Гидравлический ударник Советский патент 1991 года по МПК E21B31/113 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к ударным механизмам для ликвидации прихвата колонны труб.

Целью изобретения является увеличение энергии наносимых ударов за счет увеличения длины рабочего хода бойка.

На чертеже показана схема гидравлического ударника в исходном положении.

Ударник содержит полый корпус 1 с наковальней 2 в верхней части, телескопически установленный в корпусе ударный шток 3 с поршнем 4 и бойком 5 на наружной поверхности, верхнюю 6 и нижнюю 7 камеры разного диаметра (диаметр верхней камеры большими), герметизированные уплотнителями 8. Верхняя камера образована наружной поверхностью штока и внутренней поверхностью корпуса. Нижняя камера образована наружной поверхностью штока и внутренней поверхностью дополнительного кольцевого поршня 9, телескопически установленного в корпусе на пружине 10 и телескопически связанного с поршнем штока. Поршень 4 содержит кольца 11. Поршень 9 установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения. В своих крайних верхнем и нижнем положениях он контактирует с ограничителями 12 перемещения. Для обеспечения соединения с прихваченной частью колонны труб служат шлицы 13 штока 3, взаимодействующие с ответными шлицами 14 корпуса 1. Ударник присоединяют к бурильной колонне через резьбу в верхнем переводнике 15. а к приО

VI

8

00

хваченной части через резьбу в переводнике 16.

Гидравлический ударник для ликвидации прихвата работает следующим образом.

Ударник спускают в скважину на бурильной колонне и соединяют с прихваченной частью инструмента. Разгрузкой колонны штокЗ перемещают вниз до захода поршня 4 в камеру 7 и далее до упора верх- него переводника 15 в торец корпуса 1. Затем натягивают колонну с выбранным усилием. Благодаря гидравлическому сопротивлению в зазорах между поршнем 4 и поршнем 9 усилие натяжения накапливает- ся в виде энергии упругой деформации уд- Синения бурильной колонны. Вязкая кидкость в верхней -камере сжимается и в Йей возникает давление, пропорциональ- ое растягивающему усилию. Образовав- Цшйся перепад давлений действует на Верхний торец подпружиненного поршня 9. Условием для перемещения вниз поршня (при этом будет неравенство

(Рв Рн)5вт Fnp.

где РВ - давление в верхней камере;

Рн - давление в нижней камере;

SDT- площадь верхнего торца поршня 9;

Fnp - усилие со стороны пружины от первоначального ее сжатия.

Поршень 4 начинает медленно двигаться вверх, объем нижней камеры увеличивается и поршень 9 перемещается вниз на Определенное расстояние Ah, сжимая при Этом пружину 10. Одновременно жидкость начинает перетекать через малые зазоры в лодпоршневую область, поршень 4 продолжает движение вверх и по истечении неко- toporo времени входит в расширенную верхнюю камеру 6, гидравлическое сопротивление изчезает, шток 3 получает возмож- ность свободно двигаться и за счет накопленной энергии деформации буриль- мой колонны с высокой скоростью перемещается вверх. В конце хода боек 5 наносит удар по наковальне.

Рабочий ход бойка 5 определяется рас- стоянием h от наковальни 2 до верхнего торца подпружиненного поршня 9 в момент рассоединения поршней. Положение поршня 9 зависит от жесткости пружины 10 и рабочего давления жидкости, действующе- го на площадь верхнего торца поршня 9 и пропорционального усилию срабатывания М1еханизма. Взаимосвязь этих величин можно выразить соотношением

Ah

P SST

где Ah - перемещение поршня 9 вниз;

Р - рабочее давление, т.е. превышение давления жидкости в верхней камере по сравнению с нижней;

F - усилие натяжения колонны труб сверх ее собственного веса, обеспечивающее срабатывание ударника;

Sn - площадь поршня 4;

Z - жесткость пружины.

Следовательно, рабочий ход бойка h равен

h h0+ Ah,

где h0 - конструктивный размер ударника. Известно, что максимум энергии и силы удара достигается при максимальной скорости удара. Причем с увеличением усилия срабатывания ударника максимуму скорости удара соответствует больший ход бойка, который определяется полученной формулой

h-fJ-hio 10

где h0 конструктивный размер, рассчитанный для минимального осевого усилия срабатывания 10 тс.

Зная предыдущие величины, можно определить необходимую жесткость пружины по формуле

2

fo+Ah где fo - начальная осадка пружины.

Формула изобретения Гидравлический ударник для ликвидации прихвата колонны труб в скважине, включающий полый корпус с наковальней в верхней части, телескопически установленный в полости корпуса ударный шток с поршнем-бойком на наружной поверхности, образующим со стенками корпуса две камеры - верхнюю большего диаметра и нижнюю меньшего диаметра, отличающий- с я тем, что, с целью увеличения энергии наносимых ударов за счет увеличения длины рабочего хода бойка, он снабжен подпружиненным в осевом направлении относительно корпуса дополнительным кольцевым поршнем, телескопически установленным в корпусе с возможностью огра- ниченного осевого перемещения и

телескопически связанным с поршнем штока, при этом нижняя камера корпуса образована стенками штока дополнительного кольцевого поршня.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к ударным механизмам для ликвидации прихвата колонны труб. Целью изобретения является увеличение энергии наносимых ударов за счет увеличения длины рабочего хода бойка. Для этого гидравлический ударник, включающий корпус с камерами большего и меньшего диаметров и установленный в корпусе телескопически шток с поршнем и бойком, снабжен дополнительным кольцевым поршнем, телескопически связанным с поршнем штока, подпружиненным относительно корпуса и установленным в последнем с возможностью ограниченного осевого перемещения. Камера меньшего диаметра образована стенками штока и дополнительного кольцевого поршня, что позволяет автоматически регулировать длину рабочего хода бойка в зависимости от осевого усилия срабатывания, при передаче которого рассоединяются поршни. 1 ил.

15