Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЯСС

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может использоваться при строительстве и ремонте скважин для освобождения прихваченных в скважине оборудования (далее - «объект») ударами.

Известен ясс, состоящий из корпуса и шпинделя, которые соединены с рабочей колонной и объектом, а между собой - с некоторым осевым люфтом и образуют подвижную телескопическую пару. Кроме того, в случаях, когда между рабочей колонной и объектом действует крутящий момент, указанное телескопическое соединение выполняется в виде шлицевой пары для восприятия и передачи крутящего момента. Вышеуказанный ясс исторически используется с самого начала развития нефтегазовой промышленности и имеет всеобщую известность, поэтому ссылку на литературные источники не приводим.

Его принципиальный недостаток - слабая сила ударов, т.к. последняя определяется кинематической энергией поступательного движения рабочей колонны, которая, как правило, имеет небольшую величину.

В качестве наиболее близкого аналога выбран гидравлический ясс, в котором для удара используется энергия упругой деформации рабочей колонны (1). В данной конструкции гидравлического ясса соединенные со шлицевой парой с осевым люфтом корпус и шпиндель составляют пару «цилиндр-поршень», которая образует замкнутую рабочую полость, заполненную жидкостью. В начальном интервале движения (в пределах указанного люфта) радиальный зазор между поршнем и цилиндром выполнен весьма малым и поэтому здесь на поршне возникает значительный перепад давления, под действием которого происходит нагружение рабочей колонны осевой силой, которая вызывает ее упругую деформацию растяжения или сжатия. Когда в процессе относительного движения в цилиндре поршень достигает интервала, где зазор между ними выполнен во много раз большим, перепад давления на поршень резко уменьшается и деформированная рабочая колонна вследствие снижения нагрузки на поршень восстанавливает свою исходную длину, в результате чего в яссе происходит интенсивный осевой удар массы низа рабочей колонны, который передается освобожденному объекту.

К недостаткам указанного гидравлического ясса можно отнести его ограниченные функциональные возможности, выраженные в невозможности возбуждения наряду с осевыми и дополнительных крутильных ударов, которые, как известно из промысловой практики, позволяют существенно увеличить вероятность извлечения прихваченного на забое оборудования. Создание дополнительных крутильных ударов также может быть крайне необходимо и при отвинчивании резьбовых соединений над прихваченным объектом при извлечении его по частям.

Другим недостатком прототипа является его недостаточная эффективность, особенно при проведении аварийных работ в горизонтальных участках скважин. Действительно, несмотря на выполнение шлицевой пары, позволяющей осуществлять передачу крутящего момента прихваченному объекту, в промысловой практике, как правило, в подобных случаях возникают затруднения в передаче крутящего момента с поверхности на забой. С другой стороны, использование вышеназванного гидравлического ясса для передачи крутящего момента прихваченному объекту может оказаться вообще невозможным даже и в вертикальных скважинах, например, в случае его применения на гибких «рабочих колоннах» - на скребковой проволоке, на кабель-канате или же на гибких трубах малых диаметров.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение эффективности гидравлического ясса.

Поставленная цель достигается тем, что соединение корпуса и шпинделя выполнено в виде винтовой пары правого направления с углом подъема, обеспечивающим ее несамотормозящую подвижность и с возможностью приобретения рабочей колонной углового и осевого ускорения с последующим нанесением крутильного и осевого удара, причем при необходимости нанесения крутильных ударов в обратном направлении винтовая пара выполнена с обратной нарезкой.

По вопросу об «изобретательском уровне» предлагаемого технического решения можем сообщить следующее.

Заявленное техническое решение обеспечивает достижение существенно нового результата, которого нет в известных устройствах, - позволяет инициировать крутильные удары. На наш взгляд, одновременное (совмещенное) воздействие на освобождаемый объект крутильными и осевыми ударами, которые позволяет осуществлять предложенный ясс, также следует относить к разряду существенных результатов, т.к. есть основания полагать, что именно такие удары позволят произвести отворот на забое туго затянутые резьбы и освобождать некоторые виды прихватов, особенно в горизонтальных участках скважин.

С другой стороны, необходимо отметить, что выполнение шлицевой пары в виде винтовой пары с углом подъема, обеспечивающей ее несамотормозящуюся подвижность, придает заявляемому техническому решению новые свойства, не присущие известным аналогам, а именно позволяет оказывать крутильные воздействия на ловильный объект через «рабочие колонны» практически с нулевой крутильной жесткостью, т.е. при помощи установок канатно-кабельной техники или посредством колонны гибких труб малого диаметра. Эту особенность предложенного устройства, на наш взгляд, также можно отнести к разряду существенных.

Таким образом, по нашему мнению, отличительные признаки предлагаемого технического решения придают ему новые технические свойства - расширение функциональных возможностей и повышение эффективности гидравлического ясса. Вместе с тем, в доступных нам источниках мы не обнаружили сведения о яссах, по конструкции аналогичных предложенному. По этим причинам, на наш взгляд, предложенное техническое решение может считаться соответствующим критерию «изобретательский уровень».

На чертеже изображен предложенный гидравлический ясс в исполнении для нанесения крутильно-осевых ударов, направленных вниз, продольный разрез. Взаимное расположение частей устройства соответствует моменту перед началом крутильно-осевого удара.

Ясс устанавливается между рабочей колонной 1, снабженной утяжеленной нижней частью (УБТ), и освобождаемым объектом 2. Устройство состоит из корпуса 3 и шпинделя 4, которые взаимодействуют между собой через винтовую пару 5 с углом подъема, обеспечивающим несамотормозящуюся подвижность шпинделя 4 относительно корпуса 3. С другой стороны, шпиндель 4 посредством штока 6 жестко связан с поршнем 7, который установлен с возможностью осевого перемещения в цилиндре 8, выполненном в корпусе 3 устройства. В свою очередь, шток 6 на торцах цилиндра 8 уплотнен сальниками 9, в результате чего в цилиндре 8 образуются две замкнутые полости - «в» и «н», заполненные жидкостью (маслом), причем полость «в» образована в расточенном интервале цилиндра 8. На поршне 7 выполнен обратный клапан 10, на корпусе 3 выполнен торец 11, взаимодействующий при крутильно-осевом ударе с буртом 12 шпинделя 4.

Работа ясса происходит следующим образом.

При вращении рабочей колонны 1 относительно неподвижного шпинделя 4, соединенного с прихваченным объектом 2, происходит ввинчивание шпинделя 4 в корпус 3 по винтовой паре 5. В результате этого поршень 7 начинает перемещаться относительно цилиндра 8, сжимая жидкость в полости «в» над поршнем 7. Возникший перепад давления на поршне 7 создает сопротивление указанному процессу ввинчивания шпинделя 4 в корпус 3, поэтому в рабочей колонне труб 1 накапливается упругая энергия кручения. После достижения поршнем 7 расточенного интервала цилиндра 8 (полость «в») зазор между ними возрастает и сопротивление жидкости осевому перемещению поршня 7 резко снижается, вследствие чего шпиндель 4 и корпус 3 получают возможность свободного вращения относительно друг друга по винтовой паре 5. В результате этого масса нижней части рабочей колонны 1 под действием накопленной упругой энергии кручения приобретает угловое, а следовательно, и осевое ускорение на оставшейся длине винтовой пары 5. После упора торца 11 корпуса 3 на бурт 12 шпинделя 4 движение по винтовой паре 5 прекращается, в результате чего происходят крутильный и осевой удары. Соотношение энергий осевых и крутильных составляющих удара зависит от угла подъема винтовой пары 5, который выполняется в конкретной конструкции устройства исходя из требований промысловой практики. Очевидно, что они примерно равны при угле подъема винтовой пары 45°, а при меньших углах энергия крутильного удара больше, чем осевого. Для нанесения повторного удара рабочая колонна труб 1 начинает вращаться в обратную сторону, при этом корпус 3 ясса поднимается вверх и снова занимает положение, показанное на чертеже. При этом жидкость, находившаяся в полости «н» цилиндра 8, перетекает в полость «в» через обратный клапан 10 - процесс повторяется.

Очевидно, что при необходимости нанесения крутильных ударов в обратном направлении винтовая пара 5 должна быть выполнена с обратной нарезкой. С другой стороны, очевидно, что по аналогии с известными гидравлическими яссами, предложенный ясс легко исполнить для выполнения ударов, направленных вверх, в комбинации крутильными ударами левого или правого направления.

Вместе с тем, исполнение винтовой пары 5 с углом подъема, обеспечивающим несамотормозящуюся подвижность шпинделя 4 относительно корпуса 5, позволяет применять ясс не только на жесткой рабочей колонне труб 1, позволяющей осуществлять передачу крутящего момента, но и на гибких «рабочих колоннах», например на скребковой проволоке, на кабель-канате, а также на гибких трубах малых диаметров. Очевидно, что при этом подобные рабочие колонны должны иметь в нижней своей части сосредоточенную массу, например в случае спуска на проволоке - грузоштанги. При этом устройство приводится в действие возвратно-поступательными движениями. Действительно, в этом случае в результате несамотормозящемуся исполнению винтовой пары 5 осевое перемещение сосредоточенной массы в нижней части указанных гибких «рабочих колонн» будет преобразовано во вращательное, а последние при этом будут просто скручиваться и раскручиваться на те несколько оборотов, которые достаточны для работы предложенного ясса. Очевидно, что сила крутильно-осевого удара при этом будет определяться инерцией тяжелого низа, т.е. величиной его сосредоточенной массы над устройством.

По мнению авторов-заявителей, предложенное устройство может найти применение в практике капитального ремонта скважин, особенно при ликвидации аварий в горизонтальных участках скважин, где передача крутящего момента с поверхности затруднительна или совсем невозможна.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г.Кэмп. Ловильные работы в нефтяных скважинах. Пер. с англ. М.: Недра, 1990. стр.33-34.