РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГИДРОВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРОВОГО СНАРЯДА
2.1. Выбор схемы гидровращательного бурового снаряда
Впервые на базе конструкций гидродвигателей двойного действия с клапанным
распределением жидкости в Донецком национальном техническом университете под
руководством Г.И. Неудачина предложена принципиальная схема забойного
реверсивно-вращательного гидробура, который включал две секции:
гидродвигательную и преобразовательную (рис. 2.1) [59, 72, 73].
В гидродвигательную секцию входит поршень I, цилиндр 2, клапанный блок 3, шток
5, узел уплотнения 4. В преобразовательную секцию входят: направляющие 7,
соединенные со штоком гидродвигателя, гайка 8, винт 6, шпиндель 9. Винт 6 через
шпиндель 9 жестко связан с колонковым набором 10.
Подача жидкости в гидродвигатель вызывает движение цилиндра 2, клапанного блока
3, штока 5 и соединенных с ним направляющих 7 вверх. В это время отработанный
рабочий агент через отверстия в штоке, винте и шпинделе вытесняется на забой.
На всем протяжении хода вверх гайка 8, взаимодействуя с винтом 6, вращает его
по часовой стрелке (вправо), а реактивный момент, посредством пазов в
направляющих 7, воспринимается корпусом гидробура11. В верхней точке за счет
силы удара о выступы поршня и силы сжатой пружины осуществляется реверс, при
этом гайка 8, взаимодействуя с винтом 6, поворачивает его против часовой
стрелки (влево).
Такая конструктивная схема позволяет создать механизм малого диаметра. Однако
по предварительной оценке использование малогабаритного преобразователя
приводит к ускоренному абразивному износу его рабочих элементов, при этом
повышенные значения усилий трения-скольжения винтовых поверхностей существенно
снижают КПД устройства [59].
Принципиальным конструктивным недостатком гидробура является необходимость
фиксации резьбовых соединений корпусных элементов механизма и колонкового
набора. В рассматриваемой конструкция фиксация резьб обеспечивалась обычными
штифтовыми соединениями. Кроме того, схема гидробура практически исключает
техническую возможность осуществления обратной промывки скважин без включения в
состав механизма дополнительного узла для привода насосного блока.
Рис.2.1. Схема реверсивно-вращательного гидробура:
1 – поршень; 2 – цилиндр;
3 – клапанный блок; 4 – уплотнитель; 5 – шток;
6 – винт; 7 – направляющие; 8 – гайка; 9 – шпиндель;
10 – колонковый набор;
11 – корпус гидробура
Наибольшая сложность, выявленная в процессе отработки гидробура, заключается в
нестабильном и затрудненном его запуске. Как правило, добиться устойчивого
запуска удавалось интуитивным подбором силовых характеристик пружин, рабочего
хода поршня (до перестановки клапанов) и площади прилегания клапанов.
К 1978 г. в ДонНТУ была завершена разработка поршневого гидробура двойного
действия, винтовой преобразователь которого обеспечивал прерывисто-вращательное
движение шпинделя (рис.2.2) [67].
Гидравлический механизм состоит из поршневого гидродвигателя, преобразователя,
отделенного от гидродвигателя узлом уплотнения, и колонкового набора.
Преобразователь работает следующим образом. При подаче рабочего агента (морская
вода) в гидродвигатель, шток 2 совершает возвратно-поступательное движение.
Рис. 2.2. Схема гидробура для прерывисто-вращательного бурения:
1 – продольные пазы; 2 – шток;
3, 5 – пальцы; 4, 6 – ролики;
7 – шпиндель; 8 – втулка; 9 – наклонные пазы; 10 – зубья втулки; 11 – шпонка;
12 – зубчатая полумуфта; 13, 14 – клапаны; 15 – насосный блок; 16 –
керноприемная труба; 17 - коронка
Во время хода штока вниз ролики 6, связывающие пальцем 5 шток 2 и втулку 8,
перемещаются по наклонным пазам 9, проворачивая втулку. Реактивный крутящий
момент через палец 3 с роликами 4 воспринимается пазами 1, выполненными в
корпусе гидробура. Втулка 8, взаимодействуя через подпружиненную зубчатую
полумуфту 12 и шпонку 11 со шпинделем 7, обеспечивает вращение керноприемной
трубы 16 с коронкой 17. Во время хода штока вверх зубья 10 втулки 8 и зубчатой
полумуфты 12 разъединятся, прерывая вращение коронки.
В процессе перемещения штока вверх и вниз обеспечивается работа насосного блока
15, который размещен в верхней части керноприемной трубы 16. Насосный блок
включает клапанную коробку с всасывающим 14 и нагнетательным 13 клапанами. Роль
вытеснителя насоса выполняет шток гидродвигателя. Морская вода, при ходе штока
гидродвигателя вверх всасывается в полость преобразователя, а при ходе вниз -
вытесняется через клапан 13, кольцевой зазор между керноприемной трубой и
наружной трубой и отверстия над коронкой 17 в скважину, исключая при этом
зашламование межтрубного пространства.
Рис.2.3.Схема гидробура:
1 – продольные пазы; 2 – шток; 3, 5 – пальцы; 4, 6 – ролики; 8 – втулка –
шпиндель; 7 – корпус; 9 – наклонные пазы в виде непрерывной винтовой линии; 10
- насосный блок;
11 – коронка; 12 – керноприемная труба; 13, 14 - клапаны
В процессе испытаний образца гидробура в производственных условиях было
выявлено ряд конструктивных недостатков. Это, прежде всего, недостаточный
крутящий момент на шпинделе, особенно при реверсах; прерывистое вращение
колонкового набора; нештатная перестановка и зависание клапанов в среднем
положении; несоответствие угла наклона зубьев полумуфты для надежного
разъединения; шламование полости преобразователя при работе насосного блока.
Устранение перечисленных недостатков путем увеличения шага винта, исправление
профиля зубьев полумуфты и защита полости преобразователя различными фильтрами
от шлама, как показали последующие лабораторные и производственные испытания,
не дали существенного улучшения показателей работы гидробура [67].
Для устранения отмеченн
- Київ+380960830922