Автор: Кадук А.А.
Науковий керівник: Каракозов А.А.
Источник: XIII Всеукраинская научно-техническая конференция студентов «Бурение»/ Бурение: Сб. научн. трудов студ. – Донецк: ДонНТУ, 2013. – 132 с.
В ДонНТУ проводятся разработки гидравлических вибраторов для бурения геологоразведочных скважин на шельфе в породах песчано-глинистого комплекса и ликвидации прихватов в скважинах. При участии автора была предложена новая конструктивная схема гидровибратора, по которой получен патент на полезную модель. Целью совершенствования гидравлического вибратора является повышение энергии удара вниз за счет уменьшения свободного хода боек при его перемещении к нижней наковальне.
В состав гидравлического вибратора (рис.1) входит переходник 1 с осевым и радиальными каналами 2 и 3, соединенный с клапанной коробкой 4 с выхлопными отверстиями 5. Клапанная коробка 4 корпусом-цилиндром 6 жестко связанная с верхней наковальней 7. В корпусе-цилиндре 6 установлен поршень 8 с радиальными отверстиями 9, который штоком 10 жестко соединенный с бойком 11, который имеет хвостовик 12, установленный в отверстии нижней наковальни 13. Верхняя и нижняя наковальни 7 и 13 соединенные корпусом 14. В клапанной коробке 4 установлен впускной клапан 15, выполненный с возможностью перемещения относительно пустотелой тяги 16, которая имеет в вехний части уступ 17 над впускным клапаном 15 и соединенная с поршнем 8 пальцем 18, который обеспечивает возможность ее ограниченного перемещения. Выхлопной золотник 19 с радиальными отверстиями 20 установленный над поршнем 8, а между ними для обеспечения подвижной относительно пустотелой тяги 16 размещена пружина 21. При этом зазор между уступом 17 и переходником 1 меньше зазора между выхлопным золотником 19 и клапанной коробкой 4. В нижней наковальне выполнены радиальные каналы 22.
Гидравлический вибратор работает таким образом (на примере ликвидации аварии).
Рисунок 1 — Гидравлический вибратор
Он спускается в скважину после возникновения прихвата и соединяется нижней наковальней 13 с прихваченным инструментом (не показанный).
Когда в гидравлический вибратор подается промывочная жидкость, то она поступает в клапанную коробку 4 через каналы 3 в верхнем переходнике 1 и под поршень 8 через центральный канал 2 в верхнем переходнике 1, полость тяги 16 и радиальные отверстия 9. За счет давления жидкости поршень 8 начинает двигаться вверх вместе с бойком 11, соединенным с ним штоком 10, а тяга 16 поднимается на величину а к упора уступа 17 в переходник 1, при этом впускной клапан 15 содержится в седле клапанной коробки 4.
При ходе поршня 8 вверх сжимается пружина 21, а жидкость из полости корпусу-цилиндру 6 над поршнем 8 выжимается в скважину через радиальные отверстия 20 и выхлопные отверстия 5. Когда поршень 8 пройдет расстояние S, то он нанесет удар по выхлопному золотнику 19. Последний поднимается вверх к упору в клапанную коробку 4 на расстояние Sk за счет энергии удара и силы сжатой пружины 21. Выхлопной золотник 19 перекрывает выхлопные радиальные каналы 5 в клапанной коробке 4 и открывает впускной клапан 15. За это время боек 11 пройдет свободный ход, который равняется SB-S (он должен быть меньше за Sk для предотвращения повторного удара по закрытому выхлопному золотнику), и наносит удар по верхней наковальне 7, энергия которого через корпус 14 и нижняя наковальня 13 передается на прихваченый инструмент.
Поскольку впускной клапан 15 открытый, то жидкость поступает в полость корпуса-циліндра 6 над поршнем 8, и за счет того, что рабочая площадь поршня 8 сверху больше, чем снизу на величину площади хвостовика 12, то возникает сила, которая вынуждает двигаться поршень 8 вниз. При этом впускной клапан 15 и выхлопной золотник 19 содержатся в верхнем положении за счет давления жидкости. При подходе к нижней наковальне 13 поршень 8 пальцем 18 бьет по пустотелой тяге 16 и перемещает ее вниз. Тяга 16 за счет контакта уступа 17 с впускным клапаном 15 возвращает его и выхлопной золотник 19 в начальное положение, перекрывающие жидкости доступ в сверхпоршневую полость корпуса-циліндра 6. За это время боек 11 пройдет свободный ход, который равняется величине а, и наносит удар по нижней наковальне 13, энергия которого передается на прихвачений инструмент. Таким образом для того, чтобы свободный ход бойка, а соответственно, и энергия ударов вверх и вниз были ровными, достаточно выполнить соотношение Sb-S=a. При этом величина а должна быть меньше за Sk для предотвращения остановки бойка до удара по нижней наковальне.
Дальше цикл работы повторяется.
Прихват ликвидируется за счет периодических ударов вверх и вниз, которые генерирует гидравлический вибратор. В процессе работы радиальные отверстия 22 в нижней наковальне 13 обеспечивают циркуляцию жидкости под хвостовиком 12, что необходимо для работоспособности механизма в случае герметического прихвату, когда жидкость из забоя не сможет попасть под хвостовик 12 через центральный канал в нижней наковальне.