ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЯС

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для освобождения от прихвата бурильной колонны в скважине.
Известен гидромеханический яс по патенту РФ на изобретение №2307917. Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для освобождения прихваченной части бурильной колонны в скважинах. Устройство включает трубчатый корпус, полую оправку, телескопически соединенные между собой. Корпус выполнен из частей, содержит первый уплотнитель и шлицы на внутренней поверхности со стороны первого края. В средней части корпус содержит внутренние выступы-наковальни, а со стороны второго края - внутреннюю резьбу. Оправка выполнена из частей, содержит резьбовой хвостовик и шлицы на наружной поверхности со стороны первого края корпуса, ударники между внутренними выступами-наковальнями корпуса, по меньшей мере, один поршень со вторым уплотнителем со стороны второго края корпуса. Ударники и поршень образуют камеру, заполненную рабочей жидкостью. Устройство содержит, по меньшей мере, один ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с камерой для жидкости в виде пояска увеличенного диаметра оправки и кольцевого клапана, установленного в камере рабочей жидкости с оправкой, проходящей через внутреннюю полость. Внутренняя поверхность кольцевого клапана контактирует с пояском увеличенного диаметра оправки. Продольный ход кольцевого клапана ограничен между двух упоров, выступающих от внутренней поверхности корпуса. Продольный ход равен, по меньшей мере, продольному ходу оправки относительно подпружиненного механизма защелки от начала приложения силы, вдвигающей оправку в корпус, до установки механизма защелки в рабочее положение. Между первым и вторым уплотнителями размещены, по меньшей мере, два уплотнителя, которые разделяют камеру для жидкости на три отсека. Внутри камеры рабочей жидкости содержится подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход оправки относительно корпуса. Упор, ограничивающий продольный ход кольцевого клапана в сторону второго края корпуса с внутренней резьбой, образован выступом от уменьшенного диаметра внутренней поверхности корпуса, с которой подвижно соединен один из уплотнителей, разделяющих камеру рабочей жидкости на отсеки. Поршень с уплотнителем со стороны второго края корпуса с внутренней резьбой выполнен с возможностью скольжения относительно оправки и снабжен собственным уплотнителем, контактирующим с оправкой. Недостатком гидромеханического яса является сложность конструкции и низкая надежность.
Известен гидравлический бурильный яс двухстороннего действия по патенту РФ на изобретение №2521993. Изобретение относится к устройствам для освобождения от прихвата бурильной колонны в скважине. Устройство включает телескопически соединенные трубчатый корпус и полый вал. Корпус содержит внутренние выступы-наковальни в средней части, шлицы. Вал содержит первый поршень с уплотнителем, ударники между внутренними выступами-наковальнями, второй поршень, образующие камеру, заполненную рабочей жидкостью - маслом, два ограничивающих механизма сообщения жидкости с камерой, каждый из которых выполнен в виде пояска увеличенного диаметра вала, а также первого и второго кольцевых клапанов, каждый из которых установлен в камере рабочей жидкости. В каждом клапане установлено клапанное устройство, ограничивающее течение жидкости внутри камеры. Устройство содержит клапанный модуль, включающий корпус клапанов и корпусной переходник, скрепленные между собой. Внутри корпуса клапанов размещены клапанное седло, распорная втулка, первый и второй кольцевые клапаны. Клапанный модуль образует с полым валом центральную часть камеры, заполненной рабочей жидкостью. Корпус клапанов выполнен с внутренним кольцевым поясом. Между внутренней поверхностью распорной втулки и наружной поверхностью пояска увеличенного диаметра образован сквозной кольцевой канал. Между внутренней поверхностью клапанного седла и наружной поверхностью пояска увеличенного диаметра образован сквозной щелевой канал. Части трубчатого корпуса выполнены с гладкой бесступенчатой полостью. Недостатком гидравлического бурильного яса двухстороннего действия является низкий ресурс его работы.
Известен гидравлический бурильный яс двухстороннего действия по патенту РФ на изобретение №2439284. Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для освобождения прихваченной части бурильной колонны в скважине. Устройство содержит трубчатый корпус, полую оправку. Корпус и оправка выполнены из частей. Оправка содержит первый поршень, ударники, размещенные между выступами-наковальнями, второй поршень, образующие камеру, заполненную рабочей жидкостью, два ограничивающих механизма сообщения жидкости с камерой для жидкости в виде пояска увеличенного диаметра полой оправки, первого и второго кольцевых клапанов, центральный поршень с кольцевыми уплотнителями. В каждом кольцевом клапане установлено, по меньшей мере, одно клапанное устройство. Центральный поршень образован кольцевым буртом увеличенного диаметра оправки и размещен в камере рабочей жидкости, образованной внутренним диаметром полого корпуса, первым и вторым кольцевыми клапанами и оправкой. Первое клапанное устройство ограничивает течение рабочей жидкости из камеры, образованной центральным поршнем, внутренним диаметром корпуса, первым кольцевым клапаном и оправкой, в камеру, образованную первым поршнем, внутренним диаметром корпуса, первым кольцевым клапаном и полой оправкой. Недостатком гидравлического бурильного яса двухстороннего действия является его низкая надежность.
Известен гидравлический бурильный яс по патенту РФ на изобретение №2310061. Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для создания ударных нагрузок для освобождения прихваченной части бурильной колонны в нефтяной или газовой скважине. Устройство включает трубчатый корпус и оправку, подвижно соединенные без вращения. Корпус содержит шлицы на внутренней поверхности, внутренние выступы-наковальни, первый уплотнитель со стороны первого торца. Оправка содержит шлицы на наружной поверхности, поясок увеличенного диаметра, ударники, размещенные между выступами-наковальнями, второй уплотнитель, размещенный в ударнике со стороны второго торца корпуса, образующие камеру рабочей жидкости, кольцевой клапан, имеющий круглую боковую сторону, два торца, наружную поверхность и внутреннюю поверхность, ограниченную внутренней полостью, установленный в камере рабочей жидкости с оправкой, проходящей через внутреннюю полость и расположенный внутри корпуса, ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры рабочей жидкости, включающий, по меньшей мере, один перепускной клапан, размещенный в кольцевом клапане, который ограничивает течение рабочей жидкости внутри одной из секций камеры в одном направлении. Внутренняя поверхность кольцевого клапана плотно контактирует с пояском увеличенного диаметра оправки. Продольный ход кольцевого клапана ограничен между двух упоров, выступающих от внутренней поверхности корпуса и равен, по меньшей мере, разности радиусов его наружной и внутренней поверхностей. Упор, ограничивающий продольный ход кольцевого клапана в сторону ударника с размещенным в нем вторым уплотнителем, образован выступом от уменьшенного диаметра внутренней поверхности корпуса, с которой подвижно соединен второй уплотнитель ударника. По меньшей мере, один ударник, расположенный в камере рабочей жидкости, содержит собственный уплотнитель. Диаметр каждой из внутренних поверхностей корпуса выполнен равным диаметру оправки, образующей подвижное соединение с размещенным в корпусе первым уплотнителем. Недостатком гидравлического бурильного яса является сложность конструкции и низкий ресурс его работы.
Известен гидравлический яс по патенту РФ на изобретение №2288344. Изобретение относится к буровой технике и предназначено для высвобождения бурильной колонны в случае ее прихвата в скважине. Гидравлический яс включает трубчатый корпус и полый шпиндель, соединенные без вращения между собой. На шпинделе образованы верхний и нижний упорные бурты, между которыми установлен кольцевой поршень. Внутренняя полость корпуса выполнена в виде цилиндрической поверхности с пояском увеличенного диаметра для взаимодействия с поршнем. Между корпусом и шпинделем установлены уплотнения подвижных и неподвижных соединений и образованы напорная и демпферная камеры, заполненные рабочей жидкостью. В корпусе со стороны демпферной камеры образована буферная полость. В демпферной камере установлено с возможностью скольжения поршневое кольцо, изолирующее демпферную камеру от буферной полости. Между корпусом и шпинделем образован дроссельный канал и содержится арретирующее устройство, а также содержится дозирующее устройство, пропускающее ограниченный объем рабочей жидкости при движении в дроссельном канале. Арретирующее устройство выполнено в виде перепускной втулки, размещенной внутри поршня, и уплотнительной втулки, расположенной со стороны демпферной полости. Дозирующее устройство выполнено в виде, по меньшей мере, одной дроссельной канавки на торце поршня между контактирующими друг с другом торцами поршня и уплотнительной втулки. Уплотнительная втулка образует с корпусом кольцевой проточный канал. Перепускная втулка содержит наружный кольцевой бурт в напорной камере. Поршень содержит внутренний кольцевой бурт со стороны демпферной камеры. Перепускная втулка в средней части выполнена с продольными щелями. Ход поршня от торца уплотнительной втулки, контактирующей с перепускной втулкой, до наружного кольцевого бурта перепускной втулки превышает расстояние от торца перепускной втулки, направленного в сторону демпферной камеры, до ближнего края каждой продольной щели. Недостатком гидравлического яса является его низкая надежность.
Известен гидравлический яс бурового снаряда и способ управления гидравлическим ясом по патенту РФ на изобретение №2407880. Группа изобретений относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к ловильным работам, и предназначена для ликвидации прихватов оборудования и труб в скважинах. В одном из вариантов выполнения гидравлический яс включает трубчатый корпус, расположенный в корпусе шпиндель, кольцевое пространство между шпинделем и корпусом, и механизм сброса давления, расположенный в кольцевом пространстве. Механизм сброса давления в основном разделяет кольцевое пространство на первую и вторую части. Механизм сброса давления включает первый и второй кольцевые элементы, соединенные друг с другом, когда давление во второй части кольцевого пространства меньше установленного значения, и канал потока текучей среды между первой и второй частями кольцевого пространства. Канал потока текучей среды имеет первый размер, когда давление во второй части кольцевого пространства меньше установленного значения, и второй размер, превышающий первый размер, когда давление во второй части кольцевого пространства равно установленному значению давления или больше его. Недостатком гидравлического яса бурового снаряда являются сложность его конструкции и низкая надежность.
Известен гидравлический яс по патенту РФ на изобретение №2291275 (прототип). Изобретение относится к подземному, капитальному ремонту скважин и может быть использовано для извлечения, прихваченного на забое оборудования. Устройство содержит связанные с рабочей колонной и освобождаемым объектом корпус и шпиндель, соединенные винтовой парой с углом подъема, обеспечивающим ее не самотормозящую подвижность и образующие пару «цилиндр-поршень» с полостью, заполненной жидкостью с образованием части полости в расточенном интервале цилиндра. Соединение корпуса и шпинделя выполнено с возможностью приобретения рабочей колонной углового и осевого ускорения с последующим нанесением крутильного и осевого удара. При необходимости нанесения крутильных ударов в обратном направлении винтовая пара выполнена с обратной нарезкой. Недостатком гидравлического яса является односторонность действия и низкая надежность и ресурс работы.
Задачами создания полезной модели является повышение надежности и ресурса работы гидравлического яса.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что гидравлический яс состоит из соединенного резьбами с рабочей колонной и освобождаемым объектом корпуса и шпинделя с наружным кольцевым выступом, ограничивающим ход шпинделя в осевом направлении между внутренними верхним и нижним кольцевыми выступами, выполненными в корпусе, связанные между собой шлицевым соединением и образующие полость, заполненную рабочей жидкостью, между корпусом и шпинделем установлены уплотнения подвижных соединений, в корпусе и шпинделе выполнены отверстия для прохождения бурового раствора, полость заполненная рабочей жидкостью, разделена наружным кольцевым выступом шпинделя на верхнюю и нижнюю гидравлические камеры, а наружный кольцевой выступ шпинделя взаимодействует с внутренними верхним и нижним кольцевыми выступами корпуса, причем в кольцевом выступе шпинделя выполнены дроссельные отверстия и ступенчатые отверстия, в которых установлены предохранительные клапана. Переход в ступенчатых отверстиях предохранительных клапанов с диаметра на диаметр выполнен коническим. Каждый предохранительный клапан выполнен в виде шарика, прижатого пружиной относительно регулировочного, пустотелого винта к конической поверхности ступенчатого отверстия. Предохранительные клапана развернуты на 180° относительно друг друга. В качестве рабочей жидкости используется машинное масло. В дроссельных отверстиях установлены регулировочные втулки. На торце каждой регулировочной втулки выполнены шлицы или внутренний шестигранник под ключ. На торце каждого регулировочного, пустотелого винта выполнены шлицы или внутренний шестигранник под ключ.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении гидравлического яса применяются известные материалы и технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…5, где:
на фиг. 1 показан продольный разрез гидравлического яса в момент удара вверх,
на фиг. 2 показан продольный разрез гидравлического яса в момент удара вниз,
на фиг. 3 показан поперечный разрез Α-A гидравлического яса,
на фиг. 4 показан вид Б, разрез предохранительного клапана,
на фиг. 5 показан продольный разрез В-В по дроссельным отверстиям.
Гидравлический яс состоит из соединенного резьбами 1, 2 с рабочей колонной и освобождаемым объектом корпуса 3 и шпинделя 4 с наружным кольцевым выступом 5, ограничивающим ход шпинделя 4 в осевом направлении между внутренними верхним 6 и нижним 7 кольцевыми выступами, выполненными в корпусе 3, связанные между собой шлицевым соединением 8 и образующие полость 9, заполненную рабочей жидкостью, между корпусом 3 и шпинделем 4 установлены уплотнения 10 подвижных соединений, в корпусе 3 и шпинделе 4 выполнены отверстия 11 для прохождения бурового раствора, полость 9 заполненная рабочей жидкостью, разделена наружным кольцевым выступом 5 шпинделя 4 на верхнюю 12 и нижнюю 13 гидравлические камеры, а наружный кольцевой выступ 5 шпинделя 4 взаимодействует с внутренними верхним 6 и нижним 7 кольцевыми выступами корпуса 3, причем в кольцевом выступе 5 шпинделя 4 выполнены дроссельные отверстия 14 и ступенчатые отверстия 15, в которых установлены предохранительные клапана 16. Переход в ступенчатых отверстиях 15 предохранительных клапанов 16 с диаметра на диаметр выполнен коническим. Каждый предохранительный клапан 16 выполнен в виде шарика 17, прижатого пружиной 18 относительно регулировочного, пустотелого винта 19 к конической поверхности ступенчатого отверстия 15. Предохранительные клапана 16 развернуты на 180° относительно друг друга. В качестве рабочей жидкости используется машинное масло. В дроссельных отверстиях 14 установлены регулировочные втулки 20. На торце каждой регулировочной втулки 20 выполнены шлицы 21 или внутренний шестигранник под ключ. На торце каждого регулировочного, пустотелого винта 19 выполнены шлицы 22 или внутренний шестигранник под ключ.
Гидравлический яс работает следующим образом. Он соединяется резьбой 1, выполненной в корпусе 3 с буровой колонной, резьбой 2 выполненной на шпинделе с освобождаемым объектом. При бурении осевая нагрузка на долото передается через внутренний верхний кольцевой выступ 6 корпуса 3 и наружный кольцевой выступ 5 шпинделя 4. В случае прихвата выполняется подъем буровой колонны, при этом корпус яса 3 движется вверх, давление в нижней камере 13 увеличивается, рабочая жидкость через дроссельные отверстия 14 перетекает в верхнюю камеру 12. Колонна буровых труб растягивается, в ней накапливается энергия. После разгрузки буровой колонны она движется вниз, верхний кольцевой выступ 6 корпуса 3 взаимодействует с наружным кольцевым выступом 5 шпинделя 4, происходит удар вниз. После того, как рабочая жидкость из камеры 13 переместится в камеру 12, выполняется разгрузка колонны буровых труб. Давление в камере 12 увеличивается, рабочая жидкость через дроссельные отверстия 14 перетекает в нижнюю камеру 13. Колонна буровых труб сжимается, в ней накапливается энергия. После подъема буровой колонны она движется вверх, нижний кольцевой выступ 7 корпуса 3 взаимодействует с наружным кольцевым выступом 5 шпинделя 4, происходит удар вверх. Яс приводится в действие возвратно-поступательными движениями буровой колонны. Интенсивность перетока рабочей жидкости между верхней 12 и нижней 13 гидравлическими камерами, изменяется в зависимости от диаметра отверстий, установленных регулировочных втулок 20. Чем меньше диаметр проходного сечения регулировочных втулок 20, тем выше давление в гидравлических камерах. Для защиты уплотнений и предотвращения вытекания рабочей жидкости в кольцевом выступе 5 шпинделя 4, установлены предохранительные клапана 16. Предохранительные клапана 16 развернуты на 180° относительно друг друга, для сброса давления из одной камеры в другую, при его значительном повышении. Давление, при котором срабатывают предохранительные клапана 16, регулируется положением пустотелого винта 19.
Применение полезной модели позволило:
1. Обеспечить освобождение прихваченной колонны труб.
2. Повысить эффективность работы гидравлического яса.
3. Расширить функциональные возможности.
4. Предохранить уплотнения гидравлического яса от разрушения.
5. Повысить надежность и ресурс работы гидравлического яса.