Способ и устройство для обеспечения временной задержки при скважинных операциях

012318 Настоящее изобретение относится к устройству для временной задержки, компенсированной гидравлической нагрузкой. При скважинных операциях часто возникает необходимость в использовании устройства, обеспечивающего заранее установленную временную задержку в связи с приведением в действие или включением инструмента, выполняющего операции в скважине. Такое устройство может быть приведено в действие с использованием растягивающего и/или сжимающего усилия, например, через операции с вспомогательным канатом. Кроме того, необходимо, чтобы временная задержка была прогнозируемой, что может представлять проблему, когда усилия, приложенные к устройству для временной задержки с использованием, например, длинного вспомогательного каната, сложно контролировать. Желательно минимизировать факторы,влияющие на продолжительность временной задержки, полученной в каждом случае и, таким образом,упростить расчет времени занятости для выполнения конкретной функции инструмента. Посредством корректировки устройства, которое создает временную задержку для изменения усилий, приложенных к устройству, можно достичь, насколько возможно, постоянную и, таким образом, прогнозируемую временную задержку. Примером инструмента с механическим приводом, который можно приводить в действие с использованием устройства временной задержки является яс. При приведении в действие яса часто используется устройство, которое натягивает пружину, например, которая освобождается, когда она имеет определенное предварительное натяжение, и/или когда истек заранее установленный период времени. Вспомогательный канат может быть использован для натяжения пружины, но время, необходимое для натяжения пружины, трудно контролировать, поскольку усилие, передаваемое через вспомогательный канат,может уменьшиться в результате трения, натяжения и т.п. Кроме того, механизм, создающий усилие,является недостаточно управляемым и, следовательно, непригодным для регулировок. Таким образом,существует потребность в устройстве, которое регулирует натяжение пружины в ясе, например, для того,чтобы время натяжения совершенно не зависело от натягивающего усилия и любых возможных рывков или резких движений. Следовательно, необходимо создать систему, обеспечивающую небольшое сопротивление, при приложении малого усилия и большое сопротивление, при приложении большого усилия и профиль сопротивления, пропорциональный, насколько это возможно, приложенному усилию и быстро реагирующий для амортизации любых внезапных сильных рывков. Настоящее изобретение описывает устройство, которое удовлетворяет указанным потребностям,причем средство характеризуется отличительными особенностями, изложенными в отличительной части п.1. Дополнительные преимущественные отличительные особенности и варианты осуществления изложены в зависимых пунктах формулы изобретения. Ниже приведено подробное описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее: фиг. 1a изображает эскиз устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 1b - часть А устройства, проиллюстрированного на фиг. 1a; фиг. 2 а, 2b, 2 с - порядок действия устройства, проиллюстрированного на фиг. 1a; фиг. 3 а - второй вариант устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 3b - часть В устройства, проиллюстрированного на фиг. 3 а; и фиг. 4 а, 4b, 4 с - порядок действия устройства, проиллюстрированного на фиг. 3 а. Настоящее изобретение описывает гидравлическое устройство для задерж:ки времени, которое основано на характеристиках потока, по существу, ньютоновских текучих сред. Фиг. 1a и 3 а изображают часть двух вариантов выполнения устройства, обеспечивающего временную задержку, компенсированную гидравлической нагрузкой. Осевое относительное усилие, действующее между поршневым штоком 1 и цилиндрическим корпусом 2 поршня, в котором размещены поршневой шток 1, вызывает увеличение давление в одной из двух гидравлических камер 3, 4, каждая из которых заполнена несжимаемой жидкостью, и относительное перемещение между поршневым штоком 1 и корпусом 2 поршня вызывает перемещение жидкости из одной камеры 3 в другую камеру 4 или наоборот. Между поршневым штоком 1 и корпусом 2 поршня расположена плавающая сбоку втулка 5 гидравлического поршня, поддерживаемая пружиной 6 на каждой стороне выступа 7 втулки поршня. Втулка 5 поршня во время осевого перемещения между поршневым штоком 1 и корпусом 2 поршня, соответственно, заставляет поток жидкости проходить через отверстие 8 дросселя, в результате чего создается перепад давления в отверстии 8 дросселя, который непосредственно зависит от величины действующего осевого усилия, результирующее давление которого оказывает воздействие на втулку 5 поршня таким образом, что ей передается осевое перемещение относительно как поршневого штока 1, так и корпуса 2 поршня. При относительном осевом перемещении площадь и/или длина отверстия 8 дросселя может меняться, когда конфигурация площади и/или длины отверстия 8 дросселя обеспечивает оптимальную реакцию инструмента на воздействие переменного усилия. В соответствии с одним вариантом осуществления перепад давления контролируется посредством регулирования длины отверстия 8 дросселя. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществле-1 012318 ния, это может быть выполнено посредством образования спирального канала вокруг поршневого штока,причем положение втулки 5 поршня над спиральным каналом определяет эффективную длину канала для гидравлической текучей среды. Это показано на фиг. 1 а-b и 2 а-с. В результате принудительного прохождения гидравлической текучей среды через отдельные витки спирального канала при большей действующей силе, длина отверстия 8 дросселя и, таким образом, перепад давления в нем увеличатся, что приведет к тому, что заранее установленная временная задержка достигается независимо от величины и профиля действующей силы. Понятно, что каналы также могут быть расположены на втулке 5 поршня или на корпусе 2 поршня. Хорошо известно, что сопротивление потока трубы зависит от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Если поток является ламинарным, то отношение между потоком и сопротивлением потока будет увеличиваться по линейному закону. Когда ламинарный поток сильно ослабевает и становится турбулентным, сопротивление потока значительно уменьшается. В настоящем изобретении в соответствии с одним вариантом осуществления, могут использоваться свойства линейности, применимые к режимам ламинарного потока. Сопротивление R потока трубы может быть выражено при помощи уравнения где L - длина трубы,- вязкость текучей среды и r - диаметр трубы. Как можно видеть, R увеличивается по линейному закону в зависимости от длины трубы и увеличивается до четвертой степени в зависимости от уменьшающегося диаметра. Посредством обеспечения прохождения несжимаемой жидкости через трубу, имеющую большую длину и/или меньший радиус при воздействии большего усилия, обеспечивается постепенное демпфирование. Посредством непрерывного и динамического регулирования отношение между действующим усилием и длиной и/или радиусом отверстия дросселя может быть получена заранее установленная временная задержка независимо от величины и профиля действующей силы. Выполнение отверстия 8 дросселя в виде спирального канала является необязательным. Оно может иметь любую предпочтительную конфигурацию, но спиральный канал обеспечивает компактную конструкцию, в которой легко обеспечить достаточную и точную длину, которая, таким образом, оказывает соответствующее сопротивление заданной приложенной силы. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, сопротивление инструмента будет увеличиваться, когда втулка 5 поршня закрывает и, следовательно, уменьшает площадь одного или нескольких отверстий 8 дросселя для, таким образом, значительного увеличения перепада давления. Фиг. 3 а-b и 4 а-с изображают вариант осуществления, в котором отверстия 8 дросселя образованы при помощи пазов. В данном варианте пазы образованы на втулке 5 поршня, фрезерованные по диагонали относительно осевого направления инструмента. Понятно, что пазы могут быть также образованы в продольном направлении или поперечном направлении и что ширина пазов может меняться, например сужаться. Также можно образовать ряд отверстий одинакового или переменного размера и/или обеспечить переменное расстояние относительно осевого перемещения втулки 5 поршня. Сопроводительные чертежи иллюстрируют устройство двойного действия, т.е. направление силы,приложенной к устройству, является безразличным. Устройство одного действия, которое функционирует только при растягивающих усилиях, будет работать одинаково хорошо, и в некоторых случаях будет предпочтительным. Устройство содержит поршневой шток 1, расположенный в корпусе 2 поршня, и осевое усилие,действующее в направлении растяжения или в направлении сжатия, или в качестве альтернативы только в одном из направлений, вызывает увеличение давления в одной из двух гидравлических камер 3, 4. Каждая из камер 3, 4 заполнена несжимаемой жидкостью, и они взаимно соединяются через одно или несколько отверстий 8 дросселя. Между поршневым штоком 1 и корпусом 2 поршня расположена плавающая сбоку поддерживаемая втулка 5 поршня. Втулка поршня обеспечивает регулировку перепада давления в отверстии или отверстиях 8 дросселя таким образом, что увеличивающееся осевое усилие, действующее на конструкцию, будет заранее установленным способом увеличивать перепад давления в отверстии или отверстиях 8 дросселя и, следовательно, задерживать свободный поток несжимаемой жидкости из одной гидравлической камеры 3, 4 в другую гидравлическую камеру 3, 4, что обеспечивает заранее установленную задержку относительного перемещения между поршневым штоком 1 и корпусом 2 поршня. При приложении усилия может произойти относительное перемещение между корпусом 2 поршня и поршневым штоком 1 без временной задержки, причем втулка поршня смещается относительно корпуса 2 и штока 1 и уравновешивается, например, при помощи пружины и гидравлического давления. Чем больше приложенное усилие, тем больше ход втулки поршня. Для компенсации длины потерянного хода наклон каналов, пазов или выемок может быть выполнен равномерно увеличивающимся для получения, таким образом, пс существу, постоянной временной задержки независимо от величины приложенного усилия. При выполнении отверстий их расстояние друг от друга может меняться для получения одинаковой, по существу, постоянной временной задержки независимо от величины приложенного усилия.-2 012318 В соответствии с одним вариантом осуществления, втулка 5 поршня выполнена с возможностью закрытия одного или нескольких отверстий 8 дросселя при увеличении осевого давления и, таким образом,увеличения сопротивления потока несжимаемой жидкости. В соответствии с другим вариантом осуществления, втулка 5 поршня выполнена с возможностью уменьшения размера одного или нескольких отверстий 8 дросселя при увеличении осевого давления и,таким образом, увеличения сопротивления потока несжимаемой жидкости. Фиг. 1 а-b и 2 а-с изображают вариант осуществления, в котором приложенная сила будет заставлять втулку 5 поршня образовывать одно или нескольких отверстий 8 дросселя в виде одного или нескольких каналов. Втулка 5 поршня выполнена таким образом, что длина канала или каналов увеличивается при увеличении осевого давления и, следовательно, увеличивает сопротивление потока несжимаемой жидкости. В этом случае канал или каналы имеют спиральную форму, и канал или каналы и втулка 5 поршня предпочтительно должны быть выполнены таким образом, чтобы поток через отверстие 8 дросселя был ламинарным. Понятно, что площадь отверстия или отверстий 8 дросселя регулируется в любое время для обеспечения постоянного потока жидкости через данное неблокированное отверстие или отверстия 8 дросселя независимо от осевого усилия, действующего между поршневым штоком 1 и корпусом 2 поршня, чтобы,таким образом, обеспечить необходимую временную задержку. Площадь отверстия или отверстий 8 дросселя также можно регулировать в любое время для получения постоянного относительного перемещения между поршневым штоком 1 и корпусом 2 поршня независимо от осевого усилия, действующего между поршневым штоком 1 и корпусом 2 поршня. Альтернативным применением настоящего изобретения является клапан постоянного потока. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для обеспечения временной задержки, компенсированной гидравлической нагрузкой при скважинных операциях, отличающееся тем, что содержит поршневой шток (1), расположенный в корпусе (2) поршня, и выполнено таким образом, что осевое усилие, действующее в направлении растяжения или в направлении сжатия, вызывает увеличение давления в одной из двух гидравлических камер(3, 4), заполненных несжимаемой жидкостью, и взаимно соединенных по меньшей мере через одно отверстие (8) дросселя, при этом плавающая сбоку поддерживаемая втулка (5) поршня расположена между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня и приспособлена для регулирования перепада давления по меньшей мере в одном отверстии (8) дросселя таким образом, что увеличивающееся осевое усилие,действующее на устройство, заранее установленным способом увеличивает перепад давления по меньшей мере в одном отверстии (8) дросселя и, следовательно, задерживает свободный поток несжимаемой жидкости из одной гидравлической камеры (3, 4) во вторую камеру (4, 3), обеспечивая заранее установленную задержку относительного перемещения между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что втулка (5) поршня приспособлена для закрытия по меньшей мере одного отверстия (8) дросселя при увеличении осевого давления и, таким образом, увеличения сопротивления потока несжимаемой жидкости. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что втулка (5) поршня приспособлена для уменьшения размера по меньшей мере одного отверстия (8) дросселя при увеличении осевого давления и, таким образом, увеличения сопротивления потока несжимаемой жидкости. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что втулка (5) поршня образует по меньшей мере одно отверстие (8) дросселя в виде по меньшей мере одного канала и выполнена таким образом, что длина канала увеличивается при увеличении осевого давления и, таким образом, увеличивается сопротивление потока несжимаемой жидкости. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, канал имеет спиральную форму. 6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что, по меньшей мере, канал и втулка (5) поршня выполнены таким образом, что поток по меньшей мере через одно отверстие (8) дросселя, по меньшей мере, в течение промежутка времени является ламинарным. 7. Устройство по пп.1-6, отличающееся тем, что площадь по меньшей мере одного отверстия (8) дросселя в любое время регулируется для обеспечения постоянного потока жидкости через данное неблокированное отверстие (8) дросселя независимо от осевого усилия, действующего между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня. 8. Устройство по пп.1-7, отличающееся тем, что площадь по меньшей мере одного отверстия (8) дросселя в любое время регулируется для обеспечения постоянного относительного перемещения между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня независимо от осевого усилия, действующего между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня. 9. Способ обеспечения временной задержки, компенсированной гидравлической нагрузкой при скважинных операциях, отличающийся тем, что осевое усилие, действующее между поршневым штоком(1) и корпусом (2) поршня, в котором размещен поршневой шток (1), вызывает увеличение давления в одной из двух гидравлических камер (3, 4), заполненных несжимаемой жидкостью, в котором относи-3 012318 тельное перемещение между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня вызывает перемещение части несжимаемой жидкости из одной камеры (3) в другую камеру (4) или наоборот, при этом плавающая сбоку поддерживаемая втулка (5) поршня, расположенная между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня, вызывает открытие или закрытие по меньшей мере одного отверстия (8) дросселя, осевое перемещение между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня, соответственно, вызванное действием осевого усилия, заставляет поток жидкости проходить через по меньшей мере одно отверстие (8) дросселя втулки (5) поршня, в результате чего создается перепад давления в указанном отверстии (8) дросселя,который непосредственно зависит от величины осевого усилия, действующего между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня, причем созданный перепад давления оказывает воздействие на плавающую поддерживаемую втулку (5) поршня таким образом, приводящее к ее осевому перемещению относительно поршневого штока (1) и корпуса (2) поршня, причем относительное осевое перемещение между втулкой (5) поршня и поршневым штоком (1) и/или корпусом (2) поршня влияет на площадь по меньшей мере одного отверстия (8) дросселя и, таким образом, на составной перепад давления в отверстии (8) дросселя. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что по меньшей мере одно отверстие (8) дросселя состоит из отверстий, пазов, каналов или их комбинации. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что по меньшей мере один канал предпочтительно имеет спиральную форму. 12. Способ по пп.9-11, отличающийся тем, что площадь по меньшей мере одного отверстия (8) дросселя регулируется для обеспечения постоянного потока жидкости через данное неблокированное отверстие (8) дросселя. 13. Способ по пп.9-12, отличающийся тем, что площадь по меньшей мере одного отверстия (8) дросселя регулируется для обеспечения постоянного относительного перемещения между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня независимо от осевого усилия, действующего между поршневым штоком (1) и корпусом (2) поршня.