Ударный яс для применения во внутрискважинном буровом снаряде

Номер патента: 8901

Опубликовано: 31.08.2007

Автор: Марш Брент

Есть еще 5 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Яс для применения во внутрискважинном буровом снаряде, включающий

полый кожух;

шпиндель яса;

замковый переводник постоянного пакера;

по меньшей мере один замковый ключ;

кулачковую поверхность;

камеру;

пружину сжатия и

регулировочное приспособление, в котором

полый кожух поддерживает шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера, которые в нем удерживаются в подвижном состоянии;

шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера соединяются между собой разъемным способом посредством по меньшей мере одного замкового ключа, и каждый указанный замковый ключ находится в подвижном состоянии между запирающим положением, в котором замковый переводник постоянного пакера и шпиндель яса соединены между собой, и разомкнутым положением, позволяющим им отъединиться друг от друга;

кулачковая поверхность может входить в зацепление с каждым указанным замковым ключом, чтобы перемещать каждый указанный замковый ключ из указанного запирающего положения в указанное разомкнутое положение, когда шпиндель яса занимает заданное положение внутри кожуха;

пружина сжатия сдерживается внутри камеры и действует между замковым переводником постоянного пакера и полым кожухом так, чтобы своим давлением отклонить шпиндель яса из заданного положения после его соединения с замковым переводником постоянного пакера; и

регулировочное приспособление включает в себя регулировочный шпиндель, который может вращаться относительно полого кожуха, и имеет внешнюю часть, зацепление с которой может осуществляться снаружи полого кожуха через его стенку, и регулировочную часть, которая посредством резьбового соединения прикрепляется к шпинделю яса таким образом, что вращение регулировочного шпинделя по отношению к шпинделю яса изменяет длину камеры и, следовательно, степень сжатия пружины сжатия.

2. Яс по п.1, в котором шпиндель яса включает в себя концевую часть, выступающую из полого кожуха, и к указанной концевой части снаружи полого кожуха прикрепляется соединительный разъем вспомогательного каната.

3. Яс по п.1, в котором полый кожух включает в себя жестко к нему прикрепленную наковальню, а шпиндель яса включает в себя молот, который может ударять по этой наковальне в результате воздействия натянутого вспомогательного каната, вызывая отделение шпинделя яса от замкового переводника постоянного пакера.

4. Яс по п.1, в котором шпиндель яса включает в себя на одном конце внутри полого кожуха хвостовик, имеющий резьбовую концевую часть, в котором пружина сжатия имеет очертания такой полой цилиндрической формы, что этот хвостовик проходит через ее центральный канал, и в котором регулировочное приспособление включает в себя гайку, которая прикреплена к регулировочному шпинделю и навинчивается на указанную концевую часть хвостовика.

5. Яс по п.1, в котором пружина сжатия включает в себя последовательно, с взаимным зацеплением между собой, первый пружинный сегмент, имеющий первый коэффициент упругости, и второй пружинный сегмент, имеющий второй коэффициент упругости.

6. Яс по п.1, в котором полый кожух содержит выполненное в нем удлиненное сквозное отверстие, позволяющее осуществлять наблюдение за положением регулировочного приспособления по отношению к кожуху.

7. Яс по п.1, в котором полый кожух содержит выполненное в нем удлиненное сквозное отверстие, позволяющее осуществлять наблюдение за положением регулировочного приспособления по отношению к кожуху, а на кожухе рядом с отверстием нанесены один или более указатели интервалов.

8. Яс по п.1, в котором внешняя часть регулировочного шпинделя содержит обруч, который может перемещаться по отношению к остальной части регулировочного шпинделя и имеет выступ, который может входить в зацепление с плечом, помещенным в полом кожухе, и в котором регулировочный шпиндель содержит резьбовой участок, имеющий навинченную на него стопорную гайку, которая при закручивании входит в зацепление с обручем для того, чтобы заставить выступ войти в зацепление с плечом и, таким образом, предупредить действие регулировочного приспособления.

9. Яс по п.1, в котором замковый переводник постоянного пакера включает в себя полую внутреннюю часть, на поверхности которой выполнены два или более зажимных плеча, а каждый указанный замковый ключ имеет по меньшей мере две запорные поверхности, каждая указанная запорная поверхность указанного замкового ключа может входить в зацепление с указанным плечом расположенного рядом замкового переводника постоянного пакера, когда замковый ключ занимает свое запирающее положение со шпинделем яса, впущенного в полую внутреннюю часть замкового переводника постоянного пакера.

10. Яс по п.1, в котором каждый указанный замковый ключ включает в себя один или более упруго деформируемых отклоняющих элементов, которые заставляют каждый указанный замковый ключ сдвигаться по направлению своему запирающему положению.

11. Яс для применения во внутрискважинном буровом снаряде, включающий

полый кожух;

шпиндель яса;

замковый переводник постоянного пакера;

по меньшей мере один замковый ключ;

кулачковую поверхность;

камеру;

пружину сжатия и

регулировочное приспособление, в котором

полый кожух поддерживает шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера, которые в нем удерживаются в подвижном состоянии;

шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера соединяются между собой разъемным способом посредством по меньшей мере одного замкового ключа, каждый указанный замковый ключ находится в подвижном состоянии между запирающим положением, в котором замковый переводник постоянного пакера и шпиндель яса соединены между собой, и разомкнутым положением, позволяющим им отъединиться друг от друга;

кулачковая поверхность может входить в зацепление с одним, по меньшей мере, замковым ключом, чтобы перемещать каждый указанный замковый ключ из его запирающего положения в разомкнутое положение, когда шпиндель яса занимает заданное положение внутри кожуха;

пружина сжатия сдерживается внутри камеры и действует между замковым переводником постоянного пакера и полым кожухом так, чтобы своим давлением отклонить шпиндель яса из заданного положения после его соединения с замковым переводником постоянного пакера;

регулировочное приспособление включает в себя регулировочный шпиндель, который может вращаться относительно полого кожуха, и имеет внешнюю часть, зацепление с которой может осуществляться снаружи полого кожуха, в котором замковый переводник постоянного пакера содержит полую внутреннюю часть, на поверхности которой выполнены два или более зажимных плеча, и

каждый указанный замковый ключ имеет по меньшей мере две запорных поверхности, каждая запорная поверхность указанного замкового ключа может входить в зацепление с указанным плечом замкового переводника постоянного пакера, когда замковый ключ занимает свое запирающее положение со шпинделем яса, впущенного в полую внутреннюю часть замкового переводника постоянного пакера.

12. Яс по п.11, в котором каждый указанный замковый ключ включает в себя один или более упруго деформируемые отклоняющие элементы, которые заставляют его сдвигаться по направлению к своему запирающему положению.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

008901 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к ударному ясу для применения во внутрискважинном буровом снаряде. Уровень техники В нефтяной и газодобывающей промышленности общепринятой практикой является использование буровых снарядов во время проведения работ по разведке нефти или газа или при подготовке ствола скважины к добыче продукции. Эти буровые снаряды опускаются или забиваются в стволы скважин и включают в себя разнообразные устройства, которые при размещении в скважине могут быть задействованы внутри стволов скважин для осуществления заранее установленных задач. Ствол скважины редко бывает прямым и с параллельными сторонами. Иногда причиной этому является необходимость производить бурение участков ствола скважины под углами к другим его частям для того, чтобы избежать прохождения трудных геологических формаций, и что более существенно, с целью удостовериться в том, что ствол скважины по мере возможности максимально проникает в нефтегазоносные площадки. Кроме того, давления, которые имеются под землей в стволах скважин, могут быть очень значительными. Под действием этих давлений глинистые сланцы и другие, относительно мягкие, геологические типы могут вторгаться в ствол скважины и, таким образом, приводить его в неравномерное состояние. Другой причиной неравномерности ствола скважины является так называемое вымывание, которое образуется, когда жидкие потоки в окружающей горной породе вызывают разрушение и/или обвал ствола скважины. Все вышеупомянутые причины неравномерности могут вызвать затруднение при попытке использования оборудования для разведки или добычи внутри ствола скважины. Например, имеет место распространенная для бурового снаряда проблема, когда он при опускании в ствол скважины на вспомогательном канате (т.е. на сравнительно толстом канате, который поддерживает внутрискважинный буровой снаряд, а иногда подводит к нему провода блока передачи информации) проходит через суженный или искривленный участок ствола скважины, а затем застревает в этом месте,когда проволочный канат наматывается, чтобы вытащить буровой снаряд на поверхность. В таких условиях существует предел тягового усилия, которое находящиеся на поверхности операторы могут приложить к вспомогательному канату. Основной причиной этого является риск разрыва каната, в результате которого буровой снаряд останется застрявшим в стволе скважины. В качестве вспомогательного каната обычно используется так называемый тросовый канат,имеющий одинарную стренгу с размером диаметра, как правило, 0,108" или 0,125", или плетеный канат, который является многожильным, со стренгами из более тонкой проволоки, которые скручены или переплетены для придания прочности. Обычно такие канаты бывают с размером диаметра 3/16" и 7/32",а иногда и больше. Канат этого типа более крепкий и чаще применяется в операциях тяжелого режима,таких как ловильные работы. При таких обстоятельствах необходимо смотать всю длину проволочного каната (возможно, более многих десятков тысяч футов), а затем спустить в ствол скважины более крепкий канат с дополнительным оборудованием для зачистки конца разорванного каната и прикрепления к буровому снаряду с тем,чтобы попытаться его вытащить. Эта практика себя не оправдывает, и не в последнюю очередь потому, что она отнимает много времени. Поскольку время эксплуатации нефтяной вышки обычно стоит десятки тысяч долларов в день, необходимо, чтобы операторы буровой установки вызволили застрявшее оборудование как можно быстрее. По этой причине обычным явлением стало включать в буровой снаряд так называемый яс. В общих чертах, механический пружинный яс является устройством, включаемым в буровой снаряд, которое, при необходимости, использует ограниченное тяговое усилие, воспринимаемое через вспомогательный канат, для того, чтобы приложить определенную массу к пружине, преодолевая силу ее сопротивления, а затем освободить ее так, что энергия, возникающая в результате натяжения вспомогательного каната, подталкивает эту массу в часть бурового снаряда. Это сообщает импульс буровому снаряду, который часто достаточен для того, чтобы освободить застрявший инструмент. В патентах под номерами US 5052485 и US 5267613 имеется описание двух известных типов яса. Известен метод, когда в ясе бурового снаряда предусматривается регулировочный механизм для регулирования тягового усилия, необходимого для натяжения вспомогательного каната. Это делает возможным привести в соответствие силу, требуемую для управления ясом, и прочность используемого вспомогательного каната и/или массу бурового снаряда, прежде чем буровой снаряд помещен в ствол скважины. Одна из известных форм яса представляет собой цилиндрический кожух, имеющий полую внутрен-1 008901 нюю часть цилиндрической формы. В этой внутренней части шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера прикреплены друг к другу посредством разъемного соединения, и в рабочем положении шпиндель яса размещается над замковым переводником постоянного пакера. Замковый переводник постоянного пакера имеет обруч или выпуклость другого вида, который подпирает пружину сжатия, очерчивающую полый цилиндр. Замковый переводник постоянного пакера и/или шпиндель яса проходит вдоль центра пружины, конец которой, расположенный напротив обруча,упирается в следующую выпуклость, которая выдается из стенки полого кожуха. Следующая выпуклость и обруч между ними определяют границы продолговатой камеры, в которой находится пружина сжатия. Средство, обеспечивающее соединение между собой шпинделя яса и замкового переводника постоянного пакера, включает в себя кольцеобразную группу замковых ключей, которые могут перемещаться в радиальном направлении во внутреннюю и наружную сторону по отношению к шпинделю яса. Система пружин или других упруго деформируемых деталей вынуждает замковые ключи перемещаться в наружное в радиальном направлении положение, в котором они входят в зацепление с желобком или углублением, сформированным радиально во внутренней поверхности в верхней концевой части полого цилиндрического замкового переводника постоянного пакера. Желобок выполняется посредством машинной обработки в процессе изготовления замкового переводника постоянного пакера, чтобы ограничить кольцеобразное плечо профиля, соответствующего замковым ключам. Внутренняя часть кожуха содержит одну или более кулачковую поверхность, которая при движении шпинделя яса по кожуху вверх задействует замковые ключи. Это вынуждает замковые ключи двигаться во внутреннем направлении по отношению к шпинделю яса. Это, в свою очередь, приводит к их высвобождению из зажимных пальцев замкового переводника постоянного пакера. Когда шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера скреплены между собой, любое подобное движение шпинделя яса по направлению вверх вызывает аналогичное движение замкового переводника постоянного пакера. Поэтому первоначальное движение происходит с преодолением сопротивления пружины сжатия, действующим между обручем и выпуклостью, выступающей из стенки кожуха. Таким образом, когда кулачковая поверхность высвобождает замковые ключи из зажимных пальцев, накопленный во вспомогательном канате запас потенциальной энергии немедленно реагирует и проталкивает шпиндель яса внутри кожуха дальше вверх, и заставляет деталь в форме молота, прикрепленную к шпинделю яса, ударить по установленной внутри кожуха наковальне, и, таким образом, передать действующий в вертикальном направлении импульс кожуху, а от него и следующей части прикрепленного к нему бурового снаряда. Часть шпинделя яса, которая находится в его верхней части, выдается из него через отверстие в верхней концевой части кожуха. Этот конец шпинделя яса содержит обыкновенный канатный замок для прикрепления к вспомогательному канату такого типа, что, когда буровой снаряд застревает в скважине, этот вспомогательный канат используется для вытягивания шпинделя яса и замкового переводника постоянного пакера вверх,преодолевая действие силы сопротивления пружины сжатия до тех пор, пока кулачковая поверхность не высвобождает замковые ключи из зажимных пальцев. В типовом варианте буровой снаряд включает в себя несколько грузовых штанг, размещенных непосредственно под канатным замком. Во время движения шпинделя яса и замкового переводника постоянного пакера вверх вспомогательный канат натягивается. Когда замковые ключи высвобождаются, накопленная во вспомогательном канате потенциальная энергии превращается в кинетическую энергию,которая разгоняет массу грузовых штанг. Быстрое движение грузовых штанг по направлению вверх устремляет молот к наковальне, чтобы придать импульс застрявшему инструменту, как это было изложено выше. Посредством этого буровому снаряду можно передавать значительные импульсы. Длина замкового переводника постоянного пакера по отношению к шпинделю яса может эффективно регулироваться, поскольку его верхняя концевая часть проходит через перемычку в нижней концевой части кожуха, а размеры замкового переводника постоянного пакера над перемычкой и отверстия,через которое он проходит, предусмотрены так, чтобы предотвратить обратный ход замкового переводника постоянного пакера через перемычку вниз. Противоположная (в процессе работы нижняя) концевая часть замкового переводника постоянного пакера вытянута в направлении открытой нижней концевой части кожуха и имеет резьбовую нарезку. Установочная гайка навинчивается на эту концевую часть выступающего резьбового участка. Таким образом, с помощью гаечного ключа можно перемещать установочную гайку вверх и вниз относительно кожуха, проворачивая установочную гайку по часовой стрелке или против часовой стрелки. Поскольку пружина сжатия находится между упомянутой выше перемычкой и шайбой, расположенной на установочной гайке, так, что она опоясывает замковый переводник постоянного пакера, регулирование установочной гайки таким способом изменяет длину камеры, в которой содержится пружина-2 008901 сжатия. Такое регулирование длины камеры, в свою очередь, изменяет предварительную нагрузку, прилагаемую к пружине сжатия. А это, в свою очередь, оказывает воздействие на силу, которая требуется для вытягивания замкового переводника постоянного пакера и шпинделя яса вверх, до тех пор, пока замковые ключи не войдут в зацепление с кулачковой поверхностью. Таким образом, можно привести в соответствие эксплуатационную нагрузку яса к прочности вспомогательного каната, используемого для опускания и/или контролирования натяжки бурильной колонны; и/или к массе бурового снаряда, посредством изменения эффективной жесткости яса. В случае, если уровень предварительной нагрузки высокий, натягивание вспомогательного каната начинается с более низкого напряженного состояния, чем в случае, если уровень предварительной нагрузки меньше (что в результате делает систему в целом менее натянутой). Тем не менее, описанный выше метод регулирования эксплуатационной нагрузки является неудобным. Главным образом, причиной этого является необходимость вывертывания яса из бурового снаряда для того, чтобы осуществить регулирование. Это, в свою очередь, влечет за собой необходимость извлечения бурового снаряда, возможно, с самой глубины протяженной скважины, к позиции на поверхности скважины. Это может занять несколько часов. После этого требуется извлечь буровой снаряд из скважины, отсоединить вспомогательный канат от верхней концевой части яса и извлечь яс из бурового снаряда. И только после этого можно подобраться с гаечным ключом к установочной гайке, которая расположена в свободной нижней концевой части яса. Затем, следуя этим же этапам, начинается отнимающий много времени процесс повторной сборки бурового снаряда и его опускания обратно в скважину. Принимая во внимание значительные издержки, связанные с вынужденным простоем установок для бурения нефтяных и газовых скважин, существует растущая потребность в более эффективном методе регулирования эксплуатационной нагрузки механического пружинного яса. Более того, за последние годы прочность вспомогательных канатов, в основном, увеличилась. Это означает, что вспомогательные канаты способны оперировать ясами, размер пружин которых и величины эксплуатационных нагрузок постоянно увеличиваются. Несмотря на это, плечо замкового переводника постоянного пакера и замковые ключи ограничивают нагрузки, при которых происходит отделение шпинделя яса от замкового переводника постоянного пакера. В частности, известное сочетание замкового ключа и желобка замкового переводника постоянного пакера включает в себя замковый ключ, имеющий искривленную наружную поверхность, которая представляет собой углубление, имеющее одно или более плечо, лицевая сторона которого направлена вверх. Желобок замкового переводника постоянного пакера имеет выступ формы, сопряженной с углублением. Большие нагрузки в процессе работы вспомогательного каната вызывают скольжение этих пар выпуклостей относительно друг друга, тем самым, вызывая отделение шпинделя яса от замкового переводника постоянного пакера еще до того, как замковые ключи входят в зацепление с кулачковой поверхностью. К тому же, многократное использование высоких нагрузок вызывает преждевременный износ замковых ключей и желобка. Таким образом, существует потребность совершенствования конструкции яса для осуществления более эффективного закрепления его компонентов между собой до их намеренного разъединения. Сущность изобретения В соответствии с первым аспектом изобретения яс для применения во внутрискважинном буровом снаряде содержит полый кожух; шпиндель яса; замковый переводник постоянного пакера; по меньшей мере один замковый ключ; кулачковую поверхность; камеру; пружину сжатия и регулировочное приспособление, в котором полый кожух поддерживает шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера, которые в нем удерживаются в подвижном состоянии; шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера соединяются между собой разъемным способом посредством по меньшей мере одного замкового ключа, и каждый указанный по меньшей мере один замковый ключ находится в подвижном состоянии между запирающим положением, в котором замковый переводник постоянного пакера и шпиндель яса соединены между собой, и разомкнутым положением, позволяющим им отъединиться друг от друга; кулачковая поверхность может входить в зацепление с одним, по меньшей мере, замковым ключом,-3 008901 чтобы перемещать по меньшей мере один замковый ключ из указанного запирающего положения в указанное разомкнутое положение, когда шпиндель яса занимает заданное положение внутри кожуха; пружина сжатия сдерживается внутри камеры и действует между замковым переводником постоянного пакера и полым кожухом так, чтобы своим давлением отклонить шпиндель яса из заданного положения после его соединения с замковым переводником постоянного пакера; и регулировочное приспособление включает в себя регулировочный шпиндель, который может вращаться относительно полого кожуха, и имеет внешнюю часть, зацепление с которой может осуществляться снаружи полого кожуха через его стенку, и регулировочную часть, которая посредством резьбового соединения прикрепляется к шпинделю яса таким образом, что вращение регулировочного шпинделя по отношению к шпинделю яса изменяет длину камеры и, следовательно, степень сокращения пружины сжатия. Это устройство позволяет успешно осуществлять регулирование предварительной нагрузки на пружину сжатия яса без необходимости демонтажа бурового снаряда, частью которого является яс. Это сокращает время вынужденного простоя буровой установки. Удобным является то, что шпиндель яса включает в себя концевую часть, выступающую из полого кожуха; к этой концевой части снаружи полого кожуха прикрепляется соединительный разъем вспомогательного каната. Более предпочтительным является то, что полый кожух включает в себя жестко к нему прикрепленную, обычно изнутри, наковальню; а шпиндель яса включает в себя деталь в форме молота, которая может ударять по этой наковальне в результате воздействия натянутого вспомогательного каната, вызывая отделение шпинделя яса от замкового переводника постоянного пакера. Упомянутые выше характерные особенности успешно позволяют ясу согласно настоящему изобретению иметь характеристики традиционных ясов, которые известны тем, кто имеет опыт в этой области техники. Предпочтительным является то, что регулировочный шпиндель на одном конце внутри полого кожуха содержит хвостовик, имеющий резьбовую концевую часть, а пружина сжатия имеет очертания такой полой цилиндрической формы, что этот хвостовик выступает наружу через ее центральный канал; регулировочное приспособление, включающее в себя гайку, которая прикреплена к регулировочному шпинделю и навинчивается на указанную концевую часть хвостовика. Преимущественным является то, что это устройство компактное. Это дает возможность беспрепятственного внедрения описанного выше регулировочного приспособления. Удобным является то, что пружина сжатия включает в себя последовательно, с взаимным зацеплением между собой, первый пружинный сегмент, имеющий первый коэффициент упругости, и второй пружинный сегмент, имеющий второй коэффициент упругости. Удобным является то, что полый кожух содержит выполненное в нем удлиненное сквозное отверстие, которое позволяет осуществлять наблюдение за положением регулировочного приспособления по отношению к кожуху. Также предпочтительным является то, что на кожухе, рядом с отверстием, нанесены один или более указатели интервалов. Это дает возможность настройки регулировочного приспособления для задания заранее установленной степени предварительной нагрузки на пружину сжатия. В типовом варианте на кожухе нанесены три указателя интервалов (хотя возможно нанесение и другого количества указателей), по сути соответствующие известным уровням предварительной нагрузки низкий, средний и высокий. В наиболее предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения внешняя часть регулировочного шпинделя включает в себя яс, как описано выше; эта внешняя часть регулировочного шпинделя содержит обруч, который может перемещаться по отношению к остальной части регулировочного шпинделя и имеет выступ, который может входить в зацепление с плечом, помещенным в полом кожухе; этот регулировочный шпиндель содержит резьбовой участок, имеющий навинченную на него стопорную гайку, которая при закручивании входит в зацепление с обручем для того, чтобы заставить выступ войти в зацепление с плечом и, таким образом, предупредить действие регулировочного приспособления. Также предпочтительным является то, что замковый переводник постоянного пакера включает в себя полую внутреннюю часть, на поверхности которой выполнены два или более зажимных плеча; а каждый замковый ключ имеет по меньшей мере две запорных поверхности, каждая запорная поверхность указанного замкового ключа может входить в зацепление с указанным плечом расположенного рядом замкового переводника постоянного пакера, когда замковый ключ занимает свое запирающее положение со шпинделем яса, впущенного в полую внутреннюю часть замкового переводника постоянного пакера. Это устройство успешно решает известную в прежней технологии проблему вспомогательных канатов высокой прочности, позволяющих использовать нагрузки, которые вызывают преждевременное отделение шпинделя яса от компонентов замкового переводника постоянного пакера традиционных ясов.-4 008901 В одном из вариантов выполнения этого изобретения каждый указанный замковый ключ включает в себя один или более упруго деформируемых отклоняющих элементов, которые заставляют его сдвигаться по направлению своему запирающему положению. Права настоящего изобретения также распространяются на яс для применения во внутрискважинном буровом снаряде, содержащем полый кожух; шпиндель яса; замковый переводник постоянного пакера; по меньшей мере один замковый ключ; кулачковую поверхность; камеру; пружину сжатия и регулировочное приспособление, в котором полый кожух поддерживает шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера, которые в нем удерживаются в подвижном состоянии; шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера соединяются между собой разъемным способом посредством по меньшей мере одного замкового ключа, и каждый указанный по меньшей мере один запорный ключ находится в подвижном состоянии между запирающим положением, в котором замковый переводник постоянного пакера и шпиндель яса соединены между собой, и разомкнутым положением, позволяющим им отъединиться друг от друга; кулачковая поверхность может входить в зацепление с одним, по меньшей мере, замковым ключом,чтобы перемещать его из указанного своего запирающего положения в свое разомкнутое положение,когда шпиндель яса занимает заданное положение внутри кожуха; пружина сжатия сдерживается внутри камеры и действует между замковым переводником постоянного пакера и полым кожухом так, чтобы своим давлением отклонить шпиндель яса из заданного положения после его соединения с замковым переводником постоянного пакера; регулировочное приспособление включает в себя регулировочный шпиндель, который может вращаться относительно полого кожуха, и имеет внешнюю часть, зацепление с которой может осуществляться снаружи полого кожуха, в котором замковый переводник постоянного пакера содержит полую внутреннюю часть, на поверхности которой выполнены два или более зажимных плеча; и каждый замковый ключ имеет по меньшей мере две запорные поверхности, каждая запорная поверхность указанного замкового ключа может входить в зацепление с указанным плечом замкового переводника постоянного пакера, когда замковый ключ занимает свое запирающее положение со шпинделем яса, впущенного в полую внутреннюю часть замкового переводника постоянного пакера. Другими словами, права настоящего изобретения распространяются на яс, имеющий двойную поверхность замковых ключей, речь о которых шла выше, при отсутствии регулировочного механизма,также описанного здесь. Сопроводительные чертежи, которые включены в содержание и составляют часть настоящего подробного изложения, иллюстрируют один вариант выполнения изобретения и, вместе с эти описанием,являются полезными для объяснения принципов этого изобретения. Краткое описание чертежей Фиг. 1 - вид продольного сечения яса согласно изобретению; фиг. 1 а - вид выделенного кружком участка фиг. 1 в увеличенном масштабе; фиг. 2 - вид выделенного штрихпунктирной линией участка фиг. 1 в увеличенном масштабе; и фиг. 2 а - вид выделенного кружком участка фиг. 2 в увеличенном масштабе. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Далее дается подробная характеристика варианта выполнения настоящего изобретения, пример которого показан на сопроводительных чертежах. На всех чертежах, где возможно, использованы те же самые номера для ссылок в отношении одинаковых или похожих деталей. На чертежах, которые представляют не имеющий ограничений пример предпочтительного варианта выполнения изобретения, яс 10 включает в себя полый, цилиндрический кожух 11, в типовом обычно изготовляемый из высококачественной стали или любого другого материала из ассортимента, который обыкновенно используется при производстве внутрискважинных инструментов. Удлиненный, полый кожух 11 имеет удлиненную, полую, цилиндрическую внутреннюю часть 12,внутри которой шпиндель яса 13 и замковый переводник постоянного пакера 14 удерживаются таким образом, что могут плавно скользить в продольном направлении внутри внутренней части 12. Яс 10 показан в конфигурации, когда он находится в рабочем состоянии, в котором шпиндель яса 13 располагается над запорным шпинделем 14. Шпиндель яса 13 и замковый переводник постоянного пакера 14 являются компонентами цилиндрической формы с диаметром, как правило, несколько меньшего размера, чем диаметр внутренней части 12, в результате чего они представляют собой соединение со скользящей посадкой во внутренней части 12.-5 008901 Общая длина шпинделя яса 13 и замкового переводника постоянного пакера 14 меньше, чем габаритная длина полой внутренней части 12, что позволяет осуществлять упомянутое выше скользящее движение. Шпиндель яса имеет вокруг своей цилиндрической нижней концевой части 13 а группу прикрепленных к ней и расположенных по окружности замковых ключей 16, которые обеспечивают закрепление друг с другом шпинделя яса 13 и замкового переводника постоянного пакера 14. В представленном варианте выполнения имеется два замковых ключа 16, расположенных с интервалом в 180 по делительной окружности, очерченной цилиндрической нижней концевой частью 13 а. В других предпочтительных вариантах выполнения изобретения возможно применение другого количества замковых ключей. Полая внутренняя часть 12 содержит кулачковую поверхность 17, которая в варианте выполнения изобретения, представленном в чертежах, ограничивается гильзой 18, закрепленной на внутренней поверхности внутренней части 12, и вводной поверхностью 19, сходящей внутри на конус в радиальном направлении. Таким образом, кулачковая поверхность 17 является зоной внутренней части 12, которая при равномерном и постепенном уменьшении диаметра ведет в плоскопараллельный участок 19. В объеме настоящего изобретения, несомненно, возможно применение других средств для формирования кулачковой поверхности 17. Например, гильзу 18 может заменить или дополнить ряд выступов. Полая внутренняя поверхность 12, расположенная рядом с верхней концевой частью запорного шпинделя 14, определяет границы направленного лицевой стороной вниз плеча 22, ограничивая один конец полой камеры 23. Камера 23 является удлиненной камерой цилиндрической формы, содержащей пружину сжатия 24,форма которой, по существу, представляет собой полый цилиндр. Верхний конец пружины сжатия 24 оказывает сопротивление плечу 22. Нижний конец пружины сжатия 24 оказывает сопротивление установочной гайке 26, описанной ниже более подробно, которая ограничивает нижний конец камеры 23. Яс 10 содержит регулировочное приспособление, изображаемое, как правило, под ссылочным номером 27. Шпиндель яса 13 включает в себя деталь в форме молота 28, жестко прикрепленную к нему над гильзой 18, через которую выступает шпиндель яса. Деталь в форме молота 28 выполнена в виде бобышки с пазами. Таким образом, цилиндрическая бобышка разделена четырьмя разделенными между собой одинаковыми угловыми интервалами и удлиненными пазами 29, чтобы определить границы четырех четвертьцилиндрических площадок 31. Назначение пазов 29 заключается в том, чтобы позволить текучей среде протекать мимо молота 28,тем самым сводя на нет любой эффект поршня, который в противном случае может проявиться в полой внутренней части 12. В результате шпиндель яса 13 может плавно скользить в продольном направлении и вращаться внутри внутренней части 12, вдоль участков, обозначенных ссылочными позициями 32 и 33. Деталь в форме молота 28 прикреплена к шпинделю яса 13 посредством зацепляемых между собой резьбовых деталей. Для предотвращения вращения детали в форме молота 28 относительно шпинделя яса 13 можно использовать стопорные винты или другие защитные средства. Как хорошо видно из фиг. 2 и 2 а, каждый замковый ключ 16 удерживается в состоянии подвижного соединения по отношению к цилиндрической нижней концевой части шпинделя яса 13. Каждый замковый ключ 16 может перемещаться в радиальном направлении вверх и вниз по отношению к шпинделю яса 14. Соответствующая пружина сжатия 36 действует в радиальном направлении между шпинделем яса 13 и каждым концом каждого замкового ключа 16 таким образом, чтобы заставить замковые ключи отклониться в крайнее от центра (запирающее) положение по отношению к шпинделю яса 13. Несмотря на то, что это не видно из фиг. 2, пружины сжатия 36 жестко прикреплены каждым концом соответственно к части замкового ключа и желобку 37, выполненному в цилиндрической конечной части шпинделя яса 13, тем самым, предотвращая полное отделение в радиальном направлении замковых ключей от шпинделя яса 13. Отклоненные пружинами сжатия 36 замковые ключи 16 занимают запирающее положение, давая возможность передаваемой нагрузке скрепить между собой шпиндель яса 13 и замковый переводник постоянного пакера 14. Когда замковые ключи 16 сжимаются внутрь в радиальном направлении под действием пружины сжатия 36, они занимают разомкнутое положение, при котором шпиндель яса 13 и замковый переводник постоянного пакера 14 отделяются один от другого. Каждый замковый ключ 16 включает в себя пару расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении поверхностей 20, выдающихся в рабочем состоянии внутрь и ограниченных желобками, как показано на фиг. 2. Яс 10 включает в себя полую внутреннюю часть цилиндрической формы, которая имеет выполненный на ее внутренней поверхности запирающий желобок 38 в верхней концевой части замкового пере-6 008901 водника постоянного пакера 14. Запирающий желобок 38 определяет границы пары расположенных на расстоянии друг от друга в радиальном направлении и направленных внутрь выступов 41, размещаемых при рабочем состоянии яса один над другим. Как показано, эти выступы ограничивают пару плеч 39 а, 39b, лицевые стороны которых направлены вниз. Когда, как показано, запирающий желобок 38 располагается над замковыми ключами 16, и последние занимают свое запирающее положение, в которое они выдавливаются пружинами 36, плечи 39 а,b,ограниченные выступами 41 и поверхностями 20, входят в зацепление, чтобы дать возможность передачи сил, действующих в продольном направлении между замковым переводником постоянного пакера 14 и шпинделя яса 13. Присутствие в запирающем желобке 38 двух плеч 39, которые находятся в зацеплении соответственно с парой направленных вверх поверхностей, выполненных в замковых ключах 16, придает значительно большую надежность соединению между шпинделем яса 13 и замковым переводником постоянного пакера 14, чем это было возможно до настоящего времени. Кулачковая поверхность 17 может входить в зацепление с ведомой поверхностью 42, выполненной на верхней, внешней концевой части каждого из замковых ключей 16. Вследствие этого при движении шпинделя яса вверх по отношению к кожуху 11 (в результате направленной вверх тяги, приложенной к шпинделю яса 13), ведомая поверхность 42 каждого из замковых ключей 16 входит в зацепление с коническим вводным участком 19 кулачковой поверхности 17, таким образом, подталкивая замковые ключи 16 в радиальном направлении внутрь по отношению к шпинделю яса 13, и вынуждая их отъединиться от запирающего желобка 38 к тому моменту, когда замковые ключи 16 в значительной степени или полностью входят в имеющую параллельные стороны часть 21 гильзы 18, ограничивающей кулачковую поверхность 17. Пружина сжатия 24 расположена в пределах камеры 23 и, как уже отмечено, действует между установочной гайкой 26 и плечом 22, являющимся частью полого кожуха 11. Как описано ниже, установочная гайка 26 прикреплена к замковому переводнику постоянного пакера 14 и является его частью, таким образом, отклоняя шпиндель яса 13, когда он находится в соединении с замковым переводником постоянного пакера 14, из положения, в котором ведомые поверхности 42 входят в зацепление с кулачковой поверхностью 17. Самый верхний конец шпинделя яса 13 выдается через отверстие 43, имеющееся в самой верхней концевой части кожуха 11. Свободный верхний конец шпинделя яса 13 завершается соединительным разъемом 44 канатного замка вспомогательного каната или другим типом соединительного звена стандартной конструкции. Когда буровой снаряд, в котором закреплен яс 10 согласно настоящему изобретению, застревает в стволе скважины, сила натяжения, прикладываемая через вспомогательный канат, прикрепленный к соединительному разъему 44, будет тянуть вверх шпиндель яса 13 и замковый переводник постоянного пакера, когда последний с ним соединен. Это будет происходить с преодолением силы упругости пружины сжатия 24, которая в процессе такого движения будет сжиматься между установочной гайкой 26 и плечом 22 до тех пор, пока ведомые поверхности 42 соответствующих замковых ключей 16 не войдут в зацепление с кулачковой поверхностью 17, тем самым, вызывая отсоединение шпинделя яса от замкового переводника постоянного пакера 14. В этот момент потенциальная энергия во вспомогательном канате превращается в кинетическую энергию, которая резко выталкивает вверх шпиндель яса 13. Поскольку в типовом варианте яс 10 содержит несколько грузовых штанг, закрепленных непосредственно под канатным замком 24, они также выталкиваются вверх со значительным импульсом кинетической энергии. Это заставляет деталь в форме молота 28 ударить по концу наковальни, выполненной в форме гильзы 34 и расположенной на одной линии с находящейся в рабочем положении верхней концевой частью внутренней части кожуха 11, и, тем самым, передать импульс ей. Он передается через плечо 46 кожуху 11. Последний, в свою очередь, прикладывает импульс к буровому снаряду под ясом с целью освободить застрявшее оборудование. Как уже рассматривалось выше, желательно регулировать эффективную степень сжатия пружины 24 для того, чтобы привести в соответствие отличающиеся пределы прочности на растяжение вспомогательного каната, используемого в сочетании с ясом 10, и отличающиеся массы буровых снарядов. По этой причине, как уже отмечалось, важно, чтобы соединение между шпинделем яса и замковым переводником постоянного пакера разъединилось до того момента, когда напряжение во вспомогательном канате вызовет разрыв самого вспомогательного каната. С этой целью яс 10 согласно настоящему изобретению включает в себя регулировочный шпиндель 47, являющийся частью регулировочного приспособления 27. Регулировочный шпиндель 47 может вращаться относительно кожуха 11. Регулировочный шпиндель 47 включает в себя цилиндрический участок 48, размещенный внутри полого кожуха 11 в зоне, расположенной под пружиной сжатия 24, и внешний участок 49, который мож-7 008901 но вводить в зацепление, например, вручную или с использованием инструмента снаружи полого кожуха 11 через его стенку. В этом заключается отличие от регулировочного приспособления прежней технологии, в которой установочная гайка открыта для доступа только через самую низкую часть регулировочного приспособления яса 10. Регулировочный шпиндель включает в себя регулировочный участок 51, который представляет собой полую деталь цилиндрической формы, прикрепленную к регулировочному шпинделю 47 так, чтобы иметь возможность вращаться вместе с ним. Регулировочный участок 51 заканчивается установочной гайкой 26. Замковый переводник постоянного пакера 14 включает в себя вал, или хвостовик, 12, выступающий по направлению вниз из цилиндрического участка 39. Вал 52 выступает через центральный канал, ограниченный пружиной сжатия 24, и заканчивается резьбовым участком 53, расположенным в самой низкой конечной части рабочего состояния этой пружины. Установочная гайка 26 навертывается на резьбовой участок 53. Внешний участок 49 регулировочного шпинделя 47 включает в себя кольцеобразный выступ 54, который входит в зацепление с кольцевидным плечом 56 в нижней концевой части кожуха 11. Таким образом, вращение регулировочного шпинделя 49, вследствие введения в зацепление его внешнего участка 49, вызывает вращение установочной гайки 26 на регулировочном участке 51. Это вызывает затягивание или ослабление установочной гайки 26 на резьбовом конечном участке 53 хвостовика 52, тем самым, регулируя длину камеры 23 и прикладывая к пружине сжатия 24 предварительную нагрузку большей или меньшей величины, в зависимости от желания потребителя. Поскольку величина предварительной нагрузки оказывает влияние на то, с какой легкостью можно тянуть замковый переводник постоянного пакера вверх относительно кожуха 11, вращение регулировочного шпинделя позволяет беспрепятственно приводить в соответствие разные пределы прочности на растяжение вспомогательного каната и веса бурового снаряда. Поскольку регулировочный шпиндель 47 открыт для доступа снаружи кожуха 11, без необходимости извлечения яса 10 из бурового снаряда, процесс регулирования облегчается и становится значительно быстрее, чем при использовании технических приемов прежней технологии. В устройстве настоящего изобретения кольцеобразная концевая часть гильзы 34 служит в качестве детали, выполняющей функции наковальни. Тем не менее, в объеме настоящего изобретения возможно применение других форм детали в форме молота 38 и детали в форме наковальни 34, помимо тех, которые представлены в этом примере. Как ясно следует из фиг. 1 и 2, в предпочтительном варианте выполнения пружина сжатия 24 является комбинированной пружиной, содержащей два пружинных участка 57 и 58 с разными коэффициентами упругости. Каждый из пружинных участков 57, 58, представленных в настоящем предпочтительном варианте выполнения, состоит из ряда пружинных дисков, скомпонованных в один блок. Тем не менее, в объеме настоящего изобретения возможно применение большого количества других равноценных устройств. Кожух 11 включает в себя выполненное в нем удлиненное сквозное окно 59, через которое можно увидеть размещение установочной гайки 26 относительно хвостовика 52, и, следовательно, установить величину предварительной нагрузки, прикладываемой к пружине сжатия 24. На стенке кожуха 11, расположенной рядом с окном 59, нанесен ряд меток или других знаков 61,которые обеспечивают ориентировочную индикацию приложенной предварительной нагрузки. На практике применяются три метки 61, которые нанесены на приблизительно одинаковом расстоянии друг от друга, чтобы показать положения установочной гайки 26,соответствующие низкому,среднему и высокому уровням предварительной нагрузки соответственно. В самом низу регулировочного шпинделя 47, под внешним участком 49, имеется выступающий вниз цилиндрический резьбовой участок 62, на который навинчивается стандартный для буровых снарядов соединительный разъем 63. В объеме настоящего изобретения возможно применение других типов соединительного разъема,помимо того, который представлен в этом примере. Например, можно использовать соединительный разъем запирающего механизма вспомогательного каната, такой как представлен в американской патентной заявке 09/730544. На части цилиндрического участка 62, размещенной между соединительным разъемом 63 бурового снаряда и внешним участком 49 регулировочного шпинделя 47, находится стопорная гайка 64, которая навинчивается на цилиндрический участок 62. При затягивании на детали 49 стопорная гайка 64 вынуждает выступ 54 войти во фрикционное зацепление с плечом 56, тем самым, предотвращая вращение установочной гайки 26 относительно хвостовика 52. Это, в свою очередь, фиксирует заранее установленную величину предварительной нагрузки, действующей на пружину сжатия 24. Яс согласно настоящему изобретению может использоваться с вспомогательными канатами для сверхбольших нагрузок с большей скоростью и надежностью, чем это было возможно в прежней технологии.-8 008901 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Яс для применения во внутрискважинном буровом снаряде, включающий полый кожух; шпиндель яса; замковый переводник постоянного пакера; по меньшей мере один замковый ключ; кулачковую поверхность; камеру; пружину сжатия и регулировочное приспособление, в котором полый кожух поддерживает шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера, которые в нем удерживаются в подвижном состоянии; шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера соединяются между собой разъемным способом посредством по меньшей мере одного замкового ключа, и каждый указанный замковый ключ находится в подвижном состоянии между запирающим положением, в котором замковый переводник постоянного пакера и шпиндель яса соединены между собой, и разомкнутым положением, позволяющим им отъединиться друг от друга; кулачковая поверхность может входить в зацепление с каждым указанным замковым ключом, чтобы перемещать каждый указанный замковый ключ из указанного запирающего положения в указанное разомкнутое положение, когда шпиндель яса занимает заданное положение внутри кожуха; пружина сжатия сдерживается внутри камеры и действует между замковым переводником постоянного пакера и полым кожухом так, чтобы своим давлением отклонить шпиндель яса из заданного положения после его соединения с замковым переводником постоянного пакера; и регулировочное приспособление включает в себя регулировочный шпиндель, который может вращаться относительно полого кожуха, и имеет внешнюю часть, зацепление с которой может осуществляться снаружи полого кожуха через его стенку, и регулировочную часть, которая посредством резьбового соединения прикрепляется к шпинделю яса таким образом, что вращение регулировочного шпинделя по отношению к шпинделю яса изменяет длину камеры и, следовательно, степень сжатия пружины сжатия. 2. Яс по п.1, в котором шпиндель яса включает в себя концевую часть, выступающую из полого кожуха, и к указанной концевой части снаружи полого кожуха прикрепляется соединительный разъем вспомогательного каната. 3. Яс по п.1, в котором полый кожух включает в себя жестко к нему прикрепленную наковальню, а шпиндель яса включает в себя молот, который может ударять по этой наковальне в результате воздействия натянутого вспомогательного каната, вызывая отделение шпинделя яса от замкового переводника постоянного пакера. 4. Яс по п.1, в котором шпиндель яса включает в себя на одном конце внутри полого кожуха хвостовик, имеющий резьбовую концевую часть, в котором пружина сжатия имеет очертания такой полой цилиндрической формы, что этот хвостовик проходит через ее центральный канал, и в котором регулировочное приспособление включает в себя гайку, которая прикреплена к регулировочному шпинделю и навинчивается на указанную концевую часть хвостовика. 5. Яс по п.1, в котором пружина сжатия включает в себя последовательно, с взаимным зацеплением между собой, первый пружинный сегмент, имеющий первый коэффициент упругости, и второй пружинный сегмент, имеющий второй коэффициент упругости. 6. Яс по п.1, в котором полый кожух содержит выполненное в нем удлиненное сквозное отверстие,позволяющее осуществлять наблюдение за положением регулировочного приспособления по отношению к кожуху. 7. Яс по п.1, в котором полый кожух содержит выполненное в нем удлиненное сквозное отверстие,позволяющее осуществлять наблюдение за положением регулировочного приспособления по отношению к кожуху, а на кожухе рядом с отверстием нанесены один или более указатели интервалов. 8. Яс по п.1, в котором внешняя часть регулировочного шпинделя содержит обруч, который может перемещаться по отношению к остальной части регулировочного шпинделя и имеет выступ, который может входить в зацепление с плечом, помещенным в полом кожухе, и в котором регулировочный шпиндель содержит резьбовой участок, имеющий навинченную на него стопорную гайку, которая при закручивании входит в зацепление с обручем для того, чтобы заставить выступ войти в зацепление с плечом и,таким образом, предупредить действие регулировочного приспособления. 9. Яс по п.1, в котором замковый переводник постоянного пакера включает в себя полую внутреннюю часть, на поверхности которой выполнены два или более зажимных плеча, а каждый указанный замковый ключ имеет по меньшей мере две запорные поверхности, каждая указанная запорная поверхность указанного замкового ключа может входить в зацепление с указанным плечом расположенного рядом замкового переводника постоянного пакера, когда замковый ключ занимает свое запирающее по-9 008901 ложение со шпинделем яса, впущенного в полую внутреннюю часть замкового переводника постоянного пакера. 10. Яс по п.1, в котором каждый указанный замковый ключ включает в себя один или более упруго деформируемых отклоняющих элементов, которые заставляют каждый указанный замковый ключ сдвигаться по направлению своему запирающему положению. 11. Яс для применения во внутрискважинном буровом снаряде, включающий полый кожух; шпиндель яса; замковый переводник постоянного пакера; по меньшей мере один замковый ключ; кулачковую поверхность; камеру; пружину сжатия и регулировочное приспособление, в котором полый кожух поддерживает шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера, которые в нем удерживаются в подвижном состоянии; шпиндель яса и замковый переводник постоянного пакера соединяются между собой разъемным способом посредством по меньшей мере одного замкового ключа, каждый указанный замковый ключ находится в подвижном состоянии между запирающим положением, в котором замковый переводник постоянного пакера и шпиндель яса соединены между собой, и разомкнутым положением, позволяющим им отъединиться друг от друга; кулачковая поверхность может входить в зацепление с одним, по меньшей мере, замковым ключом,чтобы перемещать каждый указанный замковый ключ из его запирающего положения в разомкнутое положение, когда шпиндель яса занимает заданное положение внутри кожуха; пружина сжатия сдерживается внутри камеры и действует между замковым переводником постоянного пакера и полым кожухом так, чтобы своим давлением отклонить шпиндель яса из заданного положения после его соединения с замковым переводником постоянного пакера; регулировочное приспособление включает в себя регулировочный шпиндель, который может вращаться относительно полого кожуха, и имеет внешнюю часть, зацепление с которой может осуществляться снаружи полого кожуха, в котором замковый переводник постоянного пакера содержит полую внутреннюю часть, на поверхности которой выполнены два или более зажимных плеча, и каждый указанный замковый ключ имеет по меньшей мере две запорных поверхности, каждая запорная поверхность указанного замкового ключа может входить в зацепление с указанным плечом замкового переводника постоянного пакера, когда замковый ключ занимает свое запирающее положение со шпинделем яса, впущенного в полую внутреннюю часть замкового переводника постоянного пакера. 12. Яс по п.11, в котором каждый указанный замковый ключ включает в себя один или более упруго деформируемые отклоняющие элементы, которые заставляют его сдвигаться по направлению к своему запирающему положению.

МПК / Метки

МПК: E21B 31/107

Метки: ударный, применения, внутрискважинном, буровом, снаряде

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/13-8901-udarnyjj-yas-dlya-primeneniya-vo-vnutriskvazhinnom-burovom-snaryade.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Ударный яс для применения во внутрискважинном буровом снаряде</a>

Похожие патенты