ударный механизм

Формула изобретения

Ударный механизм, содержащий корпус, шток-ударник, телескопически установленный в корпусе с возможностью передачи крутящего момента, фиксирующий элемент и узел расцепления, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен резьбовой цанговой втулкой, установленной в кольцевой расточке, выполненной в корпусе, при этом на штоке-ударнике выполнена наружная многозаходная резьба для взаимодействия с резьбой цанговой втулки, а фиксирующий элемент выполнен с возможностью расцепления штока-ударника и корпуса без нарушения циркуляции промывочной жидкости под действием избыточного внутреннего давления с предшествующим сбросом клапана или полого груза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающсй промышленности и может быть использовано для освобождения колонны труб при бурении и капитальном ремонте скважин.

Известны ударные механизмы для ликвидации прихвата колонны труб, включающие корпус, ударник и узел расцепления [1, 2].

Недостатком известных устройств является низкая надежность узла расцепления и незначительная энергия удара.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является ударный механизм, включающий корпус, шток-ударник, телескопически установленный в корпусе, фиксирующий элемент и узел расцепления [3].

Недостатком этого устройства является то, что на больших глубинах в скважине от влияния высокой температуры нарушается пластичность уплотнения, уменьшая при этом силы натяжения узла расцепления и удара. Кроме того, увеличивается контактная сила трения между корпусом и штоком-ударником, которая оказывает значительное сопротивление движению штоку-ударнику, что также снижает энергию удара в устройстве.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы ударного механизма за счет значительного снижения температурного влияния на работу узла расцепления в глубоких скважинах и исключения силы трения, препятствующей свободному движению штока-ударника при неправильном ударе.

Для решения поставленной задачи известное устройство, содержащее корпус, в котором телескопически установлен шток-ударник, фиксирующий элемент и узел расцепления, согласно изобретению дополнительно снабжено резьбовой цанговой втулкой, установленной в кольцевой расточке корпуса, а в штоке-ударнике выполнена наружная многозаходная резьба для взаимодействия с резьбой цанговой втулкой.

Авторам не известны ударные механизмы, обладающие совокупностью вышеизложенных признаков, что означает соответствие предлагаемого устройства требованиям, предъявленным к изобретениям.

На фиг.1 изображено устройство, вертикальный разрез в процессе спуска в скважину; на фиг.2 - то же, в рабочем положении при ударе вверх; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - вид В на фиг.2.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, имеющий внутреннюю кольцевую расточку 2, гнездо 3, наковальню 4 и радиальную канавку 5. В корпусе 1 телескопически установлен шток-ударник 6, который снабжен соединительной муфтой 7, шлицевыми выступами 8, предназначенными для передачи крутящего момента многозаходной резьбой 9 узла расцепления 10, и цилиндрическим стаканом 11 с ударником 12. Передача крутящегося момента корпуса 1 обеспечивается посредством шлицевой гайки 13, соединенной с вершиной корпуса 1. В кольцевой расточке 2 с возможностью осевого перемещения и вращения установлена цанговая резьбовая втулка 14 узла расцепления 10 с резьбой, соответствующей резьбе 9, выполненной на штоке-ударнике 6.

С целью исключения телескопического перемещения штока-ударника 6 в корпусе 1 при спуске устройства в скважину оно снабжено фиксирующим элементом - шариковым замком 15. Шариковый замок 15 состоит из шариков-фиксаторов 16, размещенных в сквозных отверстиях цилиндрического стакана 11, подвижной втулки 17 с кольцевой проточкой 18 и разжимной пружины 19. Подвижная втулка 17 снабжена сквозными перепускными отверстиями 20, клапанным седлом 21 и конусом 22, угол конусности которого меньше угла трения сталь по стали. В верхней части цилиндрического стакана 11 выполнена внутренняя коническая полость, соответствующая параметрам конуса 22. Фиксация штока-ударника 6 в корпусе 1 обеспечена углублением шариков-фиксаторов 16 в радиальную канавку 5 и фиксацией их цилиндрической поверхностью подвижной втулки 17. При этом втулка 17 удерживается в крайнем верхнем положении совмещением конических поверхностей цилиндрического стакана 11 и корпуса 22. В момент возникновения осложнения в скважине устройство приводится в действие как избыточным внутренним давлением с предшествующей установкой сферического клапана 24, так и сбросом полого груза. В обоих случаях циркуляция промывочной жидкости не нарушается, поскольку шар имеет промывочные каналы.

Ударный механизм работает следующим образом.

В момент прихвата производят натяжение бурильной колонны и в ее ствол сбрасывают сферический клапан 24, как показано на фиг.2, который устанавливается в клапанном седле 21. Внутренним гидравлическим давлением и энергией сжатой пружины 19 подвижная втулка 17 перемещается вниз. При совмещении кольцевой проточки 18 с плоскостью расположения шариков-фиксаторов 16 находящиеся под нагрузкой шарики-фиксаторы 16 из радиальной канавки 5 переместятся в кольцевую проточку 18, вследствие чего шток-ударник 6 освободится от зацепления с корпусом 1. Высвободившийся шток-ударник 6 вместе с узлом расцепления 10 переместится вверх до упора узла расцепления 10 в гнезде 3, диаметр которого равен наружному диаметру сжатой резьбовой цанговой втулки 14. Усилие расцепления наружной многозаходной резьбы 9 от внутренней резьбы цанговой втулки 14 зависит от угла наклона винтовой линии резьбы, который рассчитывается от заданной силы натяжения. Под воздействием этой силы цанговая втулка 14 свинчивается и освободившийся шток своим ударником 12 производит удар о наковальню 4 корпуса 1.

Разгрузкой бурильной колонны шток-ударник 6 перемещается вниз. При этом цанговая втулка 14, перемещаясь вниз, окажется в кольцевой расточке 2 и, раскрывшись, своими лепестками охватит совместившуюся с ним наружную резьбу 9. Тем самым узел расцепления 10 вновь подготовлен к очередному ударному действию. Регулировать силу расцепления можно путем дополнительного ввода тормозного механизма, препятствующего вращению цанговой втулки 14 (на чертеже не показан).

Предлагаемое устройство устанавливается в компоновке бурильной колонны и позволяет оперативно вводить его в действие в момент возникновения осложнений и эффективно ликвидировать их в кратчайшие сроки.

Ударный механизм может широко применяться при бурении и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 1615326 кл. Е 21 В 31/107, опубл.1988 г.

2. Авторское свидетельство СССР 1506072 кл. Е 21 В 31/107, опубл.1987 г.

3. Кемп Г. "Ловильные работы в нефтяных скважинах". - М.: Недра, 1990, стр. 32,33, рис. 15 (прототип).