RU99054U1

RU99054U1 - HYDRAULIC SHOCK MECHANISM

Info

Publication number: RU99054U1
Application number: RU2010124586/03U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Ищенко; Сергей Владимирович Любименко; Александр Александрович Соломаткин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2010-11-10

Abstract

Гидравлический ударный механизм, состоящий из трубчатого корпуса и полого внутреннего шпинделя, соединенных без вращения между собой шлицевым соединением, кольцевого поршня, установленного на полом внутреннем шпинделе, напорной и демпферной камер, образованных между трубчатым корпусом и полым внутренним шпинделем и заполненных рабочей жидкостью, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, демпфера, арретирующего устройства в виде перепускной втулки, размещенной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, дозирующего устройства в виде дроссельных канавок, отличающийся тем, что он снабжен разрывным устройством и стопорным кольцом, между трубчатым корпусом и полым внутренним шпинделем образована маслонаполненная камера в месте шлицевого соединения, дроссельные канавки выполнены на торце уплотнительной втулки между контактирующими друг с другом торцами кольцевого поршня и уплотнительной втулки, в трубчатом корпусе дополнительно установлены трехрядные комбинированные уплотнения. Hydraulic shock mechanism, consisting of a tubular body and a hollow inner spindle, connected without rotation by a spline connection, an annular piston mounted on a hollow inner spindle, pressure and damper chambers formed between the tubular body and a hollow inner spindle and filled with a working fluid, movable seals and fixed joints, a damper, a locking device in the form of a bypass sleeve located inside the annular piston, and a sealing sleeve, a metering device properties in the form of throttle grooves, characterized in that it is equipped with a tearing device and a locking ring, an oil-filled chamber is formed between the tubular body and the hollow inner spindle at the place of the spline connection, throttle grooves are made at the end of the sealing sleeve between the ends of the annular piston and the sealing one bushings, in the tubular housing three-row combined seals are additionally installed.

Description

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

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является гидравлический ясс, состоящий из трубчатого корпуса и полого внутреннего шпинделя, соединенных без вращения между собой шлицевым соединением, кольцевого поршня, установленного на полом внутреннем шпинделе, напорной и демпферной камер, образованных между корпусом и шпинделем и заполненных рабочей жидкостью, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, в демпферной камере установлен с возможностью скольжения демпфер в виде поршневого кольца, между корпусом и шпинделем содержится арретирующее устройство, а также дозирующее устройство, пропускающее ограниченный объем рабочей жидкости при движении в дроссельном канале, причем арретирующее устройство выполнено в виде перепускной втулки, размещенной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, расположенной со стороны демпферной полости, при этом дозирующее устройство выполнено в виде дроссельных канавок на торце кольцевого поршня между контактирующими друг с другом торцами поршня и уплотнительной втулки (патент РФ №2288344, МПК Е21В 31/113, публ. 27.11.2006 г.).The closest set of essential features is a hydraulic jass, consisting of a tubular body and a hollow internal spindle, connected without rotation by a spline connection, an annular piston mounted on a hollow internal spindle, pressure and damper chambers formed between the body and the spindle and filled with working fluid , seals of movable and fixed joints, a damper in the form of a piston ring is mounted with the possibility of sliding between the housing and the spindle in the damper chamber contains a locking device, as well as a metering device passing a limited volume of working fluid when moving in the throttle channel, and the locking 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, while the metering device is made in in the form of throttle grooves on the end face of the annular piston between the ends of the piston and the sealing sleeve in contact with each other (RF patent No. 2288344, IPC ЕВВ 31/113, publ. November 27, 2006).

Недостатком известной конструкции является возможность случайного срабатывания ясса из-за отсутствия осевой фиксации полого внутреннего шпинделя в трубчатом корпусе, сохраняемой до определенной величины натяжения труб, что снижает эффективность работы механизма. Также неожиданная активизация и нанесение ударов гидравлического ясса при бурении, спусках и подъемах бурильной колонны приводит к увеличению износа внутренних деталей.A disadvantage of the known design is the possibility of accidental operation of the jar due to the lack of axial fixation of the hollow internal spindle in the tubular body, which is maintained up to a certain value of the pipe tension, which reduces the efficiency of the mechanism. Also, unexpected activation and striking of the hydraulic jar during drilling, descents and rises of the drill string leads to increased wear of internal parts.

Кроме того, через суфлирующее отверстие, служащее для понижения перепада давлений на уплотнениях подвижных частей шпинделя и корпуса, буровой раствор из затрубного пространства проникает между подвижными трущимися деталями, загрязняя и разрушая уплотнения, и изнашивая детали, что приводит к понижению срока их службы.In addition, through the venting hole, which serves to reduce the differential pressure on the seals of the moving parts of the spindle and the housing, drilling fluid from the annulus penetrates between the moving rubbing parts, contaminating and destroying the seals, and wearing parts, which reduces their service life.

Недостатком известного гидравлического ясса является и то, что шлицевое соединение трубчатого корпуса и полого внутреннего шпинделя не защищено максимально от воздействия бурового раствора и от быстрого износа шлицев при трении в процессе эксплуатации изделия, в результате чего понижается срок службы данной конструкции.A disadvantage of the known hydraulic jar is that the spline connection of the tubular body and the hollow inner spindle is not protected as much as possible from the influence of the drilling fluid and from rapid wear of the splines during friction during operation of the product, resulting in a reduced service life of this design.

Техническая задача заключается в повышении срока службы и эффективности работы гидравлического ударного механизма.The technical problem is to increase the service life and efficiency of the hydraulic impact mechanism.

Технический результат достигается за счет того, что гидравлический ударный механизм, состоящий из трубчатого корпуса и полого внутреннего шпинделя, соединенных без вращения между собой шлицевым соединением, кольцевого поршня, установленного на полом внутреннем шпинделе, напорной и демпферной камер, образованных между трубчатым корпусом и полым внутренним шпинделем и заполненных рабочей жидкостью, уплотнений подвижных и неподвижных соединений, демпфера, арретирующего устройства в виде перепускной втулки, размещенной внутри кольцевого поршня, и уплотнительной втулки, дозирующего устройства в виде дроссельных канавок, согласно полезной модели, снабжен разрывным устройством и стопорным кольцом, между трубчатым корпусом и полым внутренним шпинделем образована маслонаполненная камера в месте шлицевого соединения, дроссельные канавки выполнены на торце уплотнительной втулки между контактирующими друг с другом торцами кольцевого поршня и уплотнительной втулки, в трубчатом корпусе дополнительно установлены трехрядные комбинированные уплотнения.The technical result is achieved due to the fact that the hydraulic impact mechanism, consisting of a tubular body and a hollow inner spindle, connected without rotation between each other by a spline connection, an annular piston mounted on a hollow inner spindle, pressure and damper chambers formed between the tubular body and the hollow inner spindle and filled with a working fluid, seals of movable and fixed joints, a damper, a locking device in the form of a bypass sleeve placed inside an annular about the piston and the sealing sleeve, the metering device in the form of throttle grooves, according to the utility model, is equipped with a tearing device and a locking ring, an oil-filled chamber is formed between the tubular body and the hollow inner spindle at the place of the splined connection, the throttle grooves are made at the end of the sealing sleeve between the contacting each other with the other ends of the annular piston and the sealing sleeve, three-row combined seals are additionally installed in the tubular body.

Преимуществом предлагаемой полезной модели по отношению к прототипу является наличие маслонаполненной камеры, образованной между трубчатым корпусом и полым внутренним шпинделем в месте шлицевого соединения, обеспечивающей защиту шлицев от износа, что приводит к повышению срока службы изделия.The advantage of the proposed utility model in relation to the prototype is the presence of an oil-filled chamber formed between the tubular body and the hollow inner spindle in the place of the spline connection, which protects the splines from wear, which leads to an increase in the service life of the product.

Предлагаемая полезная модель снабжена разрывным устройством, выполненным в виде разрывной дифференциальной втулки, для поддержания рабочих органов гидравлического ударного механизма в исходном положении в отсутствие прихвата и предупреждения его неконтролируемого срабатывания, например, в процессе бурения или подъема инструмента.The proposed utility model is equipped with a discontinuous device made in the form of a discontinuous differential sleeve to maintain the working bodies of the hydraulic shock mechanism in the initial position in the absence of sticking and preventing its uncontrolled operation, for example, during drilling or lifting the tool.

Кроме того, размещенное в корпусе стопорное кольцо предотвращает выпадение фрагментов разрывного устройства внутрь колонны после срабатывания механизма.In addition, a snap ring placed in the housing prevents fragments of the bursting device from falling into the column after the mechanism has been activated.

В отличие от прототипа, у которого дроссельные канавки выполнены на торце кольцевого поршня, в предлагаемой полезной модели дроссельные канавки выполнены на торце уплотнительной втулки между контактирующими друг с другом торцами кольцевого поршня и уплотнительной втулки. Такое решение объясняется следующим образом. Кольцевой поршень и уплотнительная втулка представляют собой прецизионную пару, требующую индивидуальной подгонки (притирки), причем торцы этих деталей притирают с уже выполненными дроссельными канавками. Для максимально эффективной работы гидравлического ударного механизма необходимо точное определение времени дросселирования масла при постоянной осевой нагрузке. Время дросселирования масла напрямую зависит от величины поперечного сечения дроссельных канавок, и оптимальное значение этой величины достигается экспериментальным путем при испытаниях на специальном стенде. До тех пор, пока время дросселирования масла не будет соответствовать требуемому значению, осуществляют разъединение прецизионной пары и подшлифовку металла или его срез, в зависимости от того, уменьшают или увеличивают размер дроссельных канавок на той детали, в которой они выполнены. Этот процесс подгонки может повторяться неоднократно, поэтому целесообразно его производить на уплотнительной втулке, так как по сравнению с кольцевым поршнем она конструктивно более проста, площадь ее торца значительно больше, и она более устойчива к шлифовке. Таким образом, выполнение дроссельных канавок на торце уплотнительной втулки при менее сложных и трудоемких технологических процессах обеспечивает повышение точности времени дросселирования масла и эффективность работы изделия.Unlike the prototype, in which the throttle grooves are made on the end face of the annular piston, in the proposed utility model, the throttle grooves are made on the end face of the sealing sleeve between the ends of the ring piston and the sealing sleeve contacting each other. This decision is explained as follows. The annular piston and the sealing sleeve are a precision pair that requires individual adjustment (lapping), and the ends of these parts are ground with already made throttle grooves. For the most efficient operation of the hydraulic impact mechanism, it is necessary to accurately determine the throttle time of the oil at constant axial load. The throttle time of the oil directly depends on the size of the cross section of the throttle grooves, and the optimal value of this value is achieved experimentally when tested on a special bench. Until the throttling time of the oil corresponds to the required value, the precision pair is separated and the metal is ground or cut, depending on whether the size of the throttle grooves on the part in which they are made is reduced or increased. This fitting process can be repeated several times, therefore, it is advisable to carry it out on the sealing sleeve, as compared to the annular piston it is structurally simpler, the area of its end face is much larger, and it is more resistant to grinding. Thus, the implementation of the throttle grooves on the end of the sealing sleeve with less complex and labor-intensive technological processes provides increased accuracy of the throttling time of the oil and the efficiency of the product.

В предлагаемой конструкции, в отличие от прототипа, помимо уплотнений подвижных и неподвижных соединений, предназначенных для гашения вибрации рабочих органов и обеспечения герметичности, в трубчатом корпусе дополнительно установлены трехрядные комбинированные уплотнения, выполненные в виде комбинации двух разрезных медных колец, двух защитных медных колец и установленного между ними резинового кольца. Введение трехрядных комбинированных уплотнений обеспечивает надежную центрацию полого внутреннего шпинделя относительно трубчатого корпуса, соосность движущихся друг относительно друга рабочих деталей и дополнительную герметичность конструкции.In the proposed design, in contrast to the prototype, in addition to seals of movable and fixed joints designed to damp vibration of working bodies and ensure tightness, three-row combined seals are additionally installed in the tubular body, made in the form of a combination of two split copper rings, two protective copper rings and installed between them is a rubber ring. The introduction of three-row combined seals provides reliable centering of the hollow internal spindle relative to the tubular body, alignment of the working parts moving relative to each other and additional tightness of the structure.

Выполнение полезной модели с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет получить высокоэффективный гидравлический ударный механизм для ликвидации прихвата инструмента в скважинах.The implementation of the utility model with the indicated distinctive features in combination with the known features allows to obtain a highly efficient hydraulic percussion mechanism to eliminate tool sticking in the wells.

На фиг.1 и фиг.2 показан продольный разрез гидравлического ударного механизма.Figure 1 and figure 2 shows a longitudinal section of a hydraulic hammer mechanism.

Гидравлический ударный механизм состоит из трубчатого корпуса 1 (фиг.1) и полого внутреннего шпинделя 2, телескопически соединенных без вращения между собой шлицевым соединением 3, кольцевого поршня 4 (фиг.2), установленного на полом внутреннем шпинделе 2, уплотнений 5 подвижных соединений, уплотнений 6 неподвижных соединений, напорной камеры 7, демпферной камеры 8, образованных между трубчатым корпусом 1 и полым внутренним шпинделем 2 и заполненных рабочей жидкостью, а также маслонаполненной камеры 9 в месте шлицевого соединения 3.The hydraulic hammer mechanism consists of a tubular housing 1 (Fig. 1) and a hollow inner spindle 2, telescopically connected without rotation between themselves by a spline connection 3, an annular piston 4 (Fig. 2) mounted on a hollow inner spindle 2, seals 5 of the movable joints, seals 6 of fixed joints, pressure chamber 7, damper chamber 8 formed between the tubular body 1 and the hollow inner spindle 2 and filled with a working fluid, as well as an oil-filled chamber 9 in the place of the spline connection 3.

Полый внутренний шпиндель 2 выполнен из частей 10, 11, 12, 13, соединенных между собой резьбами. На часть 11 полого внутреннего шпинделя 2 навинчен боек 14. Трубчатый корпус 1 выполнен из частей 15, 16 с торцем 17, взаимодействующим с бойком 14, частей 18, 19, 20, 21, 22, 23, соединенных между собой резьбами.The hollow inner spindle 2 is made of parts 10, 11, 12, 13 interconnected by threads. The hammer 14 is screwed onto part 11 of the hollow inner spindle 2. The tubular body 1 is made of parts 15, 16 with an end face 17 interacting with the hammer 14, parts 18, 19, 20, 21, 22, 23, connected by threads.

Внутренняя полость трубчатого корпуса 1 выполнена в виде гладкой цилиндрической поверхности 24 с частью увеличенного диаметра 25 для взаимодействия с кольцевым поршнем 4.The internal cavity of the tubular body 1 is made in the form of a smooth cylindrical surface 24 with a part of an increased diameter 25 for interaction with the annular piston 4.

Арретирующее устройство 26 выполнено в виде перепускной втулки 27, размещенной во внутренней полости кольцевого поршня 4 и уплотнительной втулки 28. Дозирующее устройство 29 выполнено в виде дроссельных канавок 30 на торце 31 уплотнительной втулки 28 между контактирующими друг с другом торцом 32 кольцевого поршня 4 и торцом 31 уплотнительной втулки 28. В демпферной камере 8 плотно установлен с возможностью скольжения демпфер 33, состоящий из втулки защитной 34, уплотнительных колец 35 и предназначенный для уравновешивания давления в демпферной камере 8 и затрубном пространстве.The locking device 26 is made in the form of a bypass sleeve 27 located in the inner cavity of the annular piston 4 and the sealing sleeve 28. The metering device 29 is made in the form of throttle grooves 30 at the end 31 of the sealing sleeve 28 between the end face 32 of the ring piston 4 and the end face 31 the sealing sleeve 28. In the damper chamber 8 is tightly mounted with the possibility of sliding damper 33, consisting of a protective sleeve 34, the sealing rings 35 and is designed to balance the pressure in the damper chambers 8 and the annulus.

В трубчатом корпусе 1 установлены трехрядные комбинированные уплотнения 36, выполненные в виде комбинации двух разрезных медных колец 37, двух защитных медных колец 38 и установленного между ними резинового кольца 39. Заливка и прокачка рабочей жидкости, например, масла Shell Torkula, позволяющего избежать резкого снижения его вязкости при высокой температуре, осуществляется через отверстия с пробками 40, размещенными в трубчатом корпусе 1.Three-row combined seals 36 are installed in the tubular body 1, made in the form of a combination of two split copper rings 37, two protective copper rings 38 and a rubber ring 39 installed between them. Filling and pumping of working fluid, for example, Shell Torkula oil, which avoids a sharp decrease viscosity at high temperature, is carried out through holes with plugs 40, placed in a tubular body 1.

Разрывное устройство 41, выполненное в виде разрывной втулки и соединенное резьбой с полым внутренним шпинделем 2, удерживает трубчатый корпус 1 и полый внутренний шпиндель 2 в исходном сомкнутом положении. Расположенное в трубчатом корпусе 1 стопорное кольцо 42 предотвращает выпадение фрагментов разрывного устройства 41 внутрь колонны.The bursting device 41, made in the form of a bursting sleeve and threaded to the hollow inner spindle 2, holds the tubular body 1 and the hollow inner spindle 2 in the initial closed position. A snap ring 42 located in the tubular body 1 prevents fragments of the bursting device 41 from falling out into the column.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Гидравлический ударный механизм верхним концом полого внутреннего шпинделя 2 с помощью резьбы соединяется с утяжеленной бурильной трубой (не показана на чертеже), а нижним концом трубчатого корпуса 1 с помощью резьбы соединяется с компоновкой низа бурильной колонны (не показана на чертеже). Он защищен разрывным устройством 41 от самопроизвольного срабатывания.The hydraulic hammer mechanism by the upper end of the hollow inner spindle 2 is connected by thread to a drill pipe (not shown in the drawing), and the lower end of the tubular body 1 is connected by thread to the bottom of the drill string (not shown). It is protected by a bursting device 41 from spontaneous operation.

В случае возникновения прихвата в бурильной колонне создают высокие растягивающие напряжения, достаточные для разрушения разрывного устройства 41. При дальнейшем натяжении бурильной колонны (подъемным устройством на буровой) кольцевой поршень 4, установленный на полом внутреннем шпинделе 2, перемещается по гладкой цилиндрической поверхности 24 трубчатого корпуса 1, в результате чего масло дросселируется через дроссельные канавки 30 на торце 31 уплотнительной втулки 28. В напорной камере 7 возникает давление, пропорциональное усилию растяжения. Вследствие дросселирования масла скорость перемещения подъемного устройства значительно выше скорости перемещения полого внутреннего шпинделя 2, что позволяет создать вытяжку бурильной колонны, появляется сила упругости растянутой колонны труб. Пройдя гладкую цилиндрическую поверхность 24 трубчатого корпуса 1, кольцевой поршень 4 выходит в часть увеличенного диаметра 25, и масло получает возможность резкого перетока, в результате чего давление в напорной камере 7 резко падает. При сбросе давления бурильные трубы под воздействием силы упругости сжимаются, тем самым ускоряя утяжеленную бурильную трубу и полый внутренний шпиндель 2, происходит удар бойка 14, направленный снизу вверх, по торцу 17 части 16 трубчатого корпуса 1.In the event of a sticking in the drill string, high tensile stresses are created sufficient to destroy the bursting device 41. With further tension of the drill string (lifting device on the drill), the annular piston 4 mounted on the hollow inner spindle 2 moves along the smooth cylindrical surface 24 of the tubular body 1 as a result of which the oil is throttled through the throttle grooves 30 at the end 31 of the sealing sleeve 28. A pressure proportional to the tensile force arises in the pressure chamber 7 Niya. Due to the throttling of the oil, the speed of movement of the lifting device is much higher than the speed of movement of the hollow inner spindle 2, which allows you to create an extract of the drill string, the elastic force of the extended pipe string appears. Having passed the smooth cylindrical surface 24 of the tubular body 1, the annular piston 4 extends into a portion of an enlarged diameter 25, and the oil is able to abruptly overflow, as a result of which the pressure in the pressure chamber 7 drops sharply. When the pressure is released, the drill pipes are compressed under the influence of elasticity, thereby accelerating the weighted drill pipe and the hollow inner spindle 2, the hammer striker 14 is struck, directed upward, at the end 17 of part 16 of the tubular body 1.

Гидравлический ударный механизм наиболее эффективен при постоянном нахождении в составе компоновки бурильной колонны, так как успех ликвидации прихвата зависит, в первую очередь, от времени с момента его возникновения.A hydraulic shock mechanism is most effective when the drill string is always in the composition, since the success of eliminating sticking depends, first of all, on the time from the moment of its occurrence.

Claims

Hydraulic shock mechanism, consisting of a tubular body and a hollow inner spindle, connected without rotation by a spline connection, an annular piston mounted on a hollow inner spindle, pressure and damper chambers formed between the tubular body and a hollow inner spindle and filled with a working fluid, movable seals and fixed joints, a damper, a locking device in the form of a bypass sleeve located inside the annular piston, and a sealing sleeve, a metering device properties in the form of throttle grooves, characterized in that it is equipped with a tearing device and a locking ring, an oil-filled chamber is formed between the tubular body and the hollow inner spindle at the place of the spline connection, throttle grooves are made at the end of the sealing sleeve between the ends of the annular piston and the sealing one bushings, in the tubular housing three-row combined seals are additionally installed.