ПОГРУЖНОЕ УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к горному делу и предназначена для ударно-вращательного бурения скважин.
Известны погружные ударные механизмы, к которым относятся пневмоударники, имеющие как клапанное, так и бесклапанное воздухораспределение.
Пневмоударник, имеющий бесклапанное воздухораспределение (Есин Н.Н. Погружные пневматические машины ударного действия для бурения скважин. Новосибирск, изд. Наука, 1796, с.44) включает корпус, буровую коронку, установленную в нижней части корпуса. Заключенное в корпусе технологическое пространство включает каналы для подачи рабочей среды в рабочее отверстие буровой коронки, кроме того, в корпусе пневмоударника выполнены выхлопные окна. Буровая коронка выполнена с рабочими каналами, через которые происходит отбор мощности (энергосителя) из камеры обратного хода, которая также входит в технологическое пространство корпуса.
Пневмоударник с клапанным воздухораспределением (Есин Н.Н. Погружные пневматические машины ударного действия для бурения скважин. Новосибирск, изд. Наука, 1796, с.22) содержит признаки, аналогичные вышеупомянутым, но данный Пневмоударник используется исключительно на подземных горных породах.
Известна буровая коронка (RU 216283, оп.20.03.2001 г.) погружного пневмоударника, содержащего корпус, буксу в виде нижней части корпуса с установленной в ней буровой коронкой. Буровая коронка выполнена в рабочими каналами и продувочными карманами. Заключенное в корпус технологическое пространство включает канал для подачи рабочей среды в рабочие каналы буровой коронки. Кроме того, технологическое пространство корпуса предусматривает камеру прямого и обратного хода, а корпус - наличие выхлопных окон. При бурении ударно-вращательным способом разрушенная порода удаляется из-под головной части буровой коронки сжатым воздухом через продувочные карманы.
У известных конструкций пневмоударников подобного типа весьма актуальной является проблема удаления бурового шлама из забоя скважины как важнейшего фактора, определяющего скорость бурения, следовательно, и себестоимость бурения 1 пог. м.
В перечисленных конструкциях пнемоударников схема продувки забоя предусматривает удаление бурового шлама из забоя скважины и поднятия его, главным образом, до выхлопных окон, т.к. миновав их уровень, удаление бурового шлама производится без каких-либо проблем. Таким образом, удаление бурового шлама из забоя скважины и поднятие его до выхлопных окон особенно затруднительно. Этот процесс резко осложняется при бурении на низком давлении рабочей среды при использовании воздушо-водяной смеси, и, особенно, при бурении нисходящих скважин в абразивных породах, вызывающих интенсивный диаметральный износ буровой коронки. В процессе бурения при наличии указанных факторов в зоне головной части коронки происходит образование, так называемого, «воротника», состоящего из бурового шлама и воды, что негативно сказывается на эффективном удалении бурового шлама, в результате чего происходит его переизмельчение, сопровождающееся резким падением скорости бурения.
Техническое решение по патенту RU №216283 выбрано в качестве прототипа.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении скорости бурения за счет повышении эффективности удаления бурового шлама из забоя скважины.
Поставленная задача решается тем, что погружное ударное устройство, содержащее корпус, установленную в нижней части корпуса буровую коронку с рабочими каналами и продувочными карманами; заключенное в корпусе технологическое пространство, включающее канал для подачи рабочей среды в рабочие каналы буровой коронки; в погружном ударном устройстве, согласно полезной модели, в нижней части корпуса выполнены наклонные пазы, расположенные над соответствующими продувочными карманами буровой коронки при ее рабочем положении, причем пазы наклонены относительно продувочных карманов в сторону наружной части корпуса.
Возможно выполнение корпуса составным, содержащим нижнюю часть в виде буксы и верхнюю - в виде цилиндра.
Возможно также, чтобы продувочные карманы сообщались с рабочими каналами буровой коронки.
Целесообразно профиль наклонных пазов выполнять так, чтобы обеспечить минимальное сопротивление потоку рабочей среды.
Предпочтительно, чтобы наклонные пазы были расположены над продувочными карманами так, что образующая пазов совпала с образующей профиля продувочных карманов.
В условиях, усложняющих удаление бурового шлама из забоя скважины, наклонные пазы, выполненные в нижней части корпуса над буровой коронкой при ее рабочем положении обеспечивают разрыв вышеупомянутого «воротника», состоящего из бурового шлама и воды. Так, наклон пазов относительно буровой коронки в сторону наружной части корпуса дает возможность образования «единого канала», в который попадает рабочая среда, направляемая на продувку забоя, причем выход рабочей среды происходит в пространство, расположенное над головной частью буровой коронки.
Возможность образования «единого канала» (при рабочем положении буровой коронки) предопределена тем, что пазы расположены над продувочными карманами и, таким образом, являются их продолжением.
Образовавшийся «единый канал», также являющийся наклонным, и обеспечивает выход рабочей среды в зону, расположенную выше буровой коронки.
Продувочные карманы сообщающиеся с рабочими каналами буровой коронки наилучшим образом способствуют продувке забоя.
Вышеуказанные обстоятельства являются условием эффективности удаления бурового шлама из забоя скважины, что свидетельствует о повышении скорости бурения и отвечает поставленной задаче полезной модели.
Обеспечение минимального сопротивления потоку рабочей среды является принципом целесообразности, и, кроме того, отвечает условиям технологичности. Из этих же соображений наклонные пазы расположены над продувочными карманами, соблюдены условия, при которых образующая упомянутых элементов совпадает, что также является предпосылкой минимального сопротивления потоку рабочей среды. При прямолинейной форме образующей минимальное сопротивление потоку рабочей среды обеспечивается уменьшением поперечного сечения пазов по своей длине до перехода к наружной части буксы.
Что касается выполнения корпуса составным из верхней части - цилиндра и нижней, то такая возможность объясняется тем, что указанные части выполняют функцию единой несущей конструкции. При этом нижнюю часть корпуса принято называть «буксой».
Из уровня техники не выявлено конструкций погружных ударных устройств, характеризующихся заявленной совокупностью признаков, следовательно, предлагаемая полезная модель соответствует критерию патентоспособности - «новизна».
Чертежи поясняют конструкцию погружного ударного устройства -пневмоударника, конкретизированного позициями, обозначенными в соответствии с фиг.1 (общий вид), фиг.2 (вид по стрелке А), фиг.3 (вид по стрелке Б).
Пневмоударник с клапанной системой воздухораспределения, изображенный в момент совершения обратного хода, содержит корпус, выполненный составным: верхняя часть представляет собой цилиндр 1, а нижняя часть выполнена в виде буксы 2, имеющей большую и меньшую ступени; в буксе 2 установлена буровая коронка 3, при этом буровая коронка 3 занимает рабочее положение, соответствующее крайнему верхнему положению, и фиксируется шпонкой 4. Технологическое пространство корпуса 1 включает канал 5 воздухораспределительной трубки 6 для подачи рабочей среды в центральное отверстие 7 поршня-ударника 8, разделяющего корпус пневмоударника на камеры прямого и обратного хода 9, 10 с выхлопными отверстиями 11, 12 соответственно. Корпус содержит также воздухораспределительное устройство 13, сообщающееся через канал 5 воздухораспределительной трубки 6 с центральным отверстием поршня-ударника 8 и с рабочим каналом 14 буровой коронки 3. Рабочий канал 14 буровой коронки 3 сообщается с каналами 15, имеющими выходные отверстия в продувочные карманы 16.
В буксе 2 над соответствующими продувочными карманами 16 выполнены пазы 17 с наклоном относительно продувочных карманов 16 буровой коронки 3 в сторону наружной части цилиндра 1 (или буксы 2). При этом прямолинейная образующая продувочных карманов 16 и наклонных пазов 17 совпадает; у наклонных пазов 17 поперечное сечение уменьшается по их длине в направлении от продувочных карманов 16 буровой коронки 3. При этом длина наклонных прямолинейных пазов 17 ограничена высотой большей ступени буксы 3.
На чертеже (см. фиг.3) изображены наклонные прямолинейные пазы 17, являющиеся продолжением продувочных карманов 16, т.е. образующая профиля пазов 17 и образующая профиля продувочных карманов 16 совпадают.
Работа пневмоударника осуществляется следующим образом.
Рабочая среда, например, воздушно-водяная смесь, поступает через воздухораспределительное устройство 13 в канал 5 воздухораспределительной трубки 6, в центральное отверстие 7 поршня-ударника 8. После прохождения центрального отверстия 7 поршня-ударника 8 рабочая среда разделяется: большая часть ее объема поступает в камеру обратного хода 10, а остальная часть - в рабочий канал 14 буровой коронки 3. Рабочая среда, поступающая в камеру обратного хода 10, перемещает поршень-ударник 8 в крайнее верхнее положение, при этом отработанная среда через радиальные выхлопные
отверстия 11 цилиндра 1 удаляется из камеры рабочего хода 9. После вскрытия поршнем-ударником 8 отверстий 12, через которые происходит удаление отработанной среды из камеры обратного хода 10, воздухораспределительное устройство 13 обеспечивает поступление рабочей среды в камеру прямого хода 9, после чего происходит торможение и остановка поршня-ударника 8. В этом момент поршень-ударник 8 начинает совершать прямой ход.
Отбор энергоносителя из камеры обратного хода 10, следовательно и продувка забоя, продолжается до тех пор, пока воздухораспределительное устройство 13 обеспечивает поступление рабочей среды, производящей продувку забоя скважины, по центральному отверстию 7 буровой коронки 8, каналы 14, 15 и продувочные карманы 16, а из последних через наклонные прямолинейные пазы 17 попадает в кольцевое пространство, образуемое стенками скважины и корпусными деталями 1, 2 пневмоударника.
Вышеописанная работа заявляемого устройства обеспечивает эффективную продувку забоя скважины, когда буровой шлам удаляется за пределы головной части буровой коронки.
Заявленная совокупность признаков особенно эффективна в отношении пневмоударников, работающих с отбором мощности из камеры обратного хода.