Гідравлічний ударний механізм

Гідравлічний ударний механізм, що містить корпус з ковадлом, шток, який утворює з стінками корпусу гідрокамеру, та зв'язаний зі штоком бойок і поршень, який відрізняється тим, що довжина вільного ходу бойка вибирається у взаємозв'язку з часом його вільного руху t y , який визначається за виразом Винахід відноситься до буріння свердловин, а власне до засобів для ліквідації прихватів бурильної колони Відомий пристрій - гідромеханічний яс для ліквідації прихватів бурильної колони, який містить корпус з ковадлом і розташованими під ковадлом отворами, пустотілий шток з бойком, вузол розчеплення корпуса і штока і вузол фіксації штока відносно корпуса (ас СССР №1661359, кп Е21В31/107, 31/113, 1991 ) На штоку між бойком і конусним вузлом розчеплення жорстко закріплений поршень У внутрішній порожнині корпуса встановлена втулка, яка має зрізні елементи Втулка виконана з сідлом під кулю До гідравлічного яса прикладають силу певної величини, а в бурильну колону кидають кулю і починають закачувати буровий розчин Куля сідає в сідло втулки, перекриває й порожнину, в результаті чого проходить зріз елементу, втулка пересувається і відкриває додаткові радіальні отвори Розчин під тиском проходить через додаткові радіальні отвори корпуса і створює додаткове навантаження на вузол розчеплення В результаті роз'єднання вузла розчеплення шток починає рухатися вверх до моменту зіткнення бойка з ковадлом кають в самій бурильній колоні В результаті динамічна сила на верхній границі прихоплювала буде далека від максимально можливої (оптимальної) і процес ліквідації аварій може затягнутися в часі, або взагалі виявитися неефективним Відомий також гідравлічний ударний механізм, що складається з пустотілого корпусу з ковадлом і штоком, які утворюють гідравлічну камеру, заповнену маслом, а також закріпленого на штоку бойка та поршня з поршневими кільцями (Пустовойтенко И Л Предупреждение и ликвидация аварий в бурении - М Недра, 1988) При певному натягу бурильної колони, яка зв'язана зі штоком механізму, масло з надпоршевої порожнини через поршневі кільця перетікає в підпоршневу порожнину і поршень рухається вверх В момент проходження ділянки циліндра Із значним збільшенням діаметру швидкість поршня різко зростає і шток своїм бойком вдаряється в ковадло, яке зв'язане з корпусом механізму і прихваченими бурильними трубами Недоліком вказаного пристрою є те, що ударний режим роботи пристрою не завжди буде співпадати в фазі з хвильовими процесами, які вини де m - параметр, що відповідає умові максимуму внутрішньої сили на верхній межі прихоплювача, И.х - довжина І-ОІ секції інструмента, розташованого нижче ударного механізму, а, - швидкість поширення звуку в і-й секції, п - КІЛЬКІСТЬ секцій інструмента між ударним механізмом та верхньою межею прихоплювача Описаний механізм має суттєвий недолік, який пов'язаний з тим, що він також не забезпечує можливості збалансованої роботи механізму у взаємозв'язку з хвильовими процесами в бурильній колоні В результаті коливання внутрішніх сил, які виникли в аварійному інструменті після удару не співпадають у фазі з власними коливаннями прихваченої колони Тому не виникає ефекту резона ГО 5 Ю 54143 нізму полягає в наступному Механізм опускають у свердловину на бурильних трубах За допомогою шліцьового з'єднання 8 і різці 9 з'єднують з прихваченою бурильною колоною Далі починають піднімати бурильну колону, яка з'єднана з штоком З, і поршень 6 починає рухатися вверх з швидкістю, яка залежить від в'язкості масла, величини зазору між поршнем та циліндром, а також від величини максимально допустимої сили натягу бурильної колони В результаті через певний час поршень повністю вийде із циліндра гідрокамери (бойок 5 буде знаходитись на відстані Іь від ковадла 2), а масло дістане можливість вільного перетоку з надпоршневої ділянки гідрокамери в підпоршневу В цей момент поршень 6 з високою швидкістю починає рухатись вверх, проходячи п відстань Іь, наносить удар по ковадлу 2 В резульt = m£l|/a|, таті в бурильній колоні, що знаходиться над верх1=1 ньою межею прихоплювача виникають коливання де m - параметр, що відповідає умові максисил певної амплітуди, які узгоджені у фазі з коливмуму внутрішньої сили на верхній межі прихоплюними процесами нижче розташованої колони бувача (частіше m = 1,6 2,0), І, - довжина І-ОІ секції рильних труб, і в МІСЦІ прихоплювача виникає макінструмента, розташованого нижче ударного месимальна внутрішня сила, яка спричиняє ханізму, а, - швидкість поширення звуку в і-й секції, звільнення прихваченої колони труб п - КІЛЬКІСТЬ секцій інструмента між ударним меха нсу і на верхній межі прихвату не буде реалізована сила максимальної величини В основу винаходу поставлене завдання створення гідравлічного ударного механізму з оптимальною довжиною Іь вільного ходу бойка після розчеплення Вказана довжина ходу бойка для заданих умов ліквідації прихоплювача і при допустимій силі розрядження пристрою забезпечує максимальну внутрішню силу на верхній межі прихоплювала Оптимальна довжина вільного ходу бойка ударного механізму вибирається у взаємозв'язку з часом t y від моменту розчеплення замкового пристрою (виходу поршня у розширену ділянку циліндра) до зіткнення бойка з ковадлом, який визначається за виразом y нізмом та верхньою межею прихоплювача Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками і вказаним в задачі технічним результатом полягає в наступному Для забезпечення максимально можливої сили удару на верхній межі прихоплювача в запропонованому механізмі реалізується ефект резонансу, тобто підсилення результуючих динамічних навантажень на верхній межі прихоплювача при накладанні вільних коливань прихваченої частини колони труб (розташованої нижче ударного механізму) і коливань, викликаних ударною взаємодією бойка з ковадлом Для цього при максимально допустимій силі розрядження механізму розраховується час вільного руху бойка і, як результат, визначається довжина Іь його вільного ходу, який необхідний для того, щоб створити такий ударний режим роботи механізму, який був би збалансованим з хвильовими процесами прихваченої ділянки бурильної колони Отже, в момент удару бойка по ковадлу в бурильній колоні, що знаходиться над ударним механізмом, виникають коливання сил, які співпадають у фазі з власними коливаннями нижче розташованої бурильної колони і, внаслідок створення резонансу, на верхній межі прихоплювача реалізується сила максимальної величини На фіг 1 показано схему гідравлічного ударного механізму в зарядженому стані, на фіг 2 - його схему в момент розчеплення замкового пристрою, а на фіг 3 - графік залежності максимальної сили удару на верхній межі прихоплювача бурильної колони від довжини вільного ходу механізму для його конкретного випадку Пристрій складається з пустотілого корпуса 1 з ковадлом 2 та телескопічне встановленого в корпусі 1 штока 3, який утворює з стінками корпуса 1 гідрокамеру 4 На штоку з допомогою різьбового з'єднання закріплений бойок 5 та встановлений поршень 6, який зафіксований перехідником 7 В нижній частині механізму виконано шліцьове з'єднання 8 Принцип роботи гідравлічного ударного меха Розглянемо конкретний приклад вибору оптимальної довжини вільного робочого ходу гідравлічного ударного механізму із ЗОВНІШНІМ діаметром 162мм для випадку його використання вмонтованим у бурильну колону При цьому вважається, що верхня межа прихоплювача знаходиться на долоті ВИХІДНІ дані інтервал буріння - 2200 - 2500м, 127мм бурильні труби, товщина стінки - 9,2мм, маса погонного метра - 32 кг/м, 146 обважнені бурильні труби, внутрішній діаметр - 74мм, маса погонного метра - 97,8кг/м, модуль пружності матеріалутруб - 2,06 1011Па, густина бурового розчину 1250кг/м3, максимально допустима сила розрядження - ЗООкН, оснастка талевого канату - 5 x 6 , діаметр талевого канату - 28мм, дисипативний коефіцієнт (враховує в'язке тертя у свердловині) 1 1,2с Розрахунки виконані з допомогою розробленої програми (До технології ліквідації прихватів ударними механізмами // М А Мислюк, І Й Рибчич, М М Яворський і М П Мельник // Нафтова і газова промисловість - 2002 - №1 - С ЗО - 33) На базі результатів розрахунку побудована графічна залежність (фіг 3) максимальної сили удару на верхній межі прихоплювача бурильної колони від довжини вільного ходу бойка після розчеплення Як видно з графіка, довжина вільного ходу бойка з умови максимуму внутрішньої сили на верхній межі прихоплювача знаходиться в діапазоні Іь = 0,145 0,165м Оптимальна довжина вільного ходу складає 0,15м, ударний механізм розташовується в обважнених бурильних трубах на відстані 30м від їх верхньої границі, час - t y =0,0741 с, параметр m = 1,72, максимальне значення внутрішньої сили на верхній межі прихоплювача -2030кН Для зарядження механізму необхідно перемістити бурильну колону вниз, масло з підпоршневої ділянки гідрокамери перетікатиме в надпоршневу, доки поршень 5 разом зі штоком 3 не досягне крайнього нижнього положення Таким чином, завдяки виконанню гідравлічного 5 54143 6 ударного механізму з розрахунковою довжиною таті чого створюється ефект резонансу і, як наслівільного ходу бойка, забезпечується режим рободок, на верхній межі прихоплювача реалізується ти, який збалансований з хвильовими процесами максимальна внутрішня сила прихваченої ділянки бурильної колони, в резуль ФІГ.1 54143 Фіг.З Фіг.2 TOB "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24