Усилитель ясса

Введение

Ясс – устройство механического или гидравлического действия, с помощью которого наносятся удары по аварийному инструменту, спускаемому в скважину вниз или вверх. В практике бурения, эксплуатации и ремонта скважин яссы используются более 80 лет с целью освобождения прихваченной трубы.
Прихват колонны – весьма распространенное явление, которое происходит в каждой третьей скважине. Потери при этом составляют миллионы долларов в год. 50% всех прихватов приходится на спускоподъемные операции, 20% - на расширение скважины и расхаживание труб, 10% - на бурение. Чтобы избежать дорогостоящих работ, для устранения прихватов используются яссы. Однако, их применение может быть ограничено в зависимости от условий. Так, затруднительно использование яссов в глубоких, наклонных и горизонтальных скважинах ввиду возникающих значительных сил сопротивления. Данную проблему решает использование усилителей яссов, позволяющие использовать последние и в наклонных, и в горизонтальных скважинах.
В данном реферате приведена краткая характеристика усилителя ясса, его обобщенная конструкция, назначение, функции, а также несколько примеров моделей различных производителей.

1. Усилитель ясса. Строение, функции, назначение
1.1. Общее строение и виды усилителя ясса
Усилитель ясса (яса) представляет собой устройство, применяющееся для устранения прихватов при бурении нефтегазовых скважин. Известен также как ускоритель ясса, или акселератор (интенсификатор, бустер). В зарубежной литературе имеет обозначение jar intensifier.
При аварийных работах по ликвидации прихватов в скважинах с применением яссов используется упругая энергия деформации колонны труб. Создаваемая сила удара изменяется в зависимости от скорости соударения подвижных частей устройств, соединенных с УБТ (утяжеленными бурильными трубами). В случаях, когда максимальная скорость соударения достигается до удара, ударное усилие ясса оказывается ограниченным. Особенно это проявляется в глубоких, горизонтальных и наклонно-направленных скважинах [4, стр. 1]. Так же, в современных компоновках низа бурильной колонны (КНБК) УБТ заменены на толстостенные бурильные трубы, которые являются более легкими. Из-за этого рабочий вес оказывается недостаточным для создания необходимой силы удара. Добавление в конструкцию колонны усилителя ясса увеличивает ударное воздействие инструмента, тем самым повышая эффективность его применения. Усилитель ясса устанавливается выше гидравлического или механического ясса (рис. 1).
Усилитель ясса по своей сути является гидроаккумулятором поршневого типа с цилиндром, заполненным сжимаемым рабочим агентом [1, стр. 223]. Строение усилителя ясса (акселератора) отображено на рис. 2 [4, стр.2] Он состоит из полого корпуса с цилиндрической внутренней поверхностью штока, расположенного внутри корпуса, с укрепленными на нем поршнем и наклонными плоскостями лопастей. Корпус соединяется с цилиндром при помощи резьбы. Поршень и цилиндр оснащены сальниковыми уплотнениями и образуют изолированную камеру, которая заполнена сжимаемой средой. Конструкция поршня и штока выполнена таким образом, чтобы поршень мог перемещаться в продольном направлении по штоку. Это сделано с целью возможности производить регулировку свободного хода усилителя в зависимости от типа ясса, так как при ликвидации прихватов могут применяться различные яссы с различной длиной свободного хода.


Рис.1. Положение усилителя ясса в колоне
Для того, чтобы снизить гидравлическое сопротивление, возникающее при движении штока в корпусе, в последнем предусмотрены отверстия. Через эти отверстия производится выброс промывочной жидкости в затрубное пространство из полости усилителя во время движения штока с поршнем вверх. Нижняя часть штока состоит из ниппеля с замковой резьбой для крепления к яссу, корпус оснащен муфтой для бурильных труб, также навернутой с помощью резьбы.

Рис. 2. Фиг. 1 – схема усилителя ясса; фиг. 2 – сечение А-А; фиг. 3 – сечение Б-Б;
1 – корпус; 2 – шток; 3 – поршень; 4 – лопасти; 5 – цилиндр; 6 – сальниковые уплотнители; 7 – камера; 8 – отверстия; 9 – ниппель; 10 – муфта для бурильных труб.
В зависимости от используемого сжимаемого рабочего агента различают жидкостные и газовые усилители. В качестве жидкости чаще всего применяется силиконовое масло, в качестве нейтрального газа - азот.
Усилители, использующие в работе газ, содержат закрытую камеру, заполненную азотом. При использовании газового усилителя возникает азотная подушка, позволяющая накапливать потенциальную энергию ударной системы, при освобождении которой во время срабатывания ясса последний сообщает бурильным трубам дополнительное ускорение, что приводит к увеличению силы удара по прихвату. Помимо этого, после сообщения ударной нагрузки происходит дальнейшее сжатие газа, предохраняющее колонну труб под яссом от чрезмерных нагрузок [4, стр. 2]. К недостаткам использования газа в усилителях ясса относится ненадежность такого оборудования при работе в скважине. При нагружении такого устройства закрытой камере образуется высокое давление газа, достигающее 100 МПа и более, что приводит к утечке газа и отказу ясса в работе.
У жидкостных усилителей ясса закрытая полость заполнена жидкостью. Такие усилители при использовании совместно с гидравлическими или механическими яссами играют гидравлической пружины, накапливающей потенциальную энергию ударной системы. Такой вид усилителя ясса также имеет недостатки, как и газовый: большая часть первоначального импульса уходит на преодоление сил трения покоя

. Вследствие несжимаемости жидкости дальнейшее движение ударной системы происходит по инерции, это снижает эффективность и надежность ликвидации прихватов.
1.2. Принцип работы и функции усилителя ясса
Усилитель ясса работает следующим образом.
Конец бурильной или ловильной колонны с усилителем опускается в скважину и соединяется с прихваченной частью. Затем производится зарядка ясса и натяжение колонны бурильных труб. Когда в колонне создается натяжение, корпус усилителя перемещается вверх относительно штока, и рабочий агент в цилиндре сжимается поршнем, накапливая потенциальную энергию и сообщая дополнительное растяжение колонне. При срабатывании ясса происходит снятие нагрузки с поршня, и он возвращается в первоначальное положение (рис. 3), высвобождая накопленную энергию, которая прибавляется к накопленной энергии УБТ. В результате происходит усиление ударного импульса ясса. Применение усилителя способно увеличить ударную силу ясса до двух раз (рис. 4).

Рис. 3. Пример работы усилителя (ускорителя) ясса. При приложении силы к усилителю происходит сжатие силиконового масла и накопление потенциальной энергии. При снятии нагрузки происходит расширение силиконового масла, и поршень возвращается в исходное положение, сообщая яссу дополнительный ударный импульс.
Помимо увеличения ударной силы ясса к функциям усилителя относится гашение ударных нагрузок, отрицательно влияющих на состояние труб и резьбы колоны.


Рис. 4. Показатели ударной силы ясса без использования ускорителя и с использованием ускорителя ясса (на примере Hudra-Jar AP, Schlumberger) [3, стр. 26]
При работе без усилителя в момент срабатывания гидравлического яса колонна, расположенная над ним, резко переходит из растянутого состояния в сжатое, что приводит к резкому движению всей колонны вверх. Несмотря на то, что большая часть энергии этого движения поглощается силами трения в скважине, на поверхности этот резкий рывок часто проявляется в виде сотрясений элеватора, талевой системы и мачты ППА. Включение в колонну усилителя ясса помимо увеличения ударного воздействия позволяет отразить ударную волну в направлении прихвата (рис. 5). Это делает возможным разгрузку колонны и сведение сотрясений поверхностного оборудования на нет.
Изготовители яссов приводят рекомендации относительно величины массы УБТ или грузовых штанг для каждого типоразмера устройства. При использовании усилителя ясса необходимо соответствовать этим рекомендациям, потому что использование интенсификатора значительно увеличивает ударную силу, что может привести к обрыву части прихваченной колонны (или ловильного инструмента) вместо ее освобождения.


Рис. 5. Отражение ударной волны усилителем ясса в сторону прихвата
Использование усилителей яссов рекомендовано для всех типов скважин, однако особенно эффективна данная технология будет при выполнении работ в наклонных и горизонтальных скважинах, где силы сопротивления при перемещении труб значительны. При этом в конструкцию может включаться несколько яссов и усилителей (рис. 6).


Рис. 6. Вариант размещения нескольких усилителей (ускорителей) ясса
1.3. Пример эффективного использования усилителя ясса
Использование яссов и усилителей для устранения прихватов колонны проиллюстрируем на примере опыта бурения скважин в Западной Канаде и Омане с использованием оборудования Schlumberger. На одном из месторождений в Канаде во время бурения доломитово-карбонатной свиты Кег-Ривер (провинция Альберта) компанией Apache Canada произошла закупорка по причине налипания на колонну карбоната кальция. Для устранения прихвата было выполнено более 200 ударов яссом, на что ушло 7 часов.
Применение же ясса вместе с усилителем позволило инженерам Abraj Energy Services позволило справиться с прихватом гораздо быстрее. На одном из месторождений в Омане произошел прихват трубы во время ее подъема на 16 м для проверки скважины на приток после бурения вертикального интервала 957-3590 м. Если изначально планировалось работать яссом в течение 8 часов вниз, а затем еще 8 часов вверх, во время совместной работы ясса и усилителя колонна начала двигаться уже после часа работы, а еще через 6 часов оператору удалось восстановить циркуляцию и вращение колонны. В результате удалось избежать необходимости бурить дорогостоящий отвод, и экономия составила 1,3 млн долл. США.
2. Некоторые современные модели усилителей ясса
В настоящее время существует довольно много как отечественных, так и зарубежных предприятий по производству яссов и усилителей к ним. Часто усилители изготавливаются специально для определенных типов яссов и могут иметь различные модификации. Далее будут приведена краткая характеристика некоторых моделей усилителей ясса российского и зарубежного производства. Информация была собрана на сайтах компаний-производителей и каталогов продукции.
2.1. Некоторые модели усилителя ясса российского производства
Усилитель ясса типа УЯ (ООО «Биттехника», г. Пермь) [2]. Изготовлен для использования совместно с гидравлическим яссом типа ЯГ и механическим яссом типа ЯМ. Выполняется в нескольких модификациях – УЯ-95, УЯ-103, УЯ-122, УЯ-162, УЯ-195.

Рис. 7. Усилитель ясса типа УЯ

Таблица 1. Основные технические характеристики УЯ
Шифр типоразмера усилителя яса УЯ-95 УЯ-103 УЯ-122 УЯ-162 УЯ-195
Присоединительные резьбы, ГОСТ Р 50864-96 3-76 3-76 3-88 З-133 З-147
Внутренний диаметр проходного канала, мм, не менее 32,0 32,0 38,0 50,0 78,0
Полный ход штока, мм, не менее 200,0 200,0 225,0 330,0 350,0
Минимальная растягивающая нагрузка на усилитель яса для обеспечения эффективного удара, кН 136,0 136,0 250,0 350,0 400,0
Растягивающая нагрузка на усилитель гидроударника, необходимая для полного раскрытия, кН 198,0 198,0 360,0 550,0 660,0
Максимальная растягивающая нагрузка на открытый усилитель яса после удара, кН 1400,0 1400,0 2200,0 3260,0 4800,0
Максимальный крутящий момент, передаваемый усилителем яса, кН·м 15,5 15,5 31,0 60,0 150,0
Температура окружающей среды, град