ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к буровой технике, а именно, к устройствам для создания ударных нагрузок, направленных вверх, с целью освобождения прихваченной части бурильной и обсадной колонны, забойного двигателя, пакера и другого инструмента в нефтяной или газовой скважине.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является гидравлический ясс, состоящий из трубчатого корпуса и полого внутреннего шпинделя, соединенных без вращения между собой шлицевым соединением, кольцевого поршня, установленного на полом внутреннем шпинделе, напорной и демпферной камер, образованных между корпусом и шпинделем и заполненных рабочей жидкостью, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, в демпферной камере установлен с возможностью скольжения демпфер в виде поршневого кольца, между корпусом и шпинделем содержится арретирующее устройство, а также дозирующее устройство, пропускающее ограниченный объем рабочей жидкости при движении в дроссельном канале, причем арретирующее устройство выполнено в виде перепускной втулки, размещенной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, расположенной со стороны демпферной полости, при этом дозирующее устройство выполнено в виде дроссельных канавок на торце кольцевого поршня между контактирующими друг с другом торцами поршня и уплотнительной втулки (патент РФ №2288344, МПК Е21В 31/113, публ. 27.11.2006 г.).
Недостатком известной конструкции является возможность случайного срабатывания ясса из-за отсутствия осевой фиксации полого внутреннего шпинделя в трубчатом корпусе, сохраняемой до определенной величины натяжения труб, что снижает эффективность работы механизма. Также неожиданная активизация и нанесение ударов гидравлического ясса при бурении, спусках и подъемах бурильной колонны приводит к увеличению износа внутренних деталей.
Кроме того, через суфлирующее отверстие, служащее для понижения перепада давлений на уплотнениях подвижных частей шпинделя и корпуса, буровой раствор из затрубного пространства проникает между подвижными трущимися деталями, загрязняя и разрушая уплотнения, и изнашивая детали, что приводит к понижению срока их службы.
Недостатком известного гидравлического ясса является и то, что шлицевое соединение трубчатого корпуса и полого внутреннего шпинделя не защищено максимально от воздействия бурового раствора и от быстрого износа шлицев при трении в процессе эксплуатации изделия, в результате чего понижается срок службы данной конструкции.
Техническая задача заключается в повышении срока службы и эффективности работы гидравлического ударного механизма.
Технический результат достигается за счет того, что гидравлический ударный механизм, состоящий из трубчатого корпуса и полого внутреннего шпинделя, соединенных без вращения между собой шлицевым соединением, кольцевого поршня, установленного на полом внутреннем шпинделе, напорной и демпферной камер, образованных между трубчатым корпусом и полым внутренним шпинделем и заполненных рабочей жидкостью, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, демпфера, арретирующего устройства в виде перепускной втулки, размещенной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, дозирующего устройства в виде дроссельных канавок, согласно полезной модели, снабжен разрывным устройством и стопорным кольцом, между трубчатым корпусом и полым внутренним шпинделем образована маслонаполненная камера в месте шлицевого соединения, дроссельные канавки выполнены на торце уплотнительной втулки между контактирующими друг с другом торцами кольцевого поршня и уплотнительной втулки, в трубчатом корпусе дополнительно установлены трехрядные комбинированные уплотнения.
Преимуществом предлагаемой полезной модели по отношению к прототипу является наличие маслонаполненной камеры, образованной между трубчатым корпусом и полым внутренним шпинделем в месте шлицевого соединения, обеспечивающей защиту шлицев от износа, что приводит к повышению срока службы изделия.
Предлагаемая полезная модель снабжена разрывным устройством, выполненным в виде разрывной дифференциальной втулки, для поддержания рабочих органов гидравлического ударного механизма в исходном положении в отсутствие прихвата и предупреждения его неконтролируемого срабатывания, например, в процессе бурения или подъема инструмента.
Кроме того, размещенное в корпусе стопорное кольцо предотвращает выпадение фрагментов разрывного устройства внутрь колонны после срабатывания механизма.
В отличие от прототипа, у которого дроссельные канавки выполнены на торце кольцевого поршня, в предлагаемой полезной модели дроссельные канавки выполнены на торце уплотнительной втулки между контактирующими друг с другом торцами кольцевого поршня и уплотнительной втулки. Такое решение объясняется следующим образом. Кольцевой поршень и уплотнительная втулка представляют собой прецизионную пару, требующую индивидуальной подгонки (притирки), причем торцы этих деталей притирают с уже выполненными дроссельными канавками. Для максимально эффективной работы гидравлического ударного механизма необходимо точное определение времени дросселирования масла при постоянной осевой нагрузке. Время дросселирования масла напрямую зависит от величины поперечного сечения дроссельных канавок, и оптимальное значение этой величины достигается экспериментальным путем при испытаниях на специальном стенде. До тех пор, пока время дросселирования масла не будет соответствовать требуемому значению, осуществляют разъединение прецизионной пары и подшлифовку металла или его срез, в зависимости от того, уменьшают или увеличивают размер дроссельных канавок на той детали, в которой они выполнены. Этот процесс подгонки может повторяться неоднократно, поэтому целесообразно его производить на уплотнительной втулке, так как по сравнению с кольцевым поршнем она конструктивно более проста, площадь ее торца значительно больше, и она более устойчива к шлифовке. Таким образом, выполнение дроссельных канавок на торце уплотнительной втулки при менее сложных и трудоемких технологических процессах обеспечивает повышение точности времени дросселирования масла и эффективность работы изделия.
В предлагаемой конструкции, в отличие от прототипа, помимо уплотнений подвижных и неподвижных соединений, предназначенных для гашения вибрации рабочих органов и обеспечения герметичности, в трубчатом корпусе дополнительно установлены трехрядные комбинированные уплотнения, выполненные в виде комбинации двух разрезных медных колец, двух защитных медных колец и установленного между ними резинового кольца. Введение трехрядных комбинированных уплотнений обеспечивает надежную центрацию полого внутреннего шпинделя относительно трубчатого корпуса, соосность движущихся друг относительно друга рабочих деталей и дополнительную герметичность конструкции.
Выполнение полезной модели с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет получить высокоэффективный гидравлический ударный механизм для ликвидации прихвата инструмента в скважинах.
На фиг.1 и фиг.2 показан продольный разрез гидравлического ударного механизма.
Гидравлический ударный механизм состоит из трубчатого корпуса 1 (фиг.1) и полого внутреннего шпинделя 2, телескопически соединенных без вращения между собой шлицевым соединением 3, кольцевого поршня 4 (фиг.2), установленного на полом внутреннем шпинделе 2, уплотнений 5 подвижных соединений, уплотнений 6 неподвижных соединений, напорной камеры 7, демпферной камеры 8, образованных между трубчатым корпусом 1 и полым внутренним шпинделем 2 и заполненных рабочей жидкостью, а также маслонаполненной камеры 9 в месте шлицевого соединения 3.
Полый внутренний шпиндель 2 выполнен из частей 10, 11, 12, 13, соединенных между собой резьбами. На часть 11 полого внутреннего шпинделя 2 навинчен боек 14. Трубчатый корпус 1 выполнен из частей 15, 16 с торцем 17, взаимодействующим с бойком 14, частей 18, 19, 20, 21, 22, 23, соединенных между собой резьбами.
Внутренняя полость трубчатого корпуса 1 выполнена в виде гладкой цилиндрической поверхности 24 с частью увеличенного диаметра 25 для взаимодействия с кольцевым поршнем 4.
Арретирующее устройство 26 выполнено в виде перепускной втулки 27, размещенной во внутренней полости кольцевого поршня 4 и уплотнительной втулки 28. Дозирующее устройство 29 выполнено в виде дроссельных канавок 30 на торце 31 уплотнительной втулки 28 между контактирующими друг с другом торцом 32 кольцевого поршня 4 и торцом 31 уплотнительной втулки 28. В демпферной камере 8 плотно установлен с возможностью скольжения демпфер 33, состоящий из втулки защитной 34, уплотнительных колец 35 и предназначенный для уравновешивания давления в демпферной камере 8 и затрубном пространстве.
В трубчатом корпусе 1 установлены трехрядные комбинированные уплотнения 36, выполненные в виде комбинации двух разрезных медных колец 37, двух защитных медных колец 38 и установленного между ними резинового кольца 39. Заливка и прокачка рабочей жидкости, например, масла Shell Torkula, позволяющего избежать резкого снижения его вязкости при высокой температуре, осуществляется через отверстия с пробками 40, размещенными в трубчатом корпусе 1.
Разрывное устройство 41, выполненное в виде разрывной втулки и соединенное резьбой с полым внутренним шпинделем 2, удерживает трубчатый корпус 1 и полый внутренний шпиндель 2 в исходном сомкнутом положении. Расположенное в трубчатом корпусе 1 стопорное кольцо 42 предотвращает выпадение фрагментов разрывного устройства 41 внутрь колонны.
Устройство работает следующим образом.
Гидравлический ударный механизм верхним концом полого внутреннего шпинделя 2 с помощью резьбы соединяется с утяжеленной бурильной трубой (не показана на чертеже), а нижним концом трубчатого корпуса 1 с помощью резьбы соединяется с компоновкой низа бурильной колонны (не показана на чертеже). Он защищен разрывным устройством 41 от самопроизвольного срабатывания.
В случае возникновения прихвата в бурильной колонне создают высокие растягивающие напряжения, достаточные для разрушения разрывного устройства 41. При дальнейшем натяжении бурильной колонны (подъемным устройством на буровой) кольцевой поршень 4, установленный на полом внутреннем шпинделе 2, перемещается по гладкой цилиндрической поверхности 24 трубчатого корпуса 1, в результате чего масло дросселируется через дроссельные канавки 30 на торце 31 уплотнительной втулки 28. В напорной камере 7 возникает давление, пропорциональное усилию растяжения. Вследствие дросселирования масла скорость перемещения подъемного устройства значительно выше скорости перемещения полого внутреннего шпинделя 2, что позволяет создать вытяжку бурильной колонны, появляется сила упругости растянутой колонны труб. Пройдя гладкую цилиндрическую поверхность 24 трубчатого корпуса 1, кольцевой поршень 4 выходит в часть увеличенного диаметра 25, и масло получает возможность резкого перетока, в результате чего давление в напорной камере 7 резко падает. При сбросе давления бурильные трубы под воздействием силы упругости сжимаются, тем самым ускоряя утяжеленную бурильную трубу и полый внутренний шпиндель 2, происходит удар бойка 14, направленный снизу вверх, по торцу 17 части 16 трубчатого корпуса 1.
Гидравлический ударный механизм наиболее эффективен при постоянном нахождении в составе компоновки бурильной колонны, так как успех ликвидации прихвата зависит, в первую очередь, от времени с момента его возникновения.