НАРУЖНАЯ ТРУБОЛОВКА Российский патент 1997 года по МПК E21B31/20 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к ловильному инструменту для капитального и текущего ремонта скважин.

Известны наружные труболовки, включающие корпус со спиральной конической внутренней поверхностью, в котором установлен захватный элемент, наружная поверхность которого имеет такую же спиральную коническую поверхность, а внутренняя поверхность снабжена насечками. В указанных труболовках захват ловильной трубы производится за счет заклинивания захватного элемента между конической спиральной внутренней поверхностью корпуса и наружной цилиндрической поверхностью трубы или ее муфты.

Однако указанные устройства имеют недостаточную надежность. Так, они ненадежны в случаях загрязнения скважин и ловимой поверхности различными отложениями окалиной, парафином и смолами, особенно при наличии в скважине отложения солей, выпадающих из ее продукции, т.к. указанные отложения нарушают прочность сцепления ловимой поверхности с захватным элементом, препятствуя надежному контакту между ними.

Другим недостатком указанной конструкции труболовки является недостаточная надежность захвата, вызванная большой чувствительностью клинового захватного механизма к отложениям от номинального размера ловимой трубы. Как показывает промысловая практика, ловимый конец трубы вследствие износа, смятия, вздутия, может существенно отличаться от номинальных размеров, в результате чего при приложении осевой нагрузки наблюдается его проскальзывание относительно захватного элемента.

Еще одним существенным недостатком известного устройства является сложность приемов работы с ним в скважинных условиях, что, в частности, заключается в том, что для заклинивания и расклинивания /захвата и освобождения ловимой трубы/ необходимо производить удары рабочей колонной вверх или вниз соответственно, а также осуществлять поворот рабочей колонны. Указанные операции в глубоких и наклонных скважинах трудно контролируются и выполняются, поэтому указанные ударные нагрузки рекомендуется выполнять с помощью яссов, установленных специально для этих целей на рабочей колонне, что в свою очередь усложняет конструкцию рабочей колонны.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату является ловитель, содержащий корпус, переводник и цангу, причем корпус выполнен с боковыми окнами, в которых размещены перья цанги.

Захват ловимой трубы в данной конструкции осуществляется удержанием за торец муфты или за высадку тела трубы /если трубы равнопрочные, с высадкой наружу/. Такой принцип захвата делает его малочувствительным к загруженности ловимой поверхности трубы и к отклонениям от номинального радиального размера ловимой трубы, что делает захват более надежным. Если в случае, когда верхний конец оканчивается, например, ниппелем, а не муфтой, то можно заловить колонну путем пропуска верхней трубы в рабочую колонну и захвата следующей муфты. Таким образом, этот тип захвата можно рассматривать как не зависящий от того, чем заканчивается верхний конец ловимой трубы /как и у аналога/ ниппелем или муфтой.

Несмотря на указанные преимущества прототипа, ему присущи и определенные недостатки. Так, например, конструкция не позволяет осуществлять освобождение ловимой колонны, что часто является нежелательным в нефтепромысловой практике.

Применение для этих целей известных конструкций и приемов освобождения нежелательно, т.к. они обладают существенными недостатками. Так, например, в случае с аналогами, как уже указывалось, необходимо прилагать резкое динамическое нагружение рабочей колонны, в результате чего возникает необходимость применения для этих целей яссов. В других случаях возникает необходимость вращения рабочей колонны, что так же нежелательно с точки зрения контроля над этой операцией, т.к. при работе в наклонно-направленных скважинах, да и в вертикальных тоже, но в меньшей степени, для сдвига механизма освобождения на некоторый требуемый угол в месте ловли и освобождения, верхнюю часть колонны необходимо повернуть на гораздо больший угол или даже на несколько оборотов.

В виду влияния на этот процесс множества факторов, таких как жесткость колонны, профиль ствола скважины, сил трения и т.д. этот процесс трудно контролируемый и трудно управляемый.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей труболовки путем выполнения ее освобождающегося типа, причем механизм освобождения не требует приложения динамических ударов и поворота рабочей колонны.

Указанная цель достигается тем, что труболовка снабжена шаговым механизмом вращения цанги, выполненным в виде жестко связанной с цангой и перьями и расположенной в корпусе между цангой и пружиной втулки, на наружной поверхности которой выполнены пазы с выступами со скосами, в которых размещены винт, жестко связанный с корпусом, причем шаг механизма вращения составляет половину угла между окнами.

Проведен анализ на соответствие предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Выполнение труболовки с шаговым механизмом вращения втулкой со скосами, позволили получить новое свойство, не присущее другим существующим техническим решениям, а именно, существенно упростить процесс освобождения и захвата ловимой колонны, т. е. проводить его без вращения колонны, без ударов, без применения яссов, т. е. трудно контролируемых операций, особенно в наклонно-направленных скважин.

С другой стороны авторами не известны больше технические решения /кроме прототипа/, где захват устройства для ловли труб и штанг осуществлялся бы захватом под муфту. Подобное выполнение захвата придает техническому решению новое свойство, не присущее другим подобным объектам свойство малочувствительности и загрязненности ловимой поверхности трубы, и увеличения грузоподъемности устройства, т.к. в этом случае материал работает на смятие.

На фиг.1 изображена труболовка наружная, в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение В-В на фиг. 1; на фиг.4 вид по стрелке С на фиг.1, после захвата ловимой трубы; на фиг.5 развертка пазов шагового механизма поворота цанги, механизма захвата - освобождения.

Труболовка наружная состоит из корпуса 1, в котором установлена подвижная цанга 2 с перьями 3, жестко связанная с втулкой 4 механизма захвата - освобождения. В свою очередь втулка 4 подпружинена относительно корпуса 1 с помощью пружины 5. В нижней части корпуса 1 выполнены окна 6, между которыми размещены упорные борты 7. На наружной поверхности втулки 4 выполнены пазы 8, с которыми взаимодействует винт 9, жестко связанный с корпусом 1. Верхние и нижние пазы 8 смещены относительно друг друга в вертикальной плоскости, причем конусы выступов 10 между пазами 8 выполнены со скосами 11. Труболовка опускается в скважину на колонне рабочих труб 12. При этом в транспортном положении перья 3 цанги 2, расположены в окнах 6 корпуса 1, благодаря чему муфта 13 ловимой колонны 14 беспрепятственно входит во внутреннюю полость корпуса 1 труболовки. При дальнейшем движении труболовки вниз, верхний торец муфты 13, упираясь в цангу 2, сжимает пружину 5 и перемещает перья 3 цанги 2 выше буртов 7. При этом перья 3 выпрямляются в пределах упругой деформации и входят во внутреннюю полость корпуса 1, сжимаясь в радиальном направлении и обеспечивая последующий захват ловимой колонны выступами "а" под нижний торец муфты. Вместе с перьями 3 и цанги 2 вверх относительно корпуса 1 движется и втулка 4 механизмаx захвата-освобождения. При этом, штифт 9 попадает из верхнего паза 8 в соответствующий нижний паз, причем при прохождении через соответствующий скос 11 происходит поворот втулки 4 относительно корпуса 1 на угол α/4 Дальнейшее движение труболовки вниз относительно ловимой колонны 14 ограничивается моментом упора поверхности C втулки 4 с поверхностью g корпуса 1, чем предотвращается возможность срезания винта 9 от веса рабочей колоны 12. После упора поверхности g с поверхностью C, что отмечается на поверхности уменьшением нагрузки на элеваторе, приподнимают рабочую колонну 12 вверх. При этом корпус 1 начинает двигаться вверх относительно втулки 4. Далее аналогично предыдущему этапу, винт 9 также перемещается, но уже вверх, т. е. наоборот, попадает из нижнего паза 8 в соответствующий верхний паз 8, так же с поворотом на α/4 Таким образом, в процессе движения рабочей колонны 12 вниз до упора и затем вверх, втулка 4, а с нею и цанга 2 с перьями 3 поворачивается на угол α/2
Следовательно, в корпусе 1 перья 3 становятся между окнами 6 выше буртов 7. При последующем движении корпуса 1 вверх, перья 3 поверхностью "б" упираются в упорные бурты 7, а поверхностью "а" подводятся под нижний торец муфты 13 ловимой колонны 14. В последующем, при подъеме колонны 14, растягивающее усилие от рабочей колонны 12 передается нижнему торцу муфты 13 через бурт 7 корпуса 1 и соответствующие поверхности "а" и "б" цанг 3.

В случае, когда необходимо освободить колонну ловильных труб 14, производиться небольшое опускание колонны 12 вниз, а затем подъем вверх. При этом, аналогично предыдущему описанному процессу произойдет проворот втулки 4 и цанги 2 с перьями 3 относительно корпуса 1 на угол α/2 При последующем подъеме рабочей колонны 12 вверх перья 3 уже попадают в окна 6 корпуса 1 и, тем самым, открывается беспрепятственный выход муфты 13 ловимой колонны 14 из корпуса 1 происходит освобождение колонны 14.

В изобретении существенно повышается надежность захвата ловимой колонны 14, т.к. захват осуществляется под торец муфты 13. В случае же, если верхний конец ловимой колонны 14 оканчивается ниппелем, то верхний конец /ниппельный конец/ можно пропустить через внутренний проход труболовки во внутреннюю полость рабочей колонны 12 до тех пор, пока в цангу 2 не упрется уже следующая муфта. Т. е. изобретение позволяет ловить трубы независимо от того, какой верхний конец ловимой колонны 14 ниппель или муфта, лишь бы колонна 14 была муфтовой или не с высадкой наружу.

По нашим расчетам, грузоподъемность подобного типа труболовок будет существенно выше в сравнении с известными, т.к. материал в этом случае работает на растяжение и смятие /бурты 7, поверхности "а" и "б" и нижний торец муфты 13/, как и у захвата элеватора /без расклинивающих напряжений/.

Преимущественная область применения описанной труболовки применение и извлечение насосно-компрессорных труб, находящихся в глубоких и искривленных скважинах, ловильные работы в которых осложнены коррозией, отложениями солей, парафинов и т.д.

Использование: при капитальном и текущем ремонте скважин. Сущность изобретения: наружная труболовка имеет корпус с окнами, в которых размещены перья подпружиненной цанги, и механизм вращения цанги. Последний выполнен в виде втулки, жестко связанной с цангой и перьями и расположенной в корпусе между цангой и пружиной. На наружной поверхности втулки выполнены пазы с выступами со скосами, в которых размещен винт, жестко связанный с корпусом. Шаг механизма вращения составляет половину угла между окнами. 5 ил.

Наружная труболовка, содержащая корпус с окнами, подпружиненную цапфу, перья которой размещены в окнах корпуса, отличающаяся тем, что она снабжена шаговым механизмом вращения цанги, выполненным в виде жестко связанной с цангой и перьями и расположенной в корпусе между цангой и пружиной втулки, на наружной поверхности которой выполнены пазы с выступами со скосами, в которых размещен винт, жестко связанный с корпусом, причем шаг механизма вращения составляет половину угла между окнами.