RU2307917C1 - Hydro-mechanical catcher - Google Patents
Hydro-mechanical catcher Download PDFInfo
- Publication number
- RU2307917C1 RU2307917C1 RU2006104827/03A RU2006104827A RU2307917C1 RU 2307917 C1 RU2307917 C1 RU 2307917C1 RU 2006104827/03 A RU2006104827/03 A RU 2006104827/03A RU 2006104827 A RU2006104827 A RU 2006104827A RU 2307917 C1 RU2307917 C1 RU 2307917C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mandrel
- housing
- edge
- chamber
- internal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для создания ударных нагрузок, направленных вверх и вниз, с целью освобождения прихваченной части бурильной колонны в вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных участках скважин.The invention relates to drilling equipment, and in particular to devices for creating shock loads directed up and down in order to release the stuck part of the drill string in vertical, directional and horizontal sections of the wells.
Известен гидравлический бурильный яс двойного действия, включающий трубчатый корпус и оправку, телескопически соединенные между собой, корпус содержит шлицы на внутренней поверхности, внутренние выступы-наковальни, первый уплотнитель со стороны первого торца, а оправка содержит шлицы на наружной поверхности под шлицы корпуса, поясок увеличенного диаметра, ударники, размещенные между внутренними выступами-наковальнями корпуса, а также второй уплотнитель, размещенный в ударнике со стороны второго торца корпуса, образующие камеру рабочей жидкости, а также содержащий кольцевой клапан, установленный в камере рабочей жидкости с оправкой, проходящей через внутреннюю полость и расположенной внутри корпуса, при этом внутренняя поверхность кольцевого клапана плотно контактирует с пояском увеличенного диаметра оправки, продольный ход кольцевого клапана ограничен между двух упоров, выступающих от внутренней поверхности корпуса, а также содержащий ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с одной из секций камеры рабочей жидкости, включающий, по меньшей мере, один перепускной клапан, размещенный в кольцевом клапане, который ограничивает течение рабочей жидкости внутри одной из секций камеры в одном направлении [1].A double-acting hydraulic drill jar is known, including a tubular body and a mandrel telescopically connected to each other, the housing contains slots on the inner surface, the anvil protrusions, the first seal on the side of the first end, and the mandrel contains slots on the outer surface under the splines of the housing, diameter, impactors placed between the inner protrusions-anvils of the body, as well as a second seal placed in the hammer from the side of the second end of the body, forming a working chamber fluid, as well as containing a ring valve installed in the fluid chamber with a mandrel passing through the internal cavity and located inside the housing, while the inner surface of the annular valve is in tight contact with the belt of increased diameter of the mandrel, the longitudinal stroke of the annular valve is limited between two stops protruding from the inner surface of the housing, as well as containing a limiting mechanism for communicating the working fluid with one of the sections of the working fluid chamber, including at least one a bypass valve located in the annular valve, which restricts the flow of the working fluid inside one of the sections of the chamber in one direction [1].
Недостатком известной конструкции является сложность контроля нагрузки, направленной вниз, для освобождения оставшегося в скважине долота или освобождения от прихвата части бурильной колонны в наклонно направленных или горизонтальных участках скважины, что объясняется потерей устойчивости (с изменением знака) и трением колонны бурильных труб в местах изменения кривизны скважины, а также неожиданная активизация и самопроизвольное нанесение ударов гидравлического яса при бурении, спусках и подъемах бурильной колонны вследствие низкой точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой, из-за отсутствия механизма блокировки продольного хода оправки относительно корпуса, вследствие чего повышается также износ внутренних деталей.A disadvantage of the known design is the difficulty of controlling the downward load to release the bit remaining in the borehole or to free part of the drill string from sticking in directionally or horizontally borehole sections, which is explained by the loss of stability (with a change in sign) and the friction of the drill pipe string in places where the curvature changes wells, as well as unexpected activation and spontaneous striking of the hydraulic jar during drilling, descents and rises of the drill string due to low th time accuracy "retard", produced by hydraulics, due to the absence of the locking mechanism of the longitudinal stroke of the mandrel relative to the housing, thereby increasing wear of internal parts.
Известен гидравлический бурильный яс, состоящий из телескопически установленных друг относительно друга корпуса с уплотнениями у верхнего торца, внутренними выступами-наковальнями и шлицами на внутренней поверхности, и оправки, образующей с корпусом кольцевую полость, заполненную рабочей жидкостью, а также имеющей шлицы на наружной поверхности под шлицы корпуса, кольцевые буртики с цилиндрическими наружными поверхностями и наружный ударный выступ, размещенный между внутренними выступами-наковальнями корпуса, нижний дозирующий механизм, установленный в кольцевой полости между оправкой и корпусом для ограничения потока рабочей жидкости через дозирующий механизм при осевом перемещении оправки, и установленный под нижним дозирующим механизмом в кольцевой полости между оправкой и корпусом "плавающий" поршень с уплотнением [2].Known hydraulic drill jar consisting of telescopically mounted relative to each other body with seals at the upper end, internal protrusions, anvils and slots on the inner surface, and a mandrel forming an annular cavity filled with the working fluid with the housing, as well as having slots on the outer surface under splines of the body, annular beads with cylindrical outer surfaces and an external impact ledge located between the internal protrusions-anvils of the body, the lower dosing fur a bottom set in the annular cavity between the mandrel and the housing to restrict the flow of the working fluid through the metering mechanism during axial movement of the mandrel, and a floating piston with a seal installed under the lower metering mechanism between the mandrel and the housing [2].
Известный гидравлический яс снабжен верхним дозирующим механизмом, который размещен в кольцевой полости между оправкой и корпусом над нижним дозирующим механизмом, и дополнительными поршнями с уплотнениями, оправка выполнена с дополнительным кольцевым выступом с уплотнением, размещенным между дозирующими механизмами и разделяющим кольцевую полость между ними на нижнюю и верхнюю камеры высокого давления, и кольцевой ступенью с радиальным каналом, размещенной над верхним дозирующим механизмом, при этом дополнительные кольцевые поршни размещены по обе стороны от кольцевой ступени и подпружинены относительно нее.The known hydraulic jar is equipped with an upper metering mechanism, which is placed in the annular cavity between the mandrel and the housing above the lower metering mechanism, and additional pistons with seals, the mandrel is made with an additional annular protrusion with a seal placed between the metering mechanisms and separating the annular cavity between them on the lower and the upper high-pressure chamber, and an annular step with a radial channel placed above the upper metering mechanism, with additional annular pistons and placed on both sides of the annular stage and spring-loaded relative to it.
При этом верхний конец компенсирующей камеры 38 определяется "плавающим" поршнем 37, нижний конец компенсирующей камеры 53 - другим "плавающим" поршнем 56, который смещается вверх с помощью пружины 57 и кольца 58, которые в свою очередь опираются на оправку 54 с помощью втулки 59 и запорного кольца 60. Внутреннее 61 и наружное 62 уплотнительные кольца предотвращают утечку жидкости. Нижняя поверхность поршня 56 сообщается с отверстием 30 оправки с помощью открытой зоны 63. Поршни 56, 31 и 37 обеспечивают выравнивание давления и изменение объема вследствие теплового воздействия, предотвращая при этом разрушение уплотнений высокого давления буровым раствором и загрязнение жидкости в камерах.In this case, the upper end of the compensation chamber 38 is determined by the "floating"
Недостатком известной конструкции является сложность контроля нагрузки, направленной вниз (при сжатии колонны), для освобождения от прихвата части бурильной колонны и (или) долота в скважине, что объясняется потерей устойчивости (с изменением знака) и трением изогнутой колонны бурильных труб в местах изменения кривизны наклонно направленной и горизонтальной скважины, а также неожиданная активизация и самопроизвольное нанесение ударов гидравлического яса при бурении, спусках и подъемах бурильной колонны из-за отсутствия механизма блокировки продольного хода оправки относительно корпуса, вследствие чего не уменьшается также износ внутренних деталей.A disadvantage of the known design is the difficulty of controlling the load directed downward (during compression of the string) to release from sticking a part of the drill string and (or) the bit in the well, which is explained by the loss of stability (with a change in sign) and friction of the curved drill pipe string in places where the curvature changes directional and horizontal wells, as well as unexpected activation and spontaneous striking of a hydraulic jar during drilling, descents and rises of the drill string due to the lack of a block mechanism Alignment of the longitudinal stroke of the mandrel relative to the housing, as a result of which the wear of the internal parts is also not reduced.
Недостатком известной конструкции является также неполное использование возможности повышения надежности, а также повышения точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой, при использовании в составе изогнутой колонны бурильных труб в наклонно направленной скважине, например, путем снижения потерь давления жидкости и уменьшения износа поверхностей скольжения при перетекании жидкости через перепускные отверстия в дозирующей гильзе 67, а также в верхнем и нижнем дозирующих узлах 49, 50.A disadvantage of the known design is also the incomplete use of the possibility of increasing reliability, as well as improving the accuracy of the "retardation" time created by hydraulics when using drill pipes in an angled directional borehole string, for example, by reducing fluid pressure loss and reducing sliding surface wear during overflow liquid through the bypass holes in the metering sleeve 67, as well as in the upper and
Известен механизм яса, включающий части внешнего элемента (2, 4, 9, 10, 14, 17), части внутреннего элемента (1, 5, 11), закрепляемого на внешнем элементе (2, 4, 9, 10, 14, 17), камеру рабочей жидкости (35, 37, 42), разделяемую частями внутреннего элемента (1, 5, 11) и внешнего элемента (2, 4, 9, 10, 14, 17), и ограничивающий механизм (12, 13, 48, 50) сообщения жидкости с камерой для жидкости (35, 37, 42), при этом внутренние (1, 5, 11) и внешние элементы корпуса (2, 4, 9, 10, 14, 17), подвижные относительно друга между первой конструкцией, в которой ограничивающий механизм (12, 13, 48, 50) ограничивает относительное движение между внутренними (1, 5, 11) и внешними элементами корпуса (2, 4, 9, 10, 14, 17), и второй конструкцией, в которой ограничивающий механизм (12, 13, 48, 50) в меньшей степени ограничивает относительное движение между внутренними (1, 5, 11) и внешними элементами корпуса (2, 4, 9, 10, 14, 17), чем в первой конструкции, а ограничивающий механизм содержит два клапанных устройства (58), каждое из которых ограничивает движение жидкости внутри камеры (35, 37, 42) в одном направлении, при этом клапанные устройства (58) расположены таким образом, чтобы ограничивать движение жидкости в противоположных направлениях [3].The known mechanism of the jar, including parts of the external element (2, 4, 9, 10, 14, 17), parts of the internal element (1, 5, 11), mounted on the external element (2, 4, 9, 10, 14, 17) , a working fluid chamber (35, 37, 42), shared by parts of the inner element (1, 5, 11) and the outer element (2, 4, 9, 10, 14, 17), and a limiting mechanism (12, 13, 48, 50) fluid communication with the fluid chamber (35, 37, 42), while the internal (1, 5, 11) and external housing elements (2, 4, 9, 10, 14, 17) movable relative to each other between the first structure in which the limiting mechanism (12, 13, 48, 50) restricts the relative The movement between the internal (1, 5, 11) and external elements of the housing (2, 4, 9, 10, 14, 17), and the second design, in which the limiting mechanism (12, 13, 48, 50) to a lesser extent restricts relative movement between the internal (1, 5, 11) and external elements of the body (2, 4, 9, 10, 14, 17) than in the first design, and the limiting mechanism contains two valve devices (58), each of which restricts movement the fluid inside the chamber (35, 37, 42) in one direction, while the valve devices (58) are positioned so as to limit the movement of the fluid bones in opposite directions [3].
Известный механизм содержит в корпусе первый уплотнитель и шлицы на внутренней поверхности со стороны первого края, в средней части корпус содержит внутренние выступы-наковальни, а со стороны второго края содержит внутреннюю резьбу, например, для соединения с колонной бурильных труб, при этом оправка содержит резьбовой хвостовик и шлицы на наружной поверхности со стороны первого края корпуса, ударники, размещенные между внутренними выступами-наковальнями корпуса, по меньшей мере, один поршень с вторым уплотнителем со стороны второго края корпуса, образующие камеру, заполненную рабочей жидкостью.The known mechanism contains a first sealant and slots on the inner surface from the side of the first edge, in the middle part the body contains internal protrusions-anvils, and from the side of the second edge contains an internal thread, for example, for connecting with a drill pipe string, while the mandrel contains a threaded a shank and slots on the outer surface from the side of the first edge of the housing, impactors placed between the inner protrusions-anvils of the housing, at least one piston with a second seal on the side of the second cr casing, forming a chamber filled with a working fluid.
В известном механизме яса ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с камерой для жидкости выполнен в виде пояска увеличенного диаметра оправки и кольцевого клапана, установленного в камере рабочей жидкости с оправкой, проходящей через внутреннюю полость, при этом внутренняя поверхность кольцевого клапана контактирует с пояском увеличенного диаметра оправки, продольный ход кольцевого клапана ограничен между двух упоров, выступающих от внутренней поверхности корпуса, а в кольцевом клапане установлен, по меньшей мере, один перепускной клапан, ограничивающий течение рабочей жидкости в одном направлении, при этом между первым и вторым уплотнителями размещены, по меньшей мере, два уплотнителя, которые разделяют камеру для жидкости на три отсека, позволяя жидкости перетекать во все отсеки камеры, а также содержит внутри камеры рабочей жидкости подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход оправки относительно корпуса, при этом механизм защелки освобождается или устанавливается в рабочее положение при приложении продольной силы больше предельной.In the known mechanism of the jar, the limiting mechanism for communicating the working fluid with the fluid chamber is made in the form of a belt of increased diameter of the mandrel and an annular valve installed in the chamber of the working fluid with the mandrel passing through the internal cavity, while the inner surface of the annular valve is in contact with the girdle of an increased diameter of the mandrel, the longitudinal stroke of the annular valve is limited between two stops protruding from the inner surface of the housing, and at least one ne at least two seals are placed between the first and second seals, which divide the fluid chamber into three compartments, allowing fluid to flow into all compartments of the chamber, and also contains inside the working chamber fluid spring-loaded latch mechanism, blocking the longitudinal stroke of the mandrel relative to the housing, while the latch mechanism is released or is set to its working position when the longitudinal force is applied .
Недостатком известной конструкции является сложность контроля нагрузки, направленной вниз, для освобождения застрявшего в скважине долота или освобождения от прихвата части бурильной колонны в наклонно направленной и горизонтальной скважине, что объясняется потерей устойчивости (с изменением знака) и трением изогнутой колонны бурильных труб в местах изменения кривизны скважины, а также неожиданная (самопроизвольная) активизация и нанесение ударов гидравлического яса при ударах вниз вследствие низкой точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой.A disadvantage of the known design is the difficulty of controlling the load directed downward to release the bit stuck in the borehole or release from sticking a part of the drill string in an inclined and horizontal borehole, which is explained by the loss of stability (with a change in sign) and friction of the curved drill pipe string in places where the curvature changes wells, as well as unexpected (spontaneous) activation and striking of the hydraulic jar when striking down due to the low accuracy of the delay time, created by hydraulics.
Недостатком известной конструкции является также неполное использование возможности создания сверхвысокой ударной мощности для возникновения ударных нагрузок, направленных вверх (при натяжении колонны), для освобождения от прихвата бурильной колонны и (или) бурового инструмента в скважине, что объясняется большими потерями давления во второй конструкции, в которой ограничивающий механизм (12, 13, 48, 50) в меньшей степени ограничивает относительное движение между внутренними (1, 5, 11) и внешними элементами корпуса (2, 4, 9, 10, 14, 17), чем в первой конструкции, а ограничивающий механизм содержит два клапанных устройства (58), каждое из которых ограничивает движение жидкости внутри камеры (35, 37, 42) в одном направлении, при этом клапанные устройства (58) расположены таким образом, чтобы ограничивать движение жидкости в противоположных направлениях.A disadvantage of the known design is also the incomplete use of the possibility of creating ultra-high impact power for the occurrence of shock loads directed upwards (when the string is pulled), to free from sticking of the drill string and (or) the drilling tool in the well, which is explained by large pressure losses in the second structure, which the limiting mechanism (12, 13, 48, 50) to a lesser extent restricts the relative movement between the internal (1, 5, 11) and external elements of the housing (2, 4, 9, 10, 14, 17) than in the first structures, and the limiting mechanism contains two valve devices (58), each of which restricts the movement of fluid inside the chamber (35, 37, 42) in one direction, while the valve devices (58) are located in such a way as to restrict the movement of fluid in opposite directions .
Сложность контроля нагрузки, направленной вниз, объясняется также малым продольным ходом (не превышающим величины выступов поясков увеличенного диаметра 13 части оправки 11) ограничивающего механизма (12, 13, 48, 50), который ограничивает относительное движение между внутренними (1, 5, 11) и внешними элементами корпуса (2, 4, 9, 10, 14, 17), и большим гидравлическим сопротивлением второй конструкции, в которой ограничивающий механизм (12, 13, 48, 50), включающий два клапанных устройства 58, каждое из которых ограничивает движение жидкости внутри камеры (35, 37, 42) в одном направлении, и клапанные устройства 58, расположенные таким образом, чтобы ограничивать движение жидкости в противоположных направлениях.The difficulty of controlling the load directed downwards is also explained by the small longitudinal stroke (not exceeding the protrusions of the belts of increased diameter 13 of the mandrel part 11) of the limiting mechanism (12, 13, 48, 50), which limits the relative movement between the internal (1, 5, 11) and external housing elements (2, 4, 9, 10, 14, 17), and a large hydraulic resistance of the second design, in which the limiting mechanism (12, 13, 48, 50), including two
При этом величина продольного хода кольцевого клапана, например 13, между ограничительными частями 53, 63 частей корпуса 10, 14, по существу, на порядок меньше продольного хода внутренних частей 1, 5, 11 оправки 1 относительно внешних элементов (2, 4, 9, 10, 14, 17) корпуса 2, определяемого подпружиненным механизмом защелки, от начала приложения силы, вдвигающей оправку в корпус, до установки механизма защелки в рабочее положение.The magnitude of the longitudinal stroke of the annular valve, for example 13, between the restrictive parts 53, 63 of the parts of the housing 10, 14, is essentially an order of magnitude smaller than the longitudinal stroke of the
Вследствие этого не обеспечивается повышение точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой, для нанесения ударов 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 "delay" time created by hydraulics is not improved for striking at the optimal ratio between the shock load and the shock pulse, and this does not allow the operator to change the allowable tensile force of the drill string at the rig, and then apply the winch brake when this effort when releasing the stick is difficult to control, which causes damage to the lifting equipment.
Вследствие жесткого (резьбового) крепления части 11 оправки 1 и поршня 15 с уплотнителем 40 происходит изменение объема и давления рабочей жидкости в полости 42, а также происходит нагрев рабочей жидкости в полости 42, что повышает потери давления рабочей жидкости в полости 42, а также увеличивает загрязнение рабочей жидкости абразивными частицами бурового раствора и снижает ресурс уплотнений ограничивающего механизма 12, 13, 48, 50.Due to the rigid (threaded) fastening of the part 11 of the mandrel 1 and the piston 15 with the seal 40, the volume and pressure of the working fluid in the
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и ресурса, образование сверхвысокой ударной мощности в стволе скважины при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, воздействующими вверх и вниз на место прихвата колонны, а также предотвращение неожиданной активизации и самопроизвольного нанесения ударов гидравлического яса при ударах вниз за счет повышения точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой, и уменьшения потерь давления при "внезапном" расширении рабочей жидкости, сжатой в камере высокого давления.The technical problem to which the 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 up and down at the point of sticking of the column, as well as preventing unexpected activation and spontaneous striking hydraulic jar during downward impacts by increasing the accuracy of the "retardation" time created by hydraulics and reducing pressure losses with "sudden" p Expansion of the working fluid compressed in the high pressure chamber.
Другой технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является дополнительное повышение точности контролируемой нагрузки, направленной вниз, с определенным ударным импульсом при бурении, спусках и подъемах бурильной колонны, уменьшение износа внутренних деталей, а также предотвращение разрушения и (или) прихвата долота в скважине.Another technical problem to which the invention is directed is an additional increase in the accuracy of the controlled load directed downward with a specific shock impulse during drilling, descents and rises of the drill string, reducing wear on internal parts, as well as preventing fracture and (or) sticking of the bit in the well .
Сущность технического решения заключается в том, что в механизме яса, состоящем из трубчатого корпуса и полой оправки, телескопически соединенных между собой, при этом корпус выполнен из частей, содержит первый уплотнитель и шлицы на внутренней поверхности со стороны первого края, в средней части корпус содержит внутренние выступы-наковальни, а со стороны второго края содержит внутреннюю резьбу, например, для соединения с колонной бурильных труб, при этом оправка выполнена из частей, содержит резьбовой хвостовик и шлицы на наружной поверхности со стороны первого края корпуса, ударники, размещенные между внутренними выступами-наковальнями корпуса, по меньшей мере, один поршень с вторым уплотнителем со стороны второго края корпуса, образующие камеру, заполненную рабочей жидкостью, а также содержащий, по меньшей мере, один ограничивающий механизм сообщения рабочей жидкости с камерой для жидкости, по существу, в виде пояска увеличенного диаметра оправки и кольцевого клапана, установленного в камере рабочей жидкости с оправкой, проходящей через внутреннюю полость, при этом внутренняя поверхность кольцевого клапана контактирует с пояском увеличенного диаметра оправки, продольный ход кольцевого клапана ограничен между двух упоров, выступающих от внутренней поверхности корпуса, а в кольцевом клапане установлен, по меньшей мере, один перепускной клапан, ограничивающий течение рабочей жидкости в одном направлении, при этом между первым и вторым уплотнителями размещены, по меньшей мере, два уплотнителя, которые разделяют камеру для жидкости на три отсека, а также содержащий внутри камеры рабочей жидкости подпружиненный механизм защелки, блокирующий продольный ход оправки относительно корпуса, при этом механизм защелки освобождается или устанавливается в рабочее положение при приложении продольной силы больше предельной, согласно изобретению кольцевой клапан, установленный в камере, заполненной рабочей жидкостью, выполнен с продольным ходом, по меньшей мере, равным продольному ходу оправки относительно подпружиненного механизма защелки от начала приложения силы, вдвигающей оправку в корпус, до установки механизма защелки в рабочее положение, а упор, ограничивающий продольный ход кольцевого клапана в сторону второго края корпуса с внутренней резьбой, образован выступом от уменьшенного диаметра внутренней поверхности корпуса, с которой подвижно соединен один из уплотнителей, разделяющих камеру рабочей жидкости на отсеки, при этом поршень с уплотнителем, со стороны второго края корпуса с внутренней резьбой, выполнен с возможностью скольжения относительно оправки, а также снабжен собственным уплотнителем, контактирующим с оправкой.The essence of the technical solution lies in the fact that in the mechanism of the jar, consisting of a tubular body and a hollow mandrel telescopically connected to each other, while the body is made of parts, contains the first seal and slots on the inner surface from the side of the first edge, in the middle part the body contains inner protrusions-anvils, and on the side of the second edge contains an internal thread, for example, for connecting with a drill pipe string, while the mandrel is made of parts, contains a threaded shank and splines for external turning at the side of the first edge of the housing, impactors placed between the inner protrusions-anvils of the housing, at least one piston with a second seal on the side of the second edge of the housing, forming a chamber filled with a working fluid, and also containing at least one limiting mechanism the fluid communication with the fluid chamber, essentially in the form of a belt of increased diameter mandrel and an annular valve installed in the fluid chamber with a mandrel passing through the internal cavity, the inner surface of the annular valve is in contact with the belt of increased diameter of the mandrel, the longitudinal stroke of the annular valve is limited between two stops protruding from the inner surface of the housing, and at least one bypass valve is installed in the annular valve, restricting the flow of the working fluid in one direction, while between the first and second seals, at least two seals are placed that divide the fluid chamber into three compartments, as well as a sub suppressed latch mechanism, blocking the longitudinal stroke of the mandrel relative to the housing, while the latch mechanism is released or is set to working position when the longitudinal force is greater than the limit, according to the invention, an annular valve installed in the chamber filled with the working fluid is made with a longitudinal stroke of at least equal to the longitudinal stroke of the mandrel relative to the spring-loaded latch mechanism from the beginning of the application of force pushing the mandrel into the housing until the latch mechanism is installed in the working position and the stop, limiting the longitudinal stroke of the annular valve towards the second edge of the housing with an internal thread, is formed by a protrusion from the reduced diameter of the inner surface of the housing, to which one of the seals separating the working fluid chamber into compartments is movably connected, while the piston with the seal side of the second edge of the housing with internal thread, made with the possibility of sliding relative to the mandrel, and is also equipped with its own sealant in contact with the mandrel.
Кроме того, внутри корпуса, со стороны второго края с внутренней резьбой, установлена трубчатая гильза, поршень с уплотнителем размещен в гильзе, а подпружиненный механизм защелки контактирует с гильзой и (или), по меньшей мере, с одним торцовым кольцом, регулирующим усилие механизма защелки для освобождения или установки в рабочее положение.In addition, a tubular sleeve is installed inside the housing, from the side of the second edge with an internal thread, a piston with a seal is placed in the sleeve, and the spring-loaded latch mechanism is in contact with the sleeve and (or) with at least one end ring that controls the force of the latch mechanism for release or installation.
Между торцами шлицов оправки и направленным к шлицам ударником оправки установлено ударное кольцо.A shock ring is installed between the ends of the mandrel slots and the mandrel drummer directed toward the slots.
Второй край корпуса соединен резьбой с низом верхней части бурильной колонны, резьбовой хвостовик оправки соединен с верхом нижней части бурильной колонны, при этом на краю оправки, расположенном внутри корпуса, закреплено защитное кольцо.The second edge of the housing is threaded to the bottom of the upper part of the drill string, the threaded shank of the mandrel is connected to the top of the lower part of the drill string, while a protective ring is fixed to the edge of the mandrel located inside the housing.
Выполнение механизма яса таким образом, что кольцевой клапан, установленный в камере, заполненной рабочей жидкостью, выполнен с продольным ходом, по меньшей мере, равным продольному ходу оправки относительно подпружиненного механизма защелки от начала приложения силы, вдвигающей оправку в корпус, до установки механизма защелки в рабочее положение, а упор, ограничивающий продольный ход кольцевого клапана в сторону второго края корпуса с внутренней резьбой, образован выступом от уменьшенного диаметра внутренней поверхности корпуса, с которой подвижно соединен один из уплотнителей, разделяющих камеру рабочей жидкости на отсеки, при этом поршень с уплотнителем, со стороны второго края корпуса с внутренней резьбой, выполнен с возможностью скольжения относительно оправки, а также снабжен собственным уплотнителем, контактирующим с оправкой, повышает надежность и ресурс, а также предотвращает неожиданную активизацию и нанесение ударов гидравлического яса при бурении, спусках и подъемах бурильной колонны, 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 за счет повышения точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой для нанесения ударов при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом.The mechanism of the jar is designed so that the annular valve installed in the chamber filled with the working fluid is made with a longitudinal stroke of at least equal to the longitudinal stroke of the mandrel relative to the spring-loaded latch mechanism from the beginning of the application of the force pushing the mandrel into the housing until the latch mechanism is installed in the working position, and the emphasis restricting the longitudinal stroke of the annular valve towards the second edge of the housing with an internal thread, is formed by a protrusion from the reduced diameter of the inner surface of the housing, with one of the seals that separates the working fluid chamber into compartments is movably connected, while the piston with the seal, on the side of the second edge of the housing with an internal thread, is slidable relative to the mandrel, and is also equipped with its own seal in contact with the mandrel, which increases reliability and service life and also prevents unexpected activation and striking of the hydraulic jar during drilling, descents and rises of the drill string, and also forms ultra-high impact power for the occurrence of shock upward loads (due to stress relaxation in the extended drill string) to relieve the drill string and (or) the drilling tool from sticking 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 for of obtaining a dynamic impact with a specific shock impulse by increasing the accuracy of the “delay” time created by hydraulics for delivering impacts at the optimal ratio between the impact load and shock pulse.
Повышение точности времени "запаздывания", создаваемого гидравликой для нанесения ударов, 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 striking, with the optimal ratio between the shock load and the shock pulse, allows the operator to change the permissible force of the drill string tension, 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.
Кроме того, такое выполнение механизма яса повышает эффективность уплотнений при высоком давлении, предотвращает загрязнение буровым раствором и металлическими частицами (сколами и разрушениями хромового покрытия) рабочей жидкости, а также улучшает гидродинамическое центрирование полой оправки в трубчатом корпусе, предотвращает перекосы и прихваты в поверхностях скольжения, обусловленные циклическими изгибными напряжениями трубчатого корпуса при вращении изогнутой колонны бурильных труб.In addition, this embodiment of the jar mechanism increases the efficiency of the seals at high pressure, prevents contamination of the drilling fluid and metal particles (chips and destructions of the chrome coating) with the drilling fluid, and also improves the hydrodynamic centering of the hollow mandrel in the tubular body, prevents distortions and sticks in the sliding surfaces, due to cyclic bending stresses of the tubular body during rotation of a curved drill pipe string.
Выполнение механизма яса таким образом, что внутри корпуса, со стороны второго края с внутренней резьбой, установлена трубчатая гильза, поршень с уплотнителем размещен в гильзе, а подпружиненный механизм защелки контактирует с гильзой и, по меньшей мере, с одним торцовым кольцом, регулирующим усилие механизма защелки для освобождения или установки в рабочее положение, дополнительно повышает точность контролируемой нагрузки, направленной вниз, с определенным ударным импульсом, предотвращает неожиданную активизацию и нанесение ударов гидромеханического яса при бурении, спусках и подъемах бурильной колонны, уменьшает износ внутренних деталей, а также предотвращает разрушение и (или) прихват долота в скважине.The execution of the mechanism of the jar in such a way that a tubular sleeve is installed inside the case, from the side of the second edge with an internal thread, a piston with a seal is placed in the sleeve, and the spring-loaded latch mechanism is in contact with the sleeve and at least one end ring that controls the force of the mechanism latches for release or installation in a working position, additionally increases the accuracy of the controlled load directed downward with a specific shock pulse, prevents unexpected activation and striking dromehanicheskogo the drilling jar, lowering and raising the drill string reduces wear of internal components and also prevents disruption and (or) the bit sticking in the wellbore.
Выполнение механизма яса таким образом, что между торцами шлицов оправки и направленным к шлицам ударником оправки установлено ударное кольцо, дополнительно повышает точность контролируемой нагрузки, направленной вниз, с определенным ударным импульсом, предотвращает поломку и наклеп ударных торцов.The implementation of the mechanism of the jar so that between the ends of the slots of the mandrel and the drummer of the mandrel directed to the slots, a shock ring is installed, additionally increases the accuracy of the controlled load directed downward with a specific shock pulse, prevents breakage and hardening of the shock ends.
Выполнение яса таким образом, что второй край корпуса соединен резьбой с низом верхней части бурильной колонны, резьбовой хвостовик оправки соединен с верхом нижней части бурильной колонны, при этом на краю оправки, расположенном внутри корпуса, закреплено защитное кольцо, защищает от возможных повреждений поверхности скольжения полой оправки при захвате трубчатого корпуса в хомутах подъемного оборудования на буровой, дополнительно повышает точность контролируемой нагрузки, направленной вниз, с определенным ударным импульсом, предотвращает поломку (наклеп, сколы) ударных поверхностей, а также накапливание абразивных частиц (шлама) со стороны поршня с уплотнителем, со стороны второго края корпуса с внутренней резьбой, выполненного с возможностью скольжения относительно оправки, а также снабженного собственным уплотнителем, контактирующим с оправкой.The execution of the jar in such a way that the second edge of the body is threaded to the bottom of the upper part of the drill string, the threaded shank of the mandrel is connected to the top of the lower part of the drill string, while a protective ring is fixed to the edge of the mandrel located inside the body, protects against possible damage to the sliding surface of the hollow mandrels when gripping the tubular body in the lifting equipment clamps at the drilling rig, additionally increases the accuracy of the controlled load directed downward with a certain shock pulse, preventing it rotates the breakdown (hardening, chips) of the impact surfaces, as well as the accumulation of abrasive particles (sludge) from the side of the piston with a seal, from the side of the second edge of the body with internal thread, made with the possibility of sliding relative to the mandrel, and also equipped with its own sealant in contact with the mandrel.
Ниже представлен лучший вариант гидромеханического яса для создания ударных нагрузок, направленных вверх и вниз, с целью освобождения прихваченной бурильной колонны в наклонно направленной скважине глубиной 4400 метров, имеющей горизонтальный участок 450 метров.Below is the best version of the hydromechanical jar for creating shock loads directed up and down, in order to release the stuck drill string in a directional well with a depth of 4400 meters, having a horizontal section of 450 meters.
На фиг.1 изображен гидромеханический яс в разрезе, верхняя, средняя и нижняя части, а также переводник для соединения верхней части с колонной бурильных труб.Figure 1 shows a hydromechanical jar in a section, the upper, middle and lower parts, as well as an adapter for connecting the upper part to the drill pipe string.
На фиг.2 изображен элемент I на фиг.1 ограничивающего механизма сообщения рабочей жидкости с камерой для жидкости, выполненный в виде пояска увеличенного диаметра оправки, кольцевого клапана в камере рабочей жидкости, а также перепускного клапана, ограничивающего течение рабочей жидкости в одном направлении.Figure 2 shows the element I in figure 1 of the limiting mechanism for communicating the working fluid with the fluid chamber, made in the form of a belt of an increased diameter of the mandrel, an annular valve in the working fluid chamber, as well as a bypass valve restricting the flow of the working fluid in one direction.
На фиг.3 изображен элемент II на фиг.1 подпружиненного механизма защелки, блокирующего продольный ход оправки относительно корпуса.Figure 3 shows element II in figure 1 of a spring-loaded latch mechanism that blocks the longitudinal stroke of the mandrel relative to the housing.
На фиг.4 изображен элемент III на фиг.1 ударника оправки с ударным кольцом в камере рабочей жидкости.Figure 4 shows element III in figure 1 of the mandrel striker with a shock ring in the working fluid chamber.
Гидромеханический яс состоит из трубчатого корпуса 1 и полой оправки 2, телескопически соединенных между собой, при этом корпус 1 выполнен из частей 3, 4, 5, 6, 7, содержит первый уплотнитель 8 и шлицы 9 на внутренней поверхности со стороны первого края 10, а часть 6 корпуса 1 содержит внутренний выступ-наковальню 11, часть 5 корпуса 1 содержит внутренний выступ-наковальню 12, а со стороны второго края 13 часть 3 корпуса 1 содержит внутреннюю резьбу 14 для соединения с переводником 15 для верхней колонны бурильных труб, показано на фиг.1, при этом верхняя колонна бурильных труб не показана.The hydromechanical jar consists of a tubular body 1 and a hollow mandrel 2 telescopically connected to each other, while the housing 1 is made of
Оправка 2 выполнена из частей 16, 17, 18, содержит резьбовой хвостовик 19 для соединения с нижней колонной бурильных труб и шлицы 20 на наружной поверхности части 18 оправки 2 со стороны первого края 10 корпуса 1, ударники 21, 22, размещенные между внутренними выступами-наковальнями 11, 12 корпуса 1, по меньшей мере, один поршень 23 с вторым уплотнителем 24 со стороны второго края 13 корпуса 1, образующие камеру 25, заполненную рабочей жидкостью 26, при этом поз.27 - шлицевой торец части 18 оправки 2, а поз.28 - ударное кольцо, установленное между торцом 22 части 17 оправки 2 и шлицевым торцом 27 части 18 оправки 2, показано на фиг.1, 4, при этом нижняя колонна бурильных труб не показана.The mandrel 2 is made of
Гидромеханический яс содержит ограничивающий механизм 28 сообщения рабочей жидкости 26 с камерой 25 для жидкости, по существу, в виде пояска увеличенного диаметра 29 части 17 оправки 2 и кольцевого клапана 30, установленного в камере 25 рабочей жидкости с оправкой 2, проходящей через внутреннюю полость, при этом внутренняя поверхность 31 кольцевого клапана 30 контактирует с пояском увеличенного диаметра 29 части 17 оправки 2, продольный ход 32 кольцевого клапана 30 ограничен между двух упоров 33, 34, выступающих от внутренней поверхности 35 части 4 корпуса 1, а в кольцевом клапане 30 установлен, по меньшей мере, один перепускной клапан 36, ограничивающий течение рабочей жидкости 26 в одном направлении 37, при этом между первым уплотнителем 8 и вторым уплотнителем 24 размещены, по меньшей мере, два уплотнителя 38, 39, которые разделяют камеру 25 для жидкости на три отсека 40, 41, 42, позволяя жидкости 26 перетекать только в отсеке 41 камеры 25 через перепускной клапан 36, показано на фиг.1, 2.The hydromechanical jar contains a
Камера 25, заполненная рабочей жидкостью 26, между уплотнителем 39 и кольцевым клапаном 30, который контактирует с пояском увеличенного диаметра 29 оправки 2, является камерой высокого давления рабочей жидкости 26 только в отсеке 41, при вытягивании оправки 2 из корпуса 1 в направлении 37, показано на фиг.1, 2.The
Гидромеханический яс содержит в отсеке 42 камеры 25 рабочей жидкости 26, подпружиненный тарельчатыми пружинами 43 и сжатый при помощи колец 44, 45 механизм защелки 46, блокирующий продольный ход оправки 2 относительно корпуса 1 в направлении 37 и 47, при этом механизм защелки 46 освобождается или устанавливается в рабочее положение при приложении продольной силы, больше предельной, показано на фиг.1, 3.The hydromechanical jar contains in the
Механизм защелки 46 выполнен, например, из восьми сегментов 48, имеет кольцевые канавки 49 и расположен между частью 3 корпуса 1 и частью 16 оправки 2, которая имеет кольцевые зубья 50, при этом кольцевые канавки 49 и кольцевые зубья 50 выполнены разной ширины, поэтому механизм защелки 46 блокирует оправку 2 относительно корпуса 1 только в одном взаимном расположении кольцевых зубьев 50 относительно кольцевых канавок 49, показано на фиг.1, 3.The
Кольцевой клапан 30, по существу, отключающий механизм, установленный в камере 25, заполненной рабочей жидкостью 26, выполнен с продольным ходом 32, по меньшей мере, равным продольному ходу 51 оправки 2 относительно подпружиненного механизма защелки 46 от начала приложения силы в направлении 47, вдвигающей оправку 2 в корпус 1, до установки механизма защелки 46 в рабочее положение, а упор 34, ограничивающий продольный ход кольцевого клапана 30 в направлении 47, в сторону второго края 13 корпуса 1 с внутренней резьбой 14, образован выступом 34 от уменьшенного диаметра 51 внутренней поверхности части 4 корпуса 1, с которой подвижно соединен уплотнитель 39, разделяющий камеру 25 рабочей жидкости 26 на отсеки 41, 42, показано на фиг.1, 2, 3.The
Поршень 23 с уплотнителем 24, со стороны второго края 13 части 3 корпуса 1 с внутренней резьбой 14, выполнен с возможностью скольжения относительно поверхности 52 части 16 оправки 2, а также снабжен собственным уплотнителем 53, контактирующим с частью 16 оправки 2 оправки, что обеспечивает компенсацию давления и изменения объема рабочей жидкости в камере 42 вследствие теплового воздействия, предотвращая при этом разрушение уплотнений высокого давления буровым раствором и загрязнение жидкости в отсеках 41, 42, показано на фиг.1.A piston 23 with a seal 24, from the side of the second edge 13 of
Внутри части 3 корпуса 1, со стороны второго края 13с внутренней резьбой 14, установлена трубчатая гильза 54, поршень 23 с уплотнителем 24 размещен в гильзе 54, а подпружиненный механизм защелки 46 контактирует с гильзой 54 и, по меньшей мере, с одним торцовым кольцом 55, регулирующим усилие механизма защелки 46 для освобождения или установки в рабочее положение, показано на фиг.1.Inside the
Второй край 13 части 3 корпуса 1 соединен резьбой 14 с низом верхней части бурильной колонны (на фиг. не показанной), резьбовой хвостовик 19 части 18 оправки 2 соединен с верхом нижней части бурильной колонны (на фиг. не показанной), при этом на краю 56 части 16 оправки 2, расположенном внутри корпуса 1, закреплено защитное кольцо 57, предотвращающее накопление шлама при скольжении поршня 23 с уплотнителем 24, контактирующим с гильзой 54, а также при скольжении уплотнителя 53, контактирующего с поверхностью 52 части 16 оправки 2, показано на фиг.1.The second edge 13 of
Кроме того, на фиг.1, 2, 3, 4 показано: поз.58 - резьбовые пробки для заливки и прокачки рабочей жидкости 26 в отсеках 40, 41, 42 камеры 25.In addition, figure 1, 2, 3, 4 shows: pos.58 - threaded plugs for filling and pumping the working fluid 26 in the
При этом поз. 59 на фиг.1 - направление потока бурового раствора внутри полой оправки 2 и трубчатого корпуса 1, поз.60 обозначен торец части 4 корпуса 1, а поз. 61 обозначен торец части 16 оправки 2, которые не контактируют между собой при нанесении ударов ясом в направлении вниз.In this case, pos. 59 in figure 1 - the direction of flow of the drilling fluid inside the hollow mandrel 2 and the tubular body 1, pos. 60 marked the end of part 4 of the housing 1, and pos. 61 shows the end of the
Отсеки 40, 41, 42 камеры 25 через резьбовые отверстия под пробки 58 заполняют рабочей жидкостью 26 (трансмиссионным маслом), производят прокачку рабочей жидкости 26 для удаления воздуха, затем производят затяжку пробок 58.The
Производят регулирование (тарировку) подпружиненного тарельчатыми пружинами 43 усилия срабатывания механизма защелки 46, блокирующего продольный ход оправки 2 относительно корпуса 1 в направлении 37 и 47, (установочного параметра защелки), а также время гидравлической задержки ударов гидромеханического яса в специальном стенде таким образом, чтобы продольные силы, действующие на яс во время бурения, не превышали, например, 50% усилия срабатывания механизма защелки 46, блокирующего продольный ход оправки 2 относительно корпуса 1, а усилие разблокирования защелки 46 для удара вниз составляло, например, 50% установочного параметра защелки 46 для удара вверх.Regulation (calibration) of the spring force of the belleville springs 43 of the actuation force of the
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;
- параметры срабатывания защелки на ясе.- parameters of the operation of the latch on the jar.
Гидромеханический яс соединяют резьбой 14 корпуса 1 с переводником 15 и низом верхней части длинной упругой бурильной колонны, применяемой при бурении нефтяной скважины, а резьбовым хвостовиком 19 оправки 2 соединяют с верхом нижней части бурильной колонны, которая располагается ниже яса. Гидростатическое давление бурового раствора внутри полой оправки 2 и трубчатого корпуса 1, подаваемого от устья скважины к долоту в направлении 59, может достигать 50 МПа.The hydromechanical jar is connected by a thread 14 of the housing 1 with a sub 15 and the bottom of the upper part of the long elastic drill string used when drilling an oil well, and the threaded shank 19 of the mandrel 2 is connected to the top of the lower part of the drill string, which is located below the jar. The hydrostatic pressure of the drilling fluid inside the hollow mandrel 2 and the tubular body 1, supplied from the wellhead to the bit in direction 59, can reach 50 MPa.
Движение яса на начальной стадии сдерживается гидравлической парой: полая оправка 2 - кольцевой клапан 30 - 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 mandrel 2 - an annular valve 30 - a tubular body 1, and is maintained 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 утяжеленных бурильных труб и (или) всей массы бурильной колонны и создания ударного импульса в глубине скважины в пределах ударной секции данного гидромеханического яса.Such stress relief of the drill string is used to accelerate the weighted drill pipes and (or) the entire mass of the drill string and create a shock pulse in the depth of the borehole within the shock section of this hydromechanical jar.
Обычно для сосредоточения большой массы непосредственно над ясами, т.е. там, где достигается максимальная скорость при высвобождении яса или завершении стадии его свободного перемещения, используют утяжеленные бурильные трубы (УБТ).Usually to concentrate a large mass directly above the jars, i.e. where maximum speed is achieved when the jar is released or the stage of its free movement is completed, weighted drill pipes (UBTs) are used.
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 гидромеханического яса - над переходной зоной, однако яс можно опустить и ниже переходной зоны.The optimal location of the hydromechanical jar is above the transition zone, however, the jar can be lowered below the transition zone.
Гидромеханический яс спускают в скважину с заблокированной защелкой 46 с таким количеством УБТ, которое обеспечивает необходимую нагрузку на долото и обеспечивает расположение яса над переходной зоной.The hydromechanical jar is lowered into the well with a locked
Нагрузку на долото подбирают, добавляя или удаляя УБТ под гидромеханическим 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 hydromechanical jar, while maintaining sufficient weight over the jar to ensure effective impact with the jar.
Гидромеханический яс работает от движения бурильной колонны в направлении вверх или вниз. Величина ударной силы, направленной вверх, прямо пропорциональна прилагаемому усилию натяжения.Hydromechanical jar works from the movement of the drill string in the up or down direction. The magnitude of the upward impact force is directly proportional to the applied tensile force.
В данном режиме, по мере того, как прилагаемое усилие натяжения начинает превышать параметр установки защелки 46 при ударе вверх, механическая защелка 46 резко освобождается от блокировки и наступает гидравлическая задержка. Спустя небольшой период времени оправка 2 яса резко освобождается и ускоряется до положения полного растяжения.In this mode, as the applied tensile force begins to exceed the setting parameter of the
В режиме удара, направленного вниз, по мере того, как сила сжатия, действующая на оправку 2 яса, начинает превышать параметр установки защелки при ударе вниз, механическая защелка 46 резко освобождается от блокировки, позволяя оправке 2 вернуться в полностью закрытое положение.In the downward impact mode, as the compressive force acting on the jar mandrel 2 begins to exceed the latch setting parameter when striking downward, the
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 и увеличивает требуемое усилие для нанесения удара в направлении вниз.If the drilling fluid circulates when the stick is released in the well, the pressure drop on the bit creates a tensile force, and the pump starting force is taken into account, as this reduces the force required to strike with the bar up and increases the required force to strike down .
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.
Нанесение ударов ясом в направлении вверхUpside down strikes
Сила, прилагаемая к ясу, должна превышать установочный параметр защелки 46, но быть меньше рекомендуемой величины максимальной нагрузки при гидравлической задержке, при этом величина нагрузки над свободной колонной высчитывается как разница между установочными параметрами защелки 46 при ударе ясом вверх и силой запуска насоса.The force applied to the box should exceed the setting parameter of the
Для удара вверх прикладывают нагрузку вычисленной величины и затем устанавливают тормоз буровой лебедки. Оправка 2 вытягивается из корпуса 1 в направлении 37, при этом механизм защелки 46, подпружиненный тарельчатыми пружинами 43 и сжатый при помощи колец 44, 45, освобождает блокировку кольцевых зубьев 50 части 16 оправки 2 в кольцевых канавках 49 и обеспечивает продольный ход оправки 2 относительно корпуса 1, установленной внутри камеры 25 рабочей жидкости 26, по существу, в отсеке 41 рабочей камеры 25.For an upward impact, a load of the calculated value is applied and then the drawworks brake is set. The mandrel 2 is pulled out of the housing 1 in the
При вытягивании оправки 2 из корпуса 1, камера 25, заполненная рабочей жидкостью 26, между уплотнителем 39 и кольцевым клапаном 30, который контактирует с пояском увеличенного диаметра 29 оправки 2, образует высокое давление рабочей жидкости 26 в отсеке 41.When pulling the mandrel 2 from the housing 1, the
Рабочая жидкость 26 сжимается уплотнителем 39 и кольцевым клапаном 30, который контактирует с пояском увеличенного диаметра 29 оправки 2, в отсеке 41 рабочей камеры 25 и частично перетекает в зазоре между пояском увеличенного диаметра 29 части 17 оправки 2 и внутренней поверхностью 31 кольцевого клапана 30, который содержит ограничивающий механизм 36 сообщения рабочей жидкости 26 из отсека 41 камеры 25 в другой отсек 41 этой камеры 25 рабочей жидкости 26, ограниченный уплотнителем 38, при этом ограничивающий механизм 36 выполнен, по существу, в виде перепускного клапана 36, размещенного в кольцевом клапане 30.The working fluid 26 is compressed by the seal 39 and the
Рабочая жидкость 26, расположенная в отсеке 40, при вытягивании оправки 2 из корпуса 1 в направлении 37 совершает относительное перемещение при постоянном давлении в шлицевой части 18 оправки 2 относительно части 6 корпуса 1.The working fluid 26 located in the compartment 40, when pulling the mandrel 2 from the housing 1 in the
Рабочая жидкость 26, расположенная в полости 42, при вытягивании оправки 2 из корпуса 1 в направлении 37 не изменяет давления вследствие продольного перемещения "плавающего" поршня 23 с уплотнителями 24, 53, со стороны второго края 13 части 3 корпуса 1 с внутренней резьбой 14, выполненного с возможностью скольжения относительно поверхности 52 части 16 оправки 2.The working fluid 26 located in the
Внутренняя поверхность 31 кольцевого клапана 30 плотно контактирует с пояском увеличенного диаметра 29 части 17 оправки 2, а продольный ход 32 кольцевого клапана 30 в направлении 47 или 37 ограничен упором 33 части 5 корпуса 1 и упором 34, выступающим от внутренней поверхности 51 части 4 корпуса 1, при этом давление рабочей жидкости 26 в отсеке 41 рабочей камеры 25 может составлять, например, 200 МПа.The
При срыве края пояска увеличенного диаметра 29 с края внутренней поверхности 31 кольцевого клапана 30 происходит гидравлический удар рабочей жидкости с использованием эффекта "внезапного расширения", с минимальными потерями давления и образованием сверхвысокой ударной мощности в стволе скважины при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, воздействующими вниз на место прихвата колонны.When the edge of the girdle of increased
Растянутая колонна бурильных труб в течение времени, например 40 мс, теряет напряжения растяжения, а в трубах и соединениях труб возникает эффект релаксации напряжений.An extended drill pipe string, for example, 40 ms, loses tensile stresses, and a stress relaxation effect occurs in pipes and pipe joints.
Волна напряжения одновременно движется вверх к муфтам и УБТ и вниз к точке прихвата. Волна напряжения, которая передается вверх к муфтам или тяжелому весу, двигается вверх до тех пор, пока не достигнет места изменения сечения, например перехода от муфты к тяжелому весу и УБТ, затем она отражается вниз.The voltage wave simultaneously moves up to the couplings and the drill collar and down to the sticking point. The voltage wave, which is transmitted upward to the couplings or heavy weight, moves up until it reaches the point of change in cross-section, for example, the transition from the coupling to heavy weight and UBT, then it is reflected down.
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.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.
После нанесения удара в направлении вверх опускают бурильную колонну до тех пор, пока индикатор нагрузки не покажет величину меньше, чем вес свободной колонны. Это означает, что защелка 46 снова заблокировалось. Яс готов к следующему циклу или можно возобновить бурение.After striking in an upward direction, the drill string is lowered until the load indicator shows a value less than the weight of the free string. This means that the
Нанесение ударов ясом в направлении внизYassing down
Значение разгрузки колонны от веса свободной колонны высчитывают как сумму силы запуска насоса и установочного параметра защелки 46 при ударе вниз. Подъемным устройством на буровой натягивают колонну бурильных труб и "бросают" ее вниз, сообщая колонне импульс удара, направленный сверху вниз.The discharge value of the column from the weight of the free column is calculated as the sum of the pump starting force and the setting parameter of the
Оправка 2 вдвигается в корпус 1 в направлении 47, при этом механизм защелки 46, подпружиненный тарельчатыми пружинами 43 и сжатый при помощи гильзы 54, торцового кольца 55, колец 44, 45, освобождает блокировку кольцевых зубьев 50 части 16 оправки 2 в кольцевых канавках 49 и обеспечивает продольный ход оправки 2 относительно корпуса 1, установленной внутри камеры 25 рабочей жидкости 26, по существу, в отсеке 40 рабочей камеры 25, между ударником 22, ударным кольцом 28 и торцом 11 части 6 оправки 2.The mandrel 2 is pushed into the housing 1 in the
Рабочая жидкость 26 в отсеке 41 камеры 25 рабочей жидкости сжимается уплотнителем 38 части 17 оправки 2, при этом повышение давления рабочей жидкости 26 в отсеке 41 камеры 25 рабочей жидкости производит перемещение в направлении 47 кольцевого клапана 30, который содержит ограничивающий механизм 36 сообщения рабочей жидкости 26 с камерой 25 для жидкости.The working fluid 26 in the
Кольцевой клапан 30, установленный в камере 25, заполненной рабочей жидкостью 26, выполнен с продольным ходом 32, по меньшей мере, равным продольному ходу 51 оправки 2 относительно подпружиненного механизма защелки 46 от начала приложения силы в направлении 47, вдвигающей оправку 2 в корпус 1, до установки механизма защелки в рабочее положение, а упор 34, ограничивающий продольный ход кольцевого клапана 30 в направлении 47 или в сторону второго края 13 корпуса 1 с внутренней резьбой 14, образован выступом 34 от уменьшенного диаметра 51 внутренней поверхности части 4 корпуса 1, с которой подвижно соединен уплотнитель 39.An
Вследствие этого происходит механический удар ударника 22 части 17 оправки 2 об ударное кольцо 28 и наковальню 11 части 6 корпуса 1 в направлении 37, с минимальным гидравлическим сопротивлением рабочей жидкости 26 и образованием сверхвысокой ударной мощности в стволе скважины, при контролируемом соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, воздействующими вниз на место прихвата колонны и (или) на долото.As a result of this, a mechanical impact of the
Волна напряжения одновременно движется вниз к точке прихвата и вверх к муфтам и УБТ. Волна напряжения, которая передается вверх к муфтам или тяжелому весу, двигается вверх до тех пор, пока не достигнет места изменения сечения, например перехода от муфты к тяжелому весу и УБТ, затем она отражается вниз.The voltage wave simultaneously moves down to the sticking point and up to the couplings and drill collars. The voltage wave, which is transmitted upward to the couplings or heavy weight, moves up until it reaches the point of change in cross-section, for example, the transition from the coupling to heavy weight and UBT, then it is reflected down.
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.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.
Для того, чтобы снова произошло сцепление защелки 46 яса, поднимают бурильную колонну до тех пор, пока индикатор нагрузки не зафиксирует увеличение веса выше веса свободной колонны.In order for the
При этом камера 25, заполненная рабочей жидкостью 26, между уплотнителем 39 и кольцевым клапаном 30, который контактирует с пояском увеличенного диаметра 29 оправки 2, нагружается высоким давлением рабочей жидкости 26 только в отсеке 41, вследствие этого абразивные частицы бурового раствора, а также металлические частицы от износа механических частей шлицевого соединения корпуса с оправкой и подпружиненного механизма защелки дополнительно задерживаются рабочей жидкостью в камерах 40, 42, расположенных по краям корпуса 1, уменьшая износ и предотвращая разрушение уплотнителей 38 и 39 в отсеке 41.In this case, the
Изобретение повышает надежность и ресурс, образует сверхвысокую ударную мощность в стволе скважины при оптимальном соотношении между ударной нагрузкой и ударным импульсом, воздействующими вверх и вниз на место прихвата колонны, предотвращает неожиданную активизацию и нанесение ударов при бурении, спусках и подъемах бурильной колонны, повышает точность нагрузки, направленной вниз, уменьшает износ внутренних деталей, а также предотвращает разрушение и (или) прихват долота в скважине.The invention improves reliability and service life, generates ultra-high impact power in the wellbore with an optimal ratio between the shock load and shock impulse acting up and down on the string sticking point, prevents unexpected activation and application of impacts while drilling, descents and rises of the drill string, improves load accuracy directed downward, reduces the wear of internal parts, and also prevents the destruction and (or) sticking of the bit in the well.
Источники информацииInformation sources
1. US 5647446, E21B 31/113, Jul. 15, 1997.1. US 5647446,
2. US 5033557, Е21В 4/06, Jul. 23, 1991.2. US 5033557, E21B 4/06, Jul. 23, 1991.
3. GB 2332921 А, Е21В 31/113, 18.09.1997 - прототип.3. GB 2332921 A,
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006104827/03A RU2307917C1 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Hydro-mechanical catcher |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006104827/03A RU2307917C1 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Hydro-mechanical catcher |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2307917C1 true RU2307917C1 (en) | 2007-10-10 |
Family
ID=38952930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006104827/03A RU2307917C1 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Hydro-mechanical catcher |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2307917C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2521993C1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Dual-acting hydraulic jar |
| RU2537722C2 (en) * | 2013-04-03 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Hydraulic-mechanical jar |
| RU2544352C2 (en) * | 2013-07-29 | 2015-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Hydraulic bilateral drilling jar |
| RU190837U1 (en) * | 2018-09-11 | 2019-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | JAS HYDROMECHANICAL BILATERAL ACTION |
-
2006
- 2006-02-16 RU RU2006104827/03A patent/RU2307917C1/en active IP Right Revival
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2521993C1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Dual-acting hydraulic jar |
| RU2537722C2 (en) * | 2013-04-03 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Hydraulic-mechanical jar |
| RU2544352C2 (en) * | 2013-07-29 | 2015-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Hydraulic bilateral drilling jar |
| RU190837U1 (en) * | 2018-09-11 | 2019-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | JAS HYDROMECHANICAL BILATERAL ACTION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2439284C2 (en) | Hydraulic bilateral drilling jar | |
| US8820398B2 (en) | Down hole tool with adjustable fluid viscosity | |
| CA2823177C (en) | Hydraulic/mechanical tight hole jar | |
| RU2671369C1 (en) | Drilling with liner using a withdrawable guide assembly of the bottom | |
| US9951588B2 (en) | Expansion assembly, top anchor and method for expanding a tubular in a wellbore | |
| NO333848B1 (en) | Power Amplification Device | |
| WO2011002338A2 (en) | Hydraulic jar | |
| RU2307917C1 (en) | Hydro-mechanical catcher | |
| RU2521993C1 (en) | Dual-acting hydraulic jar | |
| NO347884B1 (en) | A method for drilling a wellbore, a drilling system, and a jar assembly | |
| US7766087B2 (en) | Methods and apparatus for placement of well equipment | |
| EP3553272B1 (en) | Hydraulic drilling jar with hydraulic lock piston | |
| RU2310061C1 (en) | Hydraulic drilling jar | |
| RU2540372C2 (en) | Hydromechanical drill jar | |
| EP2956609B1 (en) | A fluid pressure driven, high frequency percussion hammer for drilling in hard formations | |
| RU2544352C2 (en) | Hydraulic bilateral drilling jar | |
| RU2537722C2 (en) | Hydraulic-mechanical jar | |
| RU2735012C1 (en) | Hydromechanical double-sided action freefall with controlled activation force | |
| RU2774463C1 (en) | Two-way hydraulic drilling jar | |
| RU2571961C1 (en) | Drilling accelerator to strengthen impact of drilling jar | |
| RU2288344C2 (en) | Hydraulic catcher | |
| RU214473U1 (en) | DAMPERING DEVICE FOR MOUNTING AND DISMANTLING THE SUB | |
| RU1790664C (en) | Method for releasing of stuck drill pipe string in well | |
| RU99054U1 (en) | HYDRAULIC SHOCK MECHANISM | |
| SU1752928A2 (en) | Jarring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210217 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20211208 |