МЕХАНИЧЕСКИЙ ЯСС
MECHANICAL JAR

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности, к устройствам для ликвидации прихватов колонн труб в скважине ударным методом.
Известен механический ясс (патент РФ №2243354, МПК 8 Е21В 31/107, опубл. в бюл. №36 от 27.12.2004), включающий корпус с наковальней, телескопически установленный в корпусе полый шток с ударником и наружными выступами, а также узел расцепления, включающий установленные в корпусе втулки, отличающийся тем, что узел расцепления состоит из расположенных в одной плоскости, перпендикулярной оси устройства, независимых друг от друга элементов с наружными пазами и с внутренними выступами, выполненными с возможностью одновременного взаимодействия с соответствующими наружными выступами на полом штоке и связанными с корпусом через выполненный в нем, по крайней мере, один кольцевой выступ, входящий в ответные наружные пазы элементов, при этом втулки выполнены с торцевыми конусными поверхностями, верхние и нижние поверхности элементов выполнены конусными и поджаты в осевом направлении пружинами через втулки по их торцевым конусным поверхностям для сжатия элементов в радиальном направлении.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, низкая надежность из-за быстрого износа и выхода из строя трущихся элементов устройства, а именно уплотнения и выступов штока;
- в-третьих, большие нагрузки на резьбовые соединения колонны труб, что может привести к обрыву колонны труб.
Наиболее близким по технической сущности является механический ясс (патент РФ №2282015, МПК 8 Е21В 31/107, опубл. в бюл. №23 от 20.08.2006 г.), включающий связанные с рабочей колонной и освобождаемым объектом корпус и шпиндель, зафиксированные между собой срезным штифтом и соединенные с образованием осевого люфта между своими ударными поверхностями, отличающийся тем, что корпус и шпиндель соединены между собой винтовой парой, а между упорными поверхностями корпуса и шпинделя размещен фрикционный элемент с высоким коэффициентом трения покоя.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, в процессе работы устройства необходимо изменять направление вращения (знакопеременное вращение) колонны труб, что может привести к отвороту (отсоединению) части колонны труб;
- во-вторых, на резьбы колонны труб и само устройство создаются большие нагрузки, так как ударные нагрузки в процессе работы устройства создаются за счет вращения колонны труб.
Все вышеотмеченное снижает надежность работы устройства.
Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства за счет снижения нагрузок на резьбовые соединения колонны труб и само устройство, а также исключение знакопеременного вращения колонны труб.
Поставленная задача решается механическим яссом, включающим корпус, связанный с рабочей колонной, телескопически вставленный с возможностью вращения и продольного перемещения вниз в корпус шпиндель с наковальней, соединяемый с освобождаемым объектом, и ударник, выполненный с возможностью ударного взаимодействия с наковальней при вращении корпуса относительно шпинделя.
Новым является то, что шпиндель снизу вверх оснащен на поверхности нижним регулируемым в продольном направлении упором, наковальней, выполненной в виде кольцевого выступа, и верхним упором, корпус снабжен внутренним ограничителем, располагаемым между наковальней и верхним упором, и торцевыми проточками снизу, равномерно размещенными по периметру с наклонной поверхностью в сторону вращения корпуса и продольной поверхностью с противоположной стороны, причем наковальня выполнена в виде кольцевого груза, установленного с возможностью продольного перемещения на шпинделе, поджатого пружиной от нижнего упора к наковальне и оснащенного на внешней торцевой поверхности проточками, соответствующими проточкам корпуса, с которыми состыкованы с возможностью скользящего взаимодействия при вращении корпуса относительно шпинделя, при этом на верхнем торце шпинделя и внутреннем торце корпуса выполнены соответствующие выборка и выступ, выполненные с возможностью взаимодействия для исключения взаимного проворота при перемещении корпуса вниз относительно шпинделя.
На фигуре 1 изображена конструкция предлагаемого механического ясса.
На фигуре 2 изображен разрез верхней части устройства.
На фигуре 3 изображен разрез соединения наковальни со шпинделем.
Механический ясс (см. фиг.1) включает корпус 1, связанный с рабочей колонной 2, телескопически вставленный с возможностью вращения и продольного перемещения вниз в корпус 1 шпиндель 3, соединяемый с освобождаемым объектом (не показано).
Шпиндель 3 снизу вверх оснащен на поверхности нижним регулируемым в продольном направлении упором 4, наковальней 5, выполненной в виде кольцевого выступа 6 и верхним упором 7.
Ударник 8 выполнен с возможностью ударного взаимодействия с наковальней 5 при вращении корпуса 1 относительно шпинделя 3 (см. фиг.1 и 3). Наковальня 5 соединена со шпинделем 3 шпонкой 9.
Корпус 1 (см. фиг.1) снабжен внутренним ограничителем 10, располагаемым между наковальней 5 и верхним упором 7. Корпус 1 снабжен торцевыми проточками 11 снизу, равномерно размещенными по периметру с наклонной поверхностью в сторону вращения корпуса 1 и продольной поверхностью 12 с противоположной стороны.
Наковальня 5 выполнена в виде кольцевого груза, установленного с возможностью продольного перемещения на шпинделе 3, поджатого пружиной 13 от нижнего упора 4 к наковальне 5 и оснащенного на внешней торцевой поверхности наклонными 14 и продольными 14' проточками, соответствующими проточкам 11 и 12 корпуса 1, с которыми состыкованы с возможностью скользящего взаимодействия при вращении корпуса 1 относительно шпинделя 3.
На верхнем торце шпинделя 3 и внутреннем торце корпуса 1 выполнены соответствующие выборка 15 (см. фиг.1 и 2) и выступ 16, выполненные с возможностью взаимодействия для исключения взаимного проворота при перемещении корпуса 1 вниз относительно шпинделя 3.
Устройство работает следующим образом.
На устье скважины (на фиг.1, 2, 3 не показано) нижнюю часть шпинделя 3 оснащают метчиком 17, предназначенным для соединения с верхним концом прихваченной колонны труб (на фиг.1, 2, 3 не показано), подлежащей извлечению из скважины. Механический ясс спускают в скважину на конце рабочей колонны труб 2 (например 73 мм колонне бурильных труб) до взаимодействия метчика 16 с верхним торцом прихваченной колонны труб. После чего разгружают рабочую колонну труб 2 и корпус 1 на шпиндель 3, при этом выборка 15 (см. фиг.1 и 2), выполненная на верхнем торце шпинделя 3, и выступ 16 (см. фиг.1), выполненный на внутреннем торце корпуса 1, взаимодействуют друг с другом, при этом верхний упор 7 шпинделя 3 упирается в верхний внутренний торец 17 корпуса 1. Производят вращение рабочей колонны 2 против часовой стрелки (см. фиг.1) при этом благодаря продольной поверхности 12 корпуса 1, которая жестко упирается в продольную поверхность 14′ на верхнем торце наковальни 5 и передает вращение от корпуса 1 на наковальню 5, которая, в свою очередь, через шпонку 9 передает вращение на шпиндель 3, оснащенный снизу метчиком 17, который заворачивается в верхний конец прихваченной колонны труб.
Далее приподнимают рабочую колонну труб 2, при этом выборка 15 (см. фиг.1 и 2), выполненная на верхнем торце шпинделя 3, и выступ 16 (см. фиг.1), выполненный на внутреннем торце корпуса 1, выходят из взаимодействия друг с другом, при этом верхний упор 7 шпинделя 3 отходит в верхний внутренний торец 18 корпуса 1.
Рабочей колонне труб 2 дают небольшую натяжку, например на 30 кН-50 кН. После чего с помощью ротора с устья скважины придают рабочей колонне труб 2 вращательное движение по часовой стрелке. В свою очередь, рабочая колонна труб 2 передает вращательное движение на корпус 1, который своими нижними торцевыми проточками 11, направленными в сторону вращения, равномерно размещенными по периметру корпуса 1 с наклонной поверхностью, скользит по верхней торцевой поверхности наковальни 5, выполненной в виде аналогичных проточек 14 с наклонной поверхностью. В результате шпиндель 3, соединенный шпонкой 9 с ударником 8, перемещается вверх, сжимая пружину 13, поджатую вверх от нижнего упора 4 к наковальне 5. В определенный момент заканчивается участок наклонной поверхности с торцевой проточкой 11 корпуса 1 и наковальня 5 своей продольной проточкой 14′ попадает в нижний торец корпуса 1 с продольной поверхностью 12. В результате происходит обратное движение и шпиндель 3 с ударником 8 возвращаются в исходное положение, при этом происходит резкий удар ударника 8 о кольцевой выступ 6 наковальни 5, который через шпиндель 3 передается на прихваченную колонну труб. Так происходит один цикл удара. При последующем вращении цикл удара повторяется так, как описано выше. В результате происходит ударное воздействие на прихваченную колонну труб в скважине до освобождения прихваченной колонны труб из скважины.
Сила ударного воздействия на прихваченную колонну труб определяется характеристикой пружины 13, зависящей от ее конструктивных размеров (длин, шаг и т.д.), а также ее физико-химическими свойствами. Кроме того, положение нижнего упора 4 относительно шпинделя 3 регулируется, например, с помощью резьбы, что позволяет как увеличить, так и уменьшить силу ударного воздействия на прихваченную колонну труб, но это необходимо сделать заранее перед спуском устройства.
Предложенный механический ясс позволяет снизить нагрузки на резьбовые соединения колонны труб и непосредственно на само устройство, а также исключает знакопеременное вращение колонны труб в процессе ударного воздействия на прихваченную колонну труб, что в целом позволяет повысить надежность работы устройства.