Результат интеллектуальной деятельности: Амортизатор трубный

Амортизатор трубный относится к горному делу, в частности к нефтедобывающей отрасли, и может быть использован для демпфирования осевых нагрузок при срабатывании перфораторов, спускаемых на насосно-компрессорных (НКТ) или бурильных трубах, в нефтегазодобывающих скважинах.

Известны амортизаторы удара (http://www.vnipivg.ru/files/production /Katalog_VNIPI_12.04.2018), которые устанавливают в компоновку колонны НКТ, на которой происходит спуск перфоратора в скважину, непосредственно над перфоратором. Предусмотрены две модификации, отличающиеся вариантом исполнения амортизирующих элементов: в АУ89 — резиновые втулки; в АУ89-01 — стальные тарельчатые пружины.

В обоих вариантах исполнения механическая связь является слишком жесткой и не обеспечивает в должной мере демпфирования взрывных нагрузок, возникающих при подрыве прострелочно-взрывной аппаратуры.

Известен «Демпфер продольных колебаний» по патенту RU №2158345, от 28.12.1998, опубликовано: 27.10.20 МПК E21B 17/07 (2000.01), включающий корпус, внутри которого с возможностью осевого перемещения размещены полый шток с поршнем, верхняя рабочая часть которого выполнена в форме усеченного конуса, и образующий с корпусом надпоршневую полость, выполненную в виде внутренней и внешней камер, последняя из которых меньше по своему поперечному сечению, чем внутренняя, и подпоршневую полость, образованную между нижней рабочей частью поршня и корпусом, отличающийся тем, что нижняя рабочая часть поршня также выполнена в форме усеченного конуса и подпоршневая полость выполнена в виде внутренней и внешней камер, причем внешняя камера меньше по своему поперечному сечению, чем внутренняя, а полость штока и поршня гидравлически связана с внутренней камерой подпоршневой полости каналом, выполненным в основании нижнего усеченного конуса, а внешняя камера надпоршневой полости гидравлически связана с затрубным пространством каналом, выполненным в корпусе.

У данного устройства ограниченная функциональная возможность, а именно низкая эффективность при использовании в случае применения совместно с прострелочно-взрывной аппаратурой, ввиду отсутствия демпфирующих элементов в конструкции.

Наиболее близким по технической сути является амортизатор штанговый по патенту RU №63412 «Амортизатор штанговый, штанговая глубинная насосная установка с амортизатором и штанговая колонна насосной установки с амортизатором» от 15.02.2007, опубликовано: 27.05.2007 МПК E21B 17/05 (2006.01), характеризующийся тем, что он содержит шток, выполненный на одном конце с возможностью свинчивания муфтой, связанной со свободным концом одной штанги и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, собранные в отдельные пакеты, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия пакетов тарельчатых пружин. Полость между корпусом и штоком заполнена рабочей жидкостью, а шток выполнен с поршнем, в котором выполнено по крайней мере одно отверстие для перетекания жидкости из одной части полости в другую ее часть.

Конструкция устройства допускает возможность разрушения при взрывных нагрузках герметичного корпуса и тарельчатых пружин, из-за того, что пиковая осевая нагрузка воздействует на тарельчатые пружины в начальный момент времени, когда ее величина может достигать 50 и более тонн.

Задачей предлагаемого технического решения является надежное гашение пиковых осевых нагрузок при срабатывании перфораторов и другой прострелочно-взрывной аппаратуры, спускаемой на НКТ или бурильных трубах, в нефтегазодобывающих скважинах.

Задача решена за счет амортизатора трубного, содержащего корпус, шток, отверстия для перетекания жидкости, пружину, при этом, шток снабжен толкателем с выступающей частью, вставленной в наконечник; корпус амортизатора снабжен последовательно расположенными выше наконечника срезными винтами, отверстиями с винтами-заглушками, и разрывными мембранами; суммарная площадь отверстий в корпусе выбрана обеспечивающей максимальное перемещение толкателя, не превышающее величину рабочего хода пружины сжатия; отношение общей площади открытых отверстий к площади торцевой поверхности толкателя составляет 0,01…0,1.

Амортизатор трубный показан на чертеже, где толкатель 1, шток 2, корпус 3, наконечник 4, пружина 5, переходник 6, срезные винты 7, винты-заглушки 8, разрывные мембраны 9, выступающая платформа 10 толкателя, полость 11 с рабочей жидкостью.

Амортизатор трубный выполнен следующим образом.

Амортизатор трубный содержит, соединенные между собой резьбовым соединением, толкатель 1 и шток 2, которые помещены внутрь корпуса 3. Толкатель 1 соединен также с наконечником 4.

Для предохранения от резкого возрастания давления и разрушения устройства предусмотрено трехступенчатое демпфирование.

Для гашения пика осевой нагрузки, возникающей под действием ударной волны, корпус 3 амортизатора снабжен винтами срезными 7.

Для смягчения остаточной ударной волны в корпусе 3 на штоке 2 установлена пружина 5 и зафиксирована переходником 6, соединенным с корпусом 3, а также для сброса давления в момент работы амортизатора размещены винты-заглушки 8, вкрученные разъемно в отверстия в корпусе.

Суммарная площадь отверстий в корпусе 3, образованных при выкручивании винтов-заглушек 8, подобрана таким образом, чтобы сопротивление жидкости в полости 11 при движении толкателя обеспечивало максимальное перемещение, не превышающее величину рабочего хода пружины сжатия. Это обеспечивается за счет выбора соотношения суммарной площади отверстий в корпусе 3 к площади торцевой поверхности толкателя 1 как 0,01 к 0,1.Площадь отверстий в корпусе 3 может быть отрегулирована путем ввинчивания/вывинчивания винтов-заглушек 8.

Для повышения безопасности корпус снабжен предохранительными разрывными мембранами 9, разрушающимися при превышении расчетного давления в полости 11 с рабочей жидкостьюв корпусе 3 амортизатора в случае, если площади отверстий, образованных винтами-заглушка 8 была подобрана неверно.

Амортизатор трубный работает следующим образом.

При срабатывании перфоратора, возникающая от продуктов взрыва и действия ударной волны, осевая нагрузка действует на амортизатор. Под воздействием осевой нагрузки, в первую очередь, срезаются винты 7 срезные, гася пик осевой нагрузки.

Далее, под действием остаточной осевой нагрузки сжимается пружина 5. Выступающая платформа 10 толкателя 1 действует как поршень, выталкивая жидкость из полости 11 через отверстия сброса давления, образованные предварительно выкрученными винтами-заглушками 8, регулирующими гидравлическое сопротивление сжатию пружины, тем самым смягчая ударное воздействие от инициирования сборки перфоратора.

В случае, если отношение общей площади открытых отверстий к площади торцевой поверхности выступающей поверхности толкателя 10 будет превышать величину 0,1, то жидкость в полости 11 не оказывает достаточного сопротивления и амортизатор сработает жестко, с крайне низкой эффективностью.

В случае, если отношение общей площади открытых отверстий к площади торцевой поверхности выступающей поверхности толкателя 10 будет ниже величины 0,01, то давление жидкости в полости 11 в процессе работы амортизатора превысит допустимую нагрузку на внутренние стенки корпуса и в результате может произойти разрушение амортизатора.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является регулируемое и более мягкое, чем у аналогов и прототипа, гашение осевых сил от продуктов взрыва и действия ударной волны за счет трехступенчатого демпфирования, что обеспечивает надежное гашение пиковых осевых нагрузок при срабатывании перфораторов, спускаемых на НКТ или бурильных трубах, в нефтегазодобывающих скважинах.

В 2018 г. проведена успешная опытная эксплуатация амортизатора трубного на скважинах № 9131 и 9275 Усинского месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-КОМИ» и скважинах №26009 и 31192 Самотлорского месторождения.