МОНОБЛОЧНЫЙ ЖИКЛЁР ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО КОЛЬЦЕВОГО КЛАПАНА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к буровой технике, а именно к клапанным устройствам, дросселирующим течение рабочей жидкости (масла) в гидравлической части бурильного яса и создающим гидравлическую задержку.
Бурильный яс предназначен для освобождения от прихватов бурильной колонны в скважине путем создания повторяющихся динамических ударов, направленных вверх и вниз. Гидравлическая задержка является важнейшей технической характеристикой работы яса.
Полезная модель относится к приоритетному направлению государственной политики в сфере развития нефтегазовой промышленности в части импортозамещения.
Уровень техники
Освобождение от прихватов бурильной колонны в скважине происходит в результате преобразования энергии, натянутой (сжатой) бурильной колонны, в кинетическую энергию удара внутренней части яса по выступам - наковальне, при определенном натяжении колонны. Рабочим телом для перемещения внутренней части является гидравлическая жидкость (масло). Сила удара регулируется путем натяжения (разгрузки) бурильной колонны за время гидравлической задержки. Гидравлическая задержка является важнейшей технической характеристикой работы яса, за время которой (30-150 сек) достигается максимальная растягивающая (сжимающая) нагрузка, передаваемая на детали яса для исключения его повреждения.
Гидравлическая задержка создается дозирующим устройством, находящимся в гидравлической части яса.
Из существующего уровня техники известно, что в целях создания гидравлической задержки используется гидравлический кольцевой клапан, в котором установлено клапанное устройство, ограничивающее течение рабочей жидкости и состоящее из жиклера, фильтра, изготовленного из «спеченного» бронзового порошка пористостью 25-50%, и полого винта с внутренним шестигранником для циркуляции рабочей жидкости -масла (см. патент RU 2521993, МПК Е21В 31/113, опубликовано 10.07.2014; RU 2540372, МПК Е21В 31/113, опубликовано 10.02.2015).
Недостатком такой конструкции является то, что клапанное устройство, ограничивающее течение рабочей жидкости, включает самостоятельные несоединенные между собой части (жиклер, фильтр из «спеченного» бронзового порошка и полый винт с внутренним шестигранником). При установке в кольцевой клапан частей клапанного устройства между ними и поверхностью осевого отверстия клапана зачастую образуются зазоры (перекос относительно оси осевого отверстия клапана), вследствие этого происходит перетекание загрязненной рабочей жидкости по зазорам, загрязнение частей клапанного устройства, в особенности жиклера (дозирующего устройства), абразивными частицами, накопленными в рабочей жидкости (масле), а также частицами протирочного материала, попадающего при обслуживании частей клапанного устройства. Это в свою очередь приводит к уменьшению срока службы дозирующего устройства, снижению износостойкости элементов бурильного яса, нарушению стабильности заданного времени гидравлической задержки яса, снижению надежности работы яса.
Другим недостатком такой конструкции являются высокие затраты времени на замену загрязненных частей клапанного устройства очищенными или устанавливаемыми вновь частями клапанного устройства. Каждая часть клапанного устройства извлекается, а затем устанавливается по отдельности.
К недостаткам также относится то, что значительное количество частей клапанного устройства, в частности, дозирующие и фильтрующие устройства, винты, ввозятся из-за рубежа, что значительно повышает их стоимость. Известно, что в качестве дозирующих устройств широко используются, например, устройства Lee Visco Jet производителя The Lee Company (США).
Из патента RU 2 544 352 (МПК Е21В 31/113, опубликовано 10.02.2015) известно, что в кольцевом клапане перед клапанным устройством размещают фильтр из «спеченного» бронзового порошка с пористостью 25-50% и полый винт с внутренним шестигранником для циркуляции рабочей жидкости-масла в клапанном устройстве, предназначенный для закрепления фильтра и перепускного клапана с калиброванным отверстием. Клапанное устройство, содержащее фильтр, полый винт и перепускной клапан с калиброванным отверстием, установлено в кольцевом клапане таким образом, что перекрывает и ограничивает (дросселирует) течение рабочей жидкости.
Недостатком такой конструкции является то, что перепускной клапан с калиброванным отверстием, фильтр из «спеченного» бронзового порошка и полый винт с внутренним шестигранником являются самостоятельными частями клапанного устройства, установка их осуществляется по отдельности, следовательно, между ними и поверхностью осевого отверстия клапана зачастую образуются зазоры (перекос относительно оси осевого отверстия клапана), вследствие этого происходит перетекание загрязненной рабочей жидкости по зазорам, загрязнение частей клапанного устройства, в особенности перепускного клапана с калиброванным отверстием, абразивными частицами, накопленными в рабочей жидкости (масле), а также частицами протирочного материала, попадающего при обслуживании частей клапанного устройства. Это в свою очередь приводит к уменьшению срока службы дозирующего устройства, снижению износостойкости элементов бурильного яса, нарушению точности заданного времени гидравлической задержки яса, снижению надежности работы яса.
Другим недостатком такой конструкции являются высокие затраты времени на замену загрязненных частей клапанного устройства очищенными или устанавливаемыми вновь частями клапанного устройства. Каждая часть клапанного устройства извлекается, а затем устанавливается по отдельности.
К недостаткам также относится то, что значительное количество частей клапанного устройства, в частности, дозирующие и фильтрующие устройства, винты, ввозятся из-за рубежа, что значительно повышает их стоимость. Известно, что в качестве дозирующих устройств широко используются, например, устройства Lee Visco Jet производителя The Lee Company (США).
Известен усовершенствованный клапан, используемый в гидравлическом бурильном ясе, в перепускном канале клапана применяются дозирующее устройство, дополнительный фильтр, полый винт с шестигранным внутренним отверстием (Патент US 5 123 493, МПК Е21В 31/113, опубликовано 23.06.1992). В качестве дозирующего устройства применяется устройство под торговой маркой «Visco Jet».
Недостатком такой конструкции является то, что дозирующее устройство и дополнительный фильтр являются самостоятельными частями гидравлического клапана, установка их в перепускном канале клапана осуществляется по отдельности. При установке в кольцевой клапан частей клапанного устройства между ними и поверхностью осевого отверстия клапана зачастую образуются зазоры (перекос относительно оси осевого отверстия клапана), вследствие этого происходит перетекание загрязненной рабочей жидкости по зазорам, загрязнение частей клапанного устройства, в особенности жиклера (дозирующего устройства), абразивными частицами, накопленными в рабочей жидкости (масле), а также частицами протирочного материала, попадающего при обслуживании частей клапанного устройства. Это в свою очередь приводит к уменьшению срока службы дозирующего устройства, снижению износостойкости элементов бурильного яса, нарушению точности заданного времени гидравлической задержки яса, снижению надежности работы яса.
Публичные сведения об известных заявителю аналогах полезной модели с выделением из них аналога, наиболее близкого к полезной модели по области его применения, совокупности заявленных в настоящей полезной модели признаков и назначению заявляемой полезной модели (прототипа), не выявлены.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение защиты дозирующего устройства от загрязнения, повышение точности времени гидравлической задержки яса, вследствие этого повышение надежности работы яса, повышение точности регулирования усилия для освобождения бурильной колонны от прихвата, сокращение времени установки дозирующего устройства в гидравлический кольцевой клапан.
Другой технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является импортозамещение используемых дорогостоящих зарубежных изделий экономически выгодным устройством отечественного производства.
Сущность технического решения заключается в том, что клапанное устройство для гидравлического кольцевого клапана, используемого в бурильном ясе, представляет собой моноблочный жиклер, который содержит корпус и расположенные в нем последовательно дроссельный блок, состоящий из нескольких дроссельных шайб, оси отверстий в которых смещены относительно друг друга, фильтр тонкой очистки, выполненный из прессованного металлического порошка, и стягивающую гайку с наружной резьбой и сквозным шестигранным отверстием, при этом корпус состоит из двух выполненных за одно целое полых цилиндров разных диаметров, на торце корпуса меньшего диаметра закреплен сетчатый фильтр, на внешней поверхности корпуса переход от цилиндра меньшего диаметра к цилиндру большего диаметра выполнен в виде фаски, а от торца корпуса большего диаметра выполнена коническая резьба так, что наружный диаметр резьбы уменьшается от торца корпуса к телу корпуса, на внутренней поверхности корпуса от торца корпуса большего диаметра выполнена цилиндрическая резьба, а переход от цилиндра большего диаметра к цилиндру меньшего диаметра образует кольцевой торец, к которому посредством упомянутой стягивающей гайки притянуты упомянутые дроссельный блок и фильтр тонкой очистки, упомянутая стягивающая гайка дополнительно неразъемно соединена с корпусом.
В моноблочном жиклере для гидравлического кольцевого клапана упомянутые сетчатый фильтр и стягивающая гайка соединены с корпусом жиклера посредством лазерной сварки.
Техническим результатом заявленного технического решения является создание нового клапанного устройства для гидравлического кольцевого клапана, а именно моноблочного жиклера, объединяющего в один узел дозирующее устройство, фильтр и винт с внутренним шестигранником и предназначенного для дросселирования рабочей жидкости (масла) и обеспечения заданного времени гидравлической задержки бурильного яса, при этом достигается сокращение времени установки клапанного устройства в канал кольцевого клапана, повышение удобства обслуживания клапанного устройства, устранение перекосов частей моноблочного жиклера, а именно дроссельного блока и фильтра тонкой очистки, относительно оси корпуса моноблочного жиклера, и, следовательно, зазоров между указанными частями моноблочного жиклера и внутренней поверхностью корпуса моноблочного жиклера, устранение перетекания рабочей жидкости (масла) по зазорам в силу отсутствия последних, повышение защиты дозирующего устройства от загрязнения, повышение точности времени гидравлической задержки яса, вследствие этого повышение надежности работы яса, повышение точности регулирования усилия для освобождения бурильной колонны от прихвата.
Техническим результатом также является импортозамещение повсеместно используемых дорогостоящих зарубежных изделий экономически выгодным устройством отечественного производства.
Сущность устройства поясняется чертежом, где представлен моноблочный жиклер для гидравлического кольцевого клапана в продольном разрезе.
В гидравлическом кольцевом клапане 1 установлен моноблочный жиклер 2, который содержит корпус 3 и расположенные в корпусе 3 последовательно дроссельный блок 5, состоящий из нескольких дроссельных шайб, оси отверстий в которых смещены относительно друг друга, фильтр тонкой очистки 6, выполненный из прессованного металлического порошка, и стягивающую гайку 7 с наружной резьбой и сквозным шестигранным отверстием.
Корпус 3 состоит из двух выполненных за одно целое полых цилиндров разных диаметров. Цилиндр меньшего диаметра имеет внешний диметр равный диаметру соответствующего сопригающегося отверстия в кольцевом клапане 2.
На торце корпуса 3 меньшего диаметра закреплен сетчатый фильтр 4, сетчатый фильтр 4 соединен с корпусом 3 посредством лазерной сварки.
На внешней поверхности корпуса 3 переход от цилиндра меньшего диаметра к цилиндру большего диаметра выполнен в виде фаски 9, а от торца корпуса большего диаметра выполнена коническая резьба 8 так, что наружный диаметр резьбы уменьшается от торца корпуса 3 к телу корпуса 3. Коническая резьба 8 на внешней поверхности корпуса 3 соответствует конической резьбе на кольцевом клапане 1.
На внутренней поверхности корпуса 3 от торца корпуса 3 большего диаметра выполнена цилиндрическая резьба, а переход от цилиндра большего диаметра к цилиндру меньшего диаметра образует кольцевой торец 1G, к которому посредством стягивающей гайки 7 притянуты дроссельный блок 5 и фильтр тонкой очистки 6. Цилиндрическая резьба на внутренней поверхности корпуса 3 соответствует наружной резьбе стягивающей гайки 7.
Стягивающая гайка 7 дополнительно неразъемно соединена с корпусом 3, что позволяет использовать шестигранное отверстие в стягивающей гайке 7 для установки моноблочного жиклера 2 в кольцевой клапан 1. Стягивающая гайка 7 дополнительно соединена с корпусом 3 посредством лазерной сварки.
Принцип работы устройства следующий. Моноблочный жиклер 2 устанавливают в гидравлический кольцевой клапан 1 путем ввинчивания по крепежно-уплотняющей конической резьбе 8 с помощью шестигранного внутреннего ключа (не показан). Моноблочный жиклер 2 устанавливают в гидравлический кольцевой клапан 1 заподлицо с поверхностью гидравлического кольцевого клапана 1 либо с утоплением, ограниченным фаской 9 на корпусе 3 моноблочного жиклера 2. Центрирование моноблочного жиклера 2 в кольцевом клапане 1 осуществляется по отверстию в кольцевом клапане 1, сопригающемуся с частью корпуса 3 моноблочного жиклера 2, имеющей меньший диаметр. Данная конструкция позволяет направить весь поток рабочей жидкости (масла) через моноблочный жиклер 2 (фильтр тонкой очистки 6 и дроссельный блок 5), перетекание рабочей жидкости (масла) между внутренней поверхностью корпуса 3 и торцами дроссельных шайб, входящих в дроссельный блок 5, фильтром тонкой очистки 6 не происходит, что повышает точность времени гидравлической задержки яса, как следствие, повышает надежность работы яса, повышает точность регулирования усилия для освобождения бурильной колонны от прихвата. Отсутствие указанного перетекания рабочей жидкости (масла) повышает защиту дозирующего устройства (дроссельного пакета 5) от загрязнения абразивными частицами. Конструкция моноблочного жиклера 2 сокращает время на его установку, обслуживание и замену, повышает удобство его обслуживания.
Моноблочный жиклер может быть изготовлен по заданным размерам канала в гидравлическом кольцевом клапане.
Работоспособность и эффективность технического решения подтверждена натурными испытаниями. Положительные результаты испытания подтвердили возможность его практического применения.