ДВИГАТЕЛЬ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОТВОРОТА ТРУБ ПШЕНИЧНОГО Российский патент 1994 года по МПК E21B31/00 

Изобретение относится к области бурения скважин всех назначений, в частности к устройствам, предназначенным для развинчивания и разрушения крутящим моментом аварийных бурильных колонн в скважинах, собранных из труб, на резьбах любого направления, и является усовершенствованием известного устройства (заявка N 4733177 от 02 авг. 1989).

Целью изобретения является упразднение золотникового вала, пронизывающего всю длину двигателя, и замена его компактным золотниковым устройством, длина которого не должна зависеть от варианта компоновки двигателя и его длины, и не влияющего отрицательно на величину полезной площади поршней, пригодного для работы в частично зашламованной среде; легко извлекаемого для ревизии и ремонта, обеспечение возможности ревизии и очистки каналов без разборки двигателя; исключение выброса отработавшего энергоносителя в затрубное пространство и направление его на промывку скважины.

Вместо золотникового вала применен легко доступный, легко заменяемый и ремонтно-пригодный золотник малой длины (не более диаметра цилиндра), не зависимой от габаритной длины двигателя, с нагнетательным и выкидным патрубками, диаметр прохода которых превышает величину граней шлама максимально допустимого размера. Золотник помещен в корпус, содержащий радиальные золотниковые, другие радиальные и продольные транзитные каналы в его стенках, через которые отработавший энергоноситель выведен в выходной патрубок золотника, гидравлически связанный с полостью скважины под традиционным устройством для отворота труб. Против каждого канала, содержащегося в стенках корпуса, предусмотрены заглушаемые каналы - ревизии.

На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель (золотник поставлен в положение для подачи энергоносителя в цилиндры для подъема блока тандем поршней вверх); на фиг.2 и 3 - разрезы А-А и Б-Б на фиг.1 (в положении для подачи энергоносителя в цилиндры для подъема блока тандем поршней вверх); на фиг.4 и 5 - то же, в положении, когда золотник повернут на 180^о против положения, изображенного на фиг.1, 2, 3, обеспечивающем подачу энергоносителя в цилиндры для перемещения блока поршней вниз.

Двигатель в виде двухпоршневого блока компонуется из трех блок-деталей, к которым относятся: корпус с радиальными золотниковыми и радиальными транзитными продольными каналами, соосно радиальным и продольным каналом - каналы-ревизии (не показаны). Верхний участок корпуса является неподвижной частью золотникового устройства, а нижний - цилиндром; блок тандем поршней с полым штоком; вращающийся компактный золотник, ответный неподвижной части золотникового устройства в корпусе, снабженный нагнетательным и выкидным патрубками с редукционным клапаном. Длина золотника не превышает диаметра цилиндра двигателя и не зависит от его длины. Конструкция двигателя базируется на элементарной гидро-кинематической схеме, получающей энергоноситель по трубам, обеспечивающей возможность получения возвратно-поступательных движений (выходного из двигателя штока), необходимых, например, традиционному устройству для отворота труб, где они преобразуются во вращательное движение.

Для компоновки двигателя, развивающего любое, практически необходимое осевое усилие, приняты двухпоршневые блоки тандем, что технологически целесообразно с точки зрения серийного машиностроения и компоновки разных вариантов двигателей.

На фиг. 1 золотник 1 снабжен нагнетательным патрубком 2, полость которого переходит в канал 3, против которого в корпусе 4 образован золотниковый радиальный канал 5, переходящий в вертикальный транзитный канал 6, и далее через радиальный канал 7 сообщается с поршневой полостью 8, а через радиальный канал 9 - с поршневой полостью 10 цилиндра. Надпоршневая полость 11 цилиндра радиальным каналом 12, а надпоршневая полость 13 радиальным каналом 14, вертикальным транзитным каналом 15 через золотниковый канал 16 соединен с золотниковым каналом 17 золотника 1 и площадью выкидного патрубка 18, который лабиринтно или манжетно подвижно уплотнен со штоком тандем поршня. Кроме этого, в корпусе 4 симметрично золотниковому каналу 5 находится аналогичный золотниковый канал 19, а симметрично золотниковому каналу 16 - золотниковый канал 20. В корпусе 4 содержатся перегородка 21 и днище 22. На торец выкидного патрубка 18 посажен подпружиненный редукционный клапан 23.

В корпус 4 посажен тандем поршень 24 (25), сблокированный полым штоком 26.

Приведенное описание охватывает первый блок двигателя. Он может развивать осевое усиление Р, равное двум кольцевым площадям F поршней 24 и 25, умноженным на давление Р энергоносителя. При эксплуатации описанного двигателя верхние и нижние концы вертикальных транзитных каналов 6, 15 герметизируются. При необходимости увеличения осевых сил, развиваемых двигателем, к первому блоку стыкуется второй, аналогичный блок (или любое их число), но без золотникового устройства. При этом нижние концы вертикальных каналов открываются.

К второму блоку относятся позиции 27-41, где: вертикальный транзитный канал 27 является продолжением транзитного канала 6, который через радиальный канал 28 сообщается с подпоршневой полостью 29, а через радиальный канал 30 - с подпоршневой полостью 31 цилиндра. Надпоршневая полость 32 цилиндра радиальным каналом 33 и надпоршневая полость 34 цилиндра радиальным каналом 35, вертикальными транзитными каналами 36 и 15 и радиальными золотниковыми каналами 16, 17 соединяются с выкидным патрубком 18, позиция 37 - перегородка. Поршень 39 и поршень 40 сблокированы полым штоком 41, образуя тандем поршень, являющийся продолжением штока 26. При компоновке двигателя третьим, четвертым и т.д. блоками каналы 27, 36 в днище 38 открываются.

Двигатель первого блока работает следующим образом.

Золотник 1 получает вращательное движение от нагнетательного патрубка 2, подвешенного к колонне труб, из которой энергоноситель, он же промывочная среда, по золотниковым каналам 3, 5, продольному 6, радиальным 7, 9 каналам поступает в подпоршневые полости 8, 10 цилиндров, перемещая блок тандем поршней 24, 25 (26) вверх (увлекая за собой винт большого шага или зубчатую рейку традиционного преобразователя осевых движений во вращательные). Из надпоршневых полостей 11, 13 содержащаяся в них среда вытесняется через радиальные каналы 12, 14 - продольный канал, 15 - золотниковые, 16, 17, выкидной патрубок 18 и редукционный клапан 23 и направляется на промывку скважины. Редукционный клапан 23 обеспечивает постоянное давление энергоносителя в цилиндрах двигателя и проход его избытка на промывку скважины, минуя двигатель. При ходе тандем поршней вверх золотниковые каналы 19, 20 закрыты золотником. С поворотом золотника 1 на 180^о в любом направлении (фиг. 4), золотниковые каналы 5, 16 закрываются золотником, а золотниковые каналы 19б 20 открываются. Энергоноситель по золотниковым каналам 3, 19 - продольному, 15 - радиальным, каналам 14, 12 поступает в надпоршневые полости 13, 11 цилиндров, перемещая тандем поршни 24, 25 (26) вниз вместе с вышеназванным винтом или рейкой преобразователя направления движения традиционного устройства для отворота труб. При этом среда, содержащаяся в подпоршневых полостях 8, 10 цилиндров, через радиальные каналы 7, 9 (продольный), 6 (золотниковые), 20, 17, выкидной патрубок 18, редукционный клапан 23, выталкивается на промывку скважины, чем исключается необходимость применения дополнительного насоса и достигается сохранение стенок скважин.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в применении элементарного малогабаритного золотника (диаметр и высота которого не зависят от варианта компоновки двигателя и его длины и находятся в пределах диаметра цилиндра двигателя), легко доступного, ремонтнопригодного, применимого для работы в зашламованной среде, вместо золотникового вала, длина которого измеряется метрами, и в каждом отдельном случае подгоняемого к длине двигателя разной компоновки, технологически сложного и подверженного заклиниванию; каналы питания двигателя энергоносителем вынесены в стенки корпуса, легко доступны, подвергаются ревизии и очистке от шлама без разборки двигателя; увеличен коэффициент использования полезной площади поршней. Из ранее поступавшего энергоносителя (он же промывочная среда) около 50% использовалось для работы двигателя, после чего он, отработав в двигателе, выталкивался в затрубное пространство, размывая стенки скважины, а 50% направлялось на промывку скважины, чего явно недостаточно. Заявкой задача решена так, что вся среда, поступающая по трубам колонны, включая отработавшую в двигателе, попадает на промывку скважины, чем исключается необходимость применения дополнительного насоса.

Использование: при бурении скважин всех назначений. Предназначен для развинчивания и разрушения крутящим моментом аварийных бурильных колонн в скважинах, собранных из труб на резьбах любого направления. Двигатель компонуется из отдельных цилиндрово-поршневых блоков, работающих реверсивно. Развивает осевые силы любой практически потребной величины. Золотниковый узел отличается компактностью. Он и все каналы ревизуемы и очищаемы без разборки двигателя. Вся рабочая среда (энергоноситель, он же промывка), подводимая к двигателю по вращающейся колонне труб, после двигателя направляется на промывку скважины. 5 ил.

Двигатель устройства для отворота труб, включающий полый корпус со средством для связи с якорем в верхней части и горизонтальными перегородками, пропущенный через перегородки и телескопически установленный в корпусе полый ствол со средством для связи с узлом отворота труб в нижней части и кольцевыми поршнями на наружной поверхности, образующими со стенками корпуса и перегородками нагнетательные и реверсивные камеры, установленный с возможностью вращения в полости ствола полый шток со средством для связи со спуско-подъемным оборудованием в верхней части и обратным клапаном в нижней части, систему продольных и радиальных каналов для сообщения поочередно при повороте на 180^o золотника, выполненного на штоке, нагнетательных и реверсивных камер соответственно с подводящей линией и сливной линией, сообщенной с внешним пространством, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности в работе, система продольных и радиальных каналов выполнена в корпусе, полость штока разделена перегородкой, выполненной на уровне золотника, на верхний и нижний участки, при этом верхний участок полого штока сообщен с подводящей линией, а нижний участок - со сливной линией и с подклапанным пространством через обратный клапан.