СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШАРОСТРУЙНОГО БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к средствам для испытаний различных конструкций шароструйных аппаратов, определения рациональных геометрических размеров их составных частей и оптимальных параметров режима бурения. Полезная модель может быть использована для исследования технологических процессов шароструйного бурения.
К настоящему времени известны два экспериментальных стенда для изучения процессов шароструйного бурения:
1. «Схема стендовой установки для проведения экспериментальных исследований при шароструйном бурении» (Уваков А.Б. Шароструйное бурение. - М.: Недра, 1969. - 207 с). Стендовая установка предназначена для изучения формы забоя при шароструйном бурении, определения рациональных параметров режима бурения. Данный стенд смонтирован на базе буровой установки. Стенки скважины имитируют патрубок и башмак, соединенный с помощью стяжных болтов с блоком горной породой.
Недостаток стенда заключается в отсутствии контрольно-измерительных приборов, задерживающего устройства, съемочной аппаратуры.
2. Стенд для исследования гидродинамических процессов (Заурбеков С.А. Повышение эффективности призабойных гидродинамических процессов при шароструйном бурении скважин: автореф. дис.…канд. техн. наук. - Алматы, 1995. - 18 с). Стенд смонтирован на базе бурового станка и предназначен для исследования гидродинамических процессов на забое модели скважины и в призабойной зоне, сравнения различных конструкций шароструйных снарядов натурной величины, выявления их рациональных геометрических размеров и оптимальных параметров режима бурения. Для исследования призабойных гидродинамических процессов стенд содержит щит с контрольно-измерительными приборами, а модель скважины представляет собой прозрачную камеру. Особенностью данного стенда является наличие задерживающего устройства цилиндрической формы для принудительной подачи шаров во вторичное сопло. Этот стенд и принят за прототип заявляемой полезной модели.
В данном стенде не достигается очистка бурового раствора от шлама. После совершения полезной работы буровой раствор со шламом истекает в емкость, откуда одновременно происходит ее всасывание и подача на шароструйный снаряд. Это приводит к сильному износу сопла шароструйного снаряда и уменьшению эффективности разрушения горных пород.
В прототипе для принудительной подачи шаров из затрубного пространства в камеру смешения используется задерживающее устройство цилиндрической формы. Известное техническое решение не обеспечивает оптимальной траектории движения шаров, т.к. часть шаров поджимаются восходящим потоком жидкости к задерживающему устройству и направляются от технологических окон к стенкам модели скважины. Это приведет к заклинкам шаров в затрубном пространстве, а также малому количеству шаров, участвующих в разрушении горных пород, что в конечном счете приведет к малой эффективности разрушения или вообще его отсутствию.
Задача полезной модели - обеспечить очистку бурового раствора от шлама и достичь оптимальной траектории движения шаров.
Поставленная задача решается следующим образом. Для очистки бурового раствора от шлама в состав стенда входит отстойник, в котором происходит осаждение шлама. Для достижения оптимальной траектории шаров в затрубном пространстве используется задерживающее устройство конусной формы с отверстиями для истечения жидкости со шламом, одновременно выполняющее роль центратора.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема стенда для исследования технологических процессов шароструйного бурения.
Предлагаемый стенд состоит из шароструйного снаряда 1, задерживающего устройства 2 и центратора 3, расположенных в стакане 4. При этом шароструйный снаряд 1 связан с механизмом подачи 5, закрепленным на стойке 6. Стакан 4 закрепляется к поддону 7 посредством зажима 8. Кроме того, в состав стенда входят буровой насос 9, всасывающая 10, нагнетательная 11, сливные 12, 13 и 14 магистрали, а также отстойник 15 и сливная емкость 16. При этом на нагнетательной магистрали 11 после насоса 9 и перед снарядом 1 установлены манометры 17 и 18. Причем нагнетательная магистраль 11 снабжена трехходовым краном 19 со сливной магистралью 14 и расходомером 20. На поддоне 7 устанавливается видеокамера 21.
Стенд для исследования технологических процессов шароструйного бурения работает следующим образом. Насос 9 подает рабочую жидкость по нагнетательной магистрали 11 к шароструйному снаряду 1, который удерживается и перемещается с помощью механизма подачи 5. Отраженная от забоя жидкость с шарами и продуктами разрушения поднимается по стакану 4, который служит для размещения образца горной породы, имитации стенок скважины и наблюдения за процессом всасывания и перемещения шаров. Для принудительной подачи шаров в технологические окна снаряда 1 в его конструкцию включено задерживающее устройство 2 конусной формы, которое вместе с центратором 3 центрирует долото в стакане 4. После выхода из стакана 4 жидкость со шламом сливается в поддон 7, затем по сливной магистрали 12 - в отстойник 15, где происходит осаждение шлама. Далее жидкость самотеком переливается по сливной магистрали 13 в сливную емкость 16, откуда через всасывающую магистраль 10 вновь закачивается насосом. Для регулирования расхода жидкости, измеряемого расходомером 20, в нагнетательной магистрали 11 установлен трехходовой кран 19, через который жидкость сливается по сливной магистрали 14 в сливную емкость 16. Давление после насоса 9 и перед снарядом 1 в нагнетательной магистрали 11 фиксируется манометрами 17 и 18 соответственно. Для видеорегистрации процессов всасывания и перемещения шаров напротив стакана 4 размещается видеокамера 21.
На фиг. 2 изображен шароструйный снаряд с задерживающим устройством конусной формы в разрезе, на фиг. 3 - вид сверху.
Рабочая жидкость, подводимая к снаряду 1 с большой скоростью, эжектирует шары из затрубного пространства, которые, разогнавшись, ударяются о горную породу. Далее шары поднимаются в затрубном пространстве, отражаются от задерживающего устройства 2 и направляются в снаряд 1. Жидкость со шламом через отверстия в задерживающем устройстве 2 поднимается выше.
Технический результат: очистка бурового раствора от шлама и достижение оптимальной траектории шаров в затрубном пространстве, тем самым уменьшение износа сопла снаряда и повышение эффективности разрушения горных пород.