Автор: Кадук А.А.
Науковий керівник: Каракозов А.А.
Источник: Всеукраинская студенческая научно–техническая конференция «Форум студентов-буровиков» / Сборник докладов – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2013. – 75 с.
В ДонНТУ проводяться розробки гідравлічних вібраторів для буріння геоло-горозвідувальних свердловин на шельфі в породах піщано-глинистого комплексу та ліквідації прихватів у свердловинах. За участю автора була запропонована нова конструктивна схема гідровібратора, на яку отримано патент на корисну модель . Метою вдосконалення гідравлічного вібратора є підвищення енергії удару вниз за рахунок зменшення вільного ходу бойка при його переміщенні до нижнього ковадла.
Рисунок 1 — Гідравлічний вібратор
До складу гідравлічного вібратора (рис.1) входить перехідник 1 з осьовим і радіальними каналами 2 і 3, з’єднаний з клапанною коробкою 4 з вихлопними отворами 5. Клапанна коробка 4 корпусом-циліндром 6 жорстко зв’язана з верхнім ковадлом 7. В корпусі-циліндрі 6 встановлений поршень 8 з радіальними отворами 9, який штоком 10 жорстко з'єднаний з бойком 11, який має хвостовик 12, встанов-лений в отворі нижнього ковадла 13. Верхнє і нижнє ковадла 7 і 13 з’єднані корпусом 14. В клапанній коробці 4 встановлений впускний клапан 15, виконаний з можливістю переміщення відносно пустотілої тяги 16, яка має у вехній частині уступ 17 над впускним клапаном 15 і з’єднана з поршнем 8 пальцем 18, який забезпечує можливість її обмеженого переміщення. Вихлопний золотник 19 з радіальними отворами 20 встановлений над поршнем 8, а між ними для забезпечення рухомості відносно пустотілої тяги 16 розміщена пружина 21. При цьому зазор між уступом 17 і перехідником 1 менший за зазор між вихлопним золотником 19 і клапанною коробкою 4. В нижньому ковадлі виконані радіальні канали 22.
Гідравлічний вібратор працює таким чином (на прикладі ліквідації аварії).
Він спускається в свердловину після виникнення прихвату і з’єднується ниж-нім ковадлом 13 з прихваченим інструментом (не показаний).
Коли в гідравлічний вібратор подається промивальна рідина, то вона надходить в клапанну коробку 4 через канали 3 у верхньому перехіднику 1 та під поршень 8 через центральний канал 2 у верхньому перехіднику 1, порожнину тяги 16 і радіальні отвори 9. За рахунок тиску рідини поршень 8 починає рухатися вгору разом з бойком 11, з’єднаним з ним штоком 10, а тяга 16 піднімається на величину a до упора уступа 17 в перехідник 1, при цьому впускний клапан 15 утримується в сідлі клапанної коробки 4.
При ході поршня 8 вгору стискається пружина 21, а рідина з порожнини корпусу-циліндру 6 над поршнем 8 витискається в свердловину через радіальні отвори 20 та вихлопні отвори 5. Коли поршень 8 пройде відстань S, то він нанесе удар по вихлопному золотнику 19. Останній піднімається вгору до упору в клапанну коробку 4 на відстань Sk за рахунок енергії удару та сили стиснутої пружини 21. Вихлопний золотник 19 перекриває вихлопні радіальні канали 5 в кла-панній коробці 4 та відкриває впускний клапан 15. За цей час бойок 11 пройде вільний хід, який дорівнює Sb-S (він повинен бути меншим за Sk для запобігання повторного удару по закритому вихлопному золотнику), і наносить удар по верх-ньому ковадлу 7, енергія якого через корпус 14 і нижнє ковадло 13 передається на прихвачений інструмент.
Оскільки впускний клапан 15 відкритий, то рідина надходить в порожнину корпуса-циліндра 6 над поршнем 8, і за рахунок того, що робоча площа поршня 8 зверху більша ніж знизу на величину площі хвостовика 12, то виникає сила, яка змушує рухатися поршень 8 вниз. При цьому впускний клапан 15 і вихлопний золотник 19 утримуються в верхньому положенні за рахунок тиску рідини. При підході до нижнього ковадла 13 поршень 8 пальцем 18 б’є по пустотілій тязі 16 і переміщує її вниз. Тяга 16 за рахунок контакту уступа 17 з впускним клапаном 15 повертає його та вихлопний золотник 19 в початкове становище, перекриваючі рідині доступ в надпоршневу порожнину корпуса-циліндра 6. За цей час бойок 11 пройде вільний хід, який дорівнює величині a (переміщення тяги 16 при ході бойка вгору), і наносить удар по нижньому ковадлу 13, енергія якого передається на прихвачений інструмент. Таким чином для того, щоб вільні ходи бойка, а відповідно, і енергія ударів вгору і вниз були рівними, достатньо виконати співвідношення Sb-S=a. При цьому величина a повинна бути меншою за Sk для запобігання зупинки бойка до удару по нижньому ковадлу.
Далі цикл роботи повторюється.
Прихват ліквідується за рахунок періодичних ударів вгору і вниз, які генерує гідравлічний вібратор. В процесі роботи радіальні отвори 22 в нижньому ковадлі 13 забезпечують циркуляцію рідини під хвостовиком 12, що необхідно для працезда-тності механізму в разі герметичного прихвату, коли рідина з вибою не зможе потрапити під хвостовик 12 через центральний канал в нижньому ковадлі.