СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БУРОВОГО СНАРЯДА С ОБРАТНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к области пневматических машин ударного действия, и может найти применение при исследовании циркуляционной системы буровых снарядов с обратной циркуляцией очистного агента.
Известен универсальный стенд для исследования пневматических машин ударного действия, включающий левую колонну, на которой смонтировано регулируемое пневматическое нажимное устройство, служащее для крепления молотка и нажима на его рукоятку, направляющую для инструмента. Исследуемый пневматический молоток оперт на инструмент и закреплен на штоке поршня нажимного устройства. На пневматическом молотке закреплены оптико-механические индикаторы с высокой частотой собственных колебаний. При испытании бурильных молотков к направляющей инструмента закреплено приспособление для записи пути ударника, которое состоит из оптической системы, связанной с ударником посредством тонких стальных тяг. На правой колонне смонтирована верхняя опора вала барабана и консольный стол, на котором установлены барабан для фотозаписи, его электропривод, кожух с автоматическим фотозатвором и фонарь-осветитель (см. Машины ударного действия, под ред. Н.А.Чинакала, Новосибирск, Новосибирское книжное изд., 1953 г., с.139-144).
Недостатком данного стенда является то, что область исследования пневматических машин ударного действия ограничена динамическим исследованием рабочего цикла пневмомолотка.
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является испытательная установка для исследования влияния эжекторного устройства на работу кольцевого пневмоударника, включающая кольцевой пневмоударник, сквозной осевой канал которого соединен с внутренней трубой двойной буровой колонны и образует с ней прямой гладкий шламоотвод постоянного сечения. В хвостовой части пневмоударника расположен канал, соединяющий воздухоподводящий канал со шламотранспортной магистралью. Этот канал закончен кольцевым соплом, служащим для подвода эжектирующей струи. Измерительное устройство содержит сужающие устройства, термометры и светолучевой осциллограф (см. М.Е.Сыкчин. Исследование влияния эжекторного устройства на работу кольцевого пневмоударника. Научный журнал «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых», №3, Новосибирск, изд. «Наука», Сибирское отделение РАН, 1992 г., с.74-77).
Недостатком данной испытательной установки является то, что область исследования циркуляционной системы кольцевого пневмоударника ограничена исследованием влияния эжекторного устройства на работу кольцевого пневмоударника. Условия исследования данной испытательной установки не приближены к условиям буровой скважины. Качество работы циркуляционной системы кольцевого пневмоударника определяется полнотой сбора отработанного очистного агента, проходящего через осевой канал в шламоотвод. Часть отработанного очистного агента в хвостовой части пневмоударника поступает в затрубное пространство, что приводит к снижению эффективности работы кольцевого пневмоударника.
Технические задачи - расширение области исследования циркуляционной системы бурового снаряда с обратной циркуляцией очистного агента за счет разделения исследуемых потоков очистного агента на напорный и выхлопной для подбора наиболее оптимальных параметров ее работы и повышение эффективности работы бурового снаряда за счет максимального увеличения количества отработанного очистного агента, поступающего в выхлопной канал.
Технические задачи решаются тем, что стенд для исследования бурового снаряда с обратной циркуляцией очистного агента, включающий имитатор бурового снаряда, состоящий из двух коаксиально расположенных труб, образующих напорный и выхлопной каналы, буровой инструмент с центральным каналом, продувочными отверстиями и воздухосборными каналами, соединенный с указанными коаксиально расположенными трубами, и измерительные устройства, согласно техническому решению снабжен адаптером для присоединения к универсальному стенду для испытания буровых снарядов, имеющим напорный и выхлопной каналы, и имитатором скважины в виде наружной трубы, образующим с имитатором бурового снаряда затрубное пространство. В буровом инструменте, в нижней его части, выполнена кольцевая камера, соединенная с затрубным пространством рядом наклонно направленных к затрубному пространству продувочных отверстий, а в верхней его части, над продувочными отверстиями, установлен забойный пакер, разделяющий затрубное пространство на верхнюю и нижнюю зоны.
Указанная совокупность признаков позволяет создать на стенде условия, приближенные к условиям буровой скважины, и расширить область исследования циркуляционной системы бурового снаряда с обратной циркуляцией очистного агента за счет введения адаптера, разделяющего исследуемые потоки очистного агента на напорный и выхлопной для подбора наиболее оптимальных параметров ее работы. Благодаря установке забойного пакера и отводу части отработанного очистного агента на создание воздушной завесы вокруг бурового инструмента большая часть отработанного очистного агента направляется в выхлопной канал имитатора бурового снаряда, что позволяет повысить эффективность работы бурового снаряда.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конструктивного исполнения и чертежом, где показан общий вид стенда для исследования бурового снаряда с обратной циркуляцией очистного агента в продольном разрезе и в статическом состоянии.
Стенд для исследования бурового снаряда с обратной циркуляцией очистного агента (далее - стенд) включает (см. чертеж) имитатор бурового снаряда с обратной циркуляцией очистного агента, состоящий из двух коаксиально расположенных, наружной 1 и внутренней 2, труб, образующих напорный 3 и выхлопной 4 каналы, имитатор скважины в виде наружной трубы 5, образующий с наружной трубой 1 затрубное пространство (поз. не обозначено), буровой инструмент 6 с продувочными отверстиями 7, в нижней части которого выполнена кольцевая камера 8, соединенная с затрубным пространством рядом наклонно направленных к затрубному пространству продувочных отверстий 9, с центральным каналом 10, соединенным с забоем рядом наклонно направленных от периферии бурового инструмента 6 к его центру воздухосборных каналов 11. Буровой инструмент 6 соединен с коаксиально расположенными наружной 1 и внутренней 2 трубами. В верхней части бурового инструмента 6, над продувочными отверстиями 9, установлен забойный пакер 12, разделяющий затрубное пространство на верхнюю 13 и нижнюю 14 зоны. Стенд снабжен адаптером 15 для присоединения к универсальному стенду для испытания буровых снарядов (далее - универсальный стенд). Напорный канал 16 адаптера 15 связан с магистралью очистного агента универсального стенда и соединен с напорным каналом 3 имитатора бурового снаряда. Выхлопной канал 17 адаптера 15 служит для отвода отработанного очистного агента из выхлопного канала 4 имитатора бурового снаряда. Стенд содержит измерительные устройства: для измерения расхода очистного агента, подаваемого в напорный канал 16 адаптера 15 и напорный канал 3 имитатора бурового снаряда - расходомер 18, а для измерения расхода отработанного сжатого воздуха, проходящего по выхлопному каналу 4 имитатора бурового снаряда и выхлопному каналу 17 адаптера 15 -расходомер 19.
Циркуляционная система стенда представлена в виде напорного канала 16 адаптера 15, напорного канала 3 имитатора бурового снаряда, продувочных отверстий 7, кольцевой камеры 8, соединенной с затрубным пространством рядом наклонно направленных к затрубному пространству продувочных отверстий 9, центрального канала 10, наклонно направленных от периферии к центру бурового инструмента 6 воздухосборных каналов 11, выхлопного канала 4 имитатора бурового снаряда и выхлопного канала 17 адаптера 15.
Стенд работает следующим образом. При подключении универсального стенда к магистрали по напорному каналу 16 адаптера 15 подается очистной агент (сжатый воздух), количество которого измеряется расходомером 18. Затем по напорному каналу 3 имитатора бурового снаряда сжатый воздух поступает через продувочные отверстия 7, кольцевую камеру 8, зазор между буровым инструментом 6 и дном имитатора бурового снаряда, воздухосборные каналы 11 в центральный канал 10 бурового инструмента 6, осуществляя продувку бурового инструмента 6 и выхлопного канала 4 имитатора бурового снаряда. Часть сжатого воздуха через кольцевую камеру 8 и ряд наклонно направленных продувочных отверстий 9 бурового инструмента 6 направляется в нижнюю зону 14 затрубного пространства, создавая воздушную завесу вокруг бурового инструмента 6, препятствующую попаданию отработанного сжатого воздуха в верхнюю зону 13 затрубного пространства. Отработанный сжатый воздух по выхлопному каналу 4 имитатора бурового снаряда и выхлопному каналу 17 адаптера 15 поступает к расходомеру 19 и затем выхлапывается в атмосферу.
Разделение исследуемого потока очистного агента при помощи адаптера 15 на напорный и выхлопной позволяет получить зависимость расхода отработанного очистного агента из выхлопного канала 17 адаптера 15 от расхода очистного агента из магистрали.
Благодаря установке забойного пакера 12 и отводу части отработанного очистного агента на создание воздушной завесы вокруг бурового инструмента 6 через продувочные отверстия 9, создается противодавление в нижней зоне 14 затрубного пространства, препятствующее выносу отработанного очистного агента в верхнюю зону 13 затрубного пространства. Большая часть отработанного очистного агента через наклонно направленные от периферии бурового инструмента 6 к его центру воздухосборные каналы 11 подводится к центральному каналу 10, создавая таким образом оптимальные условия для выноса отработанного очистного агента в выхлопной канал 4 имитатора бурового снаряда и выхлопной канал 17 адаптера 15. При увеличенном выносе отработанного очистного агента через выхлопной канал 4 повышается эффективность работы бурового снаряда.
Предлагаемый стенд позволяет достоверно имитировать работу бурового снаряда и расширить область исследования циркуляционной системы бурового снаряда с обратной циркуляцией очистного агента путем подбора наиболее оптимальных параметров ее работы, вырабатывать рекомендации по совершенствованию конструкции бурового инструмента 6 и забойного пакера 12 для обеспечения эффективной работы бурового снаряда и выноса большей части отработанного очистного агента на поверхность по выхлопному каналу 4 имитатора бурового снаряда.