Пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда

Аннотация

Каракозов А.А., Русанов В.А, Парфенюк С.М., Сагайдак І.Д., Мартин В.Й. Пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда Патент на пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда

Корисна модель стосується галузі буріння свердловин, а саме технічних засобів для ліквідації прихватів бурового снаряда і може бути використана при проведенні аварійних робіт у свердловинах.

Відомий пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда (А. с. СРСР № 1550089 кл. Е21В 31/113, опубл. 15.03.1990), до складу якого входить корпус із радіальними отворами й уступом на внутрішній поверхні, концентрично встановлений у ньому шток з ковадлом, обмежувачем на зовнішній поверхні, осьовим каналом зі зворотним клапаном з сідлом і двома рядами 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 початковому стані перекриті перегородкою.

Пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда працює таким чином. Він 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.

Цей пристрій має наступні недоліки. По-перше, при включенні його до складу бурового снаряда (тобто в процесі буріння пристрій постійно знаходиться у складі бурильної колони) у разі прихвата неможливо негайно приступити до ліквідації аварії, оскільки внутрішня порожнина бурильних труб заповнена промивальною рідиною. Для забезпечення роботи пристрою необхідно або відкачати промивальну рідину з порожнини бурильних труб, наприклад, ерліфтом, або витіснити її за допомогою стислого повітря. Ці операції вимагають значних витрат часу, протягом якого аварійна ситуація в свердловині може ускладнитися. По-друге, за відсутності на буровій засобів для видалення промивальної рідини з внутрішньої порожнини бурильних труб, пристрій вводиться в роботу тільки після від'єднання вільної частини бурового снаряда від прихваченої, підйому її на поверхню, спуску пристрою в свердловину на бурильних трубах і з'єднання його з прихваченою частиною бурового снаряда. В цьому випадку витрати часу на підготовчі операції ще більше, що позначається на ефективності процесу ліквідації аварії.

Найбільш близьким аналогом до корисної моделі, що заявляється, є пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда (авторське свідоцтово СРСР на винахід № 1184923, кл. Е21В 23/00, опубл. 15.10.1985), до складу якого входить корпус з радіальними отворами та уступом на внутрішній поверхні, концентрично встановлений у ньому з можливістю передачі обертання порожнистий шток з ковадлом і зворотним клапаном, поршень-бойок, розташований в кільцевому просторі між корпусом і штоком нижче ковадла на жорстко зєднаній зі штоком перегородці зі зворотним клапаном.

Пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряда працює таким чином. Він 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 початкове положення. Рідина з порожнини під поршнем-бойком витискається у свердловину через зворотний клапан у перегородці. 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 суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється: корпус з радіальними отворами та уступом на внутрішній поверхні, концентрично встановлений у ньому з можливістю передачі обертання порожнистий шток з ковадлом, поршень-бойок, розташований в кільцевому просторі між корпусом і штоком нижче ковадла на жорстко зєднаній зі штоком перегородці зі зворотним клапаном.

Цей пристрій має наступні недоліки. По-перше, при включенні його до складу бурового снаряда (тобто в процесі буріння пристрій постійно знаходиться у складі бурильної колони) у разі прихвата неможливо негайно приступити до ліквідації аварії, оскільки внутрішня порожнина бурильних труб заповнена промивальною рідиною. Для забезпечення роботи пристрою необхідно або відкачати промивальну рідину з порожнини бурильних труб, наприклад, ерліфтом, або витіснити її за допомогою стислого повітря. Ці операції вимагають значних витрат часу, протягом якого аварійна ситуація в свердловині може ускладнитися. По-друге, за відсутності на буровій засобів для видалення промивальної рідини з внутрішньої порожнини бурильних труб, пристрій вводиться в роботу тільки після від'єднання неприхваченої частини бурового снаряда від прихваченої, підйому її на поверхню, спуску пристрою в свердловину на бурильних трубах і з'єднання його з прихваченою частиною бурового снаряда. В цьому випадку витрати часу на підготовчі операції ще більше, що позначається на ефективності процесу ліквідації аварії.

В основу корисної моделі поставлена задача по вдосконаленню пристрою для ліквідації прихватів бурового снаряда, в якому, за рахунок постійного підтримання низького тиску в порожнині над поршнем-бойком, досягається нанесення ударів по прихваченому снаряду безпосередньо при виникненні аварії в свердловині без проведення додаткових підготовчих операцій.

Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої для ліквідації прихватів бурового снаряда, до складу якого входить корпус з радіальними отворами та уступом на внутрішній поверхні, концентрично встановлений у ньому з можливістю передачі обертання порожнистий шток з ковадлом, поршень-бойок, розташований в кільцевому просторі між корпусом і штоком нижче ковадла на жорстко зєднаній зі штоком перегородці зі зворотним клапаном, відповідно до корисної моделі, порожнина над поршнем-бойком виконана у вигляді камери низького тиску, ізольованої від простору всередині колони бурильних труб поршнем, жорстко зв'язаним з ковадлом, причому порожнина штока і простір усередині колони бурильних труб з’єднані каналом, виконаним в цьому поршні, а в камері низького тиску розміщений пружний елемент.

Зазначені ознаки складають суть корисної моделі, тому що є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату – нанесення ударів по прихваченому снаряду безпосередньо при виникненні аварії в свердловині без проведення додаткових підготовчих операцій за рахунок постійного підтримання низького тиску в порожнині над поршнем-бойком.

Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому показана конструкція пристрою для ліквідації прихватів бурового снаряда.

Пристрій складається з корпусу 1 з радіальними отворами 2 і уступом 3 на внутрішній поверхні, концентрично встановленого порожнистого штока 4 з ковадлом 5 та поршня-бойка 6, розташованого в кільцевому просторі між корпусом 1 і штоком 4 нижче ковадла 5 на жорстко з’єднаній зі штоком 4 перегородці 7 зі зворотним клапаном 8. В нижній частині корпусу 1 виконаний перехідник 9, який має шліцьове з'єднання з нижньою частиною штока 4 для передачі обертального моменту від бурильних труб 10 на шток 4. Порожнина над поршнем-бойком 6 виконана у вигляді камери 11 низького тиску, ізольованої від простору колони бурильних труб 10 за допомогою поршня 12, встановленого вільно відносно корпусу 1 і жорстко з'єднаного з ковадлом 5. Камера 11 низького тиску заповнена повітрям або газом і в ній розміщений пружний елемент – пружина 13. Порожнина штока 4 і простір усередині колони бурильних труб 10 з’єднані каналом 14 в поршні 12.

Пристрій працює таким чином.

Він включається до складу бурового снаряда і встановлюється над колонковим набором (не показаний), який є найуразливішою частиною снаряда з погляду виникнення прихвата. При бурінні обертальний момент передається від колони бурильних труб 10 на шток 4 за рахунок перехідника 9, що має шліцьове з'єднання з нижньою частиною штока 4, а осьове навантаження передається на вибій за рахунок взаємодії верхньої частини корпусу 1 з поршнем 12. Промивальна рідина проходить в колонковий набір через канал 14 і порожнину штока 4.

У разі виникнення прихвата колонкового набору (не показаний) корпус 1 піднімається за допомогою бурильних труб 10 до з'єднання радіальних отворів 2 з порожниною корпуса 1 між поршнем-бойком 6 і перегородкою 7. За рахунок того, що тиск під поршнем-бойком 6, який дорівнює гідростатичному тиску стовпа промивальної рідини в свердловині, значно перевищує тиск повітря в камері 11 низького тиску (рівний атмосферному), то рідина зі свердловини перетікає під пор-шеньбойок 6 і переміщає його вгору. Поршень-бойок 6 рухається вгору, стискаючи пружину 13 і повітря в камері 11 низького тиску, і наносить удар по ковадлу 5, який через шток 4 передається на прихвачений колонковий набір. При цьому кінцева швидкість поршня-бойка 6, а, отже, і енергія удару регулюються підбором жорсткості пружини 13 виходячи з міцності елементів пристрою і різьбових з'єднань.

Для повернення пристрою в первинне положення колона бурильних труб 10 подається вниз або під дією власної ваги, або під дією механізму подачі. При цьому корпус 1 рухається вниз і уступом 3, який контактує з поршнем-бойком 6, переміщає його вниз. При цьому рідина зпід поршня-бойка 6 витісняється в свердловину через зворотний клапан 8 і отвори 2, які на той момент займають положення нижче перегородки 7. При цьому пружина 13 повертається в початкове положення. Далі цикл роботи повторюється.

Застосування запропонованого пристрою дозволяє наносити удари при виникненні аварії в свердловині без проведення додаткових підготовчих операцій за рахунок постійного підтримання низького тиску в порожнині над поршнем-бойком.