RU2521241C1 - Hydraulic jack for installation of shutter in well - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: proposed device comprises pipe string for running, hollow hydraulic cylinders, circular pistons with hollow rods aligned in appropriate hydraulic cylinders to displace axially therein and mandrelling head for fitting of shutter. Hydraulic cylinders are connected from above with pipe string. Hollow rod is connected from below with mandrelling head. Every circular piston is composed by a sleeve with ring bulge with self-packing glands locked at this sleeve from top and bottom. Bulge outer surface is composed by ring belt. Rods of pistons are interconnected for limited radial and angular displacement.

EFFECT: higher reliability, longer life.

3 dwg

Description

Предложение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для установки профильных перекрывателей при изоляции ими зон осложнений бурения.The proposal relates to well drilling, in particular to devices for installing profile shutoffs when they isolate zones of drilling complications.

Известен скважинный гидродомкрат (патент РФ №2102578, МПК⁶ E21B 29/10, опубл. в Бюл. №2 от 20.01.1998 г.), включающий два или несколько последовательно соединенных силовых блоков, состоящих из цилиндра, поршня со штоком и сальникового уплотнения штока, причем поршень каждого силового блока соединен со штоком с возможностью радиального перемещения, а сальниковое уплотнение штока имеет возможность радиального перемещения относительно корпуса гидроцилиндра, кроме того, поршень по периметру снабжен полостью, заполненной антикоррозийной смазкой, контактирующей с внутренней поверхностью гидроцилиндра и гидравлически связанной с областью высокого давления.A well-known hydraulic jack (RF patent No. 2102578, IPC ⁶ E21B 29/10, published in Bull. No. 2 of 01/20/1998), comprising two or more series-connected power units consisting of a cylinder, a piston with a rod and an stuffing box rod, and the piston of each power unit is connected to the rod with the possibility of radial movement, and the stuffing box seal of the rod has the ability to radially move relative to the housing of the hydraulic cylinder, in addition, the piston around the perimeter is equipped with a cavity filled with anti-corrosion grease, contact interacting with the inner surface of the hydraulic cylinder and hydraulically connected to the high-pressure region.

Недостатками данного скважинного гидродомкрата являются:The disadvantages of this downhole hydraulic jack are:

- его низкая надежность, так как сальниковые уплотнения поршня и штока имеют низкую эффективность из-за искусственно завышенных зазоров в соединениях, что может привести к их повреждению и (или) несанкционированному пропуску жидкости через уплотнения;- its low reliability, since the packing of the piston and the rod have low efficiency due to artificially high clearances in the joints, which can lead to damage and (or) unauthorized passage of fluid through the seals;

- высокая вероятность вымывания антикоррозийной смазки из полости поршня при создании гидравлического давления из-за завышенных зазоров между поршнем и цилиндром, что может значительно снизить ресурс этих деталей.- a high probability of leaching of anticorrosive grease from the piston cavity when creating hydraulic pressure due to overestimated gaps between the piston and cylinder, which can significantly reduce the service life of these parts.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является «Способ изоляции зон осложнения бурения скважины и устройство для его осуществления» (патент РФ №2344268, МПК E21B 29/10, опубл. в Бюл. №2 от 20.01.2009 г.), причем устройство включает гидродомкрат, содержащий полые гидроцилиндры и соосно подвижный относительно них полый шток с кольцевыми поршнями, жестко соединенный верхним концом с якорным узлом, а нижним - с захватывающим элементом, полости которых гидравлически сообщены между собой и с полостью перекрывателя, при этом захватывающий элемент выполнен с упором для подвески перекрывателя и снабжен перепускным клапаном, перекрывающим полость штока при перемещении его вниз относительно перекрывателя, причем дополнительный якорный узел установлен на нижнем конце штока, а дорнирующая головка жестко связана с гидроцилиндрами.The closest in technical essence to the claimed is the "Method of isolating the zones of complications of drilling wells and a device for its implementation" (RF patent No. 2344268, IPC E21B 29/10, publ. In Bull. No. 2 from 01/20/2009), and the device includes a hydraulic jack containing hollow hydraulic cylinders and a hollow rod coaxially movable relative to them with annular pistons, rigidly connected with the upper end to the anchor assembly, and the lower end with a gripping element, the cavities of which are hydraulically connected to each other and to the overlapping cavity, while The element is made with a stop for suspension of the shutter and is equipped with a bypass valve that blocks the stem cavity when moving it down relative to the shutter, with an additional anchor assembly installed at the lower end of the stem, and the dying head is rigidly connected to the hydraulic cylinders.

Недостатком этого гидродомкрата является его низкая надежность и работоспособность из-за жесткого соединения штоков между собой и с поршнями, что в случае малейшего отклонения от соосности может вызвать быстрый износ пары «поршень-цилиндр» или привести к заклинке поршней в цилиндрах.The disadvantage of this hydraulic jack is its low reliability and performance due to the rigid connection of the rods to each other and with the pistons, which in the case of the slightest deviation from the alignment can cause rapid wear of the piston-cylinder pair or lead to piston jamming in the cylinders.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной и работоспособной конструкции гидродомкрата для установки профильного перекрывателя в скважине за счет придания угловой и радиальной подвижности штокам и поршням относительно цилиндров, исключающей прихваты и заклинки поршней в цилиндрах гидродомкрата.The technical task of the invention is the creation of a reliable and workable hydraulic jack design for installing a profile shutter in the well by imparting angular and radial mobility to the rods and pistons relative to the cylinders, eliminating the sticking and jamming of the pistons in the hydraulic jack cylinders.

Техническая задача решается гидродомкратом для установки профильного перекрывателя в скважине, включающим колонну труб для спуска, полые гидроцилиндры, кольцевые поршни с полыми штоками, установленными соосно в соответствующие гидроцилиндры с возможностью ограниченного осевого перемещения, и дорнирующую головку для установки перекрывателя.The technical problem is solved by a hydraulic jack for installing a profile shutoff in the well, including a string of pipes for descent, hollow hydraulic cylinders, annular pistons with hollow rods mounted coaxially in the corresponding hydraulic cylinders with the possibility of limited axial movement, and a head for installing the shutoff.

Новым является то, что гидроцилиндры сверху соединены с колонной труб, а полый шток снизу соединен с дорнирующей головкой, при этом каждый кольцевой поршень выполнен в виде втулки с кольцевым утолщением, сверху и снизу которого зафиксированы на втулке самоуплотняющиеся манжеты, причем наружная поверхность кольцевого утолщения выполнена в виде шарового пояса, а полые штоки поршней соединены между собой с возможностью ограниченного радиального и углового отклонения.What is new is that the hydraulic cylinders are connected from above to the pipe string, and the hollow stem is connected to the mandrel head from the bottom, each ring piston made in the form of a sleeve with an annular thickening, on the top and bottom of which self-sealing cuffs are fixed on the sleeve, the outer surface of the annular thickening being made in the form of a spherical belt, and hollow piston rods are interconnected with the possibility of limited radial and angular deviations.

На фиг.1 показан гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине в транспортном положении (частично в разрезе), на фиг.2 - вид А на фиг.1 (увеличено), на фиг.3 - вид Б на фиг.1 (увеличено).Figure 1 shows a hydraulic jack for installing a profile overlap in the well in the transport position (partially in section), figure 2 is a view A in figure 1 (enlarged), figure 3 is a view B in figure 1 (enlarged) .

Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине (фиг.1) включает колонну труб (на фигуре не показана) для спуска, полые гидроцилиндры 1, кольцевые поршни 2 с полыми штоками 3, установленными соосно в соответствующие гидроцилиндры 1 с возможностью ограниченного осевого перемещения, и дорнирующую головку (на фигуре не показана) для установки перекрывателя (на фигуре не показан).A hydraulic jack for installing a profile overlap in the well (Fig. 1) includes a pipe string (not shown in the figure) for hollow hydraulic cylinders 1, annular pistons 2 with hollow rods 3 mounted coaxially in the corresponding hydraulic cylinders 1 with the possibility of limited axial movement, and the mandrel a head (not shown in the figure) for installing a shutter (not shown in the figure).

При этом гидроцилиндры 1 сверху соединены с колонной труб при помощи верхней резьбы 4, например, через якорный узел (на фигуре не показан), а полый шток 3 снизу соединен с дорнирующей головкой (или дорнирующими головками) с помощью нижней резьбы 5. Каждый кольцевой поршень 2 выполнен в виде втулки 6 (фиг.2) с кольцевым утолщением 7, сверху и снизу которого зафиксированы (например, с помощью гуммирования) на втулке 6 самоуплотняющиеся манжеты 8, причем наружная поверхность кольцевого утолщения 7 выполнена в виде шарового пояса 9, а полые штоки 3 (фиг.1) поршней 2 соединены между собой с возможностью ограниченного радиального и углового отклонения. Причем радиальное отклонение между соединяемыми друг с другом штоками 3 достигается благодаря зазорам между кольцевой выборкой 10 (фиг.3) и кольцевым выступом 11 соответственно верхнего и нижнего штоков 3 (фиг.1), а угловое отклонение возможно благодаря сферической поверхности 12 (фиг.3) выступа 11 нижнего штока 3 (фиг.1).In this case, the hydraulic cylinders 1 are connected from above to the pipe string by means of an upper thread 4, for example, through an anchor assembly (not shown in the figure), and the hollow rod 3 is connected from below to the mandrel head (or mandrel heads) using a lower thread 5. Each annular piston 2 is made in the form of a sleeve 6 (figure 2) with an annular thickening 7, the self-sealing cuffs 8 are fixed on the sleeve 6 on top and bottom (for example, by gumming), and the outer surface of the annular thickening 7 is made in the form of a spherical belt 9, and hollow rods 3 (figure 1) EDSS 2 are interconnected for limited radial and angular deviations. Moreover, the radial deviation between the connected rods 3 is achieved due to the gaps between the annular sample 10 (figure 3) and the annular protrusion 11, respectively, of the upper and lower rods 3 (figure 1), and angular deviation is possible due to the spherical surface 12 (figure 3 ) of the protrusion 11 of the lower rod 3 (figure 1).

Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине работает следующим образом. С помощью нижней резьбы 5 к гидродомкрату подсоединяют дорнирующую головку, а с помощью верхней резьбы 4 гидродомкрат соединяют с колонной труб (чаще бурильных) и спускают в скважину в зону установки профильного перекрывателя. При этом профильный перекрыватель устанавливают в скважине до спуска гидродомкрата или спускают в одной компоновке с гидродомкратом, раздавая его затем гидравлическим давлением. Для окончательной установки профильного перекрывателя с целью раздачи резьбовых соединений профильных секций и плотного прижатия его к стенкам скважины гидродомкрат доспускают вниз до упора дорнирующей головкой в недораздатую часть перекрывателя.A hydraulic jack for installing a profile shutoff in the well works as follows. Using the lower thread 5, a durning head is connected to the hydraulic jack, and using the upper thread 4, the hydraulic jack is connected to the pipe string (usually drill pipe) and lowered into the well in the installation area of the profile shutoff. In this case, the profile shutter is installed in the well before the hydraulic jack is lowered or lowered in the same arrangement with the hydraulic jack, then distributing it with hydraulic pressure. For the final installation of the profile shutter in order to distribute the threaded joints of the profile sections and tightly press it to the walls of the well, the hydraulic jack is pulled down to the stop by the turning head in the underdeveloped part of the shutter.

Затем создают гидравлическое давление в колонне труб, которое распространяется через полости 13 и отверстия 14 штоков 3 в надпоршневое пространство 15 гидроцилиндров 1, перемещая (благодаря отверстиям 16 в гидроцилиндрах 1 ниже поршней 2, соединяющим подпоршневое пространство 17 с областью низкого давления) поршни 2 со штоками 3 и дорнирующей головкой вниз на длину хода гидроцилиндров 1. Дорнирующая головка при этом калибрует профильные секции и раздает резьбовые соединения перекрывателя до плотного прижатия их к стенкам скважины. Для предотвращения несанкционированного перемещения гидроцилиндров 1 вверх при этом нагружают колонну труб, увеличивая ее вес с помощью, например, утяжеленных бурильных труб, или используют якорный узел выше гидродомкрата. Для перезарядки гидродомкрата стравливают давление внутри колонны труб с помощью, например, клапана и опускают вниз колонну труб вместе с якорным узлом и гидроцилиндрами 1, которые перемещаются относительно штоков 3 с поршнями 2, заряжая гидродомкрат для следующей раздачи перекрывателя.Then create hydraulic pressure in the pipe string, which extends through the cavities 13 and the openings 14 of the rods 3 into the over-piston space 15 of the hydraulic cylinders 1, moving (thanks to the holes 16 in the hydraulic cylinders 1 below the pistons 2, connecting the under-piston space 17 with the low pressure area) the pistons 2 with rods 3 and the turning head down on the stroke of the hydraulic cylinders 1. The turning head calibrates the profile sections and distributes the threaded joints of the overlap until they are pressed firmly against the walls of the well. To prevent unauthorized movement of hydraulic cylinders 1 upwards, the pipe string is loaded, increasing its weight with, for example, weighted drill pipes, or the anchor assembly is used above the hydraulic jack. To reload the hydraulic jack, release pressure inside the pipe string using, for example, a valve and lower the pipe string together with the anchor assembly and hydraulic cylinders 1, which move relative to the rods 3 with pistons 2, charging the hydraulic jack for the next distribution of the shutoff valve.

При этом каждый из штоков 3 с поршнями 2 занимает соответствующее своей несоосности и угловому отклонению положение, выбирая радиальные зазоры между кольцевыми выборками 10 (фиг.3) и кольцевыми выступами 11 в соединениях штоков 3, а также отклоняясь на соответствующий угол сферическими поверхностями 12 выступов 10. Причем для исключения несанкционированного разъединения штоков 3 их фиксируют, например, с помощью винтов 18, установленных в радиальной плоскости в кольцевой выборке 10 и свободно взаимодействующих с кольцевым выступом 11 благодаря отверстию 19 большего диаметра в кольцевом выступе 11. Кроме того, кольцевые поршни 2 (фиг.1) также имеют возможность отклонения на соответствующий угол благодаря шаровому поясу 9 (фиг.2) на утолщении 7 втулки 6 поршня 2 (фиг.1). Причем двухсторонняя самоуплотняющаяся манжета 8 (фиг.2), выполненная из упругого материала, например, резины, не препятствует угловому перемещению поршня 2 (фиг.1) в продольной плоскости.In this case, each of the rods 3 with pistons 2 occupies a position corresponding to its misalignment and angular deviation, choosing radial gaps between the ring samples 10 (Fig. 3) and the annular protrusions 11 in the connections of the rods 3, as well as deviating to the corresponding angle by the spherical surfaces 12 of the protrusions 10 Moreover, to prevent unauthorized separation of the rods 3 they are fixed, for example, using screws 18 mounted in a radial plane in the ring sample 10 and freely interacting with the ring ledge 11 due to a bore 19 of a larger diameter in the annular protrusion 11. In addition, the annular pistons 2 (Fig. 1) also have the ability to deflect to the corresponding angle due to the ball girdle 9 (Fig. 2) on the thickening 7 of the sleeve 6 of the piston 2 (Fig. 1). Moreover, the double-sided self-sealing cuff 8 (figure 2), made of an elastic material, such as rubber, does not prevent the angular movement of the piston 2 (figure 1) in the longitudinal plane.

Преимущество предлагаемого гидродомкрата для установки профильного перекрывателя в скважине заключается в том, что его конструкция повышает надежность и ресурс гидродомкрата за счет придания угловой и радиальной подвижности штокам и поршням относительно цилиндров благодаря радиальным зазорам в соединениях штоков друг с другом и сферическим поверхностям в местах соединений, а также шаровому поясу на наружной поверхности поршней, что исключает прихваты и заклинки поршней в цилиндрах гидродомкрата.The advantage of the proposed hydraulic jack for installing the profile shutoff in the well is that its design increases the reliability and service life of the hydraulic jack by imparting angular and radial mobility to the rods and pistons relative to the cylinders due to radial clearances in the joints of the rods to each other and to spherical surfaces at the joints, and also to a ball zone on the outer surface of the pistons, which eliminates the sticking and jamming of the pistons in the hydraulic jack cylinders.

Claims (1)

Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине, включающий колонну труб для спуска, полые гидроцилиндры, кольцевые поршни с полыми штоками, установленные соосно в соответствующие гидроцилиндры с возможностью ограниченного осевого перемещения, и дорнирующую головку для установки перекрывателя, отличающийся тем, что гидроцилиндры сверху соединены с колонной труб, а полый шток снизу соединен с дорнирующей головкой, при этом каждый кольцевой поршень выполнен в виде втулки с кольцевым утолщением, сверху и снизу которого зафиксированы на втулке самоуплотняющиеся манжеты, причем наружная поверхность кольцевого утолщения выполнена в виде шарового пояса, а полые штоки поршней соединены между собой с возможностью ограниченного радиального и углового отклонения. A hydraulic jack for installing a profile shutter in the well, including a string of pipes for lowering, hollow hydraulic cylinders, annular pistons with hollow rods installed coaxially in the corresponding hydraulic cylinders with the possibility of limited axial movement, and a turning head for installing the shutoff, characterized in that the hydraulic cylinders are connected to the column from above pipes, and the hollow rod from the bottom is connected to the mandrel head, while each annular piston is made in the form of a sleeve with an annular thickening, above and below which self-sealing cuffs are fixed on the sleeve, and the outer surface of the annular thickening is made in the form of a spherical belt, and the hollow piston rods are interconnected with the possibility of limited radial and angular deviations.

Images