RU2288344C2 - Hydraulic catcher - Google Patents
Hydraulic catcher Download PDFInfo
- Publication number
- RU2288344C2 RU2288344C2 RU2004137572/03A RU2004137572A RU2288344C2 RU 2288344 C2 RU2288344 C2 RU 2288344C2 RU 2004137572/03 A RU2004137572/03 A RU 2004137572/03A RU 2004137572 A RU2004137572 A RU 2004137572A RU 2288344 C2 RU2288344 C2 RU 2288344C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- spindle
- annular
- chamber
- housing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
- Fluid-Damping Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для создания ударных нагрузок, направленных вверх, с целью освобождения прихваченной части бурильной колонны в вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных участках нефтяных и газовых скважин.The invention relates to drilling equipment, and in particular to devices for creating shock loads directed upward in order to release the stuck part of the drill string in vertical, oblique and horizontal sections of oil and gas wells.
Известен гидравлический бурильный яс, содержащий оправку, корпус, телескопически расположенный вокруг оправки, а также первый и второй поршни, расположенные между оправкой и корпусом, которые разнесены продольно и образуют между собой герметичную камеру, заполненную рабочей жидкостью, при этом в первом поршне имеются первый и второй проточные каналы, основной клапан, присоединенный к второму проточному каналу, перемещается между первым и вторым рабочими положениями, в первом положении поток рабочей жидкости поступает через второй проточный канал, а в его втором положении поток через второй проточный канал ограничивается (US 5318139, Е 21 В 4/14; Е 21 В 31/113, Jun.7, 1994).Known hydraulic drill jar containing a mandrel, a housing telescopically located around the mandrel, as well as the first and second pistons located between the mandrel and the housing, which are spaced longitudinally and form an airtight chamber filled with working fluid, while the first piston has the second flow channels, the main valve connected to the second flow channel, moves between the first and second working positions, in the first position the flow of working fluid flows through the second prot full-time channel, and in its second position, the flow through the second flow channel is limited (US 5318139, E 21
В известной конструкции предусмотрен разгрузочный клапан для сброса давления, который перемещается между первым и вторым рабочими положениями в ответ на повышение давления выше предварительно заданного уровня, разгрузочный клапан связан с основным клапаном, а при перемещении разгрузочного клапана между первым и вторым рабочим положением происходит отклонение основного клапана между его положениями.In the known construction, a relief valve is provided for relieving pressure, which moves between the first and second operating positions in response to an increase in pressure above a predetermined level, the relief valve is connected to the main valve, and when the discharge valve is moved between the first and second operating position, the main valve deviates between its provisions.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса, а также регулирования динамики сброса давления рабочей жидкости из напорной камеры в демпферную камеру, при создании ударных нагрузок, направленных вверх, необходимых для возникновения определенного уровня релаксации растягивающих напряжений, волнообразно перемещающихся по длине колонны труб в скважине, получения оптимального соотношения между ударной нагрузкой и ударным импульсом, приложенным к месту прихвата колонны.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing reliability and resource, as well as regulating the dynamics of pressure relief of the working fluid from the pressure chamber to the damper chamber, when creating shock loads directed upward, which are necessary for a certain level of relaxation of tensile stresses that move along the length of the pipe string in the well, obtaining the optimal ratio between the shock load and the shock impulse applied to the sticking point of the column.
Недостатком известной конструкции является также нарушение и ухудшение характеристик пружинных устройств поршней и клапанов, содержащих промежуточные соединительные звенья, при длительном воздействии импульсов удара рабочей жидкости, большой уровень потерь давления, приводящих к отказу работы в скважине, уменьшающих их надежность и ресурс, что объясняется усталостью материала пружин и осаждением металлических микрочастиц (шлама) вследствие износа и сколов трущихся поверхностей, например, слоев покрытии хрома в парах трения, что вызывает задиры трущихся поверхностей в парах трения.A disadvantage of the known design is also a violation and deterioration of the characteristics of the spring devices of the pistons and valves containing intermediate connecting links under prolonged exposure to impulses of impact of the working fluid, a large level of pressure losses leading to failure in the well, reducing their reliability and resource, which is explained by material fatigue springs and the deposition of metal microparticles (sludge) due to wear and chips of rubbing surfaces, for example, layers of a chromium coating in friction pairs, which Vaeth teaser friction surfaces in the friction pairs.
Вследствие этого не обеспечивается повышение точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой, для нанесения ударов вверх, при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, а это не позволяет оператору на буровой изменять допустимое силовое усилие натяжения бурильной колонны, после чего применять тормоз буровой лебедки, при этом усилие при освобождении прихвата трудно контролировать, что вызывает повреждение подъемного оборудования.As a result of this, the accuracy of the “retardation” time created by hydraulics is not improved for delivering upward impacts at the optimal ratio between the shock load and the shock impulse, and this does not allow the operator to change the permissible tensile force of the drill string at the rig, and then apply the winch brake , while the effort when releasing the stick is difficult to control, which causes damage to the lifting equipment.
Известен гидравлический ударно-вибрационный инструмент для бурового комплекса, состоящий из трубчатого корпуса и сердечника, телескопически вставленного в корпус, при этом корпус и сердечник могут перемещаться между собой в продольном направлении и занимать открытое и закрытое положения, первая пара взаимодействующих соударяющихся торцов, один из которых принадлежит корпусу, а второй - сердечнику, передает буровому комплексу импульс удара, направленного вверх, по существу, при соударении указанных торцов в открытом взаимном положении корпуса и сердечника, а вторая пара взаимодействующих соударяющихся торцов, один из которых принадлежит корпусу, а второй - сердечнику, передает буровому комплексу импульс удара, направленного вниз, по существу, при соударении указанных торцов в закрытом взаимном положении корпуса и сердечника, при этом внутри корпуса и сердечника имеются цилиндрические полости, образующие камеру, заполненную рабочей жидкостью, верхний и нижний края этой камеры оснащены герметичными уплотнителями, в камере расположено клапанное устройство, которое делит ее на верхнюю и нижнюю части, причем в нижней части имеется подвижный элемент, который может свободно перемещаться в продольном направлении, один край этого элемента контактирует с рабочей жидкостью, находящейся в камере, а второй воспринимает давление среды, заполняющей скважину, и передает это давление рабочей жидкости.A hydraulic shock-vibration tool for a drilling complex is known, consisting of a tubular body and a core telescopically inserted into the body, while the body and core can move between themselves in the longitudinal direction and occupy open and closed positions, the first pair of interacting colliding ends, one of which belongs to the body, and the second to the core, transmits to the drilling complex the impulse of an impact directed upwards, essentially, upon the collision of these ends in an open relative position the body and the core, and the second pair of interacting colliding ends, one of which belongs to the body and the second to the core, transmits to the drilling complex a shock impulse directed downward, essentially, when the said ends collide in the closed relative position of the body and the core, while inside the body and the core there are cylindrical cavities forming a chamber filled with working fluid, the upper and lower edges of this chamber are equipped with hermetic seals, a valve device is located in the chamber, which it to the upper and lower parts, and in the lower part there is a movable element that can freely move in the longitudinal direction, one edge of this element is in contact with the working fluid in the chamber, and the second perceives the pressure of the medium filling the well, and transmits this pressure working fluid.
Кроме того, известный гидравлический ударно-вибрационный инструмент содержит устройство, с помощью которого можно изменять давление рабочей жидкости в верхней части камеры, которое увеличивает указанное давление в том случае, когда сердечник и корпус занимают открытое положение, а при закрытом положении сердечника и корпуса - уменьшает (US 4230197, Е 21 В 1/10, Oct.28, 1980).In addition, the known hydraulic shock-vibration tool contains a device with which you can change the pressure of the working fluid in the upper part of the chamber, which increases the specified pressure when the core and the body are in the open position, and when the core and the body are closed, it reduces (US 4,230,197, E 21 B 1/10, Oct. 28, 1980).
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса, а также регулирования динамики сброса давления рабочей жидкости из напорной камеры в демпферную камеру при создании ударных нагрузок, направленных вверх, необходимых для возникновения определенного уровня релаксации растягивающих напряжений, волнообразно перемещающихся по длине колонны труб в скважине, получения оптимального соотношения между ударной нагрузкой и ударным импульсом, приложенным к месту прихвата колонны.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing reliability and service life, as well as regulating the dynamics of pressure relief of the working fluid from the pressure chamber to the damper chamber when creating upward shock loads, which are necessary for a certain level of relaxation of tensile stresses that move along the length of the pipe string well, obtaining the optimal ratio between the shock load and the shock impulse applied to the sticking point of the column.
Другим недостатком известной конструкции является нарушение и ухудшение характеристик дозирующего устройства: клапанов 84, 86 при их радиальном расположении относительно продольных дроссельных каналов 82, что объясняется отсутствием "продувки и самоочищения" дроссельных каналов 82, засорением и осаждением металлических микрочастиц (шлама) вследствие износа и сколов трущихся поверхностей, например слоев покрытий хрома в парах трения, что вызывает отказы в работе, а также "задиры" трущихся поверхностей в парах трения.Another disadvantage of the known design is the violation and deterioration of the characteristics of the metering device: valves 84, 86 when they are radially located relative to the longitudinal throttle channels 82, which is explained by the absence of "blowing and self-cleaning" of the throttle channels 82, clogging and deposition of metal microparticles (sludge) due to wear and chips rubbing surfaces, such as layers of chromium coatings in friction pairs, which causes failures in work, as well as "scuffing" of rubbing surfaces in friction pairs.
Вследствие этого не обеспечивается повышение точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой, для нанесения ударов вверх, при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, а это не позволяет оператору на буровой изменять допустимое силовое усилие натяжения бурильной колонны, после чего применять тормоз буровой лебедки, при этом усилие при освобождении прихвата трудно контролировать, что вызывает повреждение подъемного оборудования.As a result of this, the accuracy of the “retardation” time created by hydraulics is not improved for delivering upward impacts at the optimal ratio between the shock load and the shock impulse, and this does not allow the operator to change the permissible tensile force of the drill string at the rig, and then apply the winch brake , while the effort when releasing the stick is difficult to control, which causes damage to the lifting equipment.
Известен яс, используемый в бурильной колонне, содержащий шпиндель, присоединенный одним краем к первой бурильной трубе и охватывающий значительную часть шпинделя корпус, присоединенный другим краем к второй бурильной трубе вблизи противоположного края яса, при этом шпиндель и корпус имеют первую и вторую пары упорных поверхностей, определяющих выдвинутое и задвинутое положения шпинделя соответственно, а между шпинделем и корпусом образована кольцевая камера для рабочей жидкости, причем камера имеет первую часть с первой площадью поперечного сечения, вторую часть со сравнительно большей площадью поперечного сечения, и переходную зону между первой и второй частями, внутри камеры перемещается поршень из первого положения в первой части камеры, в котором поток жидкости с одной стороны на другую ограничен, во второе положение во второй части камеры, в котором указанный поток неограничен, при этом в поршне выполнено перепускное отверстие, пропускающее рабочую жидкость через поршень, приводной механизм перемещается относительно поршня, величина хода приводного механизма определяется вблизи одного края задвинутым положением шпинделя, на промежуточном расстоянии от этого края - положением упора поршня, у противоположного края - выдвинутым положением шпинделя, а внутри корпуса находится пружина, обеспечивающая перемещение поршня из первого положения во второе и обратно (US 4478284, Е 21 В 31/113, Oct.23, 1984).Known jar used in the drill string containing a spindle connected at one end to the first drill pipe and covering a significant part of the spindle body, connected at the other edge to the second drill pipe near the opposite edge of the jar, while the spindle and the housing have the first and second pairs of thrust surfaces, defining the extended and retracted positions of the spindle, respectively, and between the spindle and the housing an annular chamber for the working fluid is formed, the chamber having a first part with a first pop area cross-section, the second part with a relatively large cross-sectional area, and the transition zone between the first and second parts, inside the chamber the piston moves from the first position in the first part of the chamber, in which the fluid flow from one side to the other is limited, to the second position in the second part chamber, in which the specified flow is unlimited, while in the piston there is a bypass hole passing the working fluid through the piston, the drive mechanism moves relative to the piston, the stroke value of the drive mechanism is determined near one edge by the retracted position of the spindle, at an intermediate distance from this edge by the position of the piston stop, by the opposite edge by the extended position of the spindle, and inside the housing there is a spring that allows the piston to move from the first position to the second and vice versa (US 4478284, E 21
Величина хода приводного механизма определяется вблизи одного края задвинутым положением шпинделя, на промежуточном расстоянии от этого края - положением упора поршня, у противоположного края - выдвинутым положением шпинделя, что не позволяет более эффективно использовать соотношения между объемами напорной и демпферной камер, с учетом хода шпинделя, при повышении давления рабочей жидкости.The magnitude of the stroke of the drive mechanism is determined near one edge by the retracted position of the spindle, at the intermediate distance from this edge by the position of the piston stop, by the opposite edge by the extended position of the spindle, which does not allow more efficient use of the ratios between the volumes of the pressure and damper chambers, taking into account the spindle stroke, with increasing pressure of the working fluid.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса, а также регулирования динамики сброса давления рабочей жидкости из напорной камеры в демпферную камеру при создании ударных нагрузок, направленных вверх, необходимых для возникновения определенного уровня релаксации растягивающих напряжений, волнообразно перемещающихся по длине колонны труб в скважине, получения оптимального соотношения между ударной нагрузкой и ударным импульсом, приложенным к месту прихвата колонны.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing reliability and service life, as well as regulating the dynamics of pressure relief of the working fluid from the pressure chamber to the damper chamber when creating upward shock loads, which are necessary for a certain level of relaxation of tensile stresses that move along the length of the pipe string well, obtaining the optimal ratio between the shock load and the shock impulse applied to the sticking point of the column.
Другим недостатком известной конструкции является нарушение и ухудшение характеристик пружинных устройств поршней и клапанов, содержащих промежуточные соединительные звенья, при длительном воздействии импульсов удара рабочей жидкости, большой уровень потерь давления, приводящих к отказу работы в скважине, уменьшающих их надежность и ресурс, что объясняется усталостью материала пружин и осаждением металлических микрочастиц (шлама) вследствие износа и сколов трущихся поверхностей, например слоев покрытий хрома в парах трения, что вызывает "задиры" трущихся поверхностей в парах трения.Another disadvantage of the known design is the violation and deterioration of the characteristics of the spring devices of the pistons and valves containing intermediate connecting links under prolonged exposure to impulses of impact of the working fluid, a large level of pressure losses leading to failure in the well, reducing their reliability and resource, which is explained by material fatigue springs and the deposition of metal microparticles (sludge) due to wear and chips of rubbing surfaces, for example layers of chromium coatings in friction pairs, which There are “seizures” of rubbing surfaces in friction pairs.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является гидравлический яс, состоящий из телескопически соединенных между собой труб, например наружного корпуса и внутреннего шпинделя, при этом между трубами образована кольцевая полость, изолированная уплотнениями на участках постоянного диаметра, в наружной трубе выполнено перепускное отверстие для сообщения со скважиной, в межтрубной полости плотно скользит поршневое кольцо, изолирующее перепускное отверстие от образующейся внутри полости камеры, заполненной рабочей жидкостью, при этом одна из труб создает в кольцевой полости дросселированный участок, в пределах которого другая труба имеет продольные канавки, ограниченные верхним и нижним упорными заплечиками, и арретирующее устройство из колец, совершающих возвратно-поступательные перемещения на этом участке и в крайних точках своего перемещения, периодически перекрывающих поток рабочей жидкости, при этом арретир оборудован дозирующим устройством, пропускающим ограниченный объем рабочей жидкости при передвижении колец по дросселирующему участку, а при помощи соединительных звеньев кольцо, выходящее из этого участка, вновь возвращается в него раньше, чем другое кольцо входит в этот участок (US 5174393, Е 21 В 31/113, Dec.29, 1992).Closest to the claimed invention is a hydraulic jar, consisting of telescopically interconnected pipes, for example, an outer casing and an internal spindle, while an annular cavity is formed between the pipes, insulated with seals at constant diameter sections, a bypass hole is made in the outer pipe for communication with the well, in the annular cavity the piston ring slides tightly, isolating the bypass hole from the chamber formed by the working fluid filled inside the cavity, at ohm, one of the pipes creates a throttled section in the annular cavity, within which the other pipe has longitudinal grooves bounded by the upper and lower stop shoulders, and a locking device made of rings that perform reciprocating movements in this section and at the extreme points of their movement, periodically blocking the flow of the working fluid, while the arrester is equipped with a metering device that allows a limited amount of working fluid to pass when the rings move along the throttling section, and with Ring Interconnect links exiting from this section, it returns to before the other ring is included in this plot (US 5174393, E 21 B 31/113, Dec.29, 1992).
При перемещении арретирующего устройства вверх или вниз яс обеспечивает соответственно направленные удары по прихваченному в скважине месту прихвата.When moving the arresting device up or down, the jar provides appropriately directed strokes at the sticking place seized in the well.
Величина хода приводного механизма определяется вблизи одного края задвинутым положением шпинделя, на промежуточном расстоянии от этого края - положением упора поршня, у противоположного края - выдвинутым положением шпинделя (шлицевого торца), что не позволяет более эффективно устанавливать соотношения между объемами напорной и демпферной камер с учетом хода шпинделя с поршнем, повышения давления рабочей жидкости в напорной камере до момента сброса давления для получения определенного динамического удара с достаточным ударным импульсом, по существу, со сверхвысокой ударной мощностью в скважине.The magnitude of the stroke of the drive mechanism is determined near one edge by the retracted position of the spindle, at an intermediate distance from this edge - by the position of the piston stop, by the opposite edge - by the extended position of the spindle (spline end), which does not allow more efficient establishment of the ratios between the volumes of the pressure and damper chambers taking into account the stroke of the spindle with the piston, increasing the pressure of the working fluid in the pressure chamber until the pressure is released to obtain a certain dynamic shock with a sufficient shock impulse catfish, essentially with ultra-high impact power in the well.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса, а также регулирования динамики сброса давления рабочей жидкости из напорной камеры в демпферную камеру при создании ударных нагрузок, направленных вверх, необходимых для возникновения определенного уровня релаксации растягивающих напряжений, волнообразно перемещающихся по длине колонны труб в скважине, получения оптимального соотношения между ударной нагрузкой и ударным импульсом, приложенным к месту прихвата колонны.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing reliability and service life, as well as regulating the dynamics of pressure relief of the working fluid from the pressure chamber to the damper chamber when creating upward shock loads, which are necessary for a certain level of relaxation of tensile stresses that move along the length of the pipe string well, obtaining the optimal ratio between the shock load and the shock impulse applied to the sticking point of the column.
Другим недостатком известной конструкции является нарушение и ухудшение характеристик пружинных устройств поршней и клапанов, содержащих промежуточные соединительные звенья, при длительном воздействии импульсов удара рабочей жидкости, большой уровень потерь давления, приводящих к отказу работы в скважине, уменьшающих их надежность и ресурс, что объясняется усталостью материала пружин и осаждением металлических микрочастиц (шлама) вследствие износа и сколов трущихся поверхностей, например слоев покрытий хрома в парах трения, что вызывает "задиры" трущихся поверхностей в парах трения.Another disadvantage of the known design is the violation and deterioration of the characteristics of the spring devices of the pistons and valves containing intermediate connecting links under prolonged exposure to impulses of impact of the working fluid, a large level of pressure losses leading to failure in the well, reducing their reliability and resource, which is explained by material fatigue springs and the deposition of metal microparticles (sludge) due to wear and chips of rubbing surfaces, for example layers of chromium coatings in friction pairs, which There are “seizures” of rubbing surfaces in friction pairs.
Вследствие этого не обеспечивается повышение точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой, для нанесения ударов вверх, при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, а это не позволяет оператору на буровой изменять допустимое силовое усилие натяжения бурильной колонны, после чего применять тормоз буровой лебедки, при этом усилие при освобождении прихвата трудно контролировать, что вызывает повреждение подъемного оборудования.As a result of this, the accuracy of the “retardation” time created by hydraulics is not improved for delivering upward impacts at the optimal ratio between the shock load and the shock impulse, and this does not allow the operator to change the permissible tensile force of the drill string at the rig, and then apply the winch brake , while the effort when releasing the stick is difficult to control, which causes damage to the lifting equipment.
Другим недостатком известной конструкции является ее тупиковая буферная полость, сообщающаяся сквозными отверстиями (поз.39) со скважиной.Another disadvantage of the known design is its dead end buffer cavity, communicating through holes (key 39) with the well.
При выполнении спусков и подъемов в процессе бурения скважины эта полость засасывает и накапливает мелкие твердые частицы выбуренной породы (шлама), при этом в течение некоторого времени в буферной полости шлам цементируется и приводит известный гидравлический яс к отказу в работе.During descents and ascents while drilling a well, this cavity sucks in and accumulates small solid particles of drill cuttings (sludge), while for some time the sludge is cemented in the buffer cavity and causes a known hydraulic jar to fail.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности и ресурса, образование сверхвысокой ударной мощности в стволе скважины при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, воздействующими вверх на место прихвата колонны, повышение точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой для нанесения ударов, путем выполнения средства регулирования динамики сброса давления рабочей жидкости из напорной камеры в демпферную камеру с использованием эффекта "внезапного расширения", а также совмещения функций "отключающего" и дозирующего механизмов в перепускной втулке, установленной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, контактирующей с торцом поршня.The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase reliability and resource, the formation of ultra-high shock power in the wellbore with the optimal ratio between the shock load and shock pulse acting upward on the sticking point of the column, improving the accuracy of the "delay" time created by hydraulics for striking, by performing a means of regulating the dynamics of pressure relief of the working fluid from the pressure chamber into the damper chamber using the effect "in expansion, "as well as combining the functions of the" disconnecting "and dosing mechanisms in the bypass sleeve installed inside the annular piston and the sealing sleeve in contact with the end face of the piston.
Сущность технического решения заключается в том, что в гидравлическом ясе, состоящем из трубчатого корпуса и полого шпинделя, которые соединены без вращения между собой, например, шлицевым соединением, при этом на шпинделе образованы верхний и нижний упорные бурты, между которыми установлен кольцевой поршень, внутренняя полость корпуса выполнена в виде цилиндрической поверхности с пояском увеличенного диаметра для взаимодействия с кольцевым поршнем, между корпусом и шпинделем установлены уплотнения подвижных и неподвижных соединений и образованы напорная и демпферная камеры, заполненные рабочей жидкостью, в корпусе, со стороны демпферной камеры образована буферная полость, а в демпферной камере установлено с возможностью скольжения поршневое кольцо, изолирующее демпферную камеру от буферной полости, при этом между корпусом и шпинделем образован дроссельный канал и содержится арретирующее устройство, а также содержится дозирующее устройство, пропускающее ограниченный объем рабочей жидкости при движении в дроссельном канале, согласно изобретению, арретирующее устройство выполнено в виде перепускной втулки, размещенной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, расположенной со стороны демпферной полости, которые концентрично и плотно установлены с возможностью осевого хода между упорными буртами шпинделя и скольжения со шпинделем, и(или) между собой, и(или) с корпусом, при этом дозирующее устройство выполнено в виде, по меньшей мере, одной дроссельной канавки на торце кольцевого поршня между контактирующими друг с другом торцами поршня и уплотнительной втулки, а уплотнительная втулка образует с корпусом кольцевой проточный канал, при этом перепускная втулка содержит наружный кольцевой бурт в напорной камере, кольцевой поршень содержит внутренний кольцевой бурт со стороны демпферной камеры, а перепускная втулка в средней части выполнена с продольными щелями, причем ход поршня от торца уплотнительной втулки, контактирующей с перепускной втулкой, до наружного кольцевого бурта перепускной втулки превышает расстояние от торца перепускной втулки, направленного в сторону демпферной камеры, до ближнего края каждой продольной щели.The essence of the technical solution lies in the fact that in a hydraulic jar consisting of a tubular body and a hollow spindle, which are connected without rotation between themselves, for example, by a spline connection, while the upper and lower thrust collars are formed on the spindle, between which an annular piston is installed, an internal the cavity of the housing is made in the form of a cylindrical surface with a girdle of increased diameter for interaction with the annular piston; seals of movable and fixed joints are installed between the housing and the spindle and a pressure and damper chamber filled with the working fluid is formed in the housing, a buffer cavity is formed on the side of the damper chamber, and a piston ring is installed with the possibility of sliding in the damper chamber, isolating the damper chamber from the buffer cavity, and a throttle channel is formed between the housing and the spindle and contains a locking device, and also contains a metering device, passing a limited volume of the working fluid when moving in the throttle channel, according to the invention, arresting device the triad is made in the form of a bypass sleeve located inside the annular piston and a sealing sleeve located on the side of the damper cavity, which are concentrically and tightly mounted with the possibility of axial movement between the thrust collars of the spindle and sliding with the spindle, and (or) between themselves, and (or ) with the housing, while the dosing device is made in the form of at least one throttle groove at the end of the annular piston between the ends of the piston and the sealing sleeve in contact with each other, and the sealing sleeve is about it forms an annular flow channel with the housing, wherein the bypass sleeve contains an external annular collar in the pressure chamber, the annular piston contains an internal annular collar from the side of the damper chamber, and the bypass sleeve in the middle part is made with longitudinal slots, and the piston stroke is from the end of the sealing sleeve in contact with the bypass sleeve, to the outer annular collar of the bypass sleeve exceeds the distance from the end of the bypass sleeve directed towards the damper chamber to the proximal edge of each longitudinal no slit.
Трубчатый корпус выполнен из верхнего и нижнего корпусов, соединенных резьбовым переходником, причем резьбовой переходник содержит, по меньшей мере, одну думисную полость, которая соединена с напорной камерой через кольцевой дроссельный канал между резьбовым переходником и полым шпинделем.The tubular housing is made of upper and lower housings connected by a threaded adapter, and the threaded adapter contains at least one dummy cavity, which is connected to the pressure chamber through an annular throttle channel between the threaded adapter and the hollow spindle.
Кольцевой поршень выполнен с гибким в радиальном направлении кольцевым торцом, образованным полостью с внутренним конусом, больший диаметр которого направлен к напорной камере, и с жесткой демпферной частью, направленной к демпферной камере, при этом наружная поверхность кольцевого поршня выполнена в виде конуса, основание которого расположено со стороны демпферной камеры.The annular piston is made with a radially flexible annular end formed by a cavity with an inner cone, the larger diameter of which is directed to the pressure chamber, and with a rigid damper part directed to the damper chamber, while the outer surface of the annular piston is made in the form of a cone, the base of which is located from the damper chamber.
Дроссельная канавка на торце кольцевого поршня ориентирована в тангенциальном направлении относительно диаметра перепускной втулки.The throttle groove at the end face of the annular piston is oriented tangentially with respect to the diameter of the bypass sleeve.
Выполнение гидравлического яса таким образом, что арретирующее устройство выполнено в виде перепускной втулки, размещенной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, расположенной со стороны демпферной полости, которые концентрично и плотно установлены с возможностью осевого хода между упорными буртами шпинделя и скольжения со шпинделем, и(или) между собой, и(или) с корпусом, при этом дозирующее устройство выполнено в виде, по меньшей мере, одной дроссельной канавки на торце кольцевого поршня между контактирующими друг с другом торцами поршня и уплотнительной втулки, а уплотнительная втулка образует с корпусом кольцевой проточный канал, при этом перепускная втулка содержит наружный кольцевой бурт в напорной камере, кольцевой поршень содержит внутренний кольцевой бурт со стороны демпферной камеры, а перепускная втулка в средней части выполнена с продольными щелями, причем ход поршня от торца уплотнительной втулки, контактирующей с перепускной втулкой, до наружного кольцевого бурта перепускной втулки превышает расстояние от торца перепускной втулки, направленного в сторону демпферной камеры, до ближнего края каждой продольной щели, повышает надежность и ресурс, а также образует сверхвысокую ударную мощность для возникновения ударных нагрузок направленных вверх (вследствие релаксации напряжений в растянутой бурильной колонне), для освобождения от прихвата бурильной колонны и(или) бурового инструмента в скважине, что объясняется снижением потерь давления и уменьшением времени "внезапного расширения" рабочей жидкости в демпферной части герметичной камеры для получения динамического удара с определенным ударным импульсом, а также за счет повышения точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой для нанесения ударов при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом.The execution of the hydraulic jar in such a way that the arresting device is made in the form of a bypass sleeve located inside the annular piston and a sealing sleeve located on the side of the damper cavity, which are concentrically and tightly mounted with the possibility of axial movement between the thrust collars of the spindle and sliding with the spindle, and ( or) between each other, and (or) with the housing, while the dosing device is made in the form of at least one throttle groove at the end of the annular piston between contacting each other the ends of the piston and the sealing sleeve, and the sealing sleeve forms an annular flow channel with the housing, while the bypass sleeve contains an external annular collar in the pressure chamber, the annular piston contains an internal annular collar on the side of the damper chamber, and the bypass sleeve in the middle part is made with longitudinal slots, moreover, the piston stroke from the end of the sealing sleeve in contact with the bypass sleeve to the outer annular collar of the bypass sleeve exceeds the distance from the end of the bypass sleeve, to the right toward the damper chamber, to the near edge of each longitudinal slit, increases reliability and service life, and also forms ultra-high impact power for upward impact loads (due to relaxation of stresses in the extended drill string), to relieve the drill string and (or) from sticking drilling tool in the well, which is explained by a decrease in pressure loss and a decrease in the time of "sudden expansion" of the working fluid in the damper part of the sealed chamber to obtain a dynamic impact specific shock pulse, as well as by increasing the accuracy of the time "delay" produced by hydraulics to strike at an optimum ratio between impact load and impact pulse.
При этом совмещаются функции "отключающего" и дозирующего механизмов в перепускной втулке, установленной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, контактирующей с торцом поршня, повышается их надежность и ресурс вследствие предотвращения осаждения металлических микрочастиц (шлама) от износа и сколов трущихся поверхностей, например слоев покрытий хрома в парах трения, что предотвращает "задиры" трущихся поверхностей в парах трения, а также обеспечивает более эффективное использование энергии рабочей жидкости, находящейся в напорной камере при очень высоком давлении (до 250 МПа), при сбросе давления в демпферную камеру для возникновения в растянутой колонне труб определенной релаксации напряжений и образования сверхвысокой ударной мощности в стволе скважины при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, воздействующими на место прихвата колонны.At the same time, the functions of the “disconnecting” and dosing mechanisms in the transfer sleeve installed inside the annular piston and the sealing sleeve in contact with the end face of the piston are combined, their reliability and service life are increased due to the prevention of the deposition of metal microparticles (sludge) from wear and chips of friction surfaces, for example layers coatings of chromium in friction pairs, which prevents “seizure” of rubbing surfaces in friction pairs, and also provides a more efficient use of the energy of the working fluid located in to the pore chamber at very high pressure (up to 250 MPa), when depressurizing the damper chamber to cause a certain relaxation of stress in the stretched pipe string and the formation of ultra-high impact power in the wellbore with an optimal ratio between the shock load and the shock pulse acting on the stall .
Это позволяет многократно повысить ударную мощность, передающуюся на место прихвата, например, буровой колонны в горизонтальной скважине.This allows you to repeatedly increase the shock power transmitted to the sticking point, for example, of a drill string in a horizontal well.
Повышение точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой для нанесения ударов вверх, при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом позволяет оператору на буровой изменять допустимое силовое усилие натяжения бурильной колонны, после чего применять тормоз буровой лебедки. Вследствие этого усилие при освобождении прихвата легко контролируется, предотвращается повреждение подъемного оборудования.Improving the accuracy of the “retardation” time created by hydraulics for delivering upward impacts, with the optimum ratio between the shock load and the shock pulse, allows the operator to change the allowable drill string tension force at the rig, and then apply the winch brake. As a result of this, the force when releasing the stick is easily controlled, damage to the lifting equipment is prevented.
Выполнение гидравлического яса таким образом, что трубчатый корпус выполнен из верхнего и нижнего корпусов, соединенных резьбовым переходником, причем резьбовой переходник содержит, по меньшей мере, одну думисную полость, которая соединена с напорной камерой через кольцевой дроссельный канал между резьбовым переходником и полым шпинделем, обеспечивает смазку полированных телескопических соединений между корпусом и шпинделем при изгибах шпинделя в изогнутой колонне труб, снижает вероятность запредельного повышения напряжений в бурильной колонне за счет демпфирования отраженной волны, приходящей к гидравлическому ясу от забоя скважины (от долота), обеспечивает центровку шпинделя в корпусе за счет одинакового кольцевого зазора и утечек "гидравлического клина" из думисной полости, охватывающей наружную поверхность шпинделя, в дроссельный канал, а далее в напорную камеру между резьбовым переходником и шпинделем при сбросе давления рабочей жидкости, что предотвращает разрушение, например, хромового покрытия на контактирующих между собой поверхностях шпинделя и корпуса.The implementation of the hydraulic jar in such a way that the tubular housing is made of upper and lower bodies connected by a threaded adapter, and the threaded adapter contains at least one dummy cavity, which is connected to the pressure chamber through an annular throttle channel between the threaded adapter and the hollow spindle, provides lubrication of polished telescopic joints between the casing and the spindle during bending of the spindle in a curved pipe string, reduces the likelihood of an overwhelming increase in stress in the storm Due to the damping of the reflected wave coming to the hydraulic well from the bottom of the well (from the bit), the column ensures centering of the spindle in the housing due to the same annular gap and leaks of the "hydraulic wedge" from the dummy cavity, covering the outer surface of the spindle, into the throttle channel, and further into the pressure chamber between the threaded adapter and the spindle when the pressure of the working fluid is released, which prevents the destruction, for example, of the chrome coating on the spindle surfaces and housing contacting each other sa
Выполнение гидравлического яса таким образом, что кольцевой поршень выполнен с гибким в радиальном направлении кольцевым торцом, образованным полостью с внутренним конусом, больший диаметр которого направлен к напорной камере, и с жесткой демпферной частью, направленной к демпферной камере, при этом наружная поверхность кольцевого поршня выполнена в виде конуса, основание которого расположено со стороны демпферной камеры, обеспечивает эффект "самоуплотнения", действие которого возрастает с увеличением давления рабочей жидкости в напорной камере, а также высокую надежность герметичного для рабочей жидкости (трансмиссионного масла) уплотнения типа "металл - металл".The implementation of the hydraulic jar in such a way that the annular piston is made with a radially flexible annular end formed by a cavity with an inner cone, the larger diameter of which is directed to the pressure chamber, and with a rigid damper part directed to the damper chamber, while the outer surface of the annular piston is made in the form of a cone, the base of which is located on the side of the damper chamber, provides the effect of "self-sealing", the action of which increases with increasing pressure of the working fluid in molecular chamber, as well as a high reliability hermetic hydraulic fluid (transmission oil) type seal "metal - metal".
Такое уплотнение обеспечивает очень высокое давление - до 250 МПа, высокую степень герметичности - допустимый уровень утечки при контроле гелием менее 1,32·10-6 см3/с, а также долговечность в условиях многократного воздействия динамических нагрузок, что обеспечивается высокими прочностными и пластическими показателями материала кольцевого поршня, определенными на основании расчетов и экспериментальных исследований: предел прочности σв≥950 МПа, предел текучести σ0,2≥850 МПа, относительное удлинение δ≥10% (вместо 2% после стандартной термообработки), относительное сужение площади поперечного сечения ψ≥15%.Such a seal provides a very high pressure - up to 250 MPa, a high degree of tightness - an allowable leak rate when controlling with helium less than 1.32 · 10 -6 cm 3 / s, and also durability under conditions of repeated exposure to dynamic loads, which is ensured by high strength and plastic indicators of material of the annular piston defined on the basis of calculations and experimental studies: tensile strength σ in ≥950 MPa, yield strength σ 0.2 ≥850 MPa, elongation δ≥10% (instead of 2% after standard termoob abotki) relative narrowing of the cross sectional area ψ≥15%.
Выполнение гидравлического яса таким образом, что дроссельная канавка на торце кольцевого поршня ориентирована в тангенциальном направлении относительно диаметра перепускной втулки, повышает стабильность дроссельных течений рабочей жидкости за счет увеличения длины дроссельной канавки для замедления движения рабочей жидкости, чтобы рабочий ход гидравлического яса задерживался на время, которое требуется для того, чтобы произвести необходимое натяжение спускаемой колонны для выполнения удара нужной силы.The execution of the hydraulic jar in such a way that the throttle groove at the end of the annular piston is oriented tangentially relative to the diameter of the bypass sleeve increases the stability of the throttle flow of the working fluid by increasing the length of the throttle groove to slow down the movement of the working fluid so that the working stroke of the hydraulic jar is delayed for a time that required in order to produce the necessary tension of the descent column to perform the strike of the desired strength.
Ниже представлен лучший вариант выполнения гидравлического яса с наружным диаметром 172 мм для высвобождения прихваченной бурильной колонны в наклонно направленной скважине длиной 3000 м, имеющей горизонтальный участок около 500 м.Below is the best embodiment of a hydraulic jar with an outer diameter of 172 mm for releasing a stuck drill string in a 3,000 m long directional well with a horizontal section of about 500 m.
На фиг.1 изображен гидравлический яс в разрезе, условно соединены верхняя, средняя и нижняя части.Figure 1 shows a hydraulic jar in a section, the upper, middle and lower parts are conventionally connected.
На фиг.2 изображена средняя часть гидравлического яса в начале повышения давления рабочей жидкости.Figure 2 shows the middle part of the hydraulic jar at the beginning of increasing the pressure of the working fluid.
На фиг.3 изображена средняя часть гидравлического яса при сбросе давления рабочей жидкости из напорной камеры в демпферную камеру.Figure 3 shows the middle part of the hydraulic jar when depressurizing the working fluid from the pressure chamber into the damper chamber.
На фиг.4 изображен элемент I на фиг.2 дозирующего устройства.Figure 4 shows the element I in figure 2 of the metering device.
На фиг.5 изображен разрез А-А на фиг.4 перед торцом кольцевого поршня.Figure 5 shows a section aa in figure 4 in front of the end face of the annular piston.
На фиг.6 изображен элемент II на фиг.3.In Fig.6 shows the element II in Fig.3.
Гидравлический яс состоит из трубчатого корпуса 1 и полого шпинделя 2, телескопически соединенных, без вращения между собой, например, шлицевым соединением 3, при этом на шпинделе 2 образованы верхний и нижний упорные бурты, соответственно 4, 5, между которыми установлен кольцевой поршень 6, причем резьбовое отверстие 7 шпинделя 2 предназначено для соединения с низом верхней колонны бурильных труб, а резьбовой хвостовик 8 наружного корпуса 1 предназначен для соединения с верхом нижней колонны бурильных труб, показано на фиг.1, 4.The hydraulic jar consists of a tubular housing 1 and a hollow spindle 2, telescopically connected without rotation between each other, for example, by a spline connection 3, while the upper and
Внутренняя полость корпуса 1 выполнена в виде цилиндрической поверхности 9 с пояском увеличенного диаметра 10 для взаимодействия с кольцевым поршнем 6, между корпусом 1 и шпинделем 2 установлены уплотнения 11 подвижных соединений и уплотнения 12 неподвижных соединений и образованы напорная камера 13 и демпферная камера 14, заполненные рабочей жидкостью, показано на фиг.1, 4.The internal cavity of the housing 1 is made in the form of a
Трубчатый корпус 1 выполнен из шлицевого модуля 15 и частей 16, 17, 18, а полый шпиндель 2 выполнен из частей 19, 20, 21, показано на фиг.1.The tubular body 1 is made of a
В частях 17, 18 корпуса 1, со стороны демпферной камеры 14 образована буферная полость 22, а в демпферной камере 14 плотно установлено с возможностью скольжения поршневое кольцо 23, изолирующее демпферную камеру 14 от буферной полости 22, при этом между частью 17 корпуса 1, частью 20 шпинделя 2, во внутренней полости кольцевого поршня 6 в напорной камере 13 образован дроссельный канал и содержится арретирующее устройство 24, а также содержится дозирующее устройство 25, пропускающее ограниченный объем рабочей жидкости в дроссельном канале, показано на фиг.1, 4.In the
Ход 26 шпинделя 2 с кольцевым поршнем 6 относительно корпуса 1 от начала повышения давления рабочей жидкости в напорной камере 13 на величину объема ΔVp до сброса давления в демпферную камеру 14 определяется объемами рабочей жидкости в напорной 13 и демпферной 14 камерах из соотношения:The
Vp+ΔVp=(0,9...1,1)Vd Ф, где Vp - объем напорной камеры 13 в начале повышения давления рабочей жидкости, который определяется длиной 27 до ближнего уплотнения 11 подвижного соединения между частью 20 шпинделя 2 и частью 17 корпуса 1; ΔVp - объем, характеризующийся ходом 26 шпинделя 2 с кольцевым поршнем 6 относительно корпуса 1 от начала повышения давления рабочей жидкости в напорной камере 13 до сброса давления в демпферную камеру 14; Ф=1,618..., постоянный коэффициент, показано на фиг.2V p + ΔV p = (0.9 ... 1.1) V d Ф, where V p is the volume of the
При этом в момент сброса давления рабочей жидкости, находящейся при очень высоком давлении, до 250 МПа, длина напорной камеры 13 обозначена поз.28, длина демпферной камеры 14 обозначена поз.29, a Vd - объем демпферной камеры 14, показано на фиг.3At the same time, at the time of depressurization of the working fluid at a very high pressure, up to 250 MPa, the length of the
Арретирующее устройство 24 выполнено в виде перепускной втулки 30, размещенной внутри кольцевого поршня 6, и уплотнительной втулки 31, расположенной со стороны демпферной полости 14, которые концентрично установлены с возможностью скольжения с часть 20 шпинделя 2, между его упорными буртами 4, 5, причем кольцевой поршень 6 установлен с возможностью скольжения относительно наружного диаметра 32 перепускной втулки 30 и внутренней поверхности 9 в части 17 корпуса 1, показано на фиг.1, 4, 5.The arresting
Дозирующее устройство 25 содержит дроссельную канавку 33 на торце 34 кольцевого поршня 6, контактирующего с уплотнительной втулкой 31, а уплотнительная втулка 31 образует с частью 17 корпуса 1 кольцевой проточный канал 35, показано на фиг.1, 4, 5.The
Перепускная втулка 30 содержит наружный кольцевой бурт 36 в напорной камере 13, кольцевой поршень 6 содержит внутренний кольцевой бурт 37 со стороны демпферной камеры 14, а втулка 30 выполнена с продольными щелями 38, при этом ход 39 кольцевого поршня 6 от торца 40 уплотнительной втулки 31, контактирующей с перепускной втулкой 30, до наружного кольцевого бурта 41 перепускной втулки 30 превышает расстояние 42 от торца 34 перепускной втулки 30, направленного в сторону демпферной камеры 14, до ближнего края 43 каждой продольной щели 38, показано на фиг.4The
Края 44 продольных щелей 38 на перепускной втулке 30 со стороны напорной камеры 13 расположены между торцами 41 и 45 ее кольцевого бурта 36, при этом перепускная втулка 30 имеет свободный ход 46 до упора в верхний упорный бурт 4, образованный увеличенным пояском 47 части 20 шпинделя 2, показано на фиг.4.The
Кольцевой поршень 6 выполнен с гибким в радиальном направлении кольцевым торцом 48, образованным полостью с внутренним конусом 49, больший диаметр которого направлен к напорной камере 13, и с жесткой демпферной частью (со стороны торца 34), направленной к демпферной камере 13, а наружная поверхность 50 кольцевого поршня 6 выполнена в виде конуса, основание которого расположено со стороны демпферной камеры 14, при этом меньший диаметр конуса 50 расположен со стороны торца 34, направленного к демпферной камере 14, и равен, например, наружному диаметру 51 уплотнительной втулки 31, показано на фиг.4.The
Дроссельная канавка 33 на торце 34 кольцевого поршня 6 ориентирована в тангенциальном направлении относительно наружного диаметра 32 перепускной втулки 30 или относительно внутренней поверхности 52 кольцевого поршня 6, контактирующей с наружным диаметром 32 перепускной втулки 30, показано на фиг.4, 5.The
Трубчатый корпус 1 выполнен из шлицевого модуля 15 и частей 17, 18, соединенных резьбовым переходником 16, а внутренняя поверхность переходника 16 выполнена с пояском увеличенного диаметра 53 и образует думисную полость 54, охватывающую наружную поверхность 55 части шпинделя 20, при этом думисная полость 54 заполнена рабочей жидкостью и соединена с напорной камерой 13 дроссельным кольцевым зазором 56 между наружной поверхностью 55 части шпинделя 20 и внутренней поверхностью резьбового переходника 16, показано на фиг.6.The tubular housing 1 is made of a
В частях 17, 18 корпуса 1, со стороны демпферной камеры 14 образована буферная полость 22, а в демпферной камере 14 плотно установлено с возможностью скольжения поршневое кольцо 23, изолирующее демпферную камеру 14 от буферной полости 22, при этом буферная полость 22 соединена через кольцевой дроссельный канал 57 между частью корпуса 18 (резьбовым переводником) и частью шпинделя 21 с полостью 58 внутри частей трубчатого корпуса 15, 16, 17, 18 и частей полого шпинделя 19, 20, 21, во внутренние полости которых подается давление промывочной жидкости, где поз. 59 показано направление ее потока, показано на фиг.1, 2, 6.In
При этом на фиг.1 показано: поз.60 - ударный торец части 20 шпинделя 2, соединенной резьбой 61 с шлицевой частью 19 шпинделя 2; поз.62 - шлицевой торец шлицевого модуля 15 трубчатого корпуса 1.In this case, Fig. 1 shows: pos. 60 — impact end of
Кроме того, на фиг.1, 2, 3, 4 показано: поз. 63 - резьбовые пробки и каналы для заливки и прокачки рабочей жидкости в напорной камере 13 и демпферной камере 14; поз.64 - технологический размер для установки с возможностью скольжения поршневого кольца 23, изолирующего демпферную камеру 14 от буферной полости 22 при заливке рабочей жидкости; поз.65 - суфлирующее отверстие (с фильтром) для понижения перепада давлений на уплотнениях 11 подвижных частей части 20 шпинделя 2 и шлицевого модуля 15 трубчатого корпуса 1; поз.66 - торец части 19 шпинделя 2; поз.67 - торец шлицевого модуля 15 трубчатого корпуса 1.In addition, figure 1, 2, 3, 4 shows: pos. 63 - threaded plugs and channels for filling and pumping the working fluid in the
При сборке гидравлического яса полый шпиндель 2 вдвигают в трубчатый корпуса 1 до упора торца 66 части 19 шпинделя 2 в торец 67 шлицевого модуля 15 трубчатого корпуса 1.When assembling the hydraulic jar, the hollow spindle 2 is pushed into the tubular body 1 until the end face 66 of the spindle part 19 part 2 is inserted into the end face 67 of the
Сборку гидравлического яса проводят таким образом, чтобы торец 37 кольцевого поршня 6 контактировал с торцом 41 перепускной втулки 30, торец 45 перепускной втулки 30 контактировал с упорным буртом 4 части 20 шпинделя 2, по существу, чтобы кольцевой поршень 6 и перепускная втулка 30 были прижаты к торцу упорного бурта 4 части 20 шпинделя 2, при определенном положении поршневого кольца 23 с технологическим размером 64, изолирующего демпферную камеру 14 от буферной полости 22 при заливке рабочей жидкости.The hydraulic jar is assembled so that the
При этом между торцом 34 кольцевого поршня 6, а также торцом перепускной втулки 30 и торцом 40 уплотнительного кольца 31 образуется кольцевой зазор, по величине равный зазору 46 между торцом 45 перепускной втулки 30 и упорным буртом 4 части 20 оправки 2, а продольные щели 38 в перепускной втулке 30 могут пропускать рабочую жидкость при заливке и прокачке между напорной камерой 13 и демпферной камерой 14.In this case, between the
Напорную камеру 13 и демпферную камеру 14 через резьбовые отверстия под пробки 63, повернутые вверх, заполняют рабочей жидкостью, например трансмиссионным маслом SAE W80-140 (стандарт SAE J 306, США и Западная Европа), производят прокачку рабочей жидкости, периодически поднимая и опуская один из краев корпуса для удаления воздуха, затем производят затяжку пробок 63.The
При заливке трансмиссионным маслом объем напорной камеры 13 составляет 7,33 л, а объем демпферной камеры 14 составляет 14,65 л, что меньше на величину ΔVp - объема, характеризующегося ходом 26 шпинделя 2 с кольцевым поршнем 6 относительно корпуса 1 от начала повышения давления рабочей жидкости в напорной камере 13 до сброса давления в демпферную камеру 14.When filling with gear oil, the volume of the
Гидравлический яс работает обычно в паре с гидромеханическим ясом, устанавливаемым ближе к забою скважины, при этом для сосредоточения большой массы непосредственно над ясами, по существу, там, где достигается максимальная скорость при высвобождении яса или завершении стадии его свободного перемещения, используют утяжеленные бурильные трубы (УБТ).Hydraulic jar usually works in conjunction with a hydromechanical jar, which is installed closer to the bottom of the well, while to drill a large mass directly above the jars, in essence, where maximum speed is achieved when the jar is released or the stage of its free movement is completed, use heavy drill pipes ( UBT).
Определяют лучшее положение яса в сборке бурильной колонны, при этом учитывают многие факторы, часть из которых:The best position of the jar in the assembly of the drill string is determined, while many factors are taken into account, some of which:
- ожидаемый тип прихвата; прихват за счет перепада давления или механический;- expected type of sticking; sticking due to pressure drop or mechanical;
- состояние, траектория и угол наклона ствола скважины;- state, trajectory and angle of inclination of the wellbore;
- конфигурация забойной компоновки;- downhole configuration;
- давление насоса;- pump pressure;
- коэффициент плавучести бурового раствора;- the buoyancy coefficient of the drilling fluid;
- величина предельной нагрузки на долото;- the value of the maximum load on the bit;
- допустимое усилие натяжения бурильной колонны;- permissible tension force of the drill string;
- предел прочности бурильной трубы.- tensile strength of the drill pipe.
Гидравлический яс соединяют резьбой 7 части 19 шпинделя 2 с низом верхней части колонны бурильных труб, применяемой при бурении нефтяной скважины, а резьбовым хвостовиком 8 части 18 корпуса 1 соединяют с верхом нижней части колонны бурильных труб, которая располагается ниже яса. Гидростатическое давление бурового раствора внутри шпинделя 2 и трубчатого корпуса 1, подаваемого от устья скважины к долоту в направлении 59, может достигать 50 МПа.The hydraulic jar is connected by a thread 7 of part 19 of the spindle 2 to the bottom of the upper part of the drill pipe string used for drilling an oil well, and the threaded shank 8 of part 18 of the housing 1 is connected to the top of the lower part of the drill pipe string, which is located below the jar. The hydrostatic pressure of the drilling fluid inside the spindle 2 and the tubular body 1 supplied from the wellhead to the bit in
Движение яса на начальной стадии сдерживается гидравлической парой: полый шпиндель 2 - кольцевой поршень 6 - трубчатый корпус 1 и поддерживается до тех пор, пока в бурильной колонне не будут созданы достаточно высокие растягивающие напряжения. Стадия свободного вертикального перемещения деталей внутри яса предназначена для резкого снятия части растягивающих напряжений, накопленных в колонне бурильных труб.The movement of the jar at the initial stage is restrained by a hydraulic pair: a hollow spindle 2 - an annular piston 6 - a tubular body 1 and is supported until sufficiently high tensile stresses are created in the drill string. The stage of free vertical movement of parts inside the jar is designed to abruptly remove part of the tensile stresses accumulated in the drill pipe string.
Такое снятие напряжений колонны бурильных труб используют для ускорения УБТ и(или) всей массы бурильной колонны и создания ударного импульса в глубине скважины в пределах ударной секции данного гидравлического яса.Such stress relief of the drill string is used to accelerate the drill collar and (or) the entire mass of the drill string and create a shock pulse in the depth of the well within the shock section of this hydraulic jar.
Волна напряжения в колонне бурильных труб возникает в результате резкой остановки движущейся массы муфт и УБТ, при этом кинетическая энергия переходит в энергию напряженного состояния. Волна напряжения одновременно движется вверх к муфтам и УБТ и вниз к точке прихвата. Волна напряжения, которая передается вверх к муфтам или тяжелому весу, будет двигаться вверх до тех пор, пока не достигнет места изменения сечения, например перехода от муфты к тяжелому весу и УБТ. Тогда она будет отражена вниз. Волна напряжения, которая первоначально двигалась вниз от яса, достигает место прихвата и отражается назад вверх. Через некоторое время комбинация волн напряжения в месте прихвата определяет величину максимальной прикладываемой нагрузки. Обычно, чем больше ударный импульс, приложенный к месту прихвата, тем меньше ударная нагрузка. При этом, чем сильнее динамический удар, тем меньше ударный импульс. Необходимы и удар и импульс.A stress wave in the drill string occurs as a result of a sudden stop of the moving mass of couplings and drill collars, while the kinetic energy passes into the stress state energy. The voltage wave simultaneously moves up to the couplings and the drill collar and down to the sticking point. The voltage wave that is transmitted upward to the couplings or heavy weight will move up until it reaches the point of change in cross-section, for example, the transition from the coupling to heavy weight and the collar. Then it will be reflected down. The tension wave that originally moved down from the jar reaches the sticking point and is reflected back up. After some time, the combination of stress waves at the sticking point determines the value of the maximum applied load. Usually, the greater the shock impulse applied to the sticking point, the lower the shock load. Moreover, the stronger the dynamic impact, the smaller the shock pulse. Both punch and momentum are needed.
Для мгновенного высвобождения места прихвата требуется определенная ударная сила. В то время, когда ударная сила превосходит силу прихватывания, импульс удара вызывает проскальзывание места прихвата. Ударная сила является главным фактором. В наилучшем соотношении необходим определенный динамический удар с достаточным ударным импульсом, по существу, со сверхвысокой ударной мощностью.To instantly release the sticking point, a certain impact force is required. At a time when the impact force exceeds the tack force, the impulse of impact causes the sticking point to slip. Impact force is a major factor. In the best ratio, a certain dynamic impact with a sufficient shock impulse, essentially with ultra-high impact power, is needed.
Оптимальное местоположение гидравлического яса - над переходной зоной, однако яс можно опустить и ниже переходной зоны.The optimal location of the hydraulic jar is above the transition zone, but the jar can be lowered below the transition zone.
Гидравлический яс спускают в скважину с таким количеством УБТ, которое обеспечивает необходимую нагрузку на долото и обеспечивает расположение яса над переходной зоной.The hydraulic jar is lowered into the well with such an amount of drill collar that provides the necessary load on the bit and ensures the location of the jar above the transition zone.
Нагрузку на долото подбирают, добавляя или удаляя УБТ под гидравлическим ясом и при этом сохраняя над ясом вес, достаточный для обеспечения эффективного удара ясом.The load on the bit is selected by adding or removing drill collars under the hydraulic jar and at the same time maintaining sufficient weight over the jar to ensure an effective blow with the jar.
Гидравлический яс работает от движения бурильной колонны в направлении вверх. Величина ударной силы, направленной вверх, прямо пропорциональна прилагаемому усилию натяжения.The hydraulic jar is driven by upward movement of the drill string. The magnitude of the upward impact force is directly proportional to the applied tensile force.
Если при освобождении прихвата в скважине идет циркуляция бурового раствора, перепад давления на долоте создает усилие, растягивающее яс, при этом учитывают силу запуска насоса, так как это сокращает усилие, необходимое для нанесения удара ясом вверх.If during the release of the stick in the well, the drilling fluid circulates, the pressure drop on the bit creates a force that stretches the jar, taking into account the pump starting force, since this reduces the force required to strike with the jar up.
Чтобы компенсировать потери трения о стенки скважины изогнутой колонны бурильных труб в наклонно направленной скважине, необходимо дополнительное усилие натяжения колонны бурильных труб.In order to compensate for the friction loss on the borehole wall of a bent drill pipe string in an oblique directional bore, an additional pull force is required on the drill pipe string.
Величину компенсации учитывают показаниями индикатора нагрузки на долото во время спусков и подъемов до прихвата бурильной колонны. При этом вес свободной колонны - это вес части колонны, расположенной над ясом.The amount of compensation is taken into account by the readings of the indicator of the load on the bit during descents and ascents before sticking the drill string. The weight of the free column is the weight of the part of the column located above the jar.
Гидравлический яс работает следующим образом. Принцип его действия основан на создании в нем высокого давления в напорной камере при натяжении (подъемным устройством на буровой) колонны бурильных труб, прихваченной (заклиненной в скважине) и мгновенного, например в течение 15 мс, сброса высокого давления из напорной камеры в демпферную камеру для релаксации напряжений в растянутых бурильных трубах, приводящих к сверхвысокой ударной мощности в скважине, направленной снизу вверх.Hydraulic jar works as follows. The principle of its operation is based on the creation of a high pressure in it in the pressure chamber during tension (lifting device on the drill) of the drill pipe string, which is stuck (stuck in the borehole) and instantly, for example, within 15 ms, release of high pressure from the pressure chamber into the damper chamber for stress relaxation in the extended drill pipes, leading to ultra-high impact power in the well, directed from the bottom up.
Рассчитывают усилие натяжения бурильной колонны по определенной методике, например, расчетное усилие составляет 42±1% от массы УБТ до места прихвата. Усилие натяжения колонны бурильных труб перемещает в направлении от забоя к устью скважины полый шпиндель 2, упорный торец 5 части 21 шпинделя 2, уплотнительную втулку 31 и кольцевой поршень 6 с перепускной втулкой 30 на величину хода 26 в напорной камере 13.The drill string tension is calculated according to a certain method, for example, the calculated force is 42 ± 1% of the mass of the drill collar to the sticking point. The tension force of the drill pipe string moves from the bottom to the wellhead the hollow spindle 2, the thrust end 5 of
За счет того, что со стороны напорной камеры 13 кольцевой поршень 6 выполнен с внутренней полостью в форме конуса 48 и с упругим в радиальном направлении кольцевым краем 49, наружная поверхность кольцевого поршня 6 выполнена в форме конуса 50, основание которого расположено со стороны демпферной камеры 14, а меньший диаметр конуса на наружной поверхности кольцевого поршня 6 равен, например, наружному диаметру 51 уплотнительной втулки 31, обеспечивается эффект "самоуплотнения", действие которого возрастает с увеличением давления рабочей жидкости в напорной камере 13, при этом уплотнение обеспечивает очень высокое давление - до 250 МПа.Due to the fact that from the side of the
Повышение давления рабочей жидкости через продольные щели 38 на перепускной втулке 30 со стороны напорной камеры 13 ограничивается дроссельным течением в зазоре между наружной поверхностью 32 перепускной втулки 30 и внутренней поверхностью кольцевого поршня 6 на длине 42, далее в дроссельной канавке 33 на торце 34 кольцевого поршня 6, ориентированной в тангенциальном направлении относительно его внутренней поверхности 52, контактирующей с перепускной втулкой 30, при этом повышается стабильность дроссельных течений рабочей жидкости за счет увеличения длины дроссельной канавки 33 для замедления движения рабочей жидкости, повышается точность времени "запаздывания", создаваемого гидравликой для нанесения ударов, чтобы рабочий ход гидравлического яса задерживался на время, которое требуется для того, чтобы произвести необходимое натяжение спускаемой колонны для выполнения удара нужной силы.The increase in pressure of the working fluid through the
Повышение точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой для нанесения ударов вверх, при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, позволяет оператору на буровой изменять допустимое силовое усилие натяжения бурильной колонны, после чего применять тормоз буровой лебедки. Вследствие этого усилие при освобождении прихвата легко контролируется, предотвращается повреждение подъемного оборудования.Improving the accuracy of the “retardation” time created by hydraulics for delivering upward impacts, with the optimum ratio between the shock load and the shock pulse, allows the operator to change the allowable drill string tension force at the rig, and then apply the winch brake. As a result of this, the force when releasing the stick is easily controlled, damage to the lifting equipment is prevented.
При заходе гибкого в радиальном направлении кольцевого края 49 кольцевого поршня 6 в зону перехода между цилиндрической поверхностью 9 и пояском увеличенного диаметра 10 части 17 корпуса 1 кольцевой поршень 6 мгновенно, по существу, в течение 15 мс разгружается от действия высокого давления рабочей жидкости в напорной камере 13.When the
При сбросе давления в демпферную камеру 14 происходит удар ударного торца 60 части 20 шпинделя 2, соединенной резьбой 61 с шлицевой частью 19 шпинделя 2, по шлицевому торцу 62 шлицевого модуля 15 трубчатого корпуса 1, при этом растянутая колонна бурильных труб мгновенно, по существу, в течение времени 35 мс теряет напряжения растяжения, а в трубах и соединениях труб возникает эффект релаксации напряжений, приводящих к сверхвысокой ударной мощности и удару в скважине, направленному снизу вверх.When the pressure is released into the
При резких перемещениях колонны бурильных труб, а также в случае возникновения гидравлических ударов в скважине, в напорной камере 13 и в демпферной камере 14 рабочая жидкость, находящаяся при высоком давлении в думисной полости 54, демпфирует гидравлические удары и предотвращает разрушение гидравлического яса и колонны бурильных труб в скважине, а также обеспечивает центровку шпинделя 2 в корпусе 1 за счет одинакового кольцевого зазора 56 и утечек "гидравлического клина" из думисной полости 54, охватывающей наружную поверхность 55 части 20 шпинделя 2 в дроссельный канал, определяемый кольцевым зазором 56, а далее в напорную камеру 13 между резьбовым переходником 16 и частью 20 шпинделя 2 при сбросе давления рабочей жидкости, что предотвращает разрушение, например, "задиры" хромового покрытия на контактирующих между собой (зеркальных) поверхностях шпинделя 2 и корпуса 1.During sudden movements of the drill string, as well as in the event of hydraulic shock in the well, in the
При опускании бурильной колонны шпиндель 2 телескопически вдвигается в корпус 1, при этом торец 37 кольцевого поршня 6 контактирует с торцом 41 перепускной втулки 30, торец 45 перепускной втулки 30 контактирует с упорным буртом 4 части 20 шпинделя 2, по существу, кольцевой поршень 6 и перепускная втулка 30 прижимаются к торцу упорного бурта 4 части 20 шпинделя 2, при определенном положении поршневого кольца 23, изолирующего демпферную камеру 14 от буферной полости 22.When lowering the drill string, the spindle 2 telescopes into the housing 1, while the
Между торцом 34 кольцевого поршня 6 и торцом перепускной втулки 30 и торцом 40 уплотнительного кольца 31 образуется кольцевой зазор, по величине равный зазору 46 между торцом 45 перепускной втулки 30 и упорным буртом 4 части 20 шпинделя 2, а продольные щели 38 в перепускной втулке 30 свободно пропускают рабочую жидкость из напорной камеры 13 в демпферную камеру 14, при этом гидравлический яс готов для нанесения следующего удара, воздействующего вверх на место прихвата колонны.Between the
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004137572/03A RU2288344C2 (en) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Hydraulic catcher |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004137572/03A RU2288344C2 (en) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Hydraulic catcher |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004137572A RU2004137572A (en) | 2006-06-10 |
| RU2288344C2 true RU2288344C2 (en) | 2006-11-27 |
Family
ID=36712162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004137572/03A RU2288344C2 (en) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Hydraulic catcher |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2288344C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU224033U1 (en) * | 2023-11-02 | 2024-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭкспертНефтеГаз" (ООО "ЭНГ") | Hydraulic jar |
-
2004
- 2004-12-22 RU RU2004137572/03A patent/RU2288344C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU224033U1 (en) * | 2023-11-02 | 2024-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭкспертНефтеГаз" (ООО "ЭНГ") | Hydraulic jar |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004137572A (en) | 2006-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5033557A (en) | Hydraulic drilling jar | |
| US8365818B2 (en) | Jarring method and apparatus using fluid pressure to reset jar | |
| RU2439284C2 (en) | Hydraulic bilateral drilling jar | |
| RU2637350C1 (en) | Drilling jar system with check valve | |
| CN108798532B (en) | Balance tool is turned round in pressure in pit | |
| US3566981A (en) | Hydraulic drilling jar | |
| US20150259997A1 (en) | Torque Anchor to Prevent Rotation of Well Production Tubing, System for Pumping and Rotation Prevention, and Pumping Installation Equipped with Such a Torque Anchor | |
| US4044844A (en) | Impact drilling tool | |
| WO2019238139A1 (en) | Device and method for reducing annulus drilling fluid pressure at well bottoms | |
| CN110847837A (en) | Bidirectional hydraulic resistance type drilling jar | |
| US3804185A (en) | Jarring and bumping tool for use in oilfield drilling strings | |
| RU2521993C1 (en) | Dual-acting hydraulic jar | |
| CN109763784B (en) | Split bridge plug hydraulic setting tool and setting method thereof | |
| US5476148A (en) | Tool for maintaining wellbore penetration | |
| RU2540372C2 (en) | Hydromechanical drill jar | |
| US4394884A (en) | Shock sub | |
| RU2310061C1 (en) | Hydraulic drilling jar | |
| RU124304U1 (en) | DRILLING HYDROMECHANICAL SHOCK MECHANISM OF BILATERAL ACTION | |
| WO2012156735A2 (en) | Perforating drill string assembly | |
| RU2307917C1 (en) | Hydro-mechanical catcher | |
| US3221826A (en) | Fluid pressure one-way jar | |
| RU2288344C2 (en) | Hydraulic catcher | |
| USRE28768E (en) | Jarring and bumping tool for use in oilfield drilling strings | |
| US3464505A (en) | Drilling apparatus | |
| RU2544352C2 (en) | Hydraulic bilateral drilling jar |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151223 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170524 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201223 |