ЯСС Российский патент 2009 года по МПК E21B31/107 

Ясс относится к буровой технике, может быть введен в состав бурильной колонны и использован для ликвидации прихватов инструмента в скважине при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известен ясс гидромеханический, содержащий полый корпус с расточкой и конусным уступом, с наружной и внутренней наковальнями, установленный в нем с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток с внутренним бойком, установленные на полом штоке верхний переводник с наружным бойком, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, силовой цилиндр, поршень с обратными клапанами (см., например, патент РФ №2145659 от 20.02.2000 г., МКл. Е21В 31/113, 31/107).

Существенным недостатком известного ясса гидромеханического является то, что он не защищен от попадания шлама и мелких абразивных частиц в замкнутые полости, образованные между полым корпусом и полым штоком через радиальные отверстия в полом корпусе.

При работе ясса гидромеханического, а также при опускании его в скважину и при подъеме из скважины промывочная жидкость, содержащая шлам и другие мелкие частицы, беспрепятственно через радиальные отверстия в полом корпусе попадает в замкнутые полости известного ясса гидромеханического, там твердые частицы оседают, накапливаются, цементируются и приводят ясс в негодность.

Для последующего использования известного ясса гидромеханического его необходимо отправить на ремонтную базу, там разобрать, тщательно промыть и снова собрать. Это дополнительные непроизводительные затраты времени и средств.

Другим существенным недостатком известного ясса гидромеханического является то, что в нем содержится силовой гидравлический цилиндр с поршнем, создающим значительные гидравлические усилия и перепады давления при работе ясса.

В связи с этим возникает необходимость создания надежной герметизации подвижных и неподвижных соединений. А это требует повышенной точности и чистоты обработки деталей, использования специального оборудования и инструмента, создания повышенной культуры производства, то есть необходимы значительные материальные средства, дополнительные затраты времени и высококвалифицированного труда. Это проблематично.

Эти и другие недостатки известного ясса гидромеханического препятствуют его использованию и делают невозможным его широкое применение при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известен гидромеханический ясс, содержащий полый корпус с наружной и внутренней наковальнями, установленный в нем с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток с внутренним бойком, установленный на полом штоке боек, цангу с кольцевым выступом и опорным конусным торцом, выполненным на свободном пружинящем конце цанги, с возможностью размещения кольцевого выступа цанги в исходном положении в седле, уплотнения подвижных и неподвижных соединений (см., например, патент РФ №2194146 от 10.12.2002 г., МКл. Е21В 31/107, 31/113).

Существенным недостатком известного гидромеханического ясса является то, что центральный канал для протекания промывочной жидкости перекрыт шаром, который препятствует пропуску измерительных приборов к забою скважины и тем самым не позволяет вести оперативный контроль за соответствием фактической траектории скважины заданному расчетному направлению.

Другим существенным недостатком известного гидромеханического ясса является то, что тарельчатые и витые пружины находятся и работают в среде промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, которые, оседая и накапливаясь в закрытых полостях, препятствуют работе ясса и преждевременно приводят его в негодность.

Недостаточная надежность и ограниченная применяемость не позволяют известный гидромеханический ясс использовать в составе бурильной колонны и не дает возможности к его широкому применению.

Известен гидравлический ясс, содержащий полый корпус с наковальнями, установленный в нем с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток с бойками, установленные на полом штоке кольцевой поршень-разделитель, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, причем в полом корпусе выполнены расточки различного диаметра и пространство между полым корпусом и полым штоком заполнено жидкой смазкой (см., например, патент Великобритании №2299107 от 25.09.96 г., МКл.⁶ Е21В 31/113).

В известном гидравлическом яссе устранены некоторые недостатки, а именно: центральный проточный канал свободен для пропуска измерительных приборов к забою, следовательно, он может использоваться как в составе бурильной колонны, так и для непосредственного выполнения работ при ликвидации прихватов инструмента в скважине. Трущиеся детали известного гидравлического ясса находятся и работают в жидкой смазке, износ их будет значительно меньше. Работать ясс будет дольше без поломок.

Недостатком известного гидравлического ясса является то, что его конструкция не обеспечивает резкого и быстрого сбрасывания давления, необходимого для нанесения ударов.

В связи с этим не удается достичь необходимого повышения силы удара для эффективного освобождения прихваченного в скважине инструмента и требуется многократное повторение ударов, следовательно, дополнительных затрат времени, труда и материальных средств не избежать.

Другим недостатком известного гидравлического ясса является то, что в нем нет фиксации в исходном положении полого корпуса относительно полого штока и при возрастании нагрузки растяжения с нуля (особенно при медленном возрастании) ясс вступает в работу, еще не накопив достаточный потенциал энергии.

Эффективность работы такого ясса недостаточна.

Также недостатком известного гидравлического ясса можно считать сложность его изготовления из-за повышенных требований, предъявляемых к изготовлению гидравлических цилиндров, работающих при значительных давлениях. Необходимость в высокой точности изготовления, повышенные требования к чистоте обработки цилиндров, сложность в процессе сборки, а также недостаточная эффективность работы ясса являются причиной, ограничивающей применение известного гидравлического ясса в процессе бурения нефтяных и газовых скважин для ликвидации возможных прихватов инструмента.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является ясс, содержащий полый корпус с наковальнями, установленный в нем с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток с бойком, установленный на полом штоке ударник с бойком, цангу со свободным пружинящим концом, на котором снаружи цанги выполнен кольцевой выступ с опорным конусным торцом, а внутри установлено сменное кольцо, уплотнения подвижных и неподвижных соединений (см., например, а.с. №1752928 от 22.06.89 г., Е21В 31/107; опубл. 07.08.92 г., Бюл. №29).

Данное изобретение принято за прототип, так как в нем устранены некоторые существенные недостатки, присущие известным яссам, а именно: в исходном положении взаимное положение полого корпуса и полого штока зафиксировано и не может измениться без достижения определенного наперед заданного и заранее установленного усилия растяжения ясса. В результате упругого растяжения бурильной колонны в ней накапливается минимально необходимая и достаточная потенциальная энергия, которая используется при работе ясса для ликвидации прихвата инструмента в скважине.

Недостатком известного ясса является то, что в нем центральный канал для протекания промывочной жидкости перекрывается бросовой пробкой, которая препятствует вводу измерительных приборов к забою скважины.

При этом часто возникает необходимость проводить дополнительные ловильные работы по извлечению бросовой пробки из труб бурильной колонны для проведения измерительных работ в скважине. Это связано с дополнительными затратами времени, труда и средств. Кроме того, чтобы обеспечить необходимую точность проводки скважин по заданной траектории и сократить издержки производства при бурении направленных нефтяных и газовых скважин, необходима высокая квалификация и большой опыт обслуживающего персонала.

Другим недостатком известного ясса является то, что трущиеся детали находятся и работают в среде промывочной жидкости, содержащей мелкие высокоабразивные частицы, которые способствуют истиранию, ускоренному гидроабразивному износу деталей, нарушению герметичности соединений, преждевременному отказу в работе и досрочному разрушению известного ясса.

Также существенным недостатком известного ясса является то, что в нем образована закрытая полость, сообщающаяся с центральным каналом радиальным отверстием. При работе ясса в нее попадает (засасывается) промывочная жидкость, содержащая мелкие твердые частицы, которые в закрытой полости оседают, накапливаются и цементируются (затвердевают). В результате происходит заклинивание ясса, производится его аварийный подъем из скважины, отправка на ремонтную базу и выполняется внеплановый ремонт. Это связано со значительными затратами времени, дополнительного труда и средств. Кроме того, мелкие твердые частицы, попавшие в закрытую полость под боек, смягчают удары, значительно снижая силу воздействия на прихват инструмента в скважине. Это снижает эффективность работы известного ясса.

Эти и другие недостатки известного ясса не позволяют в полной мере обеспечить необходимую точность проводки скважин по заданной траектории, не позволяют повышать эффективность использования энергии упруго растянутой бурильной колонны для ликвидации прихвата инструмента, не дают возможности повышать надежность, долговечность, экономическую эффективность, а также технологические возможности ясса.

Задачами предлагаемого изобретения являются устранение имеющихся недостатков известного ясса и повышение точности проводки скважин по заданной траектории, более эффективное использование энергии упруго растянутой бурильной колонны для ликвидации прихвата инструмента в скважине, уменьшение возможности попадания мелких твердых частиц в места трения, предотвращение возможности преждевременного износа и разрушения деталей, сохранение на более длительный срок в работоспособном состоянии и в конечном счете повышение надежности, долговечности, экономической эффективности и технологической возможности ясса.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в известном яссе, содержащем полый корпус с наковальнями, установленный в нем с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток с бойком, установленный на полом штоке переводник с бойком, цангу со свободным пружинящим концом, на котором снаружи выполнен кольцевой выступ с опорным конусным торцом, а внутри установлено сменное кольцо, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, согласно изобретению в полом корпусе выполнена расточка с конусным упорным уступом для взаимодействия в исходном положении с кольцевым выступом на свободном пружинящем конце цанги, установленной на полый шток в образованное между полым корпусом и полым штоком кольцевое пространство, сменное кольцо выполнено в виде гибкой упругой оболочки и между свободным пружинящим концом цанги и полым штоком выполнен радиальный зазор, величина которого больше радиальной величины конусного упорного уступа расточки полого корпуса;

- величина угла наклона образующих к основанию конусов конусного упорного уступа расточки полого корпуса и опорного конусного торца кольцевого выступа цанги выполнена не менее величины угла трения скольжения при покое взаимодействующих поверхностей;

- сменное кольцо установлено в выполненную в свободном пружинящем конце цанги внутреннюю кольцевую канавку с осевыми выступами посредине каждого пера цанги, причем высота осевых выступов выполнена более радиальной величины конусного упорного уступа расточки полого корпуса;

- на полый шток в расточке полого корпуса установлен кольцевой поршень-разделитель, и пространство между полым штоком и полым корпусом, ограниченное кольцевым поршнем-разделителем, заполнено жидкой смазкой.

В результате того, что в яссе, содержащем полый корпус с наковальнями, установленный в нем с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток с бойком, установленный на полом штоке переводник с бойком, цангу со свободным пружинящим концом, на котором снаружи выполнен кольцевой выступ с опорным конусным торцом, а внутри установлено сменное кольцо, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, в полом корпусе выполнена расточка с конусным упорным уступом для взаимодействия, в исходном положении с кольцевым выступом на свободном пружинящем конце цанги, установленной на полый шток в образованное между полым корпусом и полым штоком кольцевое пространство, сменное кольцо выполнено в виде гибкой упругой оболочки и между свободным пружинящим концом цанги и полым штоком выполнен радиальный зазор, величина которого больше радиальной величины конусного упорного уступа расточки полого корпуса, создаются предпосылки для повышения надежности и долговечности ясса путем отдаления от центра деталей, несущих силовую нагрузку, повышения уровня накопляемой яссом потенциальной энергии, повышения возможной несущей способности, создаются необходимые условия для образования и расширения неперекрываемого центрального проточного канала и обеспечения возможности беспрепятственного пропуска измерительных приборов к забою скважины. Это создает возможность в процессе бурения вести оперативный контроль за направлением бурения скважины и тем самым обеспечивать точность проводки скважины по расчетной траектории и предотвращать излишние затраты времени труда и средств на дополнительную корректировку и исправление возможных отклонений от заданного направления. Кроме того, создаются условия для возможного ограждения трущихся частей деталей от непосредственного воздействия на них промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, и появляются предпосылки для снижения потерь на трение за счет возможной смазки трущихся частей деталей и снижения гидравлического сопротивления протоку промывочной жидкости по яссу.

Это предотвращает возможность преждевременного износа и досрочного разрушения деталей и способствует сохранению ясса на более длительный срок в работоспособном состоянии.

При этом расширяются технологические возможности ясса за счет вероятного повышения точности проводки скважин по заданной траектории, использования предлагаемого ясса как непосредственно в процессе бурения скважин, так и для периодического выполнения работ по аварийному извлечению из скважин прихваченного в них инструмента.

Все это способствует повышению надежности, долговечности и экономической эффективности предлагаемого ясса.

В результате того, что в предлагаемом яссе величина угла наклона образующих к основанию конусов конусного упорного уступа расточки полого корпуса и опорного конусного торца кольцевого выступа цанги выполнена не менее величины угла трения скольжения при покое взаимодействующих поверхностей, достигается возможность срабатывания ясса и обеспечивается оптимальное возможное соотношение между радиальным усилием, необходимым для отжатия перьев на свободном пружинящем конце цанги из расточки полого корпуса, и осевым растягивающим бурильную колонну усилием, создающим удар, энергия которого расходуется на освобождение инструмента от прихвата.

Это позволяет увеличить время задержки срабатывания ясса для накопления большей потенциальной энергии в упруго растягивающейся бурильной колонне, более эффективно использовать ее для ликвидации прихвата инструмента в скважине и сохранить на более длительный срок в работоспособном состоянии предлагаемый ясс. Кроме того, создаются предпосылки для повышения технологических возможностей и производительности бурения скважин за счет ликвидации непроизводительных потерь времени, связанных с перенастройкой ясса на новый режим работы.

В результате того, что в предлагаемом яссе сменное кольцо, выполненное в виде гибкой упругой оболочки, установлено в выполненную в свободном пружинящем конце цанги внутреннюю кольцевую канавку с осевыми выступами посредине каждого пера цанги, причем высота осевых выступов выполнена более радиальной величины конусного упорного уступа расточки полого корпуса, достигается закрытое с трех сторон размещение и удержание сменного кольца, в том числе и упруго деформированного, в месте необходимого радиального перемещения свободного пружинящего конца цанги, создается возможность приложения к сменному кольцу примерно равных радиальных сил, расположенных с одинаковым шагом по окружности, выполнения каждым пером цанги равной местной упругой деформации, задержки срабатывания ясса для повышения уровня накопляемой яссом потенциальной энергии и повышения эффективности использования ее.

Кроме того, достигается возможность настраивать ясс и изменять степень влияния радиального усилия, создающего местную упругую деформацию сменного кольца, на оптимальное усилие натяжения упруго растягиваемой бурильной колонны для более эффективного использования накопленной энергии для ликвидации прихвата инструмента в скважине.

Все это позволяет повысить надежность работы ясса, его экономическую эффективность, увеличить технологические возможности предлагаемого ясса.

В результате того, что в яссе на полый шток в расточке полого корпуса установлен кольцевой поршень-разделитель и пространство между полым штоком и полым корпусом, ограниченное кольцевым поршнем-разделителем, заполнено жидкой смазкой, достигается уменьшение возможности попадания мелких твердых частиц из промывочной жидкости в места трения деталей, обеспечивается предотвращение возможности преждевременного износа и разрушения деталей и сохранение на более длительный срок в работоспособном состоянии предлагаемого ясса за счет ограждения трущихся частей от промывочной жидкости, содержащей мелкие высокоабразивные частицы, и смазки трущихся поверхностей деталей, обеспечивающей снижение коэффициента трения, уменьшение потерь на трение и исключающей преждевременный износ и досрочное разрушение деталей ясса.

Таким образом, реализация отличительных признаков изобретения в совокупности с известными в предлагаемом яссе создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному яссу, и обеспечить повышение точности проводки скважин по заданной траектории и эффективности использования энергии упруго растянутой бурильной колонны для ликвидации прихвата инструмента в скважине, предотвратить преждевременный износ и досрочное разрушение деталей, сохранить на более длительный срок в работоспособном состоянии и в конечном счете обеспечить повышение надежности, долговечности, экономической эффективности и технологических возможностей предлагаемого ясса.

Для пояснения сущности изобретения представлены чертежи.

На фиг.1 показан общий вид ясса, его верхняя часть, продольный разрез.

На фиг.2 изображен общий вид ясса, его нижняя часть, продольный разрез.

На фиг.3 изображено поперечное сечение «А-А» на фиг.1 по шлицевому соединению полого корпуса ясса.

На фиг.4 показан поперечный разрез «Б-Б» на фиг.2 по свободному пружинящему концу цанги.

На фиг.5 показан вид «В» на фиг.2. Взаимное расположение полого корпуса, полого штока, свободного пружинящего конца цанги и сменного кольца (увеличено).

На фиг.6 изображено поперечное сечение «Г-Г» на финг.5. Верхняя четверть - положение сменного кольца в исходном положении, нижняя четверть - положение сменного кольца при срабатывании ясса (увеличено).

Ясс содержит полый корпус 1, выполненный из двух частей, с наружной наковальней 2 и внутренней наковальней 3, установленный в полом корпусе 1 с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток 4 с внутренним бойком 5, установленные на полом штоке 4 переводник 6 с бойком 7, цангу 8 со свободным пружинящим концом 9, на котором снаружи выполнен кольцевой выступ 10 с опорным конусным торцом 11, а внутри установлено сменное кольцо 12, выполненное в виде гибкой упругой оболочки, уплотнения подвижных соединений 13 и уплотнения неподвижных соединений 14.

В предлагаемом яссе в полом корпусе 1 выполнена расточка 15 с конусным упорным уступом 16 для взаимодействия в исходном положении с кольцевым выступом 10 на свободном пружинящем конце 9 цанги 8, установленной на полый шток 4 в образованное между полым корпусом 1 и полым штоком 4 кольцевое пространство 17. Между свободным пружинящим концом 9 цанги 8 и полым штоком 4 выполнен радиальный зазор «а», величина которого больше радиальной величины «b» конусного упорного уступа 16 расточки 15 полого корпуса 1.

В предлагаемом яссе такое выполнение позволяет зафиксировать взаимное расположение полого корпуса 1 и полого штока 4 в исходном положении, не препятствует срабатыванию ясса и создает возможность выполнить центральный проходной канал свободным и достаточным по сечению для прохода измерительных приборов через ясс ближе к забою скважины. Это позволит повысить точность проводки скважин по заданной траектории.

В предлагаемом яссе величина угла α^o наклона образующих конусных поверхностей к основанию конусов конусного упорного уступа 16 расточки 15 полого корпуса 1 и опорного конусного торца 11 кольцевого выступа 10 цанги 8 выполнена не менее величины угла трения скольжения при покое взаимодействующих поверхностей.

Если величину угла α^o выполнить меньше угла трения скольжения, то при растяжении бурильной колонны, в составе которой установлен ясс, расцепления свободного пружинящего конца 9 цанги 8 с полым корпусом 1 произойти не может и ясс по своему прямому назначению не сработает. А это неприемлемо. Выполнение в яссе величины угла α^o более величины угла трения скольжения при покое взаимодействующих поверхностей обеспечивает возможность срабатывания ясса, но по мере значительного возрастания угла α^o в большей степени снижается возможная мощность воздействия ясса на место прихвата инструмента в скважине из-за существенного уменьшения накопляемой упруго растянутой бурильной колонной потенциальной энергии, расходуемой на ликвидацию прихвата. А это способствует снижению эффективности и уменьшению технологических возможностей ясса, то есть не обеспечивает решение поставленных в изобретении задач. Следовательно, значительное превышение величины угла α^o над величиной угла трения не желательно и такое решение неприемлемо. Предложенный вариант, в котором величина угла α^o выполнена не менее величины угла трения скольжения при покое взаимодействующих поверхностей, обеспечивает возможность срабатывания ясса, а незначительное превышение величины угла α^o над величиной угла трения необходимо для установления степени возможного нагружения бурильной колонны осевой нагрузкой натяжения, и чем больше величина угла α^o, тем меньше степень нагружения бурильной колонны для ликвидации прихвата инструмента в скважине.

Величина угла α^o определяется в зависимости от материалов взаимодействующих поверхностей, чистоты их обработки, состояния смазки и других факторов конкретной конструкции предлагаемого ясса. В яссе сменное кольцо 12 выполнено в виде гибкой упругой оболочки (см. фиг.6) и установлено в выполненную в свободном пружинящем конце 9 цанги 8 внутреннюю кольцевую канавку 18 с осевыми выступами 19 посредине каждого пера 20 цанги 8, причем высота «с» осевых выступов 19 выполнена более радиальной величины «b» конусного упорного уступа 16 расточки 15 полого корпуса 1.

Сменное кольцо 12 может быть выполнено различной упругой податливости, различных поперечных размеров, из различных пружинных материалов, и тем самым может быть достигнуто необходимое усилие сопротивления местному сжатию и искривлению сменного кольца 12. Это усилие совместно с радиальным усилием цанги 8 на свободном пружинящем конце 9 в совокупности с радиальной составляющей осевого усилия от взаимодействия под углом α^o опорного конусного торца 11 кольцевого выступа 10 цанги 8 с конусным упорным уступом 16 в расточке 15 с учетом сил сопротивления будет определять осевое усилие срабатывания ясса.

Выполнение осевых выступов 19 во внутренней кольцевой канавке 18 посредине каждого пера 20 цанги 8 необходимо для воздействия каждого пера 20 на сменное кольцо 12 и обеспечивает возможность равномерного распределения по окружности сменного кольца 12 и выполнения примерно равного радиального усилия для создания местной упругой деформации сменного кольца 12, выхода кольцевого выступа 10 на свободном пружинящем конце 9 цанги 8 из расточки 15 в полом корпусе 1 и освобождения цанги 8 из зацепления.

Выполнение высоты «с» осевых выступов 19 более радиальной величины «b» конусного упорного уступа 16 обеспечивает возможность размещения упругодеформированного сменного кольца 12 при срабатывании ясса во внутренней кольцевой канавке 18 свободного пружинящего конца 9 цанги 8. В противном случае сменное кольцо 12 может затруднить процесс срабатывания ясса или срабатывание ясса сможет происходить при другом, отличном от расчетного, осевом усилии. Это отрицательно скажется на надежности и долговечности ясса, следовательно, не может быть приемлемо.

В предлагаемом яссе на полый шток 4 в расточке 15 полого корпуса 1 установлен кольцевой поршень-разделитель 21 и кольцевое пространство 17 между полым штоком 4 и полым корпусом 1, ограниченное кольцевым поршнем-разделителем 21, заполнено жидкой смазкой.

Уплотнения кольцевого поршня-разделителя 21, подвижных соединений 13 и неподвижных соединений 14 выполнены стандартными резиновыми кольцами круглого сечения и резиновыми манжетами. Уплотнения можно изготовить другими известными способами и средствами.

На переводнике 6 выполнена коническая резьба 22 для подсоединения к нему верхней части бурильной колонны (на чертеже не показано).

К полому корпусу 1 снизу подсоединен нижний переводник 23 с конической резьбой 24 для подсоединения нижней части бурильной колонны (на чертеже не показано).

Возможны другие варианты конструктивного выполнения ясса.

Ясс вводят в состав бурильной колонны. Выше ясса на 1200-1500 м целесообразно установить несколько утяжеленных бурильных труб (УБТ), которые при работе ясса будут служить экраном-отражателем упругих волн изменяющихся внутренних напряжений в трубах бурильной колонны и усиливать действие ясса при освобождении прихваченного в скважине инструмента.

Работает ясс следующим образом. Ясс в составе бурильной колонны с инструментом опускается в скважину. Промывочная жидкость, подаваемая от буровых насосов под избыточным давлением, беспрепятственно поступает через трубы бурильной колонны в переводник 6, своей конической резьбой 22 подсоединенный к ним (к трубам верхней части бурильной колонны). Протекая через свободный центральный проточный канал полого штока 4 и нижнего переводника 23, промывочная жидкость, содержащая мелкие твердые частицы, не испытывает излишнего сопротивления и беспрепятственно поступает по трубам нижней части бурильной колонны, далее к инструменту и к забою скважины. Кольцевой поршень-разделитель 21, взаимодействуя с промывочной жидкостью, предотвращает попадание мелких твердых частиц в места трения деталей, а взаимодействуя с жидкой смазкой, заполняющей кольцевое пространство 17 между полым корпусом 1 и полым штоком 4, удерживает жидкую смазку в местах трения, предотвращая возможность преждевременного износа и разрушения деталей и сохраняя ясс на более длительный срок в работоспособном состоянии.

Центральный проточный канал остается свободным для пропуска через ясс измерительных приборов к забою скважины, и в любой момент может быть реализована возможность измерения траектории бурильной скважины. Это создает возможность снижения затрат времени, средств и труда на бурение скважин и повышает точность проводки скважин по заданной траектории.

В случае прихвата инструмента в скважине и невозможности его извлечения из скважины обычным путем производят натяжение бурильной колонны, в составе которой установлен предлагаемый ясс. При этом в трубах бурильной колонны и в яссе создаются внутренние напряжения, величина которых прямо пропорциональна величине силы натяжения упруго растянутой бурильной колонны и обратно пропорциональна площади поперечного сечения деталей.

В результате упругого растяжения бурильной колонны полый шток 4, жестко связанный с переводником 6 и конической резьбой 22 с верхней частью бурильной колонны, стремится переместиться относительно полого корпуса 1, жестко связанного с нижним переводником 23 и конической резьбой 24 с нижней частью бурильной колонны, но кольцевой выступ 10 на свободном пружинящем конце 9 цанги 8, своим опорным конусным торцом 11 взаимодействующий в исходном положении с конусным упорным уступом 16 в расточке 15 полого корпуса 1, препятствует свободному осевому перемещению до тех пор, пока осевое усилие растяжения ясса не достигнет установленного расчетного предела.

При достижении осевого усилия натяжения бурильной колонны с ясом, равного расчетному предельному усилию, в связи с наклоном опорных поверхностей опорного конусного торца 11 кольцевого выступа 10 и конусного упорного уступа 16 в расточке 15 полого корпуса 1 возникает и действует радиальная сила, которая стремится вывести кольцевой выступ 10 из расточки 15 полого корпуса 1 и освободить полый шток 4 для осевого движения и перемещения в полом корпусе 1.

В связи с тем, что центр тяжести поперечного сечения каждого пера 20 цанги 8, жестко соединенной с полым штоком 4, смещен относительно центра тяжести опорной площадки конусного упорного уступа 16 в расточке 15 полого корпуса 1, сила натяжения бурильной колонны в каждом пере 20 свободного пружинящего конца 9 цанги 8 создает изгибающие моменты, дополнительно изгибающие каждое перо 20 и увеличивающие угол наклона упорного конусного торца 11 кольцевого выступа 10 и делающие его величину больше величины угла трения скольжения при покое взаимодействующих поверхностей. Это вызывает начало скольжения опорного конусного торца 11 кольцевого выступа 10 по конусной поверхности конусного упорного уступа 16 в расточке 15 полого корпуса 1, и свободный пружинящий конец 9 цанги 8, дополнительно отгибаясь, преодолевает силы упругости цанги 8 и сменного кольца 12, деформируя его, выводит кольцевой выступ 10 из расточки 15 полого корпуса 1.

Под действием сил упругости упруго растянутой бурильной колонны полый шток 4 вместе с деталями, установленными на нем, и верхней частью бурильной колонны с ускорением перемещается вверх, а полый корпус 1 вместе с нижним переводником 23 и нижней частью бурильной колонны с ускорением перемещается вниз.

В результате потенциальная энергия упруго растянутой бурильной колонны переходит в кинетическую энергию ускоренно движущихся в противоположные стороны друг к другу масс верхней и нижней части бурильной колонны. А двигаясь навстречу друг другу с ускорением и набирая значительную относительную скорость, внутренний боек 5 полого штока 4 ударяет по внутренней наковальне 3 полого корпуса 1, и взаимное перемещение в противоположные стороны полого штока 4 относительно полого корпуса 1 прекращается. В результате удара внутреннего бойка 5 по внутренней наковальне 3 в яссе генерируются и по трубам бурильной колонны распространяются упругие волны колебаний внутренних напряжений, которые, перемещаясь от места соударения внутреннего бойка 5 и внутренней наковальни 3 в яссе вниз к месту прихвата инструмента в скважине, разрушают связь инструмента и породы скважины, а перемещаясь вверх, доходят до УБТ, отражаются от УБТ (как от экрана) и, дойдя до места прихвата инструмента в скважине, дополнительно разрушают прихват и совместно с усилием натяжения бурильной колонны извлекают инструмент из прихвата в скважине.

В связи с тем, что крепление верхней части бурильной колонны на поверхности буровой более жесткое, чем связь прихваченного в скважине инструмента с породой скважины, и длина верхней части бурильной колонны значительно больше длины нижней части бурильной колонны, наибольшее осевое перемещение будет происходить у прихваченного инструмента в сторону устья скважины и инструмент будет освобождаться от прихвата.

В процессе срабатывания ясса на извлечение инструмента из скважины наружная наковальня 2 отдаляется от бойка 7 переводника 6.

При необходимости нанесения удара вниз бурильная колонна освобождается от натяжения и верхняя часть бурильной колонны, содержащая в своем составе утяжеленные бурильные трубы (УБТ), резко перемещается вниз. Полый шток 4 вместе с переводником 6, включающим боек 7, опускается в полом корпусе 1, находящемся в неподвижном состоянии, и всей массой верхней части бурильной колонны ударяет в наружную наковальню 2 полого корпуса 1. При ударе бойка 7 о наружную наковальню 2 в трубах бурильной колонны генерируются внутренние напряжения сжатия, которые распространяются в виде упругих волн от ясса вниз к месту прихвата инструмента, ослабляя и разрушая прихват, и вверх до УБТ, отражаются, как от экрана, доходят до места прихвата инструмента и усиливают воздействие ясса, дополнительно освобождая инструмент от прихвата.

При этом в яссе цанга 8 перемещается в полом корпусе 1 вниз, доходит до расточки 15 и своим кольцевым выступом 10 на свободном пружинящем конце 9 под действием сил упругости цанги 8 и сил упругости сменного кольца 12, выполненного в виде гибкой упругой оболочки, заходит в расточку 15 полого корпуса 1 для последующего взаимодействия в исходном положении кольцевого выступа 10 на свободном пружинящем конце 9 с конусным упорным уступом 16 в расточке 15.

Таким образом ясс установлен в исходное положение, опорный конусный торец 11 кольцевого выступа 10 сопрягается с конусным упорным уступом 16 в расточке 15 полого корпуса 1, сменное кольцо 12 приняло исходную форму, и ясс подготовлен к работе по извлечению прихваченного инструмента из скважины.

В процессе работы ясса уплотнения неподвижных соединений 14 вместе с малоконусными резьбовыми соединениями деталей обеспечивают герметичность сопряжений и предотвращают утечки промывочной жидкости и жидкой смазки из кольцевого пространства 17 в затрубное пространство скважины. Уплотнения подвижных соединений 13 при бурении нефтяных и газовых скважин с использованием предлагаемого ясса предотвращают попадание шлама из затрубного пространства скважины к трущимся деталям, препятствуют утечке жидкой смазки и отделяют совместно с кольцевым поршнем-разделителем 21 жидкую смазку от промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы.

Внутренняя кольцевая канавка 18 в свободном пружинящем конце 9 цанги 8 служит для размещения в ней сменного кольца 12 и препятствует его выпадению в процессе работы ясса.

Осевые выступы 19 посредине каждого пера 20 цанги 8, выполненные высотой «с» более радиальной величины «b» конусного упорного уступа 16 в расточке 15 полого корпуса 1 совместно со сменным кольцом 12, обеспечивают удержание свободного пружинящего конца 9 цанги 8 в исходном положении для накопления потенциальной энергии бурильной колонной и вызывают равномерную упругую деформацию сменного кольца 12 в процессе срабатывания ясса.

При необходимости нанесения повторных ударов, направленных вверх, установку ясса в исходное положение после нанесения очередного удара следует проводить, медленно опуская верхнюю часть бурильной колонны, до момента соприкосновения бойка 7 переводника 6 с наружной наковальней 2 полого корпуса 1 и остановки возможности спуска бурильной колонны в скважине.

Таким образом, реализация отличительных признаков предлагаемого ясса в сочетании и в совокупности с известными создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному яссу, и обеспечить достижение положительного технического результата:

- снижение гидравлического сопротивления протоку промывочной жидкости за счет более рационального и эффективного использования площади поперечного сечения ясса;

- исключение возможности интенсивного истирания и ускоренного износа деталей за счет отделения подвижных трущихся частей от промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, и помещения подвижных деталей в жидкую смазку;

- повышение точности проводки направленных скважин за счет свободного доступа измерительных приборов к забою скважины через центральный канал ясса;

- повышение уровня накопляемой яссом потенциальной энергии для ликвидации прихвата инструмента за счет более жесткого удержания ясса в исходном положении и более энергичного его освобождения;

- повышение эффективности использования потенциальной энергии упруго растянутой бурильной колонны для ликвидации прихвата инструмента за счет снижения коэффициента трения, уменьшения потерь на трение деталей и обеспечения более жестких ударов бойков по наковальням;

- повышение технологических возможностей и производительности бурения с использованием ясса за счет ликвидации непроизводительных остановок буровых насосов, связанных с перенастройкой ясса на новый режим работы;

- сохранение на более длительный период в работоспособном состоянии ясса за счет создания более благоприятных условий для работы деталей и щадящего режима эксплуатации.

Все это позволяет повысить надежность, долговечность и экономическую эффективность предлагаемого ясса, снизить производственные затраты на бурение нефтяных и газовых скважин, то есть позволяет решить поставленные в изобретении задачи.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для ликвидации прихватов инструмента в скважине при бурении нефтяных и газовых скважин. Ясс содержит полый корпус с наковальнями, установленный в нем с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток с бойком, установленный на полом штоке переводник с бойком, цангу со свободным пружинящим концом, на котором снаружи выполнен кольцевой выступ с опорным конусным торцом, а внутри установлено сменное кольцо, уплотнения подвижных и неподвижных соединений. В полом корпусе выполнена расточка с конусным упорным уступом для взаимодействия в исходном положении с кольцевым выступом на свободном пружинящем конце цанги, установленной на полый шток в образованное между полым корпусом и полым штоком кольцевое пространство. Сменное кольцо выполнено в виде гибкой упругой оболочки. Между свободным пружинящим концом цанги и полым штоком выполнен радиальный зазор, величина которого больше радиальной величины конусного упорного уступа радиальной расточки полого корпуса. Повышается точность проводки скважин, надежность и долговечность устройства. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ясс, содержащий полый корпус с наковальнями, установленный в нем с возможностью осевого перемещения без взаимного вращения полый шток с бойком, установленный на полом штоке переводник с бойком, цангу со свободным пружинящим концом, на котором снаружи выполнен кольцевой выступ с опорным конусным торцом, а внутри установлено сменное кольцо, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, отличающийся тем, что в полом корпусе выполнена расточка с конусным упорным уступом для взаимодействия в исходном положении с кольцевым выступом на свободном пружинящем конце цанги, установленной на полый шток в образованное между полым корпусом и полым штоком кольцевое пространство, сменное кольцо выполнено в виде гибкой упругой оболочки, и между свободным пружинящим концом цанги и полым штоком выполнен радиальный зазор, величина которого больше радиальной величины конусного упорного уступа расточки полого корпуса.2. Ясс по п.1, отличающийся тем, что величина угла наклона образующих к основанию конусов конусного упорного уступа расточки полого корпуса и опорного конусного торца кольцевого выступа цанги выполнена не менее величины угла трения скольжения при покое взаимодействующих поверхностей.3. Ясс по п.1 или 2, отличающийся тем, что сменное кольцо установлено в выполненную в свободном пружинящем конце цанги внутреннюю кольцевую канавку с осевыми выступами посредине каждого пера цанги, причем высота осевых выступов выполнена более радиальной величины конусного упорного уступа расточки полого корпуса.4. Ясс по п.1, отличающийся тем, что на полый шток в расточке полого корпуса установлен кольцевой поршень-разделитель и пространство между полым штоком и полым корпусом, ограниченное кольцевым поршнем-разделителем, заполнено жидкой смазкой.