ЯС ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к ударным механизмам бурильной колонны, позволяющим многократно создавать ударную осевую нагрузку для высвобождения бурильной колонны от прихвата. Гидравлический яс устанавливается в колонну бурильных труб и работает от движения колонны в заданном направлении в результате реакции на продольное усилие, прилагаемое к застрявшей бурильной колонне и ясу.
Известен гидравлический бурильный яс двустороннего действия по патенту RU №2544352 (опубл. 20.03.2015), состоящий из трубчатого корпуса и полого штока, соединенных между собой подвижной шлицевой парой для передачи крутящего момента на колонну бурильных труб ниже устройства. Трубчатый корпус выполнен составным, при этом со стороны верхнего края содержит присоединительную резьбу для колонны бурильных труб, в средней части содержит внутренние выступы-наковальни, со стороны нижнего края содержит внутренние шлицы и уплотнитель. Полый шток выполнен составным, при этом со стороны верхнего края трубчатого корпуса содержит верхний поршень с уплотнителем, ударники, размещенные между внутренними выступами-наковальнями трубчатого корпуса, со стороны нижнего края трубчатого корпуса содержит нижний поршень с уплотнителем. В нижней части полый шток имеет присоединительную резьбу для колонны бурильных труб. Трубчатый корпус и полый шток образуют камеру, заполненную рабочей жидкостью - маслом, содержащую два ограничивающих механизма сообщения жидкости для разделения камеры при работе устройства на камеру высокого давления и камеру низкого давления. Ограничивающие механизмы камеры выполнены в виде поясков увеличенного диаметра полого штока, кольцевых клапанов, каждый из которых установлен в камере рабочей жидкости, внутренняя поверхность каждого кольцевого клапана плотно контактирует с соответствующим пояском увеличенного диаметра полого штока. Каждый клапан ограничивает течение жидкости внутри камеры в направлении, противоположном направлению действия второго клапана. Ограничивающие механизмы расположены в разных частях камеры, разобщенных центральным поршнем с собственным уплотнителем, при этом центральный поршень образован кольцевым буртом увеличенного диаметра полого штока и размещен в камере рабочей жидкости, образованной внутренним диаметром полого корпуса. Верхний клапан ограничивает течение рабочей жидкости из камеры высокого давления, образованной центральным поршнем, внутренним диаметром полого корпуса, самим верхним клапаном и полым штоком, в камеру низкого давления, образованную верхним поршнем со стороны верхнего края полого штока, внутренним диаметром полого корпуса, верхним кольцевым клапаном и полым штоком. Нижний клапан ограничивает течение рабочей жидкости из камеры высокого давления, образованной центральным поршнем, внутренним диаметром полого корпуса, самим нижним клапаном и полым штоком, в камеру низкого давления, образованную нижним поршнем со стороны нижнего края полого штока, внутренним диаметром полого корпуса, самим нижним клапаном и полым штоком. Верхний поршень выполнен плавающим с собственными наружным и внутренним уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью трубчатого корпуса и с наружной поверхностью полого штока, с возможностью продольного перемещения внутри трубчатого корпуса и относительно полого штока. Устройство содержит подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход полого штока относительно трубчатого корпуса таким образом, что центральный поршень полого штока находится впромежуточном положении между клапанами, чтобы возможно было целенаправленно создать первый удар как вверх, так и вниз. Подпружиненный механизм защелки размещен внутри трубчатого корпуса в полости, образованной верхним поршнем, внутренней поверхностью трубчатого корпуса, наружной поверхностью полого штока и промежуточным поршнем, заполненной рабочей жидкостью-маслом. Устройство содержит верхний переводник для корпуса, выполненный с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки переводника уменьшенной толщиной и уменьшенным наружным диаметром.
Недостатком данного гидравлического бурильного яса двустороннего действия является отсутствие защиты от повреждений уплотняемой поверхности полого штока в нижней части яса, наружная поверхность которого имеет защитное покрытие из твердого сплава или хромовое покрытие. Вследствие того, что центральный поршень полого штока находится в промежуточном положении между клапанами, чтобы возможно было целенаправленно создать первый удар вниз и сложить яс до упора для удара вниз, часть защитного покрытия штока остается открытой при заблокированном штоке и всегда является открытой во время эксплуатации. Открытую часть штока можно повредить при сборке яса в бурильную колонну во время монтажных операций, также защитное покрытие остается подверженным механическим и химическим повреждениям в открытом стволе скважины. Это приводит к потере герметичности уплотнения маслонаполненной камеры яса, прихвату штока в корпусе, утечкам рабочей жидкости-масла и аварийной остановке яса в скважине в результате потери его работоспособности.
Наиболее близким аналогом яса гидравлического является яс гидромеханический двустороннего действия (Патент №190837, публ. 15.07.2019), выбранный за прототип и состоящий из трубчатого корпуса и полого штока, между которыми находится рабочая жидкость - масло, соединенных между собой подвижными шлицами, которые заполнены рабочей жидкостью - маслом, ударников, поршней, связанных со штоком резьбовыми соединениями, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, клапанов, ограничивающих течение рабочей жидкости - масла в единственной гидравлической камере, образованной полым штоком, трубчатым корпусом и двумя поршнями, подпружиненного механизма защелки, размещенного в полости, образованной трубчатым корпусом и полым штоком, ограниченной третьим поршнем, закрепленным на конце полого штока и вторым поршнем гидравлической камеры с возможностью блокировки продольного хода полого штока относительно трубчатого корпуса в одном направлении, при этом второй ударник расположен снаружи трубчатого корпуса, а первый ударник - внутри корпуса, внутри трубчатого корпуса содержится резьбовая втулка с фиксацией настраиваемого положения стопорным устройством для изменения натяга подпружиненного механизма защелки.
3
Недостатком данного бурильного яса двустороннего действия является недостаточная степень коррозионной защиты внутренней уплотнительной поверхности корпуса, создающей с ответными уплотнением, установленным в поршень, границу разделения внутренней маслонаполненной полости устройства с внешней химически агрессивной средой - буровым раствором. В РФ для данной детали доступна технология защиты протяженной внутренней цилиндрической поверхности гальваническим хромированием. Хромовое покрытие имеет существенный недостаток при работе деталей в соленасыщенных буровых растворах с концентрацией соли более 50 кг/м, заключающийся в слабой защите основного металла по причине пористости хромированного слоя и, как следствие, образовании подслоевой коррозии основного металла, образовании каверн и отслаивании хромового покрытия. Повреждение хромового покрытия внутренней уплотнительной поверхности корпуса приводит к повреждению уплотнения, установленного в поршень, разгерметизации маслонаполненной полости и потере работоспособности яса.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача повышения показателей бурения скважин при повышении ресурса и надежности устройства за счет повышения степени коррозионной защиты внутренней уплотнительной поверхности корпуса, исключения попадания посторонних частиц на ударяемую поверхность, увеличения ресурса и прочности корпуса в местах промежуточных резьбовых соединений.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемой полезной модели полый составной шток имеет внутреннюю резьбу для неподвижного соединения с верхней частью колонны бурильных труб, трубчатый составной корпус имеет наружную резьбу для неподвижного соединения с нижней частью колонны бурильных труб, полый составной шток и трубчатый составной корпус оснащены переводниками, выполненными с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки переводника с уменьшенной толщиной, трубчатый составной корпус, создающий с поршнем границу разделения внутренней полости устройства с буровым раствором, включает втулку из нержавеющей стали твердостью не менее 38 HRC.
Отличительными признаками предлагаемого яса гидравлического является то, что полый составной шток, имеющий внутреннюю резьбу для неподвижного соединения с верхней частью колонны бурильных труб, трубчатый составной корпус имеет наружную резьбу для неподвижного соединения с нижней частью колонны бурильных труб, полый составной шток и трубчатый составной корпус оснащены переводниками, выполненными с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки переводника с уменьшенной толщиной; трубчатый составной корпус, создающий с поршнем границу разделения внутренней полости устройства с буровым раствором, включает втулку из нержавеющей стали твердостью не менее 38 HRC.
Благодаря наличию этих признаков предлагаемая конструкция яса гидравлического повышает показатели бурения скважин при повышении ресурса и надежности устройства за счет повышения степени коррозионной защиты внутренней уплотнительной поверхности корпуса, исключения попадания посторонних частиц на ударяемую поверхность, увеличения ресурса и прочности корпуса в местах промежуточных резьбовых соединений.
На прилагаемых фигурах иллюстрируется сущность яса гидравлического.
На фиг. 1 изображен продольный разрез яса гидравлического.
Яс состоит из трубчатого составного корпуса 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и полого составного штока 8, 9, 10, 11, соединенных между собой подвижным шлицевым зацеплением. Верхняя часть полого составного штока 8 содержит верхний переводник 12 с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки переводника с уменьшенной толщиной. Внутри трубчатого составного корпуса детали 4 и 5 содержат торцы - наковальни 13 и 14 соответственно, а на полом составном штоке 8 и 9 расположены ударники 15 и 16, которые участвуют при создании ударных нагрузок. В средней части трубчатого составного корпуса между деталями трубчатого составного корпуса 3 и 4 и полого составного штока 9 расположен подпружиненный механизм защелки 17 и резьбовой регулятор 18для настройки усилия открытия защелки. В нижней части трубчатого составного корпуса - детали 5, 6, 7, образована внутренняя рабочая гидравлическая полость А, ограниченная поршнем полого составного штока 10 и поршнем 11, которая содержит кольцевые гидравлические клапана 19, 20, дросселирующие поток рабочей жидкости. Нижняя часть трубчатого составного корпуса 7 содержит нижний переводник 21 с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки переводника с уменьшенной толщиной.
На фиг. 2 изображен фрагмент части трубчатого составного корпуса яса гидравлического.
Составная часть трубчатого корпуса 7 и поршня 11 через уплотнения 22 создают границу разделения внутренней полости устройства с буровым раствором. Для коррозионной защиты внутренней поверхности трубчатого составного корпуса 7 установлена втулка 23, выполненная из нержавеющей стали. Присоединительной резьбой верхнего переводника 12 полого составного штока 8 соединяется с утяжеленной бурильной трубой (не показано на чертеже), а присоединительной резьбой нижнего переводника 8 соединяется с компоновкой низа бурильной колонны (не показано на чертеже). В случае возникновения прихвата бурильной колонны ниже места установки яса проводят аварийные работы с применением яса бурового гидравлического двустороннего действия.
Для срабатывания яса вверх, производят натяжение бурильной колонны (подъемным устройством на буровой), при этом необходимо предварительно натянуть бурильную колонну на величину усилия срабатывания подпружиненного механизма защелки 17. В следствие этого происходит перемещение полого составного штока относительно неподвижного трубчатого составного корпуса, начнется переток рабочей жидкости в полости А из нижней камеры в верхнюю через клапан гидравлический 19. Вследствие дросселирования рабочей жидкости, скорость перемещения подъемного устройства значительно выше скорости перемещения составного полого штока, что позволяет создать вытяжку бурильной колонны, появляется сила упругости растянутой колонны труб. В нижней камере гидравлической полости А, ограниченной поршнем 11 полого составного штока возникает давление, пропорциональное усилию растяжения. Рабочая жидкость после окончания дросселирования через клапан 19, получает возможность резкого перетока, в результате чего давление резко падает, гидравлическая сила, удерживающая трубы в растянутом состоянии, исчезает, бурильные трубы сжимаются, тем самым ускоряя утяжеленную бурильную трубу и полый составной шток, происходит удар об торец 13 трубчатого корпуса ударником 15 полого составного штока, направленный снизу - вверх.
Для срабатывания яса вниз разгружают колонну труб до выбранной величины. Двигаясь вниз под действием собственной массы, трубы перемещают полый составной шток относительно трубчатого составного корпуса, происходит дросселирование рабочей жидкости через клапан 20. В верхней камере гидравлической полости А, ограниченной поршнем полого составного штока 10 возникает давление, пропорциональное усилию сжатия. Рабочая жидкость после окончания дросселирования через клапан 20 получает возможность резкого перетока, в результате чего давление резко падает, полый составной шток быстро перемещается вниз и торцом поршня штока 16 ударяет по внутреннему торцу 14 корпуса, и, следовательно, по прихваченному инструменту.
Специалистами ООО «Гидробур-сервис» опытным путем установлено, что твердость более 38 HRC нержавеющей втулки, установленной в трубчатый составной корпус, обеспечивает износостойкость и коррозионностойкость, и, следовательно, герметичность внутренней полости яса при эксплуатации в соленасыщенных растворах.
Специалистами ООО «Гидробур-сервис» практическим путем на опыте изготовления и обслуживания буровой техники установлено, что изготовление уплотняемой поверхности из нержавеющей стали с твердостью более 38 HRC работающей в паре с подвижным эластичным уплотнением, является эффективным решением, заменяющим хромирование уплотняемой поверхности. Установка в трубчатый составной корпус втулки из нержавеющей стали твердостью не менее 38 HRC обеспечивает износостойкость и коррозионностойкость, и, следовательно, герметичность внутренней полости яса при эксплуатации в соленасыщенных растворах.