно тарельчатый клапан 18 перекрывает каналы 19 в верхней наковальне 3. Поскольку при движении бойка 10 каналы 24 остаются закрытыми хвостовиком 21, то происходит гидравлическое замыкание набойковой полости 16 гидравлической камеры 20. В результате боек 10 наносит удар по замкнутому объему жидкости, при этом в надпоршневой полости 16 распространяется волна ударного давления, которая через каналы 23 распространяется в гидравлическую камеру 20 и при подходе к поршневой поверхности 22 хвостовика 21 передает ему энергию удара, под действием которой происходит внедрение в грунт башмака 30.
При дальнейшее движении бойка вниз он наносит удар по впускному клапану 12, перемещая клапанную группу в исходное состояние, и одновременно ударяет своим нижнем торцом по нижней наковальне 15, внедряя тем самым в грунт башмак 30.
При внедрении башмака 30 в грунт колонковая труба 25 заполняется керном. В процессе бурения в керноприемной трубе 25 происходит обратная циркуляция жидкости осуществляется за счет того, что при ходе бойка 10 вверх жидкость из керноприемной трубы 25 поступает через впускной клапан 26 и канал 28 в подбойковую полость 17, а при ходе бойка 10 вниз она поступает в окружающую среду через впускной насосный клапан 27 и канал 29. По окончании рейса гидроударник отключается, а срыв и удержание керн происходит за счет лепесткового кернорвателя 31.
В пробоотборнике № 2 (Рис. 2), на безе известного снаряда предложена усовершенствованная схема гидроударного пробоотборника с подвижной колонковой трубой, которая позволяет предотвратить её отрыв от забоя в процессе бурения.
А также ожидается увеличение углубки за один удар и как следствие и увеличение механической скорости.
Рисунок 2 – Пробоотборник № 2, а)
Рисунок 1 – Пробоотборник № 2, б)
1 – корпус, 2 – переходник, 3 – верхняя наковальня, 4,22 – ограничители, 5 – клапанная коробка, 6 – впускной клапан, 7 – цилиндр, 8 – поршень,
9 – боек, 10 – выпускной клапан, 11 – толкатель , 12– пружина, 13 – нижняя наковальня, 14 – надбойковая полость, 15 – подбойковая полость,
16 – хвостовик бойка, 17, 18 – клапаны насосного блока, 19, 20 – каналы, 21 – колонковая труба, 23 – кернорватель, 24 - башмак
Пробоотборник выполнен в двух вариантах, которые находятся в стадии разработки.
Принцип действия гидродвигателя аналогичен Пробоотборнику № 1.