RU124304U1

RU124304U1 - DRILLING HYDROMECHANICAL SHOCK MECHANISM OF BILATERAL ACTION

Info

Publication number: RU124304U1
Application number: RU2012131987/03U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Ищенко; Сергей Владимирович Любименко; Руслан Николаевич Желонкин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-01-20

Abstract

1. Буровой гидромеханический ударный механизм двухстороннего действия, включающий трубчатый корпус и полый шпиндель, выполненные составными и телескопически связанные без вращения между собой шлицевым соединением, причем составные части трубчатого корпуса и полого шпинделя связаны между собой резьбовыми соединениями, камеру, образованную между трубчатым корпусом и полым шпинделем, состоящую, по крайней мере, из трех секций и заполненную рабочей жидкостью, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры, подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход полого шпинделя относительно трубчатого корпуса, отличающийся тем, что ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры выполнен в виде поршневого узла, представляющего собой две пары припасованных друг с другом опоры и кольцевого поршня, причем каждая опора выполнена с кольцевыми канавками для дросселирования рабочей жидкости, а в одной из секций камеры размещен плавающий демпфер.2. Буровой гидромеханический ударный механизм двухстороннего действия по п.1, отличающийся тем, что все резьбовые соединения выполнены цилиндрическими.1. Double-acting hydromechanical percussion mechanism, comprising a tubular body and a hollow spindle, made integral and telescopically connected without rotation by a spline connection, the components of the tubular body and the hollow spindle being connected by threaded joints, a chamber formed between the tubular body and the hollow spindle, consisting of at least three sections and filled with working fluid, seals of movable and fixed joints, limiting the mechanism of a working fluid from one of the chamber sections, a spring-loaded latch mechanism blocking the longitudinal stroke of the hollow spindle relative to the tubular body, characterized in that the limiting mechanism for communicating the working fluid from one of the chamber sections is made in the form of a piston assembly, which is two pairs of each other bearings and an annular piston, each bearing being made with annular grooves for throttling the working fluid, and a floating damper is placed in one of the chamber sections. 2. Drilling hydromechanical shock mechanism of double-sided action according to claim 1, characterized in that all threaded joints are made cylindrical.

Description

Полезная модель относится к буровой технике, а именно, к устройствам для создания ударных нагрузок, направленных вверх или вниз, с целью освобождения прихваченной части бурильной и обсадной колонны, забойного двигателя, пакера и другого инструмента в нефтяной или газовой скважине.The utility model relates to drilling equipment, namely, devices for creating shock loads directed up or down in order to release the stuck part of the drill and casing, downhole motor, packer and other tools in an oil or gas well.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является гидравлический бурильный яс, состоящий из трубчатого корпуса и полого шпинделя, соединенных без вращения между собой шлицевым соединением, камеры, образованной между трубчатым корпусом и полым шпинделем и заполненной рабочей жидкостью, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, подпружиненного механизма защелки, блокирующего продольный ход полого шпинделя относительно трубчатого корпуса, ограничивающего механизма сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры в виде кольцевого клапана (патент РФ №2310061, МПК Е21В 31/113, публ. 10.11.2007 г.), который принят за прототип.The closest set of essential features is a hydraulic drill jar consisting of a tubular body and a hollow spindle connected without rotation between each other by a spline connection, a chamber formed between the tubular body and the hollow spindle and filled with working fluid, seals of movable and fixed joints, a spring-loaded latch mechanism blocking the longitudinal stroke of the hollow spindle relative to the tubular body, limiting the mechanism of communication of the working fluid with one of the sections of the cam ry in the form of an annular valve (RF patent №2310061, IPC E 21 B 31/113, publ. 10.11.2007), who received the prototype.

Недостатком известного гидравлического яса является то, что используемые в нем кольцевые клапаны имеют очень сложную конструкцию, включающую большое количество деталей, что снижает надежность его работы, среди них имеется несколько прецизионных пар, следовательно, применение таких элементов значительно повышает себестоимость изделия и трудоемкость его изготовления.A disadvantage of the known hydraulic jar is that the annular valves used in it have a very complex structure, including a large number of parts, which reduces the reliability of its operation, among them there are several precision pairs, therefore, the use of such elements significantly increases the cost of the product and the complexity of its manufacture.

Недостатком известной конструкции является то, что резьбовые соединения, связывающие составные части трубчатого корпуса, выполнены коническими, что повышает его себестоимость и трудоемкость его изготовления, так как помимо дорогостоящей нарезки необходимо дополнительное уплотнение каждой резьбы. Кроме того, применение конических резьб снижает прочность изделия.A disadvantage of the known design is that the threaded connections connecting the components of the tubular body are made conical, which increases its cost and the complexity of its manufacture, since in addition to costly threading, additional sealing of each thread is necessary. In addition, the use of tapered threads reduces the strength of the product.

Задача заключается в повышении надежности работы бурового гидромеханического ударного механизма двухстороннего действия, а также снижении себестоимости и трудоемкости его изготовления.The task is to increase the reliability of the drilling hydromechanical shock mechanism of double-acting, as well as reducing the cost and complexity of its manufacture.

Технический результат достигается за счет того, что в буровом гидромеханическом ударном механизме двухстороннего действия, включающем трубчатый корпус и полый шпиндель, выполненные составными и телескопически связанные без вращения между собой шлицевым соединением, причем составные части трубчатого корпуса и полого шпинделя связаны между собой резьбовыми соединениями, камеру, образованную между трубчатым корпусом и полым шпинделем, состоящую, по крайней мере, из трех секций и заполненную рабочей жидкостью, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры, подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход полого шпинделя относительно трубчатого корпуса, согласно полезной модели, ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры выполнен в виде поршневого узла, представляющего собой две пары припасованных друг с другом опоры и кольцевого поршня, причем каждая опора выполнена с кольцевыми канавками для дросселирования рабочей жидкости, а в одной из секций камеры размещен плавающий демпфер.The technical result is achieved due to the fact that in the drilling hydromechanical percussion mechanism of double-acting, including a tubular body and a hollow spindle, made integral and telescopically connected without rotation by a spline connection, and the components of the tubular body and the hollow spindle are connected by threaded connections, the camera formed between the tubular body and the hollow spindle, consisting of at least three sections and filled with working fluid, seals movable and movable joints, a limiting mechanism for communicating the working fluid from one of the chamber sections, a spring-loaded latch mechanism, blocking the longitudinal stroke of the hollow spindle with respect to the tubular body, according to a utility model, a limiting mechanism for communicating the working fluid from one of the chamber sections is made in the form of a piston assembly, which is two pairs of supports and an annular piston arranged with each other, each support being made with annular grooves for throttling the working fluid, and in one of the sections The camera posted a floating damper.

Кроме того, все резьбовые соединения выполнены цилиндрическими.In addition, all threaded connections are cylindrical.

Преимуществом предлагаемой полезной модели по отношению к прототипу является то, что ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры выполнен в виде поршневого узла, представляющего собой две пары припасованных друг с другом опоры и кольцевого поршня, причем каждая опора выполнена с кольцевыми канавками для дросселирования рабочей жидкости.The advantage of the proposed utility model in relation to the prototype is that the limiting mechanism for communicating the working fluid from one of the chamber sections is made in the form of a piston assembly, which is two pairs of supports and an annular piston arranged with each other, each support being made with annular grooves for throttling working fluid.

Такая конструкция проста, содержит малое количество деталей, не требует сложных и трудоемких технологических операций при своем изготовлении, так как не содержит прецизионных пар, и выполняется на универсальных станках, что гарантирует надежность ее работы и в то же время снижает себестоимость изделия. Повышение точности времени дросселирования рабочей жидкости через кольцевые канавки, обеспечивающее эффективную работу ударного механизма, достигается путем уменьшения или увеличения площади поперечного сечения кольцевой канавки опоры, что также не требует больших затрат.This design is simple, contains a small number of parts, does not require complex and labor-intensive technological operations in its manufacture, since it does not contain precision pairs, and is performed on universal machines, which guarantees the reliability of its operation and at the same time reduces the cost of the product. Improving the accuracy of the throttling time of the working fluid through the annular grooves, which ensures the effective operation of the impact mechanism, is achieved by reducing or increasing the cross-sectional area of the annular support groove, which also does not require large expenditures.

Предлагаемая полезная модель снабжена плавающим демпфером, размещенным в одной из секций камеры. Он обеспечивает герметичность и защиту рабочих органов от действия бурового раствора, а также выравнивает давление в камере с рабочей жидкостью и в затрубном пространстве в результате температурных колебаний и при работе механизма, что повышает надежность работы устройства.The proposed utility model is equipped with a floating damper located in one of the sections of the camera. It provides tightness and protection of the working bodies from the action of the drilling fluid, and evens out the pressure in the chamber with the working fluid and in the annulus as a result of temperature fluctuations and during the operation of the mechanism, which increases the reliability of the device.

Кроме того, все резьбовые соединения предлагаемой конструкции выполнены цилиндрическими. Это позволяет выполнить составные части трубчатого корпуса максимальной толщины, что повышает прочность изделия. Нарезка цилиндрической резьбы гораздо экономичнее, чем конической, а герметичность цилиндрических резьбовых соединений обеспечивается установкой стандартных уплотнительных колец. В целом, выполнение всех резьбовых соединений цилиндрическими позволяет повысить прочность и значительно снизить себестоимость изделия.In addition, all threaded connections of the proposed design are cylindrical. This allows you to perform the components of the tubular body of maximum thickness, which increases the strength of the product. Cutting a cylindrical thread is much more economical than a tapered thread, and the tightness of cylindrical threaded joints is ensured by the installation of standard o-rings. In general, the implementation of all threaded connections with cylindrical allows to increase strength and significantly reduce the cost of the product.

На фиг.1 и фиг.2 показан продольный разрез бурового гидромеханического ударного механизма двухстороннего действия.Figure 1 and figure 2 shows a longitudinal section of a drilling hydromechanical shock mechanism of double-acting.

На фиг.3 показан элемент А на фиг.1 поршневого узла в камере с рабочей жидкостью.Figure 3 shows the element A in figure 1 of the piston assembly in the chamber with the working fluid.

Буровой гидромеханический ударный механизм двухстороннего действия состоит из трубчатого корпуса 1 (фиг.1) и полого шпинделя 2, телескопически связанных без вращения между собой шлицевым соединением 3, причем трубчатый корпус 1 выполнен составным из частей 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (фиг.1, фиг.2), соединенных между собой цилиндрическими резьбовыми соединениями 11, полый шпиндель 2 выполнен составным из частей 12, 13, 14, 15, 16, соединенных между собой цилиндрическими резьбовыми соединениями 17. Часть 4 трубчатого корпуса 1 содержит ударные торцы 18, 19. Часть 12 полого шпинделя 2 содержит ударный торец 20, взаимодействующий с ударным торцем 18 части 4 трубчатого корпуса 1, часть 13 полого шпинделя 2 содержит ударный торец 21, взаимодействующий с ударным торцем 19 части 4 трубчатого корпуса 1. Часть 7 трубчатого корпуса 1 в середине имеет гладкую рабочую поверхность 22, которая с обеих сторон переходит в расширенные поверхности 23, 24, служащие для резкого сброса давления рабочей жидкости при работе механизма.A double-acting hydromechanical percussion mechanism consists of a tubular body 1 (Fig. 1) and a hollow spindle 2 telescopically connected without rotation with a spline connection 3, and the tubular body 1 is made up of parts 4, 5, 6, 7, 8, 9 10 (FIG. 1, FIG. 2) interconnected by cylindrical threaded connections 11, the hollow spindle 2 is made up of parts 12, 13, 14, 15, 16 interconnected by cylindrical threaded connections 17. Part 4 of the tubular body 1 contains shock ends 18, 19. Part 12 of the hollow of the spindle 2 comprises an impact end 20 interacting with the impact end 18 of part 4 of the tubular body 1, part 13 of the hollow spindle 2 contains an impact end 21 interacting with the impact end 19 of part 4 of the tubular body 1. Part 7 of the tubular body 1 has a smooth working surface in the middle 22, which on both sides passes into the widened surface 23, 24, serving for a sharp release of pressure of the working fluid during operation of the mechanism.

Между трубчатым корпусом 1 и полым шпинделем 2 образована камера 25, заполненная рабочей жидкостью и состоящая из секций 26, 27, 28. Ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций, а именно из полости 29 секции 27 камеры 25 в полость 30 секции 27 камеры 25 (при ударе, направленном снизу вверх) и в обратном направлении (при ударе, направленном сверху вниз), выполнен в виде поршневого узла А (фиг.3), представляющего собой две пары припасованных друг с другом опоры 31 и кольцевого поршня 32, опоры 33 и кольцевого поршня 34, причем опора 31 выполнена с кольцевыми канавками 35, опора 33 выполнена с кольцевыми канавками 36 для дросселирования рабочей жидкости.Between the tubular body 1 and the hollow spindle 2, a chamber 25 is formed, filled with a working fluid and consisting of sections 26, 27, 28. The limiting mechanism for communicating the working fluid with one of the sections, namely from the cavity 29 of the section 27 of the camera 25 to the cavity 30 of the section 27 of the camera 25 (upon impact directed from the bottom up) and in the opposite direction (upon impact directed from top to bottom), is made in the form of a piston assembly A (Fig. 3), which is two pairs of bearings 31 and annular piston 32 stacked together, bearings 33 and the annular piston 34, and the bearing 31 vypol ene with annular grooves 35, the support 33 is provided with annular grooves 36 for throttling the hydraulic fluid.

В секции 28 (фиг.2) камеры 25 установлен подпружиненный тарельчатыми пружинами 37 и удерживаемый конусными фиксаторами 38 подпружиненный механизм защелки 39, блокирующий продольный ход полого шпинделя 2 относительно трубчатого корпуса 1.In the section 28 (figure 2) of the chamber 25, a spring-loaded disc springs 37 and a spring-loaded latch mechanism 39 held by conical latches 38 are installed, blocking the longitudinal stroke of the hollow spindle 2 relative to the tubular body 1.

В секции 28 камеры 25 установлен плавающий демпфер 40, состоящий из втулки защитной 41 и уплотнительных колец 42, предназначенный для уравновешивания давления в камере 25 с рабочей жидкостью и в затрубном пространстве. Герметичность конструкции обеспечивают уплотнения подвижных соединений 43 и уплотнения неподвижных соединений 44. Заливка и прокачка рабочей жидкости, например, масла Shell Torkula, позволяющего избежать резкого снижения его вязкости при высокой температуре, осуществляется через отверстия с пробками 45, размещенными в трубчатом корпусе 1.In section 28 of chamber 25, a floating damper 40 is installed, consisting of a protective sleeve 41 and sealing rings 42, designed to balance the pressure in the chamber 25 with the working fluid and in the annulus. The tightness of the structure is ensured by the seals of the movable joints 43 and the seals of the fixed joints 44. Filling and pumping of the working fluid, for example, Shell Torkula oil, which avoids a sharp decrease in its viscosity at high temperature, is carried out through holes with plugs 45 located in the tubular body 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Буровой гидромеханический ударный механизм двухстороннего действия верхним концом полого шпинделя 2 с помощью резьбы соединяется с утяжеленной бурильной трубой (не показана на чертеже), а нижним концом трубчатого корпуса 1 с помощью резьбы соединяется с компоновкой низа бурильной колонны (не показана на чертеже). Устройство спускают в скважину с заблокированным подпружиненным механизмом защелки 39.The double-acting hydromechanical percussion mechanism with the upper end of the hollow spindle 2 is connected by a thread to a drill pipe (not shown in the drawing), and the lower end of the tubular body 1 is connected by a thread to the bottom of the drill string (not shown). The device is lowered into the well with a locked spring-loaded latch mechanism 39.

В случае возникновения прихвата в бурильной колонне создают высокие растягивающие напряжения, достаточные для освобождения от блокировки подпружиненного механизма защелки 39 и обеспечения продольного хода полого шпинделя 2 относительно трубчатого корпуса 1. При дальнейшем натяжении бурильной колонны (подъемным устройством на буровой) поршневой узел А перемещается по гладкой рабочей поверхности 22 части 7 трубчатого корпуса 1, в результате чего рабочая жидкость дросселируется через кольцевые канавки 36 в опоре 33. В полости 29 секции 27 камеры 25 возникает давление, пропорциональное усилию растяжения. Вследствие дросселирования рабочей жидкости скорость перемещения подъемного устройства значительно выше скорости перемещения полого шпинделя 2, что позволяет создать вытяжку бурильной колонны, появляется сила упругости растянутой колонны труб. Пройдя гладкую рабочую поверхность 22 части 7 трубчатого корпуса 1, поршневой узел А выходит в расширенную поверхность 23, и рабочая жидкость получает возможность резкого перетока, в результате чего давление в полости 29 секции 27 камеры 25 резко падает. При сбросе давления бурильные трубы под воздействием силы упругости сжимаются, тем самым ускоряя утяжеленную бурильную трубу и полый шпиндель 2. Пройдя величину свободного хода, ударный торец 21 части 13 полого шпинделя 2 наносит удар, направленный снизу вверх, по ударному торцу 19 части 4 трубчатого корпуса 1.In the event of a sticking in the drill string, high tensile stresses are created sufficient to release the spring-loaded latch mechanism 39 from locking and provide a longitudinal stroke of the hollow spindle 2 relative to the tubular body 1. With further tension of the drill string (lifting device on the drill), the piston assembly A moves along smooth the working surface 22 of the part 7 of the tubular body 1, as a result of which the working fluid is throttled through the annular grooves 36 in the support 33. In the cavity 29 of the chamber section 27 S 25 there is a pressure proportional to the tensile force. Due to the throttling of the working fluid, the speed of movement of the lifting device is much higher than the speed of movement of the hollow spindle 2, which allows you to create an extract of the drill string, the elastic force of the extended pipe string appears. Having passed the smooth working surface 22 of the part 7 of the tubular housing 1, the piston assembly A enters the expanded surface 23, and the working fluid is able to abruptly flow, as a result of which the pressure in the cavity 29 of the section 27 of the chamber 25 drops sharply. When the pressure is released, the drill pipes are compressed under the influence of elasticity, thereby accelerating the weighted drill pipe and the hollow spindle 2. Having passed the free stroke, the impact end 21 of the part 13 of the hollow spindle 2 inflicts a blow directed from the bottom up to the impact end 19 of part 4 of the tubular body one.

После нанесения удара в направлении вверх опускают бурильную колонну до тех пор, пока индикатор нагрузки не покажет величину, меньшую веса свободной части бурильной колонны, показывая этим, что подпружиненный механизм защелки 39 снова заблокирован. Устройство готово к нанесению нового удара или продолжению бурения.After striking in an upward direction, the drill string is lowered until the load indicator shows a value less than the weight of the free part of the drill string, indicating that the spring-loaded latch mechanism 39 is again locked. The device is ready to strike again or continue drilling.

Для нанесения ударов вниз опускают бурильную колонну до тех пор, пока расчетный вес не будет снят, в результате чего происходит освобождение от блокировки подпружиненного механизма защелки 39 и начало гидрозадержки. Пройдя гладкую рабочую поверхность 22 части 7 трубчатого корпуса 1, в результате чего рабочая жидкость дросселируется через кольцевые канавки 35 в опоре 31, поршневой узел А выходит в расширенную поверхность 24, и рабочая жидкость получает возможность резкого перетока, в результате чего давление в полости 30 секции 27 камеры 25 резко падает, исчезает удерживающая сила. Пройдя величину свободного хода, ударный торец 20 части 12 полого шпинделя 2 наносит удар, направленный сверху вниз, по ударному торцу 18 части 4 трубчатого корпуса 1. Для того, чтобы снова заблокировать подпружиненный механизм защелки 39, поднимают бурильную колонну до тех пор, пока индикатор нагрузки не зафиксирует увеличение веса, большее веса свободной части бурильной колонны.For striking, the drill string is lowered down until the calculated weight is removed, as a result of which the spring-loaded latch mechanism 39 is released from locking and the water delay starts. Having passed a smooth working surface 22 of part 7 of the tubular body 1, as a result of which the working fluid is throttled through the annular grooves 35 in the support 31, the piston assembly A exits into the expanded surface 24, and the working fluid is able to abruptly flow, resulting in pressure in the cavity 30 of the section 27 of the camera 25 drops sharply, the holding force disappears. After passing the amount of free play, the impact end 20 of part 12 of the hollow spindle 2 strikes from top to bottom on the impact end 18 of part 4 of the tubular body 1. In order to lock the spring-loaded latch mechanism 39 again, the drill string is raised until the indicator load will not record an increase in weight greater than the weight of the free part of the drill string.

Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет получить высокоэффективный надежный буровой гидромеханический ударный механизм двухстороннего действия для ликвидации прихвата инструмента в скважинах.Thus, the implementation of the proposed utility model with the indicated distinctive features in combination with the known features allows to obtain a highly efficient reliable drilling hydromechanical shock mechanism of double-acting to eliminate tool sticking in the wells.

Claims

1. Double-acting hydromechanical percussion mechanism, comprising a tubular body and a hollow spindle, made integral and telescopically connected without rotation by a spline connection, the components of the tubular body and the hollow spindle being connected by threaded joints, a chamber formed between the tubular body and the hollow spindle, consisting of at least three sections and filled with working fluid, seals of movable and fixed joints, limiting the mechanism of a working fluid from one of the chamber sections, a spring-loaded latch mechanism blocking the longitudinal stroke of the hollow spindle relative to the tubular body, characterized in that the limiting mechanism for communicating the working fluid from one of the chamber sections is made in the form of a piston assembly, which is two pairs of each other bearings and an annular piston, each bearing being made with annular grooves for throttling the working fluid, and a floating damper is placed in one of the chamber sections.

2. Drilling hydromechanical shock mechanism of double-sided action according to claim 1, characterized in that all threaded joints are made cylindrical.