RU2282015C2 - Mechanical jar - Google Patents
Mechanical jar Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282015C2 RU2282015C2 RU2004129190/03A RU2004129190A RU2282015C2 RU 2282015 C2 RU2282015 C2 RU 2282015C2 RU 2004129190/03 A RU2004129190/03 A RU 2004129190/03A RU 2004129190 A RU2004129190 A RU 2004129190A RU 2282015 C2 RU2282015 C2 RU 2282015C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spindle
- housing
- jar
- axial
- screw pair
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к подземному (капитальному) ремонту скважин и может использоваться для извлечения прихваченного на забое оборудования - инструмента, труб и т.п., - путем отвинчивания в резьбах по частям или освобождения в целом под воздействием возбуждаемых ясом ударных нагрузок.The invention relates to underground (overhaul) well repair and can be used to extract equipment trapped at the bottom — tools, pipes, etc. — by unscrewing parts in threads or releasing in general under the influence of shock loads excited by a jar.
Известны механические яссы, позволяющие осуществлять нанесение осевых ударов с помощью колонны труб (1, 2).Mechanical jars are known that allow axial impacts to be carried out using a pipe string (1, 2).
Недостатком подобных устройств является то, что они не позволяют осуществлять передачу крутящего момента захваченному объекту, что бывает крайне необходимо в промысловой практике, например при извлечении прихваченного объекта путем развинчивания по резьбовым соединениям.The disadvantage of such devices is that they do not allow the transmission of torque to a captured object, which is extremely necessary in field practice, for example, when removing a stuck object by unscrewing through threaded connections.
С другой стороны, общеизвестен механический ясс для нанесения осевых ударов, включающий соединенные с рабочей колонной труб и освобождаемым объектом корпус и шпиндель, взаимодействующие между собой с некоторым осевым люфтом между своими ударными поверхностями для разгона рабочей колонны труб во время нанесения осевого удара. Кроме того, в известном яссе корпус и шпиндель в указанном люфтовом соединении образуют шлицевую пару, что позволяет передавать через устройство крутящий момент к извлекаемому объекту в соответствии с технологией выполняемых работ (1, 2).On the other hand, a mechanical jar for axial impact is well known, including a housing and a spindle connected to a working string of pipes and an object to be released, interacting with some axial play between their impact surfaces to disperse the working string of pipes during axial impact. In addition, in the known jar, the casing and the spindle in the specified backlash connection form a spline pair, which makes it possible to transmit torque through the device to the extracted object in accordance with the technology of the work performed (1, 2).
К недостаткам указанного механического ясса можно отнести его ограниченные функциональные возможности, выраженные в невозможности возбуждения наряду с осевыми и дополнительных крутильных ударов, которые, как известно из промысловой практики, позволяют существенно увеличить вероятность извлечения прихваченного на забое оборудования. Создание дополнительных крутильных ударов так же может быть крайне необходимо и при отвинчивании резьбовых соединений над прихваченным объектом при извлечении его по частям.The disadvantages of this mechanical jar include its limited functionality, expressed in the impossibility of exciting along with axial and additional torsional shocks, which, as is known from field practice, can significantly increase the likelihood of extracting equipment captured at the face. The creation of additional torsional shocks can also be extremely necessary when unscrewing the threaded joints over the stuck object while removing it in parts.
Другим недостатком известного устройства является сравнительно невысокая энергия (сила) удара, так как во время нанесения ударов скорость рабочей колонны труб ограничивается лишь скоростью перемещения талевого блока, на котором она подвешена. Последний недостаток частично преодолен в тех вариантах механических ясов, в которых шпиндель к корпусу закреплен с помощью разрушаемого элемента, например, срезным штифтом. В таких устройствах, по крайней мере, один - начальный удар механического ясса производится путем нагружения рабочей колонны труб до срезания штифта, поэтому при ударе используется, кроме кинетической энергии поступательного движения, и потенциальная энергия упругой деформации рабочей колонны. Однако указанное конструктивное решение позволяет повышать силу лишь первого удара, а в случае необходимости нанесения последующих ударов скорость удара снова ограничивается скоростью поступательного (переносного) движения всей рабочей колонны, а не скоростью свободного сокращения (или удлинения) деформированной колонны.Another disadvantage of the known device is the relatively low energy (force) of the impact, since during the application of impacts the speed of the working string of pipes is limited only by the speed of movement of the tackle block on which it is suspended. The last drawback is partially overcome in those variants of mechanical jars in which the spindle is fixed to the housing using a destructible element, for example, a shear pin. In such devices, at least one - the initial impact of the mechanical jar is made by loading the working string of pipes until the pin is cut off, therefore, in addition to the kinetic energy of translational motion, the potential energy of elastic deformation of the working string is used. However, this design solution allows you to increase the strength of only the first impact, and if subsequent strikes are necessary, the impact speed is again limited by the speed of the translational (portable) movement of the entire working column, and not by the speed of free contraction (or extension) of the deformed column.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение эффективности механического ясса.The aim of the invention is to expand the functionality and increase the efficiency of the mechanical iass.
Поставленная цель достигается тем, что корпус и шпиндель соединены между собой винтовой парой, а между упорными поверхностями корпуса и шпинделя размещен фрикционный элемент с высоким коэффициентом трения покоя.This goal is achieved in that the housing and the spindle are connected by a screw pair, and between the thrust surfaces of the housing and the spindle there is a friction element with a high coefficient of rest friction.
По вопросу соответствия отличий описанной разработки критерию "изобретательского уровня" сообщаем следующее.On the issue of matching the differences between the described development with the criterion of "inventive step", we report the following.
Предлагаемый механический ясс использует для удара потенциальную энергию деформации кручения рабочей колонны труб вместо кинетической энергии поступательного движения, на использовании которой основана работа известных яссов механического действия. При этом, как будет показано ниже, потенциальная энергия деформации кручения бурильных колонн для условий большинства современных нефтяных и газовых скважин существенно превышает потенциальную энергию осевой деформации растяжения. Причем эта разница тем больше, чем больше глубина скважины. По этой причине использование при аварийных работах в процессе подземного ремонта скважин такого воздействия на прихваченный на забое объект, как крутильный удар, по мнению авторов, может существенно повысить эффективность аварийно-восстановительных работ в скважинах. Вместе с тем, предложенная конструкция механического ясса позволяет осуществлять новый вид силового воздействия на ловимый объект, а именно - крутильные удары. Такой удар в ряде случаев может оказаться более эффективным при ликвидации аварий, чем осевые удары, т.к. позволяет осуществить разъединение требуемого резьбового соединения над прихваченным объектом, что в принципе невозможно с использованием известных механических яссов. Причем, легко заметить, что предложенная конструкция механического ясса обеспечивает наряду с крутильными и осевые удары, т.е. позволяет одновременно наносить по объекту и крутильный и осевой удары. Таким образом, по нашему мнению, отличительные признаки предлагаемого технического решения придают ему новые технические свойства - повышение эффективности и расширение функциональной возможности ясса. С другой стороны, из доступных источников нам неизвестна конструкция ясса, эквивалентная предложенной конструкции. По этим причинам, на наш взгляд, предложение может считаться соответствующим критерию "изобретательский уровень".The proposed mechanical jar uses the potential energy of torsion deformation of the working string of pipes to strike instead of the kinetic energy of the translational motion, on the basis of which the work of the known jars of mechanical action is based. Moreover, as will be shown below, the potential energy of torsion strain of drill strings for the conditions of most modern oil and gas wells significantly exceeds the potential energy of axial tensile deformation. Moreover, this difference is greater, the greater the depth of the well. For this reason, the use of such an impact on an object caught at the bottom as a torsional impact during emergency work during underground repair of wells, according to the authors, can significantly increase the effectiveness of emergency recovery work in wells. At the same time, the proposed design of the mechanical jar allows a new type of force impact on the caught object, namely, torsional shocks. In some cases, such an impact may turn out to be more effective in eliminating accidents than axial impacts, since allows you to disconnect the desired threaded connection over the stuck object, which in principle is impossible using known mechanical jars. Moreover, it is easy to notice that the proposed design of the mechanical jar provides along with torsional and axial impacts, i.e. It allows you to simultaneously apply torsional and axial blows to the object. Thus, in our opinion, the distinguishing features of the proposed technical solution give it new technical properties - increasing efficiency and expanding the functionality of the iass. On the other hand, from available sources, we do not know the design of the iass equivalent to the proposed design. For these reasons, in our opinion, the proposal can be considered as meeting the criterion of "inventive step".
На фиг.1 изображен предложенный ясс, продольный разрез; на фиг.2 и 3 - взаимное расположение упорных поверхностей винтовой пары ясса в различных вариантах взаимодействия, в увеличенном виде; на фиг.4 изображено взаимодействие корпуса и шпинделя ясса через фрикционный элемент, в увеличенном виде.Figure 1 shows the proposed iass, a longitudinal section; figure 2 and 3 - the relative position of the thrust surfaces of the helical pair of iass in various interaction options, in an enlarged form; figure 4 shows the interaction of the housing and the spindle of the jar through the friction element, in an enlarged view.
Ясс размещается в нижней части рабочей колонны труб между освобождаемым объектом 1 и утяжеленными бурильными трубами (УБТ) 2. Ясс состоит из корпуса 3 и шпинделя 4, взаимодействующие между собой путем винтовой пары 5. В зависимости от необходимости нанесения правых или левых крутильных ударов винтовая пара 5 может быть выполнена с правой или левой нарезкой. В исходном положении ясса контакт винтовых поверхностей винтовой пары 5 происходит по наклонным поверхностям "Н" профиля винта, как это показано на фиг.2. В начальный момент корпус 3 и шпиндель 4 зафиксированы между собой срезным штифтом (болтом) 6 с заданным усилием срезания. По оси ясса выполнен канал 7, изолированный от затрубного пространства уплотнениями 8. На корпусе 3 выполнена ударная поверхность 9, взаимодействующая в момент нанесения ударов с соответствующей ударной поверхностью 10 шпинделя 4. В исходном положении шпиндель 4 и корпус 3 взаимодействуют между собой упорными поверхностями 11 и 12 через фрикционный элемент 13 из материала, имеющего высокий коэффициент трения покоя (см. фиг.4), при этом между поверхностями 9 и 10 образуется осевой люфт "Л".The jar is placed in the lower part of the working string of pipes between the object to be released 1 and drill collars (UBT) 2. The jar consists of a
Работа ясса происходит следующим образом.The work of iass is as follows.
В момент нанесения первого удара, приложением к корпусу 3 крутящего момента с поверхности через рабочую колонну труб и УБТ 2 производится нагружение штифта (болта) 6, поскольку шпиндель 4 связан с прихваченным в скважине объектом 1. При этом под действием приложенного на устье крутящего момента рабочая колонна труб закручивается на некоторый угол, чему соответствует накопление в ней определенной потенциальной энергии упругой деформации. После срезания штифта 6 рабочая колонна труб начинает раскручиваться под действием накопленной энергии упругой деформации, при этом корпус 3 ясса, вращаясь по винтовой паре 5, ввинчивается в шпиндель 4, выбирая осевой люфт "Л". После достижения поверхности 9 корпуса 3 поверхности 10 шпинделя 4 происходит внезапная остановка вращения корпуса 3 вокруг шпинделя 4 - происходит крутильный удар, который через винтовую пару 5 передается к шпинделю 4 и далее к объекту 1. При этом удар содержит в себе тангенциальную и осевую составляющую ударной нагрузки, воздействующей на прихваченный объект. В момент удара контакт винтовых поверхностей корпуса шпинделя происходит по поверхности "П" (фиг.3), которая перпендикулярна к оси устройства. Это обстоятельство и установленный значительный угол подъема винтовой пары 5 (для чего она выполнена, как правило, многозаходной) обеспечивают контакт поверхностей 9 и 10 без явления самозаклинивания, что делает возможным выполнить последующие повторные удары.At the moment of the first strike, application of a torque from the surface to the
Для нанесения повторного удара корпус 3 ясса путем поворота УБТ 2 в обратном направлении свободно отвинчивается от шпинделя 4 на расстояние "Л" в исходное положение до момента взаимодействия поверхностей 11 и 12. После упора поверхности 11 о поверхность 12 взаимодействие винтовой пары 5 начинает происходить уже по наклонной поверхности "Н" (фиг.2). Поскольку контактная поверхность "Н" расположена под острым углом α° к оси устройства, приведенный коэффициент трения в винтовой паре (резьбе) в этом случае будет существенно выше, чем по поверхности "П" (фиг.3). По этой причине указанная наклонная сторона "Н" придает винтовой паре 5 известное свойство самозаклинивания, благодаря чему в описанной ситуации корпус 3 оказывается зафиксированным с некоторым усилием относительно шпинделя 4. Причем сила фиксации будет тем больше, чем с большим моментом затянута данная винтовая пара 5 в верхнем положении корпуса 3. Для нанесения повторного удара поворотом ротора с поверхности, но уже в другую сторону, плавно снимается упругая деформация кручения с рабочей колонны, набранная при заклинивании винтовой пары 5. Далее рабочая колонна продолжает вращаться в эту же сторону до тех пор, пока не произойдет срыв натянутой винтовой пары 5 с заклиненного положения и высвобождение накопленной упругой энергии кручения рабочей колонны и УБТ 2. В результате этого происходит процесс разгона рабочей колонны с УБТ 2 (после срыва резьбы) и нанесения удара аналогично предыдущему описанному процессу. Для повышения эффективности работы ясса при взаимодействии поверхностей 11 и 12 шпинделя 4 и корпуса 3, между ними установлен фрикционный элемент 13 из материала, имеющего высокий коэффициент трения покоя (фиг.4). Применение указанного элемента будет способствовать повышению величины крутящего момента, необходимого для страгивания корпуса 3 с места, а следовательно, приведет к увеличению накопленной энергии деформации кручения и в результате - к росту силы крутильного удара при тех же параметрах винта 5. Вместе с тем, как показывают расчеты, применение фрикционного элемента позволяет выполнить винтовую пару 5 и симметричного сечения, например трапецеидального профиля.To re-strike, the
В заключение приводим сравнительную оценку потенциальной энергии деформации кручения и осевой деформации растяжения. Рассмотрим конкретный пример для типичных условий (3):In conclusion, we present a comparative estimate of the potential energy of torsional strain and axial tensile strain. Consider a specific example for typical conditions (3):
- глубина подвески рабочей колонны труб L=3000 м;- the depth of the suspension of the working string of pipes L = 3000 m;
- бурильная колонна 89×9; группа прочности труб "Е" (растягивающая нагрузка, соответствующая пределу текучести - 124 тонны, крутящий момент, соответствующий пределу текучести, Мкр=2615 кгм; вес колонны бурильных труб в воздухе 3000 м × 20,3 кг/м = 61 тонна; вес труб в жидкости плотностью 1,2 т/м3 61 т (7,85-1,2)/7,85=~51 тонн).- drill string 89 × 9; pipe strength group "E" (tensile load corresponding to yield strength - 124 tons, torque corresponding to yield strength, M cr = 2615 kgm; weight of drill pipe string in air 3000 m × 20.3 kg / m = 61 tons; weight pipes in a liquid with a density of 1.2 t / m 3 61 t (7.85-1.2) / 7.85 = ~ 51 tons).
Пусть допустимая осевая нагрузка составляет 60% от предела текучести 124 т × 0,60=~74,4 т. Таким образом, для работы ясса, колонну можно растягивать с силой 74,4 т - 51 т = 23,4 т.Let the permissible axial load be 60% of the yield strength 124 t × 0.60 = ~ 74.4 t. Thus, for the work of the jar, the column can be stretched with a force of 74.4 t - 51 t = 23.4 t.
Найдем осевую деформацию растяжения под действием этой силы (4)Find the axial tensile strain under the action of this force (4)
Δl=(300000 см · 23400 кг)/2·106 кг/см2 · 22,6 см2 = 156 см = 1,56 мΔl = (300000 cm · 23400 kg) / 2 · 10 6 kg / cm 2 · 22.6 cm 2 = 156 cm = 1.56 m
где - 300000 см - длина колонны, 2·106 кг/см - модуль упругости стали, 22,6 см2 - кольцевое сечение тела трубы 89×9.where - 300,000 cm is the length of the column, 2 · 10 6 kg / cm is the modulus of elasticity of steel, 22.6 cm 2 is the annular section of the pipe body 89 × 9.
Потенциальная энергия осевой деформации (работы) составит (4)The potential energy of axial deformation (work) will be (4)
Араст=1/2Δl ·23400 кг = 1/2·1,56 м ·23400 кг = 18135 кгмAnd rust = 1 / 2Δl · 23400 kg = 1/2 · 1.56 m · 23400 kg = 18135 kgm
Теперь определим возможную накопленную для вышерассмотренных условий энергию кручения рабочей колонны труб.Now we determine the possible torsion energy of the working string of pipes accumulated for the above conditions.
Допустимый крутильный момент берем допустимому моменту затяжки замка Мкрут=810 кгм (3). Угол поворота торцов колонны длиной 3000 м под действием крутильного момента можно определить по формуле (4)The permissible torsional moment we take the permissible tightening torque of the lock M cool = 810 kgm (3). The angle of rotation of the ends of the columns with a length of 3000 m under the action of torsional moment can be determined by the formula (4)
где - G - модуль упругости II рода = 0,8·106 кг/см2;where - G is the modulus of elasticity of the second kind = 0.8 · 10 6 kg / cm 2 ;
Jp - полярный момент инерции для наших условий 376 см4.J p - polar moment of inertia for our conditions 376 cm 4 .
Подставив значения, получим φ=~81 радиан, или 12,9 оборота.Substituting the values, we obtain φ = ~ 81 radians, or 12.9 turns.
Работу крутящего момента упругой деформации при вращении колонны до крутящего момента 810 кгм можно определить по формулеThe work of the torque of elastic deformation during rotation of the column to a torque of 810 kgm can be determined by the formula
Итак, потенциальная энергия растяжения для рассмотренных условий может составить 18135 кгм, а энергия деформации кручения 32810 кгм, что в ~1,8 раза больше. Следовательно, работа предложенного устройства в скважине будет происходить более эффективно, т.к. при его работе для нанесения ударов по прихваченному объекту наряду с энергией осевой деформации, используется и энергия деформации кручения рабочей колонны.So, the potential tensile energy for the considered conditions can be 18135 kgm, and the torsional strain energy is 32810 kgm, which is ~ 1.8 times more. Therefore, the operation of the proposed device in the well will occur more efficiently, because when it is working, for striking the tacked object, along with the energy of axial deformation, the torsional strain energy of the working column is also used.
По мнению авторов-заявителей, благодаря простоте устройства предложенный механический ясс может найти применение не только в практике подземного ремонта скважин, но может в ряде условий использоваться и как обязательный элемент компоновки забойного оборудования при выполнении некоторых технологических процессов в процессе проведения внутрискважинных работ.According to the authors-applicants, due to the simplicity of the device, the proposed mechanical jar can be used not only in the practice of underground well repair, but can be used in a number of conditions as an obligatory element of the layout of downhole equipment when performing certain technological processes in the course of downhole operations.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Спутник буровика. Справочник. К.В.Иогансен. М.: Недра, 1990.1. Satellite driller. Directory. K.V. Johansen. M .: Nedra, 1990.
2. Г.Кэмп. Ловильные работы в нефтяных скважинах. Пер. с англ. М.: Недра, 1990.2. G. Camp. Fishing work in oil wells. Per. from English M .: Nedra, 1990.
3. Трубы нефтяного сортамента. Справочник. Под ред. А.Е.Сарояна. М.: Недра, 1987.3. Oil pipes. Directory. Ed. A.E.Saroyan. M .: Nedra, 1987.
4. В.И.Феодосьев. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986.4. V.I. Feodosiev. Strength of materials. M .: Nauka, 1986.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004129190/03A RU2282015C2 (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Mechanical jar |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004129190/03A RU2282015C2 (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Mechanical jar |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004129190A RU2004129190A (en) | 2006-03-10 |
| RU2282015C2 true RU2282015C2 (en) | 2006-08-20 |
Family
ID=36115952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004129190/03A RU2282015C2 (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Mechanical jar |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2282015C2 (en) |
-
2004
- 2004-10-04 RU RU2004129190/03A patent/RU2282015C2/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ИОГАНСЕН К.В. Спутник буровика. Справочник. - М.: Недра, 1990. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004129190A (en) | 2006-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2408775C1 (en) | Hydraulic jars | |
| AU772415B2 (en) | A method for improving performance of fishing and drilling jars in deviated and extended reach wellbores | |
| US7654344B2 (en) | Torque converter for use when drilling with a rotating drill bit | |
| EP2085570B1 (en) | Method for jarring with a downhole pulling tool | |
| RU2627781C2 (en) | Insert impact device for core sampling | |
| US4181186A (en) | Sleeve valve hydraulic jar tool | |
| US7077205B2 (en) | Method and device to free stuck objects | |
| MX2013007714A (en) | Hydraulic/mechanical tight hole jar. | |
| AU2001284263A1 (en) | Method and device to free stuck objects | |
| US5875842A (en) | Multi-impact jarring apparatus and method for using same | |
| US2958512A (en) | Weighted drill collar | |
| RU2282015C2 (en) | Mechanical jar | |
| RU2652404C1 (en) | Device for removing the whipstock from a horizontal site of a multilateral well | |
| US20060000643A1 (en) | Top drive torsional baffle apparatus and method | |
| US3685599A (en) | Mechanical jar | |
| CN108252650A (en) | Rotary impact tool and method of a kind of underground based on magnetic force | |
| RU2291275C2 (en) | Hydraulic catcher | |
| Wilson et al. | Broaching: An Effective Method of Well Intervention for Calcite Scale Removal | |
| US20090301745A1 (en) | Mechanical trigger arrangement | |
| RU2774569C1 (en) | Device for trenchless replacement of underground pipelines | |
| RU2571961C1 (en) | Drilling accelerator to strengthen impact of drilling jar | |
| RU2774463C1 (en) | Two-way hydraulic drilling jar | |
| RU2263199C2 (en) | Method of drilling tool sticking liquidation in well | |
| SU881295A1 (en) | Device for releasing pipe string stuck in a borehole | |
| RU1790664C (en) | Method for releasing of stuck drill pipe string in well |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081005 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100120 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131005 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150910 |