Гидровибратор

 

Изобретение относится к ликвидации прихватов НКТ или инструмента в нефтегазодобывающей промышленности. Цель - повышение эффективности работы гидровибратора за счет увеличения энергии удара при одновременном повышении надежности его работы за счет обеспечения работы клапанной группы в статических условиях. Гидровибратор состоит из полого корпуса (ПК) с распределителем (Р) в верхней части. В средней части ПК установлена наковальня (Н) и ударник с цилиндром. В нижней части ПК расположена Н-переходник. При этом Р выполнен с осевым каналом и боковыми каналами : нагнетательным, для связи полостей ПК над и под Р и сливным для связи полости цилиндра со скважинной полостью. В осевом канале Р в статических условиях размещены верхний и нижний клапаны, подпружиненные в осевом направлении соответственно относительно ПК и ударника. Обращенные одна к другой части клапанов выполнены в виде втулок и установлены в исходном положении с возможностью торцового контакта между собой и взаимодействия со стенками Р. Над Н установлен дополнительный ударник, жестко соединенный с хвостовиком основного ударника, размещенным в осевом отверстии Н. Верхняя часть дополнительного ударника жестко связана с нижней частью цилиндра, а верхняя его часть телескопически связана с Р, образуя с ним и ударником камеру обратного хода. Нижняя часть основного ударника выполнена с цилиндрической полостью. Для связи камеры обратного хода с полостью ПК при нахождении ударников в крайнем верхнем положении во втулке верхнего клапана выполнены радиальные отверстия. В верхней части Н-переходник имеет бурт, размещенный в цилиндрической полости основного ударника с возможностью осевого перемещения, и ограничитель, размещенный под основным ударником в полости ПК, с возможностью взаимодействия с последним. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИС И зЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,„, 1602971

А1 (51)5 Е 2! В 3!/113

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4421198/23-03 (22) 05.05.88 (46) 30.10.90. Бюл. № 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам (72) !О. Я. Довгий, В. И. Ераткин и А. К. Самотой (53) 622.248.13 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 240539, кл. Е 02 D 11/00, 1968.

Коломоец А. H. и Ветров А. К. Современные методы предупреждения и ликвидации аварий в разведочном бурении. М.: !

977, с. 141, рис. 33. (54) ГИДРОВИБРАТОР (57) Изобретение относится к ликвидации прихватов НКТ или инструмента в нефтегазодобывающей промышленности. Цельповышение эффективности работы гидровибратора за счет увеличения энергии удара при одновременном повышении надежности его работы за счет обеспечения работы клапанной группы в статических условиях.

Гидровибратор состоит из полого корпуса (ПК) с распределителем (P) в верхней части. В средней части ПК установлена наковальня (Н) и ударник с цилиндром.

В нижней части П К расположена Н-переходник. При этом Р выполнен с осевым каналом и боковыми каналами: нагнетаИзобретение относится к области строи1 тельства и горного дела и, в частности, может быть использовано для ликвидации прихватов насосно-компрессорных труб или инструмента скважин в нефтегазодобывающей промышленности. тельным, для связи полостей ПК над и под

Р и сливным для связи полости цилиндра со скважинной полостью. В осевом канале Р в статических условиях размещены верхний и нижний клапаны, подпружиненные в осевом направлении соответственно относительно ПК и ударника. Обращенные одна к другой части клапанов выполнены в виде втулок и установлены в исходном положении с возможностью торцового контакта между собой и взаимодействия со стенками P. Над Н установлен дополнительный ударник, жестко соединенный с хвостовиком основного ударника, размещенным в осевом отверстии Н. Верхняя часть дополнительного ударника жестко связана с нижней частью цилиндра, а верхняя его.часть телескопически связана с Р, образуя с ним и ударником камеру обратного хода. Нижняя часть основного ударника выполнена с цилиндрической полостью

Для связи камеры обратного хода с полостью

ПК при нахождении ударников в крайнем верхнем положении во втулке верхнего клапана выполнены радиальные отверстия. В верхней части Н-переходник имеет бурт, размещенный в цилиндрической полости основного ударника с возможностью осевого перемещения, и ограничитель, размещенный под основным ударником в полости ПК, с возможностью взаимодействия с последним. 2 ил.

Целью изобретения является повышение эффективности работы гидровибратора за счет увеличения энергии удара при одновременном повышении надежности его работы за счет обеспечения работы клапанной группы в статических условиях.

1602971

При подаче насосом энергоносителя (в качестве энергоносителя могут быть использованы вода, буровой раствор и т.п.) в полость 43 и через нагнетательный канал 42 в полость 44 цилиндр 7 и ударз

На фиг. 1 изображена верхняя часть гидровибратора; на фиг. 2 — нижняя его часть.

Гидровибратор состоит из верхней части 1 полого корпуса, в которой с помощью верхнего переходника 2 закреплен распределитель 3. В распределителе 3 выполнен осевой канал 4 и сливной канал 5, соединенный с дренажным отверстием 6.

Распределитель 3 телескопически связан с верхним концом цилиндра 7. В осевом ка- 10 нале 4 с возможностью осевого перемещения и торцового контакта между собой соосно размещены верхний 8 и нижний 9 клапана с хвостовиком, который выполнен в виде втулок, внутренние полости которых образуют впускной канал 10. Верхний клапан 8 имеет радиальные отверстия 11 в его втулке, а по краям нижнего клапана 9 выполнены перепускные пазы 12.

В заданном исходном положении клапанная группа удерживается верхней 13 и нижней 20

14 пружинами. Пружина 13 размещена между головкой 15 верхнего клапана 8 и крестовиной 16, зажатой в расточке переходника 2 распорной втулкой 17.. Нижняя пружина 14 размещена между нижним клапаном 9 и пятой установочной 18, с помощью резьбового соединения (с возможностью осевого перемещения) и контрящего винта 19. Пята установочная 18 закреплена в дополнительном ударнике 20, жестко соединенном с основным ударником 21 с помощью хвостовика 22.

Цилиндр 7 жестко связан нижним концом с дополнительным ударником 20, а верхним телескопически связан с распределителем 3 и образует с ним и дополнительным ударником 20 камеру обратного хода.

Хвостовик 22 размещен в кольцевых уплотнениях 23, которыми оснащена наковальня 24 с осевым отверстием. Наковальня 24 соединяет верхнюю 1 и нижнюю 25 части полого корпуса, в нижней части полого корпуса 25 закреплена крышка 26. Ос- 40 новной ударник выполнен с цилиндрической полостью 27, в которой установлена крышка

28. В полости 27 с возможностью осевого перемещения размещен бурт 29 наковальни-переходника 30, имеющей ограничитель 31 (соединение может быть выполнено 45 с помощью шпонки 32, скользящей в пазу 33 и т. п.). Наковальня-переходник 30 оснащена ниппелем 34 с замковой резьбой, а верхний переходник 2 муфтой 35 с резьбой, необходимыми для соединения с грузоподъемным оборудованием и ловильным инструментом или непосредственно с объектом воздействия (под объектом воздействия понимается шпунт, свая, прихваченный участок колонны труб и т. п.). В нижней части

25 полого корпуса выполнены дренажные 55 отверстия 36. Полые втулки 37 и 38 верхнего 8 и нижнего 9 клапанов контактируют по плоскости 39. Сливной канал 5 соединяется с дренажным отверстием 6 че4 рез кольцевую проточку 40 в распределителе 3. На внутренней поверхности цилиндра 7 размещен управляющий буртик

41. Нагнетательный канал 42 служит для связи полостей корпуса над и под распределителем нагнетательной полости 43 с полостью 44 высокого давления. Сменные центрирующие направляющие 45 удерживают ударник 21 в заданном положении по отношению к оси корпуса 25.

Гидровибратор работает следующим образом.

Объект воздействия (свая, шпунт, прихваченный участок колонны труб, инструмент и т. п.) напрямую или через ловильный инструмент жестко соединяется с гидровибратором, после чего весь комплекс (например, свободная часть колонны труб— гидровибратор — ловильный инструмент прихваченный участок колонны труб) приводится в рабочее положение: создается предварительная натяжка инструмента талевой системой буровой установки или иным способом, например гидравлическими домкратами, на величину, превышающую вес колонны труб. Весь комплекс — свободный участок труб, присоединенный к нему гидровибратор, ловильный инструмент и прихваченный участок колонны труб будут подвергаться растяжению. Корпус гидровибратора (верхняя 1 и нижняя 25 части, навинченные на промежуточную наковальню

24 и закрытые снизу крышкой 26) перемещается вверх, а наковальня-переходник 30 с ограничителем 31 и объект (не показан), присоединенный к ниппелю 34 наковальнипереходника 30 с помощью замковой резьбы, остаются неподвижными. При перемещении вверх крышка 26 упирается в ограничитель 31 с усилием, величина которого задается исходя из прочности предлагаемого гидровибратора, ловильного инструмента и параметрами грузоподъемного оборудования, применяемого при выполнении работ по ликвидации прихвата объекта. Ударник, опускаясь под действием собственного веса, опирается на торец наковальни и занимает исходное положение.

Цилиндр 7 занимает нижнее положение и управляющим буртиком 41 удерживает клапан 9 в открытом положении. Его втулка опускается, а вслед за ним под действием пружины 13 закрывается верхний клапан 8, его втулка 37 контактирует по плоскости 39 с втулкой 38. Камера обратного хода через сливной канал 5, переходящий в кольцевую проточку 40, связанную с дренажным отверстием 6, соединяется с областью пониженного давления (например, с затрубным пространством).

1602971 -; =(S — S„) Р, +Cia, (4) где Є— — давление в напорной полости при ходе ударника вниз; — эффективная площадь поперечного сечения цилиндра на участке сопряжения с поршнем; (> — вес ударника и всех соединенных с ним подвижных элементов.

Конструктивно задано, что S ) S», вследствие чего общее усилие, воздействующее на цилиндр и соединенный с ним ударник, направлено вниз. Под действием усилия

F цилиндр и соединенный с ним ударник перемещаются вниз, клапанная группа надежно удерживается в верхнем полож" нии за счет усилия, действующего на нижний клапан 9

Ев>с = 8 2Рк > (5) где S2 — эффективная суммарная площадь поперечного сечения всех выпускных каналов 5, соединенных с областью низкого

J ник (части 20 и 21) под действием усилия:

Fð =(>и — к)Рв > (1) где S„— эффективная рабочая площадь поршня;

S — рабочая площадь поперечного сечения хвостовика;

Рв — давление в напорной полости при ходе ударника, направленном вверх, перемещаются вверх.

По мере подъема цилиндра 7, ударника 10 и закрепленной в нем пяты 18 пружина 14 сжимается, так как клапанная группа (клапаны 8 и 9) удерживается в исходном положении до тех пор, пока усилие пружины !4 не превысит усилие, с которым энергоноситель воздействует на впускной клапан 8, FNl SiP > (2) где Sl — эффективная площадь поперечного сечения впускного клапана 8, на которую воздействует энерго- 2О носитель со стороны напорной полости 43.

Конструктивно задано, что и»р ) гвп, (3) где Е„„. — усилие, развиваемое пружиной

14 при сжатии, когда ударник с цилиндром 7 находится в верхнем положении.

Если соблюдается условие (3), нижний клапан 9 закрывается и втулкой 38 открывает верхний клапан 8, т. е. происходит перестановка клапанов, а ударник, перемещаясь по инерции вверх, крышкой 28 наносит удар по бурту 29 снизу, т. е. направленный вверх импульс энергии передается прихваченному участку (объекту).

Вследствие перестановки клапанов 8 и 9 энергоноситель поступает и в полость подвижного цилиндра 7, и в полость 44 высокого давления верхней части корпуса 1, воздействуя на ударник с усилием б давления (c затрубным пространством), перекрытых выпускным клапаном 9.

Цилиндр 7, перемещаясь вниз, в конце хода управляющим буртиком 41 захватывает нижний клапан 9 и перемещает его вниз, осуществляя перестановку клапанов 8 и 9 в исходное положение, и, продолжая по инерции двигаться вниз вместе с ударником, нижней полостью ударника 21 наносит удар по наковальне-переходнику 30, импульсивно воздействуя вниз как на объект, так и на свободный участок колонны труб, которая подобно пружине растянется, запасая энергию, запасенная энергия будет передана объекту (уже будучи направленной вверх) при последующем ходе ударника вверх (т. е. при повторении цикла).

Регулируя степень предварительнои натяжки инструмента, можно изменять соотношение между величинами гидродинамического ударного и с илового воздействия на объект, что позволяет повысить эффективность предлагаемого гидровибратора.

При разрушении связи гидровибратора с объектом (например, отрыв ловильного инструмента от объекта, разрушение резьбовых соединений и т. и.) перемещение ударника и взаимодействующих с ним элементов ограничивается его торцовыми плоскостями, контактирующими с наковальней 24, не приводя к разрушению или сбою в работе устройства.

Формула изобретения

Гидровибратор, включающий полый корпус с размещенной в нем наковальней, с осевым отверстием и расположенным над ней цилиндром, установленный в полом корпусе с возмож ностью осевого перемещения ударник с хвостовиком, размещенным в осевом отверстии наковальни, установленный в верхней части корпуса распределитель с осевым каналом, нагнетательным — для связи полостей корпус а над и под распределителем и сливным — для связи полости цилиндра со скважпнной полостью, установленные в осевом канале распределителя верхний и нижний подпружиненный в осевом направлении относительно ударника клапаны с хвостовиком и расположенная в нижней части корпуса наковальня-переходник, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы гидровибратора за счет увеличения энергии удара при одновремеHHoM повышении надежности его работы за счет обеспечения работы клапанной группы в статических условиях, устройство снабжено расположенным над наковальней дополнительным ударником, жестко связанным с хвостовиком основного, цилиндр жестко связан нижним концом с дополнительным ударником, а верхним — телескопически свя! 602971 зан с распределителем и образует с ним и ударником камеру обратного хода, хвостовик клапанов выполнен в виде втулок, установленных в исходном положении с возможносгью торцевого контакта между собой и взаимодействия со стенками распределителя, причем верхний клапан подпружинен в осевом направлении относительно корпуса и имеет радиальные отверстия в его втулке для связи полости корпуса с камерой обратного хода в крайнем верхнем положении ударников, при этом GcHQBной ударник выполнен с цилиндрической полостью, а наковальня-переходник установлена и корпусе с возможностью осевого перемещения, выполнена с буртом в верхней части, расположенным с возможностью осевого перемещения в цилиндрической полости основного ударника, и огран нчителем, размещенным под основным ударником в полости корпуса с возможностью взаимодействия с последним.

I 602971

ФИГ. 2

Составитель В. Воропанов

Редактор О. Спесивых Техред А. Кравчук Корректор И. Муска

Заказ 3365 Тираж 468 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r Ужгород, ул. Гагарина, 101