УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ ТРУБ Российский патент 1997 года по МПК B23D21/14 

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для резки труб путем подачи устройства во внутритрубное пространство разрезаемой колонны труб.

Известно устройство для резки труб, содержащее снабженный упорной плитой и каналами для выхода рабочей жидкости в трубное пространство разъемной полый корпус, в радиальных пазах которого установлены резцы и размещенный в корпусе поршень с центральным каналом [1]
Известное устройство имеет следующие недостатки:
1. Низкая надежность. В бурении применяются поршневые насосы, чаще всего двухцилиндровые, реже трехцилиндровые. Такие насосы подают рабочую жидкость толчками. Пульсация давления рабочей жидкости вызывает пульсирующее расширение-сжатие колонны труб в радиальном направлении, что в свою очередь вызывает пульсирующее удлинение-укорочение колонны. При большой длине колонны которая может достигать 5000 м и более, амплитуда колебаний колонны вдоль ее оси достигает значительных величин. Так как устройство для резки труб подвешивается в нижней части колонны, резцы после врезания в отрезаемую обсадную трубу обязательно будут сломаны, так как нагрузка будет направлена перпендикулярно к ним; установка резцов в прямолинейных направляющих, выполненных в виде радиальных каналов в корпусе, не позволяет резцам перемещаться в направлении колебаний колонны.

В процессе резания рабочая жидкость прокачивается по трубному каналу, проходит по центральному каналу поршня и выходит в межтрубное пространство через отверстия, имеющиеся в корпусе устройства. Перемещение поршня происходит вследствие скоростного напора струи рабочей жидкости благодаря тому, что проход центрального канала поршня меньше прохода трубного канала колонны бурильных труб, на который подвешивается устройство. Судить об окончании процесса отрезания эксплуатационной колонны обсадных труб можно по началу движения жидкости по межтрубному пространству между эксплуатационной и механической колоннами. Однако между началом движения жидкости и моментом, когда это движение может быть зафиксировано, проходит некоторое время, так как до начала выхода жидкости через отвод крестовины уровень жидкости в межтрубном пространстве должен подняться на 3-4 м на эту величину скважина обычно осушается при установке противовыбросового оборудования для возможности осуществления сварочных работ. В этом временном промежутке резцы уже на оказывают сопротивления перемещению поршня; поршень начинает двигаться быстро и в конце своего хода перекрывает центральный канал, что вызывает гидроудар в трубном канале, что приведет к поломке насоса, разрыву колонны бурильных труб или манифольда.

2. Сложность эксплуатации.

Для замены изношенных резцов необходимо полностью разобрать устройство; особенно сложно снять резцы с пружины, имеющей волнистую форму, а затем надеть на нее новые резцы, пропуская пружину в отверстия, имеющиеся на державках резцов.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для резки труб, в котором за счет обеспечения возможности поворота резцов на осях относительно корпуса и за счет ограничения хода поршня обеспечивается защита резцов от нагрузок, возникающих при вертикальном колебании колонны бурильных труб, вызванных неравномерной подачей рабочей жидкости поршневыми насосами, обеспечивается технологичность монтажа и демонтажа резцов в устройстве, обеспечивается предотвращение гидравлического удара в системе при совершении поршнем полного хода, что позволяет повысить технологичность обслуживания и надежность работы устройства.

Выполнение поршня ступенчатым, наличие радиальных каналов, связывающих кольцевую полость между наружной поверхностью поршня и внутренней поверхностью корпуса с центральным каналом, связь каналов для выхода рабочей жидкости с кольцевой полостью и выполнение толкателя ступенчатым обеспечивает непрерывность истечения рабочей жидкости из трубного канала в межтрубное пространство при любом положении частей устройства. Это гарантирует отсутствие гидравлического удара в системе после окончания процесса резания.

Установка резцов на осях с возможностью поворота относительно корпуса позволяет передавать поперечные нагрузки на державки резцов, обусловленные вертикальными колебаниями колонны, упругим системам пружине и жидкости в трубном канале. Это приводит к значительному снижению нормальных напряжений в державке резцов и благодаря этому избежать их поломки.

Кроме того, установка резцов на осях значительно улучшает технологичность обслуживания, так как для замены изношенных резцов достаточно удалить оси, заменить резцы и поставить оси на место. При этом не требуется полная разборка устройства.

Подпружиненный толкатель резцов обеспечивает возврат устройства в транспортное положение после окончания отрезки колонны труб, а в процессе резания позволяет избежать беспорядочных колебаний резцов за счет непрерывного поджатия их к поршню.

Особое отверстие упорной плиты служит для направления хвостовика толкателя при его возвратно-поступательных перемещениях, что обеспечивает нормальную работу частей устройства.

На фиг.1 изображено устройство для резки труб в транспортном положении; на фиг.2 то же в положении окончания резки.

Устройство для резки труб содержит разъемный полый корпус 1, в нижней части которого размещена жестко соединенная с ним упорная плита 2, в которой выполнено осевое отверстие 3. В корпусе 1 выполнены каналы 4 и радиальные пазы 5, в которых установлены на осях 6 с возможностью поворота относительно корпуса 1 резцы 7. В корпусе 1 размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ступенчатый поршень 8 с центральным каналом 9 и радиальными каналами 10, выполненными между центральным каналом 9 и кольцевой полостью 11, образованной внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью меньшей ступени поршня 8.

В цилиндрической расточке корпуса 1 размещен толкатель 12, жестко соединенный со ступенчатым хвостовиком 13, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения в отверстии 3. На хвостовике размещена с возможностью взаимодействия с толкателем 12 и опорной плитой 2 пружина 14.

Устройство работает следующим образом. Навинчивают устройство на бурильную трубу, монтируют колонну труб и опускают ее на заданную глубину. Вращают колонну труб и одновременно подают рабочую жидкость под давлением в трубный канал.

Жидкость из трубного канала поступает в центральный канал 9, затем по радиальным каналам 10 попадает в кольцевую полость 11, через каналы 4 выходит из корпуса в межтрубное пространство и по нему поднимается к устью скважины. Вследствие того что суммарный проход радиальных каналов 10 меньше прохода трубного канала, на поршень 8 воздействует давление жидкости, обусловленное скоростным напором. Под действием силы, вызванной этим давлением, поршень 8 движется вниз и своим торцом нажимает на резцы 7, заставляя их поворачиваться вокруг осей 6. При повороте резцы 7 выходят из радиальных пазов 5. При этом резцы 7 воздействуют на толкатель 12, который перемещается вместе со ступенчатым хвостовиком 13 в осевом отверстии 3. Толкатель 12, перемещаясь, сжимает пружину 14, которая другим концом упирается в упорную плиту 2.

С того момента как резцы 7 коснутся внутренней поверхности отрезаемой обсадной трубы, начинается процесс резания. Движение поршня 8 замедляется и определяется теперь скорость внедрения резцов 7 в отрезаемую трубу. Рабочая жидкость, выходящая из каналов 4, омывает резцы 7 и содействует удалению стружки из зоны резания.

Вертикальные колебания колонны бурильных труб отслеживаются резцами 7, которые вследствие вертикальных перемещений корпуса 1 совершают возвратно-поступательные движения вокруг осей 6, периодически приподнимая при этом поршень 8. Неразрывности контакта резцов 7 и поршня 8 содействует подпружиненный толкатель 12.

По мере внедрения в отрезаемую трубу резцы 7 поворачиваются относительно корпуса 1 на все больший угол, постепенно сжимая пружину 14 через толкатель 12.

После окончания резания, когда благодаря разделению эксплуатационной колонны на две части межтрубное пространство соединилось с пространством между эксплуатационной колонной и технической колонной, рабочая жидкость поступает по последнему к устью скважины и после подъема уровня на 3-4 м выливается через отвод крестовины, сигнализируя об окончании процесса резания.

Если насосы, подающие рабочую жидкость, не будут вовремя остановлены, ступенчатый хвостовик 13, совершив полный ход, упрется в торец упорной плиты 2, ограничивая тем самым через толкатель 12 и резцы 7 перемещение поршня 8. В этом положении устройства кольцевая полость 11 сохраняет некоторый конечный объем, и истечение рабочей жидкости из трубного канала через осевой канал 9, радиальные каналы 10, кольцевую полость 11 и каналы 4 будет продолжаться, что исключает явление гидроудара.

После остановки насосов, подающих рабочую жидкость, давление над и под поршнем 8 уравновешивается и сила, действующая на поршень 8 сверху, исчезает. Ранее сжатая пружина 14 отжимает толкатель 12 со ступенчатым хвостовиком 13 вверх, резцы 7 поворачиваются на осях 6, входят в пазы 5 корпуса 1, а поршень 8 поднимается в верхнее положение до упора в корпусе 1; устройство принимает транспортное положение, после чего его поднимают и снимают с бурильной трубы.

Для замены изношенных резцов 7 извлекают из корпуса 1 оси 6, заменяют изношенные резцы 7 новыми, а затем устанавливают оси 6 на свои места.

Использование: резка труб путем подачи устройства во внутритрубное пространство разрезаемой колонны труб. Жидкость из трубного канала поступает в центральный канал, затем по радиальным каналам попадает в кольцевую полость, через каналы выходит из корпуса в межтрубное пространство и по нему поднимается к устью скважины. Вследствие того что суммарный проход радиальных каналов меньше прохода трубного канала, на поршень воздействует давление жидкости, обусловленное скоростным напором. Под действием силы, вызванной этим давлением, поршень движется вниз и своим торцом нажимает на резцы, заставляя их поворачиваться вокруг осей. При повороте резцы выходят из радиальных пазов. При этом резцы воздействуют на толкатель, который перемещается вместе со ступенчатым хвостовиком в осевом отверстии. Толкатель, перемещаясь, сжимает пружину, которая другим концом упирается в упорную плиту. С того момента как резцы коснутся внутренней поверхности отрезаемой обсадной трубы, начинается процесс резания. 2 ил.

Устройство для резки труб, содержащее снабженный упорной плитой и каналами для выхода рабочей жидкости в трубное пространство разъемный полый корпус, в радиальных пазах которого установлены резцы, и размещенный в корпусе поршень с центральным каналом, отличающееся тем, что поршень выполнен ступенчатым с образованием между наружной поверхностью поршня и внутренней поверхностью конуса кольцевой полости, в поршне устройства выполнены сообщающиеся с центральным каналом поршня и с кольцевой полостью радиальные каналы, каналы для выхода рабочей жидкости в трубное пространство соединены с кольцевой полостью, в упорной плите корпуса устройства выполнено осевое отверстие, резцы установлены в радиальных пазах корпуса на осях с возможностью поворота относительно корпуса, устройство снабжено подпружиненным толкателем резцов, толкатель резцов снабжен ступенчатым хвостовиком, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом отверстии упорной плиты.