Гидромеханическое устройство для ликвидации прихватов в скважине

 

Использование: изобретение относится к ударным механизмам, применяемым для ликвидации прихватов насосно-компрессорных труб в скважине. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1, разделительную трубку 2, шток 3, на который навинчен переводник 4, соединяемый с цилиндром 5. Корпус снабжен предохранительным клапаном, включающим зажимную гайку 7, пружину 8 и шарик 9. Раздвижная опора устройства включает вилку управления 10, жестко связанную с подпятником 11, установленным в прорезях сегментодержателя 12, взаимодействующего с сегментами 13 и 14. В нижней части разделительная трубка 2 взаимодействует подвижным переводником 15, перемещающимся в цилиндре 16 и жестко связанным с поршнем 17. Поршень на торце имеет резьбу для соединения с ловильным инструментом 18. Возможные осевые перемещения вилки 10 и сегментов 13 и 14 ограничиваются соответственно буртиком 19 на разделительной трубке и штифтом 20, фиксирующим положение сегментодержателя 12. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ударным механизмам, применяемым для ликвидации прихватов насосно-компрессорных труб в скважине.

Известен гидравлический ударник, у которого часть цилиндра большого диаметра установлена относительно поршня с кольцевым зазором, сообщающим дифференциальную часть с затрубным пространством скважины, а часть меньшего диаметра выполнена с каналом, сообщающим затрубное пространство скважины с подпоршневой полостью [1]. Недостаток этой конструкции состоит в том, что ее работа зависит от гидравлического давления промывочной жидкости, и детали ясса работают в абразивной среде, что способствует их быстрому изнашиванию.

Известен гидравлический ударник, включающий верхний переводник, разделительную трубку, корпус и установленный в нем с возможностью ограниченного осевого перемещения шток с поршнем. Цилиндр охвачен корпусом, поршень жестко установлен на штоке и в нем выполнены продольные каналы для дросселирования рабочего агента. На внутренней поверхности корпуса выполнена расточка. В поршне установлен шариковый обратный клапан для регулирования максимального усилия расцепления ясса [2]. Недостаток этой конструкции заключается в том, что устройство позволяет возбуждать исключительно динамические нагрузки, воспринимаемые также колонной бурильных труб. В неблагоприятных условиях это восприятие может способствовать повреждению канала связи (колонны бурильных труб) и вызвать тем самым дополнительные осложнения.

Целью изобретения является повышение эффективности освобождения прихваченных насосно-компрессорных труб путем воздействия непосредственно в зону прихвата последовательно статической в пределах грузоподъемности ловильного инструмента и динамической в виде повторяющихся ударов нагрузками.

Достигается это тем, что устройство снабжено вилкой управления подпятником, опорным узлом, включающим сегменты и их держатели, фиксируемые штифтом, подвижным переводником, нижним цилиндром с крышкой, причем разделительная трубка имеет центральный канал и снабжена в нижней части буртиком, между верхней частью разделительной трубки и поршнем, а также нижней ее частью, нижним корпусом и подвижным поршнем переводником образованы замкнутые соответственно верхняя и нижняя камеры, сообщаемые по центральному каналу разделительной трубки, причем сечение верхней камеры меньше сечения нижней.

На фиг.1 представлено гидромеханическое устройство для ликвидации прихватов в скважине; на фиг.2 - разрез по В-В на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Ж-Ж на фиг.1.

Устройство состоит из корпуса 1, внутри которого имеется разделительная трубка 2, входящая внутрь штока 3. На шток 3 с помощью замковой резьбы навинчен переводник 4, на которой в свою очередь навинчен цилиндр 5, телескопически связанный с корпусом 1. Корпус в верхней части снабжен предохранительным клапаном для регулирования величиной возбуждаемых ударов и дозировки камеры рабочим агентом, состоящим из зажимной гайки 7, пружины 8 и шарика 9. Корпус и цилиндр имеют шестигранное сечение, благодаря чему в любой момент времени можно через переводник 4 и цилиндр 5 передавать крутящий момент корпусу ударника. Устройство снабжено раздвижной опорой, включающей вилку 10, сообщаемой с нижним ярусом (А) рабочей камеры и упираемой о подпятник 11. Подпятник 11 установлен в прорезях сегментодержателя 12, взаимодействующего с сегментами опоры 13 и 14. В нижней части разделительная трубка 2 взаимодействует подвижным переводником 15, перемещающимся в цилиндре 16 и жестко связанным с поршнем 17. Поршень на торце имеет резьбу для соединения с ловильным инструментом 18. Возможные осевые перемещения вилки управления 10 и сегментов 13 и 14 ограничиваются соответственно буртиком 19 на разделительной трубке и штифтом 20, фиксирующим положение сегментодержателя. Штифт 20 рассчитан на возможность среза при переходе от режима возбуждения статических нагрузок к режиму возбуждения динамических нагрузок. Этот переходной режим соответствует переходу штока 3 из нижнего яруса (А) замкнутой камеры в верхний (Д). Нижний корпус имеет отверстие для сообщения внутритрубного пространства с надпоршневым пространством подвижного переводника, а для заполнения нижней камеры рабочим агентом подвижный переводник снабжен поперечным отверстием.

Устройство работает следующим образом. После заправки камер (А,Д) и (Г, В) устройство рабочим агентом на колонне бурильных труб совместно с ловильным инструментом спускают его в скважину и соединяют с прихваченным объектом. После соединения с объектом перемещают колонну бурильных труб вниз. В результате шток 3 вместе с переводником 4 и цилиндром 5 перемещается в крайнее нижнее положение. Рабочие агенты, которыми заполнены нижний ярус (камера А) и камера (В), перетекают соответственно через каналы в штоке и центральный канал в пространстве над штоком (камера Д) и в камеры Г (камера Г образована между разделительной трубкой 2 и штоком 3). В этом перемещении вилкой 10 выводятся в рабочее положение сегменты 13 и 14 опоры и упираются о внутреннюю стенку обсадной колонны. В этом положении сегментов подпятника 11 упирается о буртик 19 разделительной трубки. Следовательно, осуществляется в этом движении штока 3 зарядка устройства.

При создании растягивающих усилий шток 3 начинает перемещаться вверх. По мере перемещения штока 3 в нижнем ярусе (камера А) происходит накопление потенциальной энергии для нанесения ударных воздействий за счет медленного перетока рабочего агента через капиллярные каналы из камеры Д в камеру А.

Одновременно начинается переток жидкости из камеры Г в камеру В. За счет этого перетока и разных поперечных сечений камер Г и В от начала движения штока до момента выхода его в камеру Д увеличивается статическая растягивающая нагрузка непосредственно на прихваченный объект. Это означает, что за этот промежуток времени устройство работает как скважинный гидродомкрат. Причем разность площадей поперечных сечений камер Г и В позволяет F_B/F_Г= К - K≫1 е (К >> 1) число раз увеличить нагрузку, действующую непосредственно на прихваченный объект. Тем самым появляется возможность реализации предельно возможного несущего потенциала ловильного инструмента, применяемого обычно в связке с ударным устройством. Так например, если F_B=5F_Г и колонна бурильных труб растягивается нагрузкой, равной Р от 30 до 100 кН, то непосредственно на прихваченный объект будет действовать нагрузка, равная от 150 до 500 кН. При входе штока в верхний ярус камеры срезается штифт 20, свертываются сегменты 13 и 14, сопротивление мгновенно исчезает и шток 3 под действием упругого сжатия колонны резко перемещается вверх, нанося удар по внутреннему торцу корпуса 1. Для создания повторного удара колонну снова опускают на несколько метров и подвижные детали устройства при этом перемещаются в крайнее нижнее положение. После этого производят натяжение колонны и повторяют процесс. При резком перемещении подвижных частей ударника возможного возбуждения ударных нагрузок, превышающих предел прочности тела разделителя, заполняемой рабочим агентом. В результате возможны случаи их повреждения, что приведет устройство в непригодное для повторного применения состояние.

Для предупреждения этих явлений и обеспечения многоразовости применения в корпус ударника вмонтирован предохранительный клапан, рассчитываемый на давление, при котором возбуждаемые ударные нагрузки не нарушают целостность рабочей камеры. Необходимое давление в камере поддерживается сбрасыванием через клапан определенной части рабочего агента согласно избыточной порции возбуждаемых ударных нагрузок. Клапан служит также источником дозаправки камеры рабочим агентом для повторного использования устройства. Такое выполнение устройства позволяет повысить эффективность освобождения прихваченных насосно-компрессорных труб, сократить тем самым время восстановления при аварийной ситуации в скважине.

Формула изобретения

1. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТОВ В СКВАЖИНЕ, содержащее верхний переводник, корпус с расточкой на внутренней поверхности и предохранительным клапаном в верхней его части, полый шток, связанный с верхним переводником и установленный в корпусе с возможностью ограниченного перемещения, цилиндр, жестко связанный с переводником, установленный телескопически относительно корпуса, разделительную трубку, размещенную в корпусе с зазором относительно последнего и полого штока, и поршень с продольными каналами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности освобождения прихваченных в скважине объектов путем воздействия непосредственно статической, в пределах грузоподъемности ловильного инструмента, и динамической в виде повторяющихся ударов нагрузок, оно снабжено подвижным переводником, нижним цилиндром с крышкой и раздвижной опорой, выполненной в виде сегментов и их держателей с прорезями на внутренней поверхности, фиксируемых штифтом, и вилки управления с подпятником, размещенным в прорезях держателя и взаимодействующим с сегментами, причем подвижный переводник жестко связан с разделительной трубкой и установлен с возможностью перемещения в нижнем цилиндре, поршень размещен между внутренней поверхностью нижнего цилиндра и нижним концом разделительной трубки, последняя выполнена с центральным каналом и боковым отверстием в верхней части, имеет бурт на наружной поверхности в нижней части и установлена против расточки в корпусе с возможностью образования двухъярусной камеры, при этом верхняя часть разделительной трубки и нижняя часть штока установлены с возможностью образования верхней полости, сообщенной с центральным каналом втулки, а поршень и нижний цилиндр установлены с возможностью образования нижней полости, сообщенной с центральным каналом трубки через поперечное отверстие поршня и сечение верхней полости меньше сечения нижней полости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вилка управления жестко связана с подпятником и установлена с возможностью перемещения в нижнем ярусе двухъярусной камеры, при этом диаметр штока выполнен равным диаметру нижнего яруса двухъярусной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3