ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ НАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области нефтегазовой промышленности, в частности к скважинным устройствам, предохраняющим разрушающий и режущий инструмент от слома при превышении осевых нагрузок и вращающего момента в процессе бурения и вырезки участка обсадных колонн, а также найдет применение в машиностроении. Наибольшее применение найдет при создании технологических окон в обсадных колоннах для бурения боковых стволов, изоляции пластов и ликвидации скважин.
Известна предохранительная муфта по Ав.св. СССР №323578, предохранительная муфта по Ав.св. СССР №360486, шариковая предохранительная муфта по Ав.св. №334418, карданная предохранительная муфта по патенту RU №62680.
Недостатками указанных муфт является узкая область применения из-за:
- отсутствия в конструкции канала для промывочной жидкости и бурового раствора, что делает невозможным использование данных устройств в скважинных компоновках;
- невозможности контроля и предохранения разрушающего и режущего инструмента, долота, вырезающего устройства и пр. от осевых нагрузок.
Известна предохранительная муфта по Ав.св. СССР №712556, содержащая ведущую и ведомую полумуфты и установленные продольно упругие элементы, помещенные в наружных пазах ведомой полумуфты и регулировочный элемент, с целью повышения долговечности и плавности срабатывания, упругие элементы выполнены в виде отрезков троса, закрепленных одними концами на регулировочном элементе, а другими - на ведущей полумуфте.
Недостатками указанной муфты является узкая область применения, обусловленная:
- невозможностью контроля осевой нагрузки на разрушающий и режущий инструмент, что может привести к его слому;
- недостаточной эффективностью работы, связанной с необходимостью дополнительных спуско-подъемных операций (СПО) для возврата отрезков троса в рабочее положение при превышении величины крутящего момента в процессе бурения.
Известна компоновка низа бурильной колонны по патенту RU №2021485, включающая долото, забойный двигатель и утяжеленные бурильные трубы с узлами их соединения, содержащими муфту и ниппель, с целью повышения эффективности ликвидации прихватов при значительной площади контакта труб со стенками скважины путем проворачивания прихваченной колонны по частям, ниппели узлов соединения элементов компоновки зафиксированы относительно муфт в исходном положении срезными стопорными элементами, а упорные торцы ниппеля и муфты образуют зазор.
Недостатками указанной компоновки является узкая область применения из-за:
- невозможности контроля осевой нагрузки на разрушающий и режущий инструмент;
- недостаточной эффективности работы из-за одноразового использования, обусловленного необходимостью замены срезного стопорного инструмента, что требует дополнительных СПО.
Наиболее близким по конструктивному решению к предлагаемой полезной модели является демпфер наддолотный по патенту RU №84441, включающий цилиндрический корпус с головкой, присоединенный к головке трубчатый шток, размещенные на штоке тарельчатые пружины и наконечник, соединение корпуса с головкой выполнено шпоночным, причем шпонки вставлены в сквозные радиальные отверстия корпуса изнутри, торцы головки и наконечника, на которые опираются тарельчатые пружины, выполнены с радиальными пазами для циркуляции жидкости внутри корпуса, между наконечником и штоком размещен подвижный вдоль оси кольцевой компенсатор из упругого материала, например, капролона.
Недостатками указанного демпфера наддолотного является узкая область применения из-за:
- невозможности контроля осевой нагрузки на разрушающий и режущий инструмент, так как он предназначен только для гашения динамических нагрузок на буровой инструмент;
- невозможности предохранения разрушающего и режущего инструмента от превышения заданных величин крутящего момента.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение технологических возможностей устройства при повышении надежности и безопасности его работы и расширении области применения.
Технический результат достигается решением технической задачи, направленной на повышение технологичности устройства.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в устройство, включающее корпус, тарельчатые пружины, с целью предохранения разрушающего и режущего инструмента от превышающих величин осевой нагрузки и крутящего момента включены шлицевой вал с проходным отверстием, хвостовик с радиальными отверстиями, подшипник упорный, уплотнительный элемент и узел, предохраняющий от поломки вырезающее устройство при превышении вращающего момента, состоящий из полого вала, корпуса, подшипника упорного, шариков, установленных между двумя зубчатыми дисками, пружин тарельчатых, винтов регулировочных и уплотнительных элементов.
На фиг. представлено предохранительное нагрузочное устройство.
Предохранительное нагрузочное устройство жестко крепится к разрушающему или режущему инструменту (на фиг.1 не показано) и состоит из шлицевого вала 1 (фиг.1) с проходным отверстием, хвостовика 2 с радиальными отверстиями, корпуса 3, который в верхней части заканчивается втулкой со шлицами, пружин тарельчатых 4, подшипника упорного 5, уплотнительных элементов 6 и узла 7, предохраняющего от превышения вращающего момента.
Узел 7, предохраняющий от превышения вращающего момента, состоит из полого вала 8, корпуса 9, подшипника упорного 10, шариков 11, установленных между двумя зубчатыми дисками 12, пружин тарельчатых 13, винтов регулировочных 14 и уплотнительных элементов 15.
Усилие превышения вращающего момента передается на диски зубчатые 12, один из дисков жестко закреплен в корпусе 9, а другой (подвижно) - на полом валу 8. Между зубчатыми дисками установлены шарики 11, которые передают вращающий момент. Необходимый момент вращения регулируется винтами 14.
Устройство работает следующим образом.
При превышении допустимой вертикальной нагрузки на разрушающий или режущий инструмент, за счет частичной разгрузки веса напорных труб усилие веса передается через шлицевой вал 1 на пружины тарельчатые 4, в результате происходит сжатие пружины и разъединение шлицевого зацепления, при этом компенсируется вертикальное перемещение колонны и прерывается передача вращения на вырезающее устройство.
Одновременно с разъединением шлицевого зацепления происходит совмещение радиальных отверстий в шлицевом валу 1 с отверстием в корпусе 3, промывочная жидкость начнет истекать через них в скважину, что в свою очередь приведет к резкому падению давления в напорной колонне.
Падение давления промывочной жидкости на устье, при ее неизменном расходе укажет о превышении допустимой вертикальной нагрузки.
При превышении вращающего момента на разрушающий или режущий инструмент возникает осевое усилие, которое направлено вверх. Под действием этой силы подвижный зубчатый диск 12 преодолеет усилие сжатия тарельчатых пружин 13 и разъединит зацепление и прекратится передача вращения на вырезающее устройство.
Использование предлагаемой полезной модели дает следующие преимущества:
- возможность контроля осевой нагрузки на разрушающий и режущий инструмент при одновременном предохранении его от превышения заданной величины крутящего момента, что позволяет избежать слома рабочего разрушающего и режущего инструмента;
- расширяется область применения;
- повышается эффективность работы устройства.
Ориентировочный экономический эффект от использования предлагаемого предохранительного нагрузочного устройства в зависимости от глубины скважины составит от 0,1 до 0,5 млн. рублей.