Сквозь стержень проходит отверстие для промывки и пропу­ ска торпеды.

Принцип работы устройства основан на нанесении ударов по прихваченному инструменту и создании осевых нагрузок на него при выходе зубчатых секторов из зацепления. Удары наносятся сверху или снизу в зависимости от необходимости проведения определенных технологических операций.

Операции по ликвидации прихватов с помощью УЛП-190-1 проводятся в соответствии со специальной инструкцией.

7.5.7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

К числу гидромеханических устройств ударно­ го действия относятся гидравлические яссы открытого типа ЯГ-146, ЯГ-95, выпускаемые серийно с комплектами испыта­ телей пластов КИИ2М-146 и КИИ2М-95, и яссы закрытого типа ЯГЗ-146, ЯГЗ-127, разработанные в СевКавНИПИнефти.

Принцип работы этих яссов заключается в передаче при­ хваченной части колонны осевых ударных нагрузок, направ­ ленных вверх. Для удара используется энергия деформации, накопленная при растяжении свободной части колонны бу­ рильных труб.

Техническая характеристика яссов открытого типа

На рис. 7.14 показана схема ясса ЯГ-146, состоящего из корпуса 3, внутри которого размещен грузовой шток 2, на­ ходящийся в постоянном шлицевом зацеплении с корпусом нижнего штока 6, проходящего через двухстороннее манжет­ ное уплотнение 8. Между выступами штоков 2 и 8 установле­ ны седло 5 и резиновая уплотнительная втулка 4. Сверху на грузовой шток 2 навинчен переводник 1, а снизу в корпус 3 — переводник 7. При передаче растягивающей нагрузки подвижные детали перемещаются вверх, а резиновая втулка 4 плотно садится на уплотнительный корпус седла 5, благодаря чему образуется замкнутая атмосферная камера между уплонительными манжетами 8 и конусом. С этого момента детали могут перемещаться вверх при условии приложения растяги-

ростатическому, поэтому сопротивление движению исчезнет и подвижные детали под действием энергии упругого растя­ жения колонны бурильных труб резко переместятся вверх, нанося удар по утолщенной верхней части корпуса в направ­ лении снизу вверх. Если при этом прихваченная часть инст­ румента не освободилась, то ясс сжимают повторно с после­ дующим натяжением колонны труб.

Таким образом, ясс обеспечивает создание серии ударов, значение которых, при прочих равных условиях, зависит от

рости подъема 22 см /с сила удара может достигать 20 —40 тс. В некоторых случаях максимальная растягивающая сила, передаваемая на ясс, может быть ограничена прочностью бу­ рильных труб, что сокращает область применения ясса на

глубине скважины 3 —4 тыс. м.

Основной недостаток гидравлических яссов открытого ти ­ па заключается в том, что тормозная камера сообщается с затрубным пространством и заполнена буровым раствором, поступающим из скважины. Вследствие этого эффективность работы таких устройств существенно зависит от значения гидростатического давления в зонах их установки и от каче­ ства бурового раствора.

Яссы закрытого типа более эффективны, так как торм оз­ ная камера у них заполнена вязким маслом и герметично изолирована от внешней среды. Благодаря этому исключается заклинивание штока шламом, а значение нагрузки, создавае­ мой в яссе, не зависит от гидростатического давления в скважине. Кроме того, заполнение тормозной камеры мас­ лом различной вязкости дает возможность выбирать необхо­ димое значение удара.

Эти особенности конструкции и принципа действия рас­ ширяют пределы работы ясса по давлению в скважине и спо­ собствуют увеличению надежности его работы.

свободного хода штока

На рис. 7.15 приведена схема ясса закрытого типа ЯГЗ127, корпус которого состоит из переводника 1, кожуха 8 и переводника 10, соединенных на металлических резьбах. В корпусе размещены полые штоки 3, 4, 9, поршень 6, гайка 7 и гидравлическое сопротивление, состоящее из корпуса 5, имеющего стержневую систему лабиринтных зазоров и о б ­ ратный клапан. В качестве уплотнительных элементов ис­ пользованы резиновые кольца круглого сечения и специаль­ ная резиновая втулка. Между штоками 3, 4 и поршнем 6 об-

разована замкнутая камера, которая через пробки 2 заполня­ ется авиамаслом МС-20.

Впроцессе спуска ясс находится в растянутом положении (см. рис. 7.15). Благодаря шестигранному зацеплению между штоками 3 и кожухом 8 через бурильные трубы вращение передается расположенному ниже оборудованию при докреплении ясса к прихваченной колонне труб.

При передаче механической сжимающей нагрузки ясс сжимается на длину рабочего хода, при этом корпус 5 входит

вполость штока 3 и масло перетекает из надпоршневого пространства в подпоршневое без сопротивления благодаря наличию обратного клапана в системе гидравлического со­ противления.

Ясс срабатывает под действием натяжения колонны бу­ рильных труб, при этом шток 3 перемещается вверх, а масло перетекает по лабиринтному зазору корпуса 5.

Врезультате значительного гидравлического сопротивления перетоку тормозной жидкости нижняя часть колонны бу­ рильных труб перемещается медленнее верхней, которая рас­ тягивается, накапливая упругую энергию деформации растя­ жения.

Гидравлический ясс закрытого типа разработан во ВНИИБТ (рис! 7.16). Ясс состоит из корпуса 1, внутри кото­ рого имеются две ступенчатые камеры, и штока 2 со смон­ тированным на нем поршнем 3. Корпус сверху и снизу гер­ метизирован уплотнениями, а камеры — заполнены маслом. При заряженном состоянии ясса поршень находится в край­ нем нижнем положении. Зазор между поршнем и цилиндром нижней камеры минимален и составляет 90—100 мкм.

Корпус ясса соединяется с прихваченной частью труб, а шток — со свободной. Для включения ясса в работу на ш ток через колонну бурильных труб передают нагрузку растяже­ ния, направленную вверх. Благодаря малому зазору в паре поршень — цилиндр масло в камере сжимается, и в ней воз­ никает давление, пропорциональное растягивающей нагрузке. Нагрузка через шток, сжатое масло и корпус передается на прихваченный участок бурильных труб. Одновременно жид­ кость, сжатая под действием высокого давления, начинает перетекать через малые зазоры в паре поршень — цилиндр в подпоршневую зону, вследствие чего поршень получает воз­ можность медленно двигаться вверх. Колонна труб растягива­ ется (в пределах упругой деформации) и накапливает энергию деформации.

При входе поршня в расширенную часть камеры давление

в системе резко падает, шток и растянутая часть колонны получают возможность свободно перемещаться вверх за счет энергии упругой деформации, нанося удар по верхней части корпуса ясса, сила которого пропорциональна накопленной энергии и скорости движения. Энергия удара через корпус ясса передается прихваченной части.

Порядок работы рассмотренных устройств можно условно разделить на два этапа. Первый: зарядка ясса — создание необходимой тяговой силы на штоке устройства; второй: разрядка — нанесение удара по прихваченной части буриль­ ной колонны.

На первом этапе устройство работает как гидравлическая система, на втором — как механическая. Работа этих уст­ ройств на втором этапе ничем не отличается от работы ме­ ханических устройств ударного действия без сальниковых уплотнений, работающих при больших давлениях. С этой точки зрения преимущества механических ударных устройств неоспоримы.

В б. ВНИИКРнефти разработан гидроударник, включаемый

вкомпоновку бурильного инструмента (рис. 7.17). Гидроударник состоит из трубчатого корпуса 3 с отвер­

стиями 5, 16 для выпуска отработанной жидкости из рабочей камеры 9, образованной полостью между стенками корпуса и полым штоком 2 с нагнетательными отверстиями 7 и 13. На штоке концентрично расположена золотниковая втулка 10 с нагнетательными отверстиями 8, 14 и рабочими отверстиями 6, 15 для сброса отработанной жидкости. Проходные сечения отверстий 6, 15 в крайних положениях втулки сжимаются стержнями 4 с переменным по длине сечением. На золотни­ ковой втулке свободно установлен поршень-ударник 12. В рабочем состоянии устройства циркуляционный канал 11 пе­ рекрыт пробкой 20. К корпусу устройства на резьбе присое­ динены переводник 1 и удлиненный переводник 17, на кото­ ром размещен механизм включения устройства и поворота штока, содержащий зубчатые венцы 19 и 22, пружину 18 и зубчатое кольцо 21, установленное на штоке. В нерабочем состоянии гидроударник монтируют в наиболее прихвато­ опасном месте, т.е. в нижней части бурильной колонны, над УБТ.

Устройство работает следующим образом. В случае воз­ никновения прихвата в бурильную колонну с поверхности сбрасывают пробку 20, которая, увлекаемая потоком рабочей жидкости, попадает на седло штока 2, закрывая проход жид­ кости. Под действием давления шток 2 опускается, сжимая

11

12

13

14

15

16

4

17

Рис. 7.17. Схема гидроударника конструкции б. ВНИИКРнефти

пружину 18 до тех пор, пока зубья кольца 21 не попадут в зубчатый венец 22. Тогда отверстие 13 штока совпадает с от­ верстием 14 золотника, и рабочая жидкость устремляется в рабочую камеру устройства под поршень-ударник 12, кото­ рый под действием давления поднимается. Временная пробка из отверстия 5 выдавливается давлением. Поршень, разгоня­ ясь, достигает фланца золотниковой втулки 10 и продолжает двигаться вместе с ней. Золотниковая втулка при своем пере­ мещении закрывает отверстия 5, 13 и открывает — 7. Далее, продолжая движение, она сжимает впереди себя жидкость,

замкнутую в камере, образованной выше отверстия 5, пере­ давая энергию движения прихваченной колонне. Ж идкость из этой камеры вытесняется через дросселирующее отверстие 6. Далее, обратным потоком жидкости поршень разгоняется в противоположную, сторону, производя удар вниз.

Соотношение сил ударов вверх и вниз регулируют изме­ нением проходных сечений нагнетательных отверстий сверху и снизу поршня. Сечение нагнетательных отверстий изменя­ ют поворотом штока 2.

Отверстия 7 и 13 на штоке имеют переменные по длине окружности сечения. При совмещении отверстий штока и золотника обеспечивается мощный удар вверх и слабый вниз. Поворотом штока можно получить необходимое соот­ ношение сил ударов, вплоть до мощного удара вниз и слабо­ го вверх.

Шток поворачивается следующим образом. При прекра­ щении нагнетания давление прокачиваемой жидкости умень­ шается. Пружина 18 поджимает шток 2. Нижние зубья зубча­ той втулки 21 выходят из зацепления с зубьями венца 19 и под действием силы пружины, скользя по их поверхности, поворачивают шток. Затем нагнетание жидкости в скважину возобновляют. Под давлением жидкости шток перемещается вниз. Нижние зубья втулки входят в зацепление с зубчатым кольцом 22, и шток снова поворачивается.

Таким образом, многократным уменьшением и ‘ восстанов­ лением давления при повороте штока получают нужное соот­ ношение сечений нагнетательных отверстий, что обеспечива­ ет необходимое соотношение сил удара.

После ликвидации прихвата производят обратную про­ мывку скважины. Пробка 20, подхваченная потоком жидкос­ ти, возвращается на поверхность. Шток 2 под действием пружины возвращается в верхнее положение, закрывая рабо­ чую камеру устройства, после чего можно продолжать буре­ ние. Одно из основных преимуществ этого гидроударника заключается в возможности включения его в компоновку бу­ рильного инструмента, а также в возможности регулирования частоты вынужденных колебаний и силы удара в одном из выбранных направлений.

Устройства для создания сложных колебаний колонн. Конструкторским бюро объединения Саратовнефтегаз сов­ местно с Саратовским политехническим институтом разра­ ботан и испытан глубинный эксцентриковый вибратор ВМЭ-2 с приводом от турбобура, создающий колебания в радиаль­ ном направлении (рис. 7.18).

ства ликвидировали прихваты в ряде скважин объединения Куйбышевнефть.

Результаты исследований показали, что при некоторой длине прихваченной части колонны труб влияние вибратора может практически прекратиться. Это объясняется тем, что при поперечных колебаниях амплитуды неодинаковы вдоль длины освобождаемой колонны и эффективность вибраций на разных участках колонны также различна, но с увеличе­ нием расстояния от вибратора до места прихвата — ампли­ туды значительно уменьшаются.

Так как продольные колебания действуют равномерно по всей длине колонны, а интенсивность затухания продольных колебаний в колонне труб в результате действия различных диссипативных сил значительно меньше интенсивности зату­ хания поперечных колебаний, то устройства, создающие продольные колебания, более рациональны.

Примером может служить возбудитель упругих колебаний (ВУК), разработанный Институтом механики МГУ.

ВУК — телескопическое устройство, состоящее из двух основных узлов: штока и корпуса. Конструкция предусмат­ ривает расцепление телескопических узлов при приложении определенной растягивающей нагрузки, которую регулируют перед спуском в скважину.

С помощью ВУК можно наносить удары по прихваченной колонне труб снизу вверх и воздействовать на область при­ хвата импульсно-динамическими силами сверху вниз, вовлекая бурильную колонну в интенсивный колебательный процесс.

В зависимости от вида и характера прихвата ВУК может работать в режимах механического ясса — возбудителя упру­ гих колебаний.

Для ликвидации прихватов, вызванных заклиниванием бу­ рильной компоновки в деформированных участках ствола скважины или посторонними предметами при ее спуске, не­ обходимо использовать ВУК в режиме ударного ясса. В этом случае устройство устанавливают непосредственно над при­ хваченной частью бурильной компоновки под УБТ весом 10 — 15 т. Перед спуском ВУК регулируют по силе расцепления телескопического узла при помощи специального регулиро­ вочного винта. Силу расцепления определяют по номограмме, приведенной в руководстве по применению устройства.

При прихватах вследствие перепада давления или осыпей и обвалов, а также при заклинивании бурильной колонны при подъеме из скважины ВУК используют в режиме возбудителя упругих колебаний, для чего его включают в аварийную ком ­ поновку так, чтобы длина участка между ним и местом при­ хвата была не менее 500 м и не более величины, определяе­

где О — осевая сила расцепления ВУК; q — вес 1 м буриль­ ных труб.

С помощью этого устройства ликвидировали прихваты на нескольких скважинах объединений Оренбургнефть и Узбекнефть.

Одно из основных преимуществ этого устройства — ш и­ рокий диапазон применения, т.е. наряду с ликвидацией за­ клиниваний бурильного инструмента оно используется и при прихватах, вызванных действием перепада давления или вследствие осыпей и обвалов, а также для создания колеба­ ний всей бурильной колонны. Однако ВУК имеет недостат­ ки:

невозможность создания жесткого удара; при сломе штока часть устройства остается в скваншие,

усложняя аварийную ситуацию; сложность изготовления узла сценления и регулировки;

невозможность регулирования режима работы непосредст­ венно в скважине в момент ликвидации прихвата;

сложность обслуживания.

Рис. 7.10. Схема расположения колонны с при­ хваченными трубами:

1 - бурильные трубы; 2 - наковальня; 3 - мо­ лот; 4 - прихваченные трубы

Рис. 7.20. Диаграмма сила - удлинение

Исходя из этого уравнения определяют удлинение свобод­ ной части прихваченной колонны

Принимая во внимание, что динамическая сила

SF

Оа = ^ -Л 7 21 h

а статическая сила, действующая на прихваченную колонну после удара и успокоения,

Fih

Т.е. возможны устройства ударного типа с очень малыми ходами, но тем не менее с высокими динамическими нагруз­ ками в момент удара.

После преобразования выражение (7.8) можно представить

Принимая во внимание, что

где N — сила натяжения, легко получить соотношение

(7.13)

ч > - т т Р —

Обычно в практике F, =>F2, тогда