БУРОВОЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к буровой технике, а именно, к устройствам для создания ударных нагрузок, направленных вверх или вниз, 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 бурильный яс, состоящий из трубчатого корпуса и полого шпинделя, соединенных без вращения между собой шлицевым соединением, камеры, образованной между трубчатым корпусом и полым шпинделем и заполненной рабочей жидкостью, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, подпружиненного механизма защелки, блокирующего продольный ход полого шпинделя относительно трубчатого корпуса, ограничивающего механизма сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры в виде кольцевого клапана (патент РФ №2310061, МПК Е21В 31/113, публ. 10.11.2007 г.), который принят за прототип.
Недостатком известного гидравлического яса является то, что используемые в нем кольцевые клапаны имеют очень сложную конструкцию, включающую большое количество деталей, что снижает надежность его работы, среди них имеется несколько прецизионных пар, следовательно, применение таких элементов значительно повышает себестоимость изделия и трудоемкость его изготовления.
Недостатком известной конструкции является то, что резьбовые соединения, связывающие составные части трубчатого корпуса, выполнены коническими, что повышает его себестоимость и трудоемкость его изготовления, так как помимо дорогостоящей нарезки необходимо дополнительное уплотнение каждой резьбы. Кроме того, применение конических резьб снижает прочность изделия.
Задача заключается в повышении надежности работы бурового гидромеханического ударного механизма двухстороннего действия, а также снижении себестоимости и трудоемкости его изготовления.
Технический результат достигается за счет того, что в буровом гидромеханическом ударном механизме двухстороннего действия, включающем трубчатый корпус и полый шпиндель, выполненные составными и телескопически связанные без вращения между собой шлицевым соединением, причем составные части трубчатого корпуса и полого шпинделя связаны между собой резьбовыми соединениями, камеру, образованную между трубчатым корпусом и полым шпинделем, состоящую, по крайней мере, из трех секций и заполненную рабочей жидкостью, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры, подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход полого шпинделя относительно трубчатого корпуса, согласно полезной модели, ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры выполнен в виде поршневого узла, представляющего собой две пары припасованных друг с другом опоры и кольцевого поршня, причем каждая опора выполнена с кольцевыми канавками для дросселирования рабочей жидкости, а в одной из секций камеры размещен плавающий демпфер.
Кроме того, все резьбовые соединения выполнены цилиндрическими.
Преимуществом предлагаемой полезной модели по отношению к прототипу является то, что ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры выполнен в виде поршневого узла, представляющего собой две пары припасованных друг с другом опоры и кольцевого поршня, причем каждая опора выполнена с кольцевыми канавками для дросселирования рабочей жидкости.
Такая конструкция проста, содержит малое количество деталей, не требует сложных и трудоемких технологических операций при своем изготовлении, так как не содержит прецизионных пар, и выполняется на универсальных станках, что гарантирует надежность ее работы и в то же время снижает себестоимость изделия. Повышение точности времени дросселирования рабочей жидкости через кольцевые канавки, обеспечивающее эффективную работу ударного механизма, достигается путем уменьшения или увеличения площади поперечного сечения кольцевой канавки опоры, что также не требует больших затрат.
Предлагаемая полезная модель снабжена плавающим демпфером, размещенным в одной из секций камеры. Он обеспечивает герметичность и защиту рабочих органов от действия бурового раствора, а также выравнивает давление в камере с рабочей жидкостью и в затрубном пространстве в результате температурных колебаний и при работе механизма, что повышает надежность работы устройства.
Кроме того, все резьбовые соединения предлагаемой конструкции выполнены цилиндрическими. Это позволяет выполнить составные части трубчатого корпуса максимальной толщины, что повышает прочность изделия. Нарезка цилиндрической резьбы гораздо экономичнее, чем конической, а герметичность цилиндрических резьбовых соединений обеспечивается установкой стандартных уплотнительных колец. В целом, выполнение всех резьбовых соединений цилиндрическими позволяет повысить прочность и значительно снизить себестоимость изделия.
На фиг.1 и фиг.2 показан продольный разрез бурового гидромеханического ударного механизма двухстороннего действия.
На фиг.3 показан элемент А на фиг.1 поршневого узла в камере с рабочей жидкостью.
Буровой гидромеханический ударный механизм двухстороннего действия состоит из трубчатого корпуса 1 (фиг.1) и полого шпинделя 2, телескопически связанных без вращения между собой шлицевым соединением 3, причем трубчатый корпус 1 выполнен составным из частей 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (фиг.1, фиг.2), соединенных между собой цилиндрическими резьбовыми соединениями 11, полый шпиндель 2 выполнен составным из частей 12, 13, 14, 15, 16, соединенных между собой цилиндрическими резьбовыми соединениями 17. Часть 4 трубчатого корпуса 1 содержит ударные торцы 18, 19. Часть 12 полого шпинделя 2 содержит ударный торец 20, взаимодействующий с ударным торцем 18 части 4 трубчатого корпуса 1, часть 13 полого шпинделя 2 содержит ударный торец 21, взаимодействующий с ударным торцем 19 части 4 трубчатого корпуса 1. Часть 7 трубчатого корпуса 1 в середине имеет гладкую рабочую поверхность 22, которая с обеих сторон переходит в расширенные поверхности 23, 24, служащие для резкого сброса давления рабочей жидкости при работе механизма.
Между трубчатым корпусом 1 и полым шпинделем 2 образована камера 25, заполненная рабочей жидкостью и состоящая из секций 26, 27, 28. Ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций, а именно из полости 29 секции 27 камеры 25 в полость 30 секции 27 камеры 25 (при ударе, направленном снизу вверх) и в обратном направлении (при ударе, направленном сверху вниз), выполнен в виде поршневого узла А (фиг.3), представляющего собой две пары припасованных друг с другом опоры 31 и кольцевого поршня 32, опоры 33 и кольцевого поршня 34, причем опора 31 выполнена с кольцевыми канавками 35, опора 33 выполнена с кольцевыми канавками 36 для дросселирования рабочей жидкости.
В секции 28 (фиг.2) камеры 25 установлен подпружиненный тарельчатыми пружинами 37 и удерживаемый конусными фиксаторами 38 подпружиненный механизм защелки 39, блокирующий продольный ход полого шпинделя 2 относительно трубчатого корпуса 1.
В секции 28 камеры 25 установлен плавающий демпфер 40, состоящий из втулки защитной 41 и уплотнительных колец 42, предназначенный для уравновешивания давления в камере 25 с рабочей жидкостью и в затрубном пространстве. Герметичность конструкции обеспечивают уплотнения подвижных соединений 43 и уплотнения неподвижных соединений 44. Заливка и прокачка рабочей жидкости, например, масла Shell Torkula, позволяющего избежать резкого снижения его вязкости при высокой температуре, осуществляется через отверстия с пробками 45, размещенными в трубчатом корпусе 1.
Устройство работает следующим образом.
Буровой гидромеханический ударный механизм двухстороннего действия верхним концом полого 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). Устройство спускают в скважину с заблокированным подпружиненным механизмом защелки 39.
В случае возникновения прихвата в бурильной колонне создают высокие растягивающие напряжения, достаточные для освобождения от блокировки подпружиненного механизма защелки 39 и обеспечения продольного хода полого шпинделя 2 относительно трубчатого корпуса 1. При дальнейшем натяжении бурильной колонны (подъемным устройством на буровой) поршневой узел А перемещается по гладкой рабочей поверхности 22 части 7 трубчатого корпуса 1, в результате чего рабочая жидкость дросселируется через кольцевые канавки 36 в опоре 33. В полости 29 секции 27 камеры 25 возникает давление, пропорциональное усилию растяжения. Вследствие дросселирования рабочей жидкости скорость перемещения подъемного устройства значительно выше скорости перемещения полого шпинделя 2, что позволяет создать вытяжку бурильной колонны, появляется сила упругости растянутой колонны труб. Пройдя гладкую рабочую поверхность 22 части 7 трубчатого корпуса 1, поршневой узел А выходит в расширенную поверхность 23, и рабочая жидкость получает возможность резкого перетока, в результате чего давление в полости 29 секции 27 камеры 25 резко падает. При сбросе давления бурильные трубы под воздействием силы упругости сжимаются, тем самым ускоряя утяжеленную бурильную трубу и полый шпиндель 2. Пройдя величину свободного хода, ударный торец 21 части 13 полого шпинделя 2 наносит удар, направленный снизу вверх, по ударному торцу 19 части 4 трубчатого корпуса 1.
После нанесения удара в направлении вверх опускают бурильную колонну до тех пор, пока индикатор нагрузки не покажет величину, меньшую веса свободной части бурильной колонны, показывая этим, что подпружиненный механизм защелки 39 снова заблокирован. Устройство готово к нанесению нового удара или продолжению бурения.
Для нанесения ударов вниз опускают бурильную колонну до тех пор, пока расчетный вес не будет снят, в результате чего происходит освобождение от блокировки подпружиненного механизма защелки 39 и начало гидрозадержки. Пройдя гладкую рабочую поверхность 22 части 7 трубчатого корпуса 1, в результате чего рабочая жидкость дросселируется через кольцевые канавки 35 в опоре 31, поршневой узел А выходит в расширенную поверхность 24, и рабочая жидкость получает возможность резкого перетока, в результате чего давление в полости 30 секции 27 камеры 25 резко падает, исчезает удерживающая сила. Пройдя величину свободного хода, ударный торец 20 части 12 полого шпинделя 2 наносит удар, направленный сверху вниз, по ударному торцу 18 части 4 трубчатого корпуса 1. Для того, чтобы снова заблокировать подпружиненный механизм защелки 39, поднимают бурильную колонну до тех пор, пока индикатор нагрузки не зафиксирует увеличение веса, большее веса свободной части бурильной колонны.
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет получить высокоэффективный надежный буровой гидромеханический ударный механизм двухстороннего действия для ликвидации прихвата инструмента в скважинах.