Пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда

Винахід стосується галузі буріння свердловин, а саме технічних засобів для ліквідації прихватів бурового снаряда і може бути використаний при проведенні аварійних робіт у свердловинах. Відомий пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда (А.с. СРСР №1184923 кл. Е21В23/00, 1985), який включає корпус із радіальними отворами й уступом на внутрішній поверхні, концентричне встановлений у ньому шток з ковадлом, перегородкою, осьовим каналом зі зворотним клапаном, поршень-бойок, розміщений між і перегородкою, у якій встановлено зворотний клапан. Пристрій спускається на бурильних трубах до місця прихвата після виникнення аварії. Для застосування пристрою треба мати пусті бурильні труби, або рівень рідини в бурильних трубах повинен бути меншим, ніж у свердловині. При спуску пристрою в свердловину зворотний клапан, встановлений у штоку, запобігає попаданню рідини зі свердловини у бурильні труби. Після з'єднання пристрою штоком з прихваченим снарядом піднімають колонну бурильних труб, при цьому радіальні отвори в корпусі співпадають з порожниною під поршнем-бойком. Рідина зі свердловини перетікає під поршень-бойок, оскільки тиск рідини у свердловині більший, ніж у бурильній колоні. Поршень-бойок рухається вгору і наносить удар по ковадлу. Для нанесення наступного удару бурильну колону треба подати вниз. При цьому уступ корпуса переміщує поршень-бойок в вихідне положення. Рідина з порожнини під поршнем-бойком витискається у свердловину через клапан у перегородці.Потім цикл роботи повторюється. Удари, які передаються на прихвачений снаряд під час роботи пристрою, призводять до звільнення снаряду від прихвата. Цей пристрій має наступний недолік. Пристрій не можна застосовувати для нанесення ударів по прихваченому снаряду у свердловинах з низьким рівнем рідини над вибоєм або у пусти х свердловинах. Така ситуація виникає у свердловинах, які перетинають зони катастрофічних поглинань, наприклад зони старих гірничих робіт. Рівень рідини над вибоєм у таких свердловинах стає невеликим або взагалі може бути відсутнім. Але швидкість поршня-бійка, яка визначає енергію ударів по прихваченому снаряду, залежить від сили, з якою на нього діє рідина зі свердловини. Ця сила обумовлена величиною гідростатичного тиску рідини у свердловині, який визначається рівнем рідини над вибоєм свердловини. Отже при низьких рівнях рідини над вибоєм сила, яка діє на поршень-бойок невелика, тому пристрій застосовувати неможливо. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда (А.с. СРСР №1550089 кл. Е21В31/113, 1990), який включає корпус із радіальними отворами й уступом на внутрішній поверхні, концентричне встановлений у ньому шток з ковадлом, обмежувачем на зовнішній поверхні, осьовим каналом зі зворотним клапаном з сідлом і двома радами радіальних отворів, розташованих між обмежувачем і сідлом зворотного клапана, плаваючий поршень-бойок, розміщений між ковадлом і обмежувачем штока, і перегородку, встановлену нижче поршня-бійка з можливістю осьового переміщення і підпружинену відносно корпуса, при цьому верхній ряд радіальних отворів штока і радіальні отвори корпуса в вихідному стані перекриті перегородкою. Пристрій спускається на бурильних трубах до місця прихвата після виникнення аварії. Для застосування пристрою треба мати пусті бурильні труби, або рівень рідини в бурильних трубах повинен бути меншим, ніж у свердловині. При спуску пристрою в свердловину зворотний клапан, встановлений у сідлі штока, запобігає попаданню рідини зі свердловини у бурильні труби. Після з'єднання пристрою штоком з прихваченим снарядом піднімають колонну бурильних труб , при цьому радіальні отвори в корпусі співпадають з порожниною під поршнем-бойком. Рідина зі свердловини перетікає під поршень-бойок, оскільки тиск рідини у свердловині більший, ніж у бурильній колоні. Поршень-бойок рухається вгору і наносить удар по ковадлу. Для нанесення наступного удару бурильну колону треба подати вниз. При цьому уступ корпуса переміщує поршень-бойок в вихідне положення. Рідина з порожнини під поршнем-бойком витискається у порожнину бурильних труб через верхній ряд отворів у штоку, які при цьому відкриває перегородка. Потім цикл роботи повторюється. Удари, які передаються на прихвачений снаряд під час роботи пристрою, призводять до звільнення снаряду від прихвата. Ознаки найближчого аналогу, які збігаються з ознаками винаходу, що заявляється: корпус із радіальними отворами й уступом на внутрішній поверхні, концентричне встановлений у ньому шток з ковадлом, обмежувачем на зовнішній поверхні, осьовим каналом з сідлом під зворотний клапан і двома рядами радіальних отворів, розташованих між обмежувачем і сідлом зворотного клапана, поршень-бойок, розміщений між ковадлом і обмежувачем штока, і перегородку, встановлену нижче поршня-бійка. Цей пристрій має наступний недолік. Пристрій не можна застосовувати для нанесення ударів по прихваченому снаряду у свердловинах з низьким рівнем рідини над вибоєм або у пусти х свердловинах. Така ситуація виникає у свердловинах, які перетинають зони катастрофічних поглинань, наприклад зони старих гірничих робіт. Рівень рідини над вибоєм у таких свердловинах стає невеликим або взагалі може бути відсутнім. Але швидкість поршня-бійка, яка визначає енергію ударів по прихваченому снаряду, залежить від сили, з якою на нього діє рідина зі свердловини. Ця сила обумовлена величиною гідростатичного тиску рідини у свердловині, який визначається рівнем рідини над вибоєм свердловини. Отже при низьких рівнях рідини над вибоєм сила, яка діє на поршень-бойок невелика, тому пристрій застосовувати неможливо. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для ліквідації прихватів бурового снаряда, у якому за рахунок використання тиску стовпа рідини у бурильних труба х для нанесення удару поршнем-бойком по ковадлу, досягається нанесення ударів по прихваченому снаряду у свердловинах з низьким рівнем рідини над вибоєм. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої для ліквідації прихватів бурового снаряда, який включає корпус із радіальними отворами й уступом на внутрішній поверхні, концентричне встановлений у ньому шток з ковадлом, обмежувачем на зовнішній поверхні, осьовим каналом з сідлом під зворотний клапан і двома рядами радіальних отворів, розташованих між обмежувачем і сідлом зворотного клапана, поршень-бойок, розміщений між ковадлом і обмежувачем штока, і перегородку, встановлену нижче поршня-бійка, відповідно до винаходу, ковадло виконано у вигляді поршня, в корпусі вище ковадла розташована додаткова перегородка, в отворі якої встановлено рухливий в осьовому напрямку патрубок із виступами, розташованими між ковадлом і додатковою перегородкою, нижня частина цього патрубка встановлена в осьовому каналі штока і з'єднана з порожнистим поршнем, розташованим вище сідла зворотного клапана напроти верхнього ряду радіальних отворів штока, а верхня частина патрубка з'єднана з направляючою воронкою, розташованою вище додаткової перегородки, при цьому перегородка під поршнем-бойком з встановленим у ній клапаном розташована між двома рядами радіальних отворів штока і з'єднана з ним, радіальні отвори в корпусі розміщені вище поршня-бійка, сідло зворотного клапана у штоку розвернуто в сторону патрубка, а виступи патрубка і направляюча воронка виконані з можливістю періодичної взаємодії з додатковою перегородкою. Виконання ковадла у вигляді поршня і розміщення радіальних отворів у корпусі вище поршня-бійка забезпечує ізоляцію камери над поршнем-бойком від порожнини бурильної колони і зв'язок цієї камери зі свердловиною. Це дозволяє піддержувати у камері над поршнем-бойком низький тиск, обумовлений висотою стовпа рідини у свердловині. Поворот сідла зворотного клапана у штоку в сторону патрубка забезпечує розділення порожнини бурильної колони від свердловини таким чином, коли рідина не може витікати з бурильної колони в свердловину. Наступні признаки забезпечують періодичний зв'язок порожнини під поршнем-бойком з порожниною бурильної колони, що дає можливість періодично створювати у цій порожнині високий тиск, обумовлений висотою стовпа рідини у бурильних трубах: розташування в корпусі вище ковадла додаткової перегородки, в отворі якої встановлено рухливий в осьовому напрямку патрубок із виступами, розташованими між ковадлом і додатковою перегородкою, встановлення нижньої частини цього патрубка в осьовому каналі штока і з'єднання його з порожнистим поршнем, розташованим вище сідла зворотного клапана напроти верхнього ряду радіальних отворів штока, а також з'єднання верхньої частини патрубка з направляючою воронкою, розташованою вище додаткової перегородки і виконання виступів патрубка і направляючої воронки з можливістю періодичної взаємодії з додатковою перегородкою. Розташування перегородки з встановленим у ній клапаном під поршнем-бойком між двома рядами радіальних отворів штока і з'єднання її зі штоком забезпечує можливість витискання рідини з-під поршня-бійка у бурильні труби при перекритті порожнистим поршнем верхнього ряду радіальних отворів штоку, що дозволяє повертати поршень-бойок у ви хідне положення. Зазначені ознаки складають суть винаходу, тому що є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату — нанесення ударів по прихваченому снаряду у свердловинах з низьким рівнем рідини над вибоєм за рахунок використання тиску стовпа рідини у бурильних труба х для нанесення удару поршнем-бойком по ковадлу. Суть винаходу пояснюється рисунком (Фіг.), де показаний загальний вид пристрою. До складу пристрою для ліквідації прихватів бурового снаряда входять корпус 1 із радіальними отворами 2, верхнім і нижнім перехідниками 3 і 4 і уступом 5 на внутрішній поверхні, шток 6 із ковадлом 7, виконаним у вигляді поршня, обмежувачем 8 і перегородкою 9 з клапаном 10, встановленою між двома рядами радіальних отворів 11 і 12 штока 6. У осьовому каналі штоку 6 встановлено сідло 13 зворотного клапана 14. Між ковадлом 7 і обмежувачем 8 встановлено поршень-бойок 15. В корпусі 1 вище ковадла 7 встановлена додаткова перегородка 16 з осьовими каналами 17, в отворі якої встановлено патрубок 18 з направляючою воронкою 19, виступами 20, розташованими між ковадлом 7 і додатковою перегородкою 16, і порожнистим поршнем 21, який встановлено вище сідла 13 напроти верхнього ряду радіальних отворів 11 штока. В направляючій воронці 19 і виступах 20 виконані канали 22 і 23 для проходу промивальної рідини. Між штоком 6 та нижнім перехідником 4 виконано шліцьове з'єднання 24. Пристрій працює таким чином. Він застосовується у свердловинах з низьким рівнем промивальної рідини над вибоєм, наприклад при бурінні пластів порід з катастрофічним поглинанням промивальної рідини. При використанні після виникнення прихвата в свердловині, він спускається до прихваченого об'єкта на бурильних труба х, з'єднаних з корпусом 1. При цьому зворотний клапан 14 у механізмі може бути відсутній, тоді у разі потреби промивання вибою свердловини здійснюється через осьові канали пристрою. При з'єднанні пристрою з прихваче-ним буровим снарядом штоком 6, до якого може додатково кріпитися ловильний інструмент, обертання від бурильних труб передається на шток 6 через корпус 1, нижній перехідник 4 і шліцьове з'єднання 24. Потім по бурильних труба х скидається зворотний клапан 14, який сідає у сідло 13 і перекриває осьовий канал у штоку 6. При цьому направляюча воронка 19 допомагає клапану 14 попасти у канал штока 6. Далі бурильні труби за допомогою насоса заповнюють промивальною рідиною таким чином, щоб рівень рідини в них був значно вищій, ніж у свердловині. При цьому клапан 14 не дає рідині витікати з порожнини бурильних труб, тому рідина заповнює порожнину під перегородкою 9 через отвори 12, а також порожнини штока 6 під і над порожнистим поршнем 21, попадаючи туди відповідно через канал у патрубку 19 і канали 22, 17, 23. Поршень-бойок 15 залишається на обмежувачі 8 під дією власної ваги і тиску промивальної рідини у свердловині, який діє у порожнині над поршнем-бойком 15, яка зв'язана зі свердловиною каналами 2 у корпусі 1 й ізольована від порожнини бурильних труб ковадлом 7, виконаним у вигляді поршня. Для нанесення удару дають натяг бурильним трубам і піднімають корпус 1 у крайнє верхнє положення до контакту нижнього перехідника 4 з клапаном 10 перегородки 9. При цьому додаткова перегородка 16 взаємодіє з направляючою воронкою 19 і піднімає її вгору. Таким чином, патрубок 18 піднімається разом з порожнистим поршнем 21, відкриваючи верхній ряд радіальних отворів 11 у штоку 6. Рідина з порожнини бурильних тр уб починає перетікати під поршень-бойок 15 через осьовий канал патрубка 18 і отвори 11. Оскільки тиск під поршнем-бойком 15 більший, ніж над ним, так як рівень рідини в бурильних трубах значно більший, ніж в свердловині, то поршень-бойок 15 рухається вгору і наносить удар по ковадлу 7. При цьому рідина з порожнини над поршнем-бойком 15 витискається у свердловину через отвори 2. Для нанесення повторного удару бурильні труби подаються вниз. Корпус 1 уступом 5 давить на поршеньбойок 15 і переміщує його вниз до обмежувача 8. При цьому рідина з-під поршня-бійка 15 витискається в порожнину бурильних труб через отвори 11. Коли додаткова перегородка 16 надавить на виступи 20 патрубка 18, то останній рухається вниз до контакту виступів 20 з ковадлом 7. При цьому поршень 21 перекриває канали 11, і тоді рідина з-під поршня-бійка 15 витискається у порожнину бурильних труб через клапан 10 і отвори 12, оскільки нижній перехідник 4 вже звільнить клапан 10. Удари, які передаються на прихвачений снаряд під час роботи пристрою, призводять до звільнення снаряду від прихвата. Канали 17, 22 і 23 забезпечують в процесі роботи вільне перетікання рідини в порожнинах пристрою, розташованих над порожнистим поршнем 21 і ковадлом 7. Пристрій також може включатися до складу бурового снаряда. При цьому в процесі буріння свердловини в механізмі відсутній зворотний клапан 14. Обертальний момент на вибій передається шліцами 24, зусилля осьового навантаження - уступами 5 на поршень-бойок 15 і обмежувач 8 штоку 6. У випадку виникнення прихвата зворотний клапан 14 скидають по бурильних труба х і він сідає у сідло 13. Подальша робота пристрою аналогічна. Застосування запропонованого винаходу дозволяє при ліквідації прихвата наносити удари по прихваченому снаряду у свердловинах з низьким рівнем рідини над вибоєм за рахунок використання тиску стовпа рідини у бурильних труба х для нанесення удару поршнем-бойком по ковадлу.