Яс гидромеханический двухстороннего действия с регулируемым усилием активации Российский патент 2020 года по МПК E21B31/113 

Изобретение относится к буровой технике, а именно, к устройствам для создания ударных нагрузок, направленных либо вверх, либо вниз, либо в ту и другую сторону, с целью освобождения прихваченной части бурильной или обсадной колонн, забойного двигателя, пакера или другого инструмента в нефтяной или газовой скважине.

При использовании яса на нескольких скважинах в течение его межремонтного периода, в зависимости от профиля скважины, рабочего интервала применения, условий доведения осевой нагрузки до яса, требуемая величина усилия активации яса может отличаться. В настоящее время величина усилия активации яса устанавливается при сборке, в производственных условиях на заданное усилие активации и не меняется между техническими обслуживаниями яса.

При изменении условий бурения и необходимости корректировки величины усилия активации яса, его требуется транспортировать в условия производства или ремонтного цеха для проведения технического обслуживания. Заявляемое изобретение позволяет корректировать величину усилия активации яса в условиях буровой.

Усилие активации яса - осевое усилие, передаваемое на корпус яса, при котором раскрывается подпружиненный механизм защелки, который высвобождает от фиксации полый шпиндель яса, который, в свою очередь, начинает продольное перемещение, изменяя при этом соотношение объема гидравлической камеры яса сверху и снизу клапанов, что по истечении заданного времени приводит к резкому высвобождению полого шпинделя и срабатыванию яса.

Из уровня техники известен гидромеханический яс (Патент RU 2537722, МПК Е21В 31/113, опубликован 10.01.2015), состоящий из трубчатого корпуса и полого вала, соединенных между собой подвижной шлицевой парой, через внутренние полости трубчатого корпуса и полого вала осуществляется насосная подача текучей среды, трубчатый корпус выполнен из частей, содержи! первый уплотнитель и шлицы на внутренней поверхности со стороны первого края, в средней части трубчатый корпус содержит внутренние выступы-паковалыш, со стороны второго края содержит резьбу, при этом полый вал выполнен из частей, содержит первый поршень с первым уплотнителем, резьбовой хвостовик и шлицы на наружной поверхности со стороны первого края корпуса для соединения со шлицами корпуса, ударники, размещенные между внутренними выступами-наковальнями трубчатого корпуса, а со стороны второго края корпуса содержит второй поршень со вторым уплотнителем, образующие камеру, заполненную рабочей жидкостью - маслом, а также содержащий ограничивающий механизм сообщения жидкости с камерой для жидкости, выполненный в виде пояска увеличенного диаметра полого вала и кольцевого клапана, установленного в камере рабочей жидкости с полым валом, проходящим через внутреннюю полость, внутренняя поверхность кольцевого клапана плотно контактирует с пояском увеличенного диаметра полого вала, при этом в кольцевом клапане установлено хотя бы одно клапанное устройство, ограничивающее течение жидкости внутри камеры рабочей жидкости в одном направлении, а также содержащий подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход полого вала относительно трубчатого корпуса, расположенный в полости, заполненной рабочей жидкостью - маслом, при этом механизм защелки освобождается или устанавливается в рабочее положение при приложении продольной силы больше предельной, а кольцевой клапан, установленный в камере, заполненной рабочей жидкостью, выполнен с продольным ходом, равным хотя бы продольному ходу полого вала относительно подпружиненного механизма защелки от начала приложения силы, вдвигающей полый вал в трубчатый корпус, до установки механизма защелки в рабочее положение, а также содержащий трубчатую гильзу, установленную внутри трубчатого корпуса, плавающий поршень с собственным наружным и внутренним уплотнением, контактирующим с внутренней поверхностью трубчатой гильзы и соответственно с наружной поверхностью хвостовика полого вала с возможностью продольного перемещения внутри трубчатой гильзы и относительно хвостовика полого вала, и упорную втулку, закрепленную па краю хвостовика полого вала при этом подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход полого вала относительно трубчатого корпуса, размещен внутри шлицевой полости, образованной первым поршнем с первым уплотнителем, шлицами трубчатого корпуса, шлицами полого вала и первым уплотнителем трубчатого корпуса со стороны его шлицевого края, заполненной рабочей жидкостью - маслом, упорная втулка, закрепленная на краю хвостовика полого вала, выполнена с уменьшенным диаметром наружной поверхности и образует кольцевой канал между внутренней поверхностью трубчатой гильзы и наружной поверхностью упорной втулки для передачи давления текучей среды на плавающий поршень, при этом продольный ход плавающего поршня вдоль хвостовика полого вала ограничен между упором, выступающим от внутренней поверхности трубчатой гильзы со стороны второго поршня полого вала, и торцом упорной втулки, закрепленной на краю хвостовика полого вала, при этом подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход полого вала относительно трубчатого корпуса, снабжен резьбовым натяжителем, регулирующим продольное усилие пружин механизма защелки для освобождения или установки в рабочее положение.

Недостатком данного устройства является невозможность регулирования усилия активации яса перед его эксплуатацией непосредственно в условиях буровой, а также то, что при необходимости изменения усилия активации яса требуется проводить его полное техническое обслуживание в производственных условиях.

Также известен яс гидромеханический двустороннего действия (Патент RU 190837, МПК Е21В 31/113, опубликован 15.07.2019), принятый за прототип, состоящий из трубчатого корпуса и полого шпинделя, между которыми находится рабочая жидкость - масло, соединенных между собой подвижными шлицами, которые заполнены рабочей жидкостью - маслом, ударников, поршней, связанных со шпинделем резьбовыми соединениями, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, клапанов ограничивающих течение рабочей жидкости - масла в гидравлической камере, образованной полым шпинделем, трубчатым корпусом и двумя поршнями, подпружиненного механизма защелки, размещенного в полости, образованной трубчатым корпусом и полым шпинделем, ограниченной третьим поршнем, закрепленным на конце полого шпинделя и вторым поршнем гидравлической камеры с возможностью блокировки продольного хода полого шпинделя относительно трубчатого корпуса в одном направлении, при этом второй ударник расположен снаружи трубчатого корпуса, а первый ударник - внутри корпуса, около торца на трубчатом корпусе выполнены отверстия, внутри трубчатого корпуса, содержащий резьбовую втулку с фиксацией настраиваемого положения стопорным устройством для изменения натяга подпружиненного механизма защелки.

Недостатком известной конструкции является невозможность регулирования усилия активации яса перед его эксплуатацией непосредственно в условиях буровой, а также то, что при необходимости изменения усилия активации яса требуется проводить его полное техническое обслуживание в производственных условиях.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении удобства настройки рабочих параметров, расширении эксплуатационных характеристик и возможности более эффективного применения яса гидромеханического двустороннего действия в условиях часто меняющихся осевых нагрузок, а также при горизонтальном и наклонно-направленном бурении.

Технический результат, достигаемый заявляемым устройством, заключается в обеспечении возможности регулирования усилия активации яса перед его эксплуатацией непосредственно в условиях буровой, без необходимости разборки яса, что увеличивает удобство эксплуатации, срок службы и надежность работы яса.

Технический результат достигается за счет того, что яс гидромеханический двустороннего действия, состоящий из трубчатого корпуса и полого шпинделя, между которыми находится рабочая жидкость - масло, соединенных между собой подвижными шлицами, которые размещены в рабочей жидкости, ударных поверхностей А и Б, поршней, связанных с полым шпинделем резьбовыми соединениями, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, клапанов, ограничивающих течение рабочей жидкости в гидравлической камере, образованной полым шпинделем, трубчатым корпусом и двумя поршнями, подпружиненного механизма защелки, размещенного в полости, образованной трубчатым корпусом и полым шпинделем, ограниченной поршнем, закрепленным па конце полого шпинделя и поршнем гидравлической камеры для блокировки продольного перемещения полого шпинделя относительно трубчатого корпуса, при этом одна ударная поверхность расположена снаружи трубчатого корпуса, а вторая ударная поверхность - внутри корпуса, к трубчатому корпусу с подпружиненным механизмом защелки присоединен механизм изменения усилия активации, состоящий из полой цилиндрической муфты, трубчатого корпуса, шлицевого полого вала и полого трубчатого корпуса с торцевыми зубьями, входящими в зацепление с цилиндрической муфтой. Торцевые зубья трубчатого корпуса фиксируют положение цилиндрической муфты относительно корпуса, которое определяет длину выступающей ниппельной резьбы шлицевого полого вала, которая в свою очередь служит упором для подпружиненного механизма защелки и определяет величину усилия поджатия пружин, фиксирующих подпружиненный механизм защелки, который определяет усилие активации яса.

В отличие от прототипа, в предлагаемом изобретении подпружиненный механизм защелки регулируется корпусным механизмом изменения усилия активации, который позволяет изменять усилие активации при сохранении герметичности камер яса, что позволяет изменять усилие активации непосредственно перед эксплуатацией, а это в свою очередь увеличивает удобство эксплуатации, срок службы и надежность работы яса.

Резьбовая втулка, упомянутая в прототипе, может регулировать усилие только при разборке камеры подпружиненного механизма защелки в условиях ремонтного цеха. Обычно это делается при техническом обслуживании яса. А содержащийся в заявляемом изобретении механизм изменения усилия активации позволяет регулировать усилие непосредственно на буровой, когда яс стоит в колонне.

Механизм изменения усилия активации тарирован и имеет шкалу изменения усилия, что облегчает удобство эксплуатации.

Преимуществом предлагаемой конструкции является возможность своевременной настройки усилия активации яса за счет наличия механизма изменения усилия активации. Своевременное изменение усилия активации исключает непроизвольное срабатывание яса в условиях меняющихся осевых нагрузок, при горизонтальном и наклонно-направленном бурении, что позволяет уменьшить непроизводительное время работы яса, предотвратить износ деталей и узлов яса, повысить эффективность работы яса и увеличить ресурс изделия в целом.

Изобретение поясняется фигурой, на которой изображен яс гидромеханический двухстороннего действия с регулируемым усилием активации в разрезе;

на разрезе В-В показаны подвижные шлицы;

на разрезе Г-Г показаны торцевые зубья. На фигуре использованы следующие обозначения позиций:

1 - Трубчатый корпус; 2 - полый шпиндель; А и Б - ударные поверхности; 3, 4, 5 -поршни; 6 - клапаны, ограничивающие течение рабочей жидкости в гидравлической камере; 7 - подпружиненный механизм защелки; 8 - полая цилиндрическая муфта; 9 -фиксирующий трубчатый корпус; 10 - шлицевый полый вал; 11 - полый трубчатый корпус с торцевыми зубьями; 12 - пружины; 13 - подвижные шлицы; 14 - уплотнения подвижных и неподвижных соединений; 15 - торцевые зубья полого трубчатого корпуса 11; 16 - выступающая часть ниппельной резьба шлицевого полого вала 10.

Яс гидромеханический двустороннего действия с регулируемым усилием активации, состоит из трубчатого корпуса 1 и полого шпинделя 2, между которыми находится рабочая жидкость - масло, соединенных между собой подвижными шлицами 13, которые размещены в рабочей жидкости, ударных поверхностей А и Б, поршней 3, 4, 5, связанных с полым шпинделем 2 резьбовыми соединениями, уплотнений 14 подвижных и неподвижных соединений, клапанов 6, ограничивающих течение рабочей жидкости в гидравлической камере, образованной полым шпинделем 2, трубчатым корпусом 1 и поршнями 3 и 4, подпружиненного механизма защелки 7, размещенного в полости, образованной трубчатым корпусом 1 и полым шпинделем 2, ограниченной поршнем 5, закрепленным на конце полого шпинделя 2 и поршнем 4 гидравлической камеры для блокировки продольного перемещения полого шпинделя 2 относительно трубчатого корпуса 1, при этом ударная поверхность А расположена снаружи трубчатого корпуса 1, а ударная поверхность Б - внутри корпуса 1, к трубчатому корпусу 1 с подпружиненным механизмом защелки 7 присоединен механизм изменения усилия активации, состоящий из полой цилиндрической муфты 8, фиксирующего трубчатого корпуса 9, шлицевого полого вала 10 и полого трубчатого корпуса 11 с торцевыми зубьями 15, входящими в зацепление с цилиндрической муфтой 8. Торцевые зубья 15 трубчатого корпуса 11 фиксируют положение цилиндрической муфты 8 относительно корпуса, которое определяет длину выступающей ниппельной резьбы 16 шлицевого полого вала 10, которая в свою очередь служит упором для подпружиненного механизма защелки 7 и определяет величину усилия поджатия пружин 12, фиксирующих механизм защелки, который определяет усилие активации яса.

Устройство работает следующим образом:

Механизм изменения усилия активации, настраивают при сборке в производственных условиях на заданное усилие активации. В случае необходимости изменения усилия активации перед спуском яса в скважину шлицевой полый вал 10 отворачиваю от трубчатого полого корпуса 9, торцевые зубья 15 полого корпуса 11 выходят из зацепления с цилиндрической муфтой 8. Путем поворота цилиндрической муфты 8 вокруг своей оси происходит изменение выступающей длины ниппельной части резьбы 16 шлицевого полого вала 10 относительно цилиндрической муфты 8, после этого цилиндрическая муфта 8 вновь входит в зацепление с полым трубчатым корпусом 11, а шлицевой полый вал 10 наворачивают на фиксирующий полый трубчатый корпус 9. Изменение выступающей длины ниппельной части резьбы 16 шлицевого полог о вала 10 приводи !' к изменению натяга подпружиненного механизма защелки 7, что в свою очередь приводит к изменению усилия активации яса.

Дальнейшая работа яса осуществляется как обычно и известна из уровня техники, например, из прототипа.

Необходимость изменения усилия активации определяется условиям бурения, например, такими как изменение компоновки бурильной колонны, изменение направления бурения, изменение осевой нагрузки при проработке сложных профилей скважины или сменой скважины.

Изобретение с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет повысить удобство эксплуатации, уменьшить время непроизводительной работы яса, увеличить эффективность работы яса, а также увеличить ресурс изделия в целом.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для создания ударных нагрузок, направленных либо вверх, либо вниз, либо в ту и другую сторону для освобождения прихваченной части бурильной и обсадной колонн, забойного двигателя, пакера и другого инструмента в скважине Устройство включает трубчатый корпус и полый шпиндель, между которыми находится рабочая жидкость – масло, соединенные между собой подвижными шлицами, которые размещены в рабочей жидкости, ударные поверхности, поршни, связанные с полым шпинделем резьбовыми соединениями, клапаны, ограничивающие течение рабочей жидкости в гидравлической камере, образованной полым шпинделем, трубчатым корпусом и двумя поршнями, подпружиненный стопорный механизм, размещенный в полости, образованной трубчатым корпусом и полым шпинделем, ограниченной поршнем, закрепленным на конце полого шпинделя и поршнем гидравлической камеры для блокировки продольного перемещения полого шпинделя относительно трубчатого корпуса. Одна ударная поверхность расположена снаружи трубчатого корпуса, а вторая ударная поверхность – внутри корпуса. К трубчатому корпусу с подпружиненным стопорным механизмом присоединен механизм изменения усилия активации, состоящий из полой цилиндрической муфты, трубчатого корпуса, шлицевого полого вала и полого трубчатого корпуса с торцевыми зубьями, входящими в зацепление с цилиндрической муфтой. Торцевые зубья трубчатого корпуса фиксируют положение цилиндрической муфты относительно корпуса, которое определяет длину выступающей ниппельной резьбы шлицевого полого вала, которая, в свою очередь, служит упором для подпружиненного стопорного механизма и определяет величину усилия поджатия пружин, фиксирующих стопорный механизм, который определяет усилие активации яса. Обеспечивается возможность регулирования усилия активации яса перед его эксплуатацией непосредственно в условиях буровой, что увеличивает удобство эксплуатации, срок службы и надежность работы яса. 3 ил.

Яс гидромеханический двустороннего действия с регулируемым усилием активации, состоящий из трубчатого корпуса и полого шпинделя, между которыми находится рабочая жидкость - масло, соединенных между собой подвижными шлицами, которые заполнены рабочей жидкостью - маслом, ударников, поршней, связанных со шпинделем резьбовыми соединениями, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, клапанов, ограничивающих течение рабочей жидкости – масла в единственной гидравлической камере, образованной полым шпинделем, трубчатым корпусом и двумя поршнями, подпружиненного механизма защелки, размещенного в полости, образованной трубчатым корпусом и полым шпинделем, ограниченной третьим поршнем, закрепленным на конце полого шпинделя и вторым поршнем гидравлической камеры с возможностью блокировки продольного хода полого шпинделя относительно трубчатого корпуса в одном направлении, при этом второй ударник расположен снаружи трубчатого корпуса, а первый ударник - внутри корпуса, отличающийся тем, что к трубчатому корпусу с подпружиненным механизмом защелки присоединен механизм изменения усилия активации, состоящий из полой цилиндрической муфты, фиксирующего трубчатого корпуса, шлицевого полого вала, выполненного с возможностью отворачивания от фиксирующего трубчатого корпуса и полого трубчатого корпуса с торцевыми зубьями, выполненными с возможностью зацепления с полой цилиндрической муфтой и ее фиксации относительно полого трубчатого корпуса с торцевыми зубьями, при этом торцевые зубья полого трубчатого корпуса фиксируют полую цилиндрическую муфту относительно фиксирующего трубчатого корпуса, положение которой определяет длину ниппельной резьбы шлицевого полого вала, которая выполняет функцию упора для подпружиненного механизма защелки, определяющего величину усилия поджатия пружин, фиксирующих механизм защелки.