МЕХАНИЧЕСКИЙ ЯСС ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области нефтегазовой и газовой промышленности. Она может быть использована для ликвидационных работ; для освобождения прихваченных в скважине инструмента или нефтепромыслового оборудования при проведении аварийных работ, проводимых в ремонтируемой скважине.
Известно устройство - механический ясс (пат. №2243354, от 11.06.2003 г., МПК Е21В 31/107), содержащее корпус с наковальней, телескопически установленный в корпусе полый шток с ударником и наружными выступами, узел расцепления. Включающий установленные в корпусе втулки. Узел расцепления состоит из расположенных в одной плоскости, перпендикулярной оси устройства, независимых друг от друга элементов с наружными пазами и 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. 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.
Недостатки устройства
устройство имеет ограничение: оно одностороннего действия, т.е. производит удар ударником штока по наковальне корпуса только вверх,
усложненный узел расцепления штока с корпусом,
устройство при необходимости многократного ударного действия не эффективно, т.к. приводит к быстрому износу контактных поверхностей зажимного узла, узла расцепления и более частой и нерегулируемой перезарядке.
в качестве наковальни выполнен кольцевой упор в корпусе, что снижает работоспособность устройства при больших усилиях на него, т.к. может привести к повреждению корпуса и быстрому износу поверхности наковальни.
Наиболее близким к заявленному устройству выбрано устройство того же назначения (пат. US №3963081, от 24.04.1975 г.), содержащий корпус и шток, которые соединены односторонними соединительными средствами (поз. 40 и 50), разнесенными в продольном направлении для придания сотрясения колоне в скважине выборочно либо вверх, либо вниз, и предотвращения вращения между ними. Корпус и шток снабжены множеством трубчатых тел, соединенных резьбой и снабженных уплотнениями для герметизации соединений и предотвращения потери давления. Имеется эластичный элемент, который герметизирует канал между корпусом и оправкой. Имеется ряд уплотнений между корпусом и оправкой на некотором расстоянии друг от друга и от каждого конца первой и второй цанги (60, 70). Внутри также есть камера для жидкости. Имеется ряд соединительных средств вдоль корпуса и оправки, содержащих канавки во множестве, разнесенных по окружности и размещенных вдоль направления для приема в них кольцевых элементов.
Кроме двух цанг имеются две пружины. Цанги выполнены с первыми и вторыми бобышками с множеством кольцевых выступов на внешней поверхности, которые расположены с неравномерными шагами в продольном направлении относительно других на корпусе, определяющими усилие зацепления между средством цанги (61) втулки и регулирующим средством (41) цанги втулки для одностороннего действия до разъединения между ними. Соединительные средства (41) цанги входят в кольцевой конус, образующий чашу. Одна чаша конус направлена вниз, другая - вверх. Пружины поддерживаются корпусом, один конец которых упирается в каждое соединительное средство (41) цанги-втулки одностороннего действия. Имеется регулирующее средство (29), включающее кольцевой элемент (11), соединенный с корпусом резьбой, канавкой (14).
Недостатками устройства являются
устройство усложнено элементами взаимодействия как на корпусе, так и на штоке.
устройство усложнено узлами соединения в виде цанг и пружинами.
устройство усложнено элементами корпуса, содержащего множество втулок, канавок, выступов.
узлы расцепления многочисленны и сложны, что усложняет их работоспособность, удорожает перезарядку устройства в случае выхода из строя хотя-бы одного узла расцепления.
Цель - упрощение и повышение работоспособности устройства.
Технический результат достигается тем, что механический ясс, содержащий полый корпус из нескольких частей, соединенных резьбами, полый шток из нескольких частей, соединенных резьбами, на верхней внутренней поверхности корпуса и внешней поверхности штока выполнены ограничительные пазы под элементы ограничения вращения штока относительно корпуса в виде пальцев, при этом короткие пазы в корпусе жестко фиксируют перемещение пальцев, в штоке пазы выполнены удлиненными вдоль штока, обеспечивая его перемещение относительно корпуса, подпружиненный расцепляющий узел, между корпусом и штоком в верхней и нижней частях размещены уплотнители, согласно полезной модели подпружиненный расцепляющий узел выполнен: в верхней внутренней части среднего корпуса выполнен кольцевой выступ, на внешней поверхности среднего штока выполнены поперечные пазы, между штоком и корпусом размещен набор элементов в виде отдельных секторов, имеющих на контактных поверхностях со штоком соответствующие пазам штока выступы, набор элементов в виде отдельных секторов закреплен в верхней и нижней частях втулками плотно к штоку и с зазором к корпусу, втулки выполнены с конусными поверхностями, контактирующими с торцами секторов с возможностью радиального перемещения секторов, нижняя втулка подпружинена одной пружиной, опирающейся на нижней кольцевой выступ корпуса, через регулирующий нагрузку узел, состоящий из двух частей в виде втулок, соединенных кулачковым соединением, в качестве наковальней выполнены элементы в виде кольца и размещены на торцах внутри части корпуса, где движется ударник.
Сопоставительный анализ заявленной полезной модели с прототипом показал, что она обладает новизной, т.к. техническое решение не известно из ранее предоставленных материалов и имеет практическую применимость, т.к. использует известные материалы в устройстве и не предоставляет сложностей в реализации.
По сравнению с прототипом признаки «узел расцепления корпуса со штоком состоит из зажима, выполненного из набора элементов в виде отдельных секторов с гладкой внешней поверхностью и внутренней поверхностью с выступами для одновременного взаимодействия с пазами штока, а также полусферической поверхностью торцевых верхних и нижних частей для взаимодействия с конусными поверхностями втулок, вставленных сверху в средней корпус и поджатых пружиной снизу, между корпусом и зажимом имеется зазор, позволяющий перемещаться элементам зажима в радиальном направлении, раздвигая в осевом направлении втулки, сжимая пружину, размещенную под нижней втулкой» обеспечивают существенное упрощение устройства в целом, обеспечивая одновременно повышение работоспособности ясса за счет упрощения взаимосвязи элементов в устройстве, их размещения, относительно корпуса и штока, а также оптимизации взаимодействия контактных поверхностей втулок с торцевыми поверхностями зажима.
Признак « под пружиной размещен узел регулировки ударной нагрузки, выполнен из втулок, образующих между собой кулачковую связь, выполненную из кулачков и разновысотных пазов» по сравнению с прототипом обеспечивает повышение управляемости величиной ударных нагрузок, которые при одновременном упрощении устройства обеспечивает, в свою очередь, работоспособность узлов устройства в целом, не допуская перегрузок на них и ускоряя процесс освобождения прихваченных инструментов или оборудования в скважине.
Признак « в качестве наковальней выполнены элементы в виде кольца и размещены на торцах внутри части корпуса, где движется ударник» по сравнению с прототипом обеспечивает большую работоспособность узлов устройства в целом, не допуская преждевременного разрушения части корпуса от взаимодействия с ударником.
На фигуре 1 представлено схематично общий вид устройства в транспортном положении, разрез.
На фигуре 2 представлено схематично расположение элементов ограничения вращения штока относительно корпуса, разрез сечение А-А (фиг. 1).
На фигуре 3 представлено схематично подпружиненный узел расцепления, разрез сечение Б-Б (фиг. 1).
На фигуре 4 представлено схематично подпружиненный узел расцепления, разрез.
На фигуре 5 представлено схематично подпружиненный узел расцепления и регулирующий нагрузку узел, аксонометрия.
На фигуре 6 представлено схематично кулачковое соединение, в развертке.
На фигуре 7 представлено схематично устройство в момент движения вверх, разрез
На фигуре 8 представлено схематично устройство в момент движения вниз, разрез.
Ясс механический содержит корпус (части 1, 2, 3, 4) с наковальнями (5, 6), часть 4 функционирует как переводник; внутри корпуса телескопически размещен шток полый (части 7, 8, 9) с ударником (10), часть (7) функционирует в качестве переводника; в верхней части устройства на внутренней поверхности корпуса (1) выполнены короткие продольные пазы (11), жестко фиксирующие перемещение пальцев (13), на внешней поверхности штока (8) выполнены удлиненные пазы вдоль штока под пальцы (13), обеспечивающие перемещение штока (части 7, 8, 9) относительно корпуса (части 1, 2, 3, 4). В пазах (11, 12) размещены ограничители-пальцы (13) с образованием узла ограничения (фиг. 1 и 2), предотвращающего вращение корпуса и штока относительно друг друга; узел расцепления корпуса (3) со штоком (9) состоит из зажима (фиг. 1 и 4), выполненного из набора элементов в виде отдельных секторов (15) (фиг. 3 и 4) с гладкой внешней поверхностью (16) и с выступами (17) соответствующих пазам (18) штока (9) (фиг. 4), а также полусферической поверхностью торцевых верхних (19) и нижних (20) частей для взаимодействия с конусными поверхностями (21, 22) втулок (23, 24), вставленных в корпус сверху (23) и поджатых пружиной (25) снизу (24); между корпусом и зажимом имеется зазор (26), позволяющий перемещаться элементам зажима в радиальном направлении при задаваемом осевом усилии, раздвигая в осевом направлении втулки (23, 24) и сжимая пружину (25); пружина (25) взаимодействует с узлом регулировки ударной нагрузки (27) (фиг. 5), выполненным из втулок (28, 29) (фиг. 5), образующих между собой кулачковую связь, выполненных из разно-выполненных по высоте пазов (30, 31) и кулачков (32) (фиг. 5 и 6), взаимодействующих в зависимости от задаваемых ударных нагрузок; между штоком и корпусом имеются уплотнители (33, 34), предотвращающие попадание жидкости между ними; части корпуса (1, 2, 3, 4) и штока (7, 8, 9) соединены резьбами.
Механический ясс работает следующим образом.
После компоновки устройства (дет. 1) его соединяют, например, с прихваченной в скважине колонной труб в его нижней части (в части 4)(не показано) и колонной бурильных труб вверху - в верхней части (в части служащей переводником) штока (не показано). При этом ясс остается зафиксированным в нейтральном положении, пока осевая нагрузка, действующая на зажим (14), не превышает усилие по ее расцеплению от штока.
В процессе освобождения прихваченного в скважине инструмента, нефтепромыслового оборудования и т.д. при проведении аварийно-ловильных работ, проводимых в ремонтируемой скважине, устройство может осуществлять удары вверх или вниз, т.е. заявляемый механический ясс - ясс двойного действия за счет растяжения или сжатия части колонны труб, расположенной над зоной прихвата. При этом как в процессе установки устройства в скважине, так и процессе работ по извлечению, например, прихваченной бурильной колонны труб обеспечено отсутствие вращения корпуса (1, 2, 3, 4) относительно штока (7, 8, 9) за счет выполнения узла ограничения из кольцевых пазов (11, 12) на внутренней поверхности корпуса и на внешней поверхности штока. В которых зажаты ограничители-пальцы (13). Регулировку ударной нагрузки осуществляет узел регулировки (27 - 32).
Для нанесения удара вверх буровую колонну (не показана) натягивают, например, лебедкой до момента расцепления зажима (14) в узле расцепления со штоком в месте его зацепления в пазах штока в нейтральном положении устройства, потенциальная энергия растягивающей бурильной колонны при освобождении от сцепления корпуса со штоком направляется на то, чтобы разогнать шток с ударником (10) на нем относительно корпуса произвести удар по наковальне (5) (фиг. 7). При этом сила нанесенного удара вверх прямо пропорционально приложенному усилию.
Для нанесения удара вниз бурильную колонну сжимают до тех пор, пока приложенная сила сжатия разблокирует устройство, не расцепит шток с корпусом за счет расцепления из пазов на поверхности штока между выступами (18) выступов (17) в зажиме (14) за счет скольжения по конусной поверхности (21, 22) втулок полусферических торцевых поверхностей зажима и прижима в зазоре (25) к корпусу гладких поверхностей (16) отдельных элементов (15) зажима (14). После этого шток с ударником (10) быстро движется вниз и ударник с силой взаимодействует с наковальней (6) (фиг. 8), создавая условия для реализации удара на извлекаемую бурильную колонну.
По сравнению с прототипом заявленное устройство имеет преимущество:
устройство значительно упрощенно и, следовательно, удешевлено;
устройство повышает работоспособность узлов и улучшает взаимосвязь элементов в узлах, оптимизируя связь между ними;
выполнение наковален в виде отдельных элемента, вставленных в корпус в виде колец, повышает работоспособность устройства, т.к. упрощает заменяемость элементов, а форма кольца оптимизирует распределение нагрузки на элементы, локализуя ее, и на устройство в целом.