ЯСС ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ Российский патент 2000 года по МПК E21B31/113 E21B31/107 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к ударным устройствам для ликвидации прихватов колонны труб в вертикальных, наклонных и горизонтальных скважинах, отвинчивания и извлечения труб отдельными секциями после нанесения ударов по колонне.

Известно устройство для ликвидации прихвата, включающее корпус с узкой и широкой камерам, телескопически установленный в нем с возможностью осевого перемещения полый шток с обратным клапаном и поршнем, расположенным в исходном положении в узкой камере корпуса, пакер с нажимной втулкой, связанной со штоком посредством срезаемых штифтов, в поршне выполнены радиальные каналы, причем обратный клапан полого штока размещен под ними, нажимная втулка установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса, а широкая камера выполнена ниже узкой (1).

Недостатками известного устройства являются низкие эффективность и надежность работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому яссу гидромеханическому является ясс гидравлический, содержащий корпус с внутренней кольцевой проточкой в верхней части, установленный в полости корпуса и образующий с ним кольцевую камеру, полый шток с поршнем, размещенным в исходном положении под кольцевой проточкой корпуса, и радиальными каналами для связи кольцевой камеры с полостью штока, обратный клапан, при этом в нижней части полости штока выполнено посадочное седло под бросовый плавающий клапан с дросселирующим отверстием, а обратный клапан установлен в корпусе под штоком с поршнем (2).

Недостатками известного ясса являются низкая эффективность и надежность работы из-за того, что во-первых, рабочая пара поршень-цилиндр работает в жидкости, заполняющей скважину (буровом растворе, технической воде, обработанной химреагентами и т.д.), что создает условия для активного износа трущихся частей рабочей пары; во-вторых, возможно проникновение в рабочий цилиндр металлической стружки, окалины и частиц горной породы, что подвергает преждевременному износу пару цилиндр-поршень; в-третьих, ясс позволяет создавать ударные нагрузки только в направлении к устью скважины - вверх; в-четвертых, ясс не может быть использован при работе в наклонных и горизонтальных скважинах, в виду отсутствия возможности смещения поршня в радиальном направлении; в-пятых, возможно выбрасывание (срыв) уплотнений из канавки поршня при вхождении его в кольцевую проточку; в-шестых, отсутствие прямой промывки скважины после сброса плавающего клапана.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности, универсальности и надежности работы ясса.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известный ясс гидромеханический, содержащий корпус, средняя часть которого выполнена в виде цилиндра, полые штоки с уплотнениями, соединенные друг с другом поршнем, разделяющим цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, нижнюю пару наковален, одна из наковален которой установлена в верхней части корпуса на внутренней его поверхности, обратный клапан и дросселирующую насадку, в верхней части цилиндра выполнена кольцевая проточка, при этом цилиндр заполнен рабочей жидкостью, согласно изобретению, он дополнительно содержит верхнюю и нижнюю поперечные перегородки, отделяющие цилиндр от верхней и нижней частей корпуса, тягу, установленную в верхней части корпуса и жестко соединенную с полым штоком, цилиндрическую вставку, установленную в поршне с возможностью радиального ее перемещения, второй обратный клапан, верхнюю пару наковален, в нижней части цилиндра выполнена кольцевая проточка, при этом обратные клапаны встроены в поршень, причем один из них установлен с возможностью пропуска рабочей жидкости из надпоршневой полости в подпоршневую, а второй - установлен с возможностью пропуска рабочей жидкости из подпоршневой полости в надпоршневую, дросселирующая насадка установлена на одном из обратных клапанов, на входе в кольцевые проточки на поверхности цилиндра выполнены продольные пазы, верхняя пара наковален установлена в верхней части корпуса на наружной его поверхности и в нижней части муфты, вторая наковальня нижней пары наковален установлена в нижней части тяги.

При этом для нанесения ударов вверх, обратный клапан, установленный с возможностью пропуска рабочей жидкости из надпоршневой полости в подпоршневую, снабжен дросселирующей насадкой.

Причем, для нанесения ударов вниз, обратный клапан, установленный с возможностью пропуска рабочей жидкости из подпоршневой полости в надпоршневую, снабжен дросселирующей насадкой.

Кроме того, для компенсации гидравлических ударов в цилиндре, ясс снабжен герметизирующим подпружиненным поршнем, установленным в нижней поперечной перегородке.

Причем, для предотвращения попадания твердых частиц в цилиндр, он снабжен отражательными скребками, установленными перед уплотнениями полых штоков в поперечных перегородках.

На фиг. 1, 2 изображен ясс гидромеханический в разрезе.

Ясс гидромеханический содержит корпус 1, тягу 2, полые штоки 3 и 4 с уплотнениями 5, установленные соосно и жестко соединенные друг с другом поршнем 6 с помощью соединительных резьб 7, поперечные перегородки 8 и 9, установленные соответственно в средней и нижней частях корпуса 1, цилиндр 10, герметизирующий поршень 11, установленный в перегородке 9 и подпружиненный пружиной 12, обратные клапаны 13 и 14, установленные в поршне 6, дросселирующую насадку 15, установленную в одном из обратных клапанов 13 или 14, соответственно, в гнездах 16 или 17, кольцевую вставку 18 с уплотнениями 19, установленную в поршне 6 с возможностью ограниченного радиального перемещения, отражательные скребки 20, установленные в перегородках 8 и 9 перед уплотнениями 5, в цилиндре 10, в верхней и нижней его частях выполнены кольцевые проточки, соответственно, 21 и 22, на входе в которые, на внутренней поверхности цилиндра 10, выполнены продольные пазы 23, цилиндр 10 заполнен рабочей жидкостью 24, в качестве которой используют высокотемпературную жидкость, например, техническое масло, в перегородке 8 выполнены каналы 25 с пробками 26 для заполнения цилиндра 10 рабочей жидкостью 24, поршень 6 разделяет цилиндр 10 на надпоршневую "a" и подпоршневую "б" полости, обратный клапан 13 установлен в поршне 6, таким образом, что при движении поршня 6 вверх, он пропускает рабочую жидкость 24 из надпоршневой полости "а" в подпоршневую полость "б", а обратный клапан 14 установлен в поршне 6, таким образом, что при движении поршня 6 вниз, он пропускает рабочую жидкость 24 из подпоршневой полости "б" в надпоршневую полость "а", к верхней части тяги 2 подсоединена муфта 27 соединительной резьбой 28, нижняя пара наковален 29 установлена на тяге 2 и в верхней части корпуса 1 на внутренней его поверхности, верхняя пара наковален 30 установлен в верхней части корпуса 1, на наружной его поверхности и в нижней части муфты 27, перегородки 8 и 9 через уплотнения 5 штоков 3, 4 герметизируют и отделяют цилиндр 10 от верхней и нижней частей корпуса 1, в верхней части корпуса 1 выполнены отверстия 31, для сообщения со скважиной, к нижней части корпуса 1 подсоединен ниппель 32, в верхней части перегородки 9 установлен кольцевой ограничительный элемент 33.

Отражательные скребки 20 выполнены в виде усеченных конусов, установленных коаксиально полым штокам 3 и 4, причем большим основанием конусы установлены в поперечных перегородках 8 и 9 с возможностью радиального перемещения при отклонении штоков 3 и 4 от их оси.

Корпус 1 выполнен разъемным, с возможностью отсоединения цилиндра 10, с помощью соединительных резьб 34, для переустановки дросселирующей насадки 15.

Наружная поверхность тяги 2 выполнена фигурной, например, в виде шестигранника.

Ясс гидромеханический работает следующим образом.

Цилиндр 10 через каналы 25 заполняет рабочей жидкостью 24. Завинчивают каналы 25 пробками 26. Ясс оснащают специальным устройством (метчик, колокол, труболовка и т.д.) и спускают в скважину на бурильных трубах. Достигнув заданной глубины, производят его зацепление, например с трубами, находящимися в скважине после их полета.

Для нанесения ударов вверх по прихваченной колонне, дросселирующую насадку 15 устанавливают в гнезде 16 обратного клапана 13. После зацепления ясса с трубами производят плавное натяжение колонны бурильных труб, с тем условием, чтобы определить конечное положение ясса при соприкосновении наковален 29. При этом на устье делают отметку положения колонны бурильных труб при нанесении удара вверх. Затем компоновку плавно разгружают при этом штоки 3 и 4 с установленным на них поршнем 6 движутся вниз, рабочая жидкость 24 в начале через зазор между поршнем 6 и внутренней поверхностью кольцевой проточки 21, а затем через обратный клапан 14 перетекает из подпоршневой "б", в надпоршневую полость "а" до соприкосновения верхних наковален 30, при этом поршень 6 находится в нижнем положении. При движении штоков 3 и 4 отражательные скребки 20 отражают твердые частицы (металлическую стружку, окалину и частицы горной породы), содержащиеся в скважинной жидкости и предотвращают попадание их в цилиндр 10.

После соприкосновения наковален 30 производят плавное натяжение труб, при этом штоки 3 и 4 движутся вверх, а рабочая жидкость 24 через обратный клапан 13 и дросселирующую насадку 15 перетекает из надпоршневой полости "а" в подпоршневую полость "б". Усилие натяжения труб задается по ГИВу. При выходе поршня 6 из цилиндра 10 уплотнения 19 попадают в зону продольных пазов 23 жидкость 24 затекает в канавки уплотнений 19 и происходит плавное выравнивание давлений рабочей жидкости 24 в канавках уплотнений 19 и проточке 21, что предотвращает выброс уплотнений 19 из их канавок.

В случае работы ясса в наклонных или горизонтальных скважинах, т.е. при отклонении оси скважины от вертикальной оси и изгибе ясса вместе с колонной бурильных труб, кольцевая вставка 18 перемещается в радиальном направлении внутри цилиндра 10, предотвращая перекос поршня 6 в цилиндре 10 и его заклинивание.

В момент выхода поршня 6 в проточку 21 происходит быстрый переток рабочей жидкости 24 через зазор между поршнем 6 и внутренней поверхностью цилиндра 10 из надпоршневой "а" в подпоршневую "б" полость. Одновременно происходит резкое сокращение длины колонны бурильных труб и соударение наковален 31. Сила удара регулируется по ГИВу усилием начального натяжения колонны труб.

Если при последующем натяжении колонны бурильных труб усилием, превышающим вес спущенной компоновки, не происходит извлечения прихваченных в скважине труб, то следует повторно произвести 2-3 удара вверх. Если после нанесения ударов вверх колонна прихваченных труб не извлекается, то следует вращением спущенной компоновки влево против часовой стрелки, попытаться отвинтить часть труб с последующим их извлечением на дневную поверхность.

Если по видам работ необходимо нанести удары вниз, то в компоновку бурильных труб встраивают утяжеленные бурильные трубы, которые располагают над яссом. В этом случае дросселирующую насадку 15 устанавливают в гнезде 17 обратного клапана 14. Производят плавное натяжение спущенной компоновки до соприкосновения верхней пары наковален 30, при этом поршень 6 занимает крайнее верхнее положение. Затем разгружают компоновку при этом штоки 3 и 4 с поршнем 6 начинают двигаться вниз. Рабочая жидкость 24 из подпоршневой полости "б" перетекает через зазор между поршнем 6 и внутренней поверхностью проточки 21 в надпоршневую полость "а". При вхождении поршня 6 в среднюю часть цилиндра 10, рабочая жидкость в подпоршневой полости "б" сжимается, и в ней возникает давление, пропорциональное сжимающему усилию. Усилие сжатия накапливается в виде энергии упругой деформации сжатия колонны бурильных труб. В виду перепада давлений в подпоршневой "б" и надпоршневой "а" полостях рабочая жидкость 24 через насадку 15 и обратный клапан 14 перетекает из подпоршневой "б" в надпоршневую полость "а", а штоки 3 и 4 с поршнем 6 движутся вниз.

При входе поршня 6 в проточку 22 уплотнения 19 входят в зону продольных пазов 23 и происходит плавное выравнивание давлений рабочей жидкости 24 в канавках уплотнений 19 и в проточке 22, что предотвращает выброс уплотнений 19 из их канавок. При выходе поршня 6 в нижнюю проточку 22, рабочая жидкость 24 через зазор между поршнем 6 и внутренней поверхностью цилиндра 10 перетекает из надпоршневой полости "а" в подпоршневую полость "б". При этом происходит резкое удлинение колонны бурильных труб и соударение верхней пары наковален 30. Энергия удара наковален 30 передается в зону прихвата.

Цикл работы ясса повторяют до освобождения труб.

При резких перемещениях колонны труб, в случае возникновения резких гидравлических импульсов в рабочей жидкости 24 поршень 11 позволяет компенсировать гидравлические удары и предотвратить разрушение ясса.

Заявленный ясс по сравнению с яссом-прототипом может быть использован при ликвидации прихватов труб в наклонных или горизонтальных скважинах, более надежен в работе и позволяет производить удары как в направлении к устью, так и в направлении к забою скважины, и обеспечивать при этом прямую и обратную промывку скважины.

Источники информации
1. А.с. СССР N 1330301, E 21 B 31/113, 1987.

2. А.с. СССР N 1364692, E 21 B 31/113, 1988 - прототип.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к ударным устройствам для ликвидации прихватов колонны труб в вертикальных, наклонных и горизонтальных скважинах. Ясс содержит корпус, средняя часть которого выполнена в виде цилиндра, заполненного рабочей жидкостью. Полые штоки с уплотнениями соединены друг с другом поршнем, разделяющим цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости. Два обратных клапана встроены в поршень, один из поршней установлен с возможностью пропуска рабочей жидкости из надпоршневой полости в подпоршневую. Второй поршень установлен с возможностью пропуска рабочей жидкости из подпоршневой полости в надпоршневую. Дросселирующая насадка установлена на одном из обратных клапанов. Верхняя и нижняя поперечные перегородки отделяют цилиндр от верхней и нижней частей корпуса. Тяга установлена в верхней части корпуса и жестко соединена с полым штоком. Цилиндрическая вставка установлена в поршне с возможностью радиального ее перемещения. Имеются верхняя и нижняя пары наковален. В верхней и нижней частях цилиндра выполнены кольцевые проточки. На входе в проточки выполнены продольные пазы. Ясс надежен в работе и позволяет производить удары как в направлении к устью, так и в направлении к забою скважины и обеспечивает при этом промывку скважины. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ясс гидромеханический, содержащий корпус, средняя часть которого выполнена в виде цилиндра, полые штоки с уплотнениями, соединенные друг с другом поршнем, разделяющим цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, нижнюю пару наковален, одна из наковален которой установлена в верхней части корпуса на внутренней его поверхности, обратный клапан и дросселирующую насадку, в верхней части цилиндра выполнена кольцевая проточка, при этом цилиндр заполнен рабочей жидкостью, отличающийся тем, что он дополнительно содержит верхнюю и нижнюю поперечные перегородки, отделяющие цилиндр от верхней и нижней частей корпуса, тягу, установленную в верхней части корпуса и жестко соединенную с полым штоком, цилиндрическую вставку, установленную в поршне с возможностью радиального ее перемещения, второй обратный клапан, верхнюю пару наковален, в нижней части цилиндра выполнена кольцевая проточка, при этом обратные клапаны встроены в поршень, причем один из них установлен с возможностью пропуска рабочей жидкости из надпоршневой полости в подпоршневую, а второй установлен с возможностью пропуска рабочей жидкости из подпоршневой полости в надпоршневую, дросселирующая насадка установлена на одном из обратных клапанов, на входе в кольцевые проточки на поверхности цилиндра выполнены продольные пазы, верхняя пара наковален установлена в верхней части корпуса на наружной его поверхности и в нижней части муфты, вторая наковальня нижней пары наковален установлена в нижней части тяги. 2. Ясс гидромеханический по п.1, отличающийся тем, что для нанесения ударов вверх обратный клапан, установленный с возможностью пропуска рабочей жидкости из надпоршневой полости в подпоршневую, снабжен дросселирующей насадкой. 3.Ясс гидромеханический по п.1, отличающийся тем, что для нанесения ударов вниз обратный клапан, установленный с возможностью пропуска рабочей жидкости из подпоршневой полости в надпоршневую, снабжен дросселирующей насадкой. 4. Ясс гидромеханический по п.1, отличающийся тем, что для компенсации гидравлических ударов в цилиндре он снабжен герметизирующим подпружиненным поршнем, установленным в нижней поперечной перегородке. 5. Ясс гидромеханический по п.1, отличающийся тем, что для предотвращения попадания твердых частиц в цилиндр он снабжен отражательными скребками, установленными перед уплотнениями полых штоков в поперечных перегородках.