Ускоритель для яссов Советский патент 1992 года по МПК E21B31/113 

Изобретение относится к устройствам для ликвидации прихватов в скважинах нефтегазодобывающей промышленности, а именно при традиционных аварийных работах по ликвидации прихватов в скважинах используются ударные устройствам (яссы), использующие упругую энергию деформации колонны труб. Сила удара, создаваемого этими устройствами, зависит от скорости соударения их подвижных частей, соединенных с утяжелленными бурильными трубами (УБТ). В свою очередь скорость соударения зависит от усилия срабатывания ударных устройств. В глубоких скважинах, где усилия срабатывания устройств ограничены прочностными характеристиками бурильных труб, работа этих устройств для ликвидации прихватов не дает положительных результатов. Для повышения эффективности их применения, особенно в глубоких и наклонно направленных скважинах, используются яссы-ускорители (акселераторы).

Известен акселератор, содержащий закрытую камеру, заполненную азотом. Газовая (азотная) подушка в яссе позволяет накапливать потенциальную энергию ударной системы, которая, освобождаясь при

ч

4 ГО GJ

срабатывании ясса при определенном усилии, дает бурильным трубам дополнительное ускорение, а следовательно, и более мощный удар по прихваченному участку труб. Кроме того, азотная подушка после сообщения прихваченному участку труб ударной нагрузки, благодаря дальнейшему сжатию газа выполняет роль амортизатора, предохраняя колонну труб под яссом от чрезмерных ударных нагрузок. Использова- ние ускорителей ударных устройств значительно повышает эффективность их применения особенно в глубоких скважинах, где усилия натяжения коллоны труб, т.е. усилия срабатывания, ограничены проч- ностными характеристиками бурильных труб.

Недостатком известного акселератора является недостаточная его надежность при работе в скважине. Это объясняется тем, что при нагружении такого устройства усилием натяжения в закрытой камере развивается значительное давление газа (до 100 МПа и более), приводящее к его утечке через уплотнения и дальнейшему отказу в работе.

Известен жидкостной акселератор, состоящий из корпуса, штока, поршня и закрытой полости, заполненной жидкостью (энергоносителем).

Жидкостной акселератор спускается в скважину совместно с механическими или гидромеханическими яссами и играет роль гидравлической пружины, накапливающей потенциальную энергию ударной системы и при срабатывании ясса ускоряющей движе- ние утяжеленных бурильных труб для нанесения мощных ударов по прихваченной компоновке бурильного инструмента.

Недостатком жидкостного акселератора является то, что первоначальный им- пульс скорости, в основном, расходуется на преодоление сил трения покоя. Дальнейшее движение подвижной ударной системы осуществляется по инерции из-за практической несжимаемости жидкости, что в итоге снижает надежность и эффективность ликвидации прихватов.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы ударного устройства в глубоких и наклонно- направленных скважинах путем улучшения упругих свойств сжимаемой среды энергоносителя.

Указанная цель достигается тем, что ускоритель снабжен лопастями, установлен- ными в герметичной камере, под поршнем и связанными со штоком, а в качестве сжимаемой среды используется газожидкостная смесь, причем лопасти расположены на jjTOKe по крайней мере в два ряда, причем

рабочие плоскости лопастей наклонены к собственной оси так, что наклон рабочих плоскостей одного ряда противоположен наклону лопастей другого ряда.

Преимуществом изобретения является то, что на штоке, в зоне изолированной камеры, устанавливаются наклоненные в разные стороны к его оси лопасти, позволяющие создавать турбулентный режим движения жидкости, что дает более полное растворение в ней газа и повышает эффект создания устойчивой эмульсии при возвратно-поступательном движении штока; изолированная камера одновременно заполняется под давлением жидкостью и газом (например, трансформаторным маслом и углекислым газом) и при сжатии этих агентов поршнем с усилием, создаваемым энергией упругой деформации колонны бурильных труб, весь заполняющий изолированную камеру газ, растворяется в жидкости, что позволит исключить его утечку через уплотнение из камеры при значительных давлениях.

Во время срабатывания ударного устройства первоначальный импульс скорости подвижной системы будет обусловлен энергией сжатой жидкости и растворенного в ней газа, причем в отличие от известных жидкостных ускорителей этот первоначальный импульс будет более мощный, так как при снятии нагрузки с поршня и изолированной камеры растворенный в жидкости газ будет стремиться занять свой первоначальный объем и тем самым будет подпитывать ударную систему определенным усилием, т.е. ее движение по стволу скважины будет не инерционным, а ускоренным.

Эффективность применения ударного устройства в глубоких и наклонно-направленных скважинах обусловлена тем, что энергия удара ударным устройством прямо пропорциональна площади поперечного сечения расположенных над устройством утяжеленных бурильных труб (УБТ) и скорости их перемещения. Установка УБТ с большой площадью поперечного сечения в глубоких скважинах невозможна (из-за малого диаметра ствола скважины), следовательно, увеличение энергии удара возможно только за счет увеличения скорости движения УБТ во время срабатывания ударного устройства, что возможно только при условии применения ускорителя. В наклонно-направленных скважинах энергия удара частично расходуется на преодоление сил трения колонны бурильных труб и УБТ о стенки скважины и ее необходимо компенсировать за счет увеличения скорости перемещения свободной части колонны труб.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1.

Ускоритель ударных устройств состоит из полого корпуса 1 с цилиндрической внутренней поверхностью, расположенного в нем штока 2, на котором укреплены поршень 3 и наклонные плоскости лопастей 4. С корпусом 1 при помощи резьбы соединен цилиндр 5. Поршень 3 и цилиндр 5, снабженные сальниковыми уплотнениями б, образуют изолированную камеру 7, заполненную сжимаемой средой, что составляет единую энергосистему. Учитывая, что при ликвидации прихватов могут применяться ударные устройства с различной длиной свободного хода, конструкция поршня 3 и штока 2 выполнена так, что поршень 3 может перемещаться в продольном направлении по штоку 2. Это позволяет в зависимости от типа применяемого ударного устройства производить регулировку свободного хода ускорителей. С целью снижения гидравлического сопротивления при движении штока 2 в корпусе 1 в последнем предусмотрены отверстия 8, через которые промывочная жидкость выбрасывается в за- трубное пространство из полости ускорителя при движении штока 2 с поршнем 3 вверх. Шток 2 в нижней части представлен ниппелем 9 с замковой резьбой для соединения с ударным устройством, а на корпусе 1 навернута с помощью резьбы муфта 10 для бурильных труб.

Ускоритель ударных устройств работает следующим образом.

После спуска аварийной компоновки с включенным в нее ускорителем в скважину и ее соединением с прихваченной частью производят зарядку ударного устройства и натяжение колонны бурильных труб. При натяжении колонны бурильных труб корпус 1 ускорителя перемещается вверх относительно штока 2 с лопастями 4, нагружая поршень 3, цилиндр 5, жидкость, растворенный в ней газ и одновременно создавая устойчивую эмульсию (энергоноситель).

При достижении натяжения максимального значения и срабатывании ударного устройства, и в момент его разрядки происходит мгновенное снятие нагрузки с энергоносителя, т.е. поршня 3, цилиндра 5, жидкости и растворенного в ней газа.

Так как жидкость и газ в замкнутой камере 7 от усилия натяжения находились под значительным давлением, то в момент разгрузки через поршень 3 жидкость воздействует на шток 2, сообщая ему первоначальный мощный импульс, способный преодолеть силы трения покоя ударной системы. Дальнейшее движение ударной системы по стволу скважины в ускоренном режиме до момента удара обеспечивается энергией выделяемого из жидкости газа. Таким образом, использование ускорителя позволяет создавать мощные импульсные

нагрузки /Дурными устройствами даже з глубоких скважинах, где из-за малого диаметра ствола скважины невозможно увеличить ударные нагрузки путем применения соударяющихся тел большого поперечного

сечения и создания значительных усилий растяжения бурильной колонны.

Применение ускорителей особенно будет эффективно в наклонно-направленных скважинах, где силы сопротивления при

осевом перемещении колонны труб по стволу скважины достигают значительных величин, поглощая энергию упругой системы ускорителя,

Технико-зкономический эффект изобретения заключается в повышении эффективности использования ударного устройства за счет увеличения скорости удара, а также надежности, которая исключает утечку газового агента через сальниковое уплотнение

из изолированной камеры.

Формула изобретения

1,Ускоритель для яссов, включающий полый корпус с цилиндрической внутренней

поверхностью, шток, телескопически установленный в корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения, поршень, установленный на штоке, уплотненный относительно цилиндрической внутренней

поверхности корпуса и образующий с корпусом и штоком герметичную камеру, заполненную сжимаемой средой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности его работы путем улучшения упругих свойств сжимаемой среды, он снабжен лопастями, установленными в герметичной камере под поршнем и связанными со штоком, а в качестве сжимаемой среды используется газожидкостная

смесь.

2.Ускоритель поп.1,отличающий- с я тем, что лопасти расположены на штоке по крайней мере в два ряда, причем рабочие плоскости лопастей наклонены к собственной оси и наклон рабочих плоскостей одного ряда противоположен наклону лопастей другого ряда.

70AL

10

A-A

15

20

25

30

35

40

45

Фиг.З

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к устройства для ликвидации прихватэв при бурении скважин. Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства путем улучшение упругих свойств сжимаемой среды. Устройство состоит из корпуса (К) 1, установленного в корпусе штока (Ш) 2 с поршнем (П) 3. П 3 уплотнен относительно внутренней поверхности К 1. Между К 1, Ш 2 и П 3 образована герметичная камера, заполненная сжимаемой средой в виде газожидкостной смеси. В герметичной камере, под П 3 на Ш 2 установлены лопасти 4. Ускоритель устанавливается на УБТ, под которыми устанавливается ясс. При приложении усилия растяжения к указанной компоновке К 1 движется вверх относительно П 3 и газожидкостная смесь сжимается, накапливая энергию. После расцепления замкового узла ясса Ш 2 с П 3 и УБТ устремляются вверх с ускорением, сообщаемым им расширяющейся газожидкостной смесью. В конце хода ясса УБТ наносят удар по прихваченному инструменту. Лопасти 4 перемешивают жидкость и газ во время работы ускорителя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. СО

Фиг. 1