УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ ТРУБ НА ГЛУБИНЕ Российский патент 1998 года по МПК E21B29/00 

Изобретение относится к горнорудной буровой технике и может быть использовано для резки труб на глубине в скважинах, заполненных жидкостью.

Известно, что резка труб на глубине осуществляется труборезами, работа которых основана на перерезающем действии кумулятивной струи (см. а.с. N 1629469, а.с. N 1808991). Недостатком таких труборезов является большое фугасное воздействие на трубу, а также резкое увеличение давления, образующегося газового пузыря, которое может привести к раздутию трубы, препятствующему ее извлечению из скважины. Другой недостаток таких устройств связан с тем, что кумулятивная струя должна сформироваться в пространстве, свободном от жидкости [Прострелочно-взрывная аппаратура: справочник под ред. Л. Я. Фридляндера, 2-е изд., М.: Недра, 1990, с. 278]. Это приводит к необходимости вводить, например, в конструкцию раздувающуюся эластичную оболочку (а. с. N 1134698), что усложняет конструкцию трубореза. Серьезным недостатком большинства известных труборезов является наличие в них взрывчатых веществ (ВВ) в виде шашек ПАДов, кумулятивных шнуров детонирующих удлиненных зарядов (ДУЗов), воспламенительных составов и т.д. Применение ВВ в народном хозяйстве с точки зрения техники безопасности нецелесообразно как в плане проведения работ с ВВ, так и в плане их хранения в слабо охраняемых помещениях. Другим недостатком применения ВВ является их большая стоимость. Кроме того, на глубинах более 2 км ПАД, прежде чем совершить полезную работу, должен преодолеть наружное давление жидкости, составляющее значительную часть (> 200 кгс/см²) от давления в камере сгорания. Эффективность ПАДа в этих условиях является низкой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предполагаемому изобретению является резак гидравлический [И.П.Пустовойтенко. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. 3-е издание, М. Недра 1988, с. 254], предназначенный для срезания гидравлической струей бурового раствора бурильной колонны.

Недостатком данного устройства является потребность для его работы в громоздкой дорогостоящей системе, обеспечивающей циркуляцию бурового раствора, а также большие затраты мощности на совершение полезной работы. Относительно низкое давление подачи раствора снижает эффективность и качество реза.

Целью настоящего изобретения является повышение безопасности проведения работ с устройством, снижение их стоимости и увеличение эффективности и качества реза.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве для резки труб на глубине, содержащем цилиндрический корпус с соплом, цилиндрический корпус имеет большое удлинение и в нем размещен с возможностью продольного перемещения дифференциальный поршень, разделяющий цилиндрический корпус на надпоршневую и две подпоршневые полости, одна из которых является гидравлической и в ней находится рабочая жидкость, а другая выполнена герметичной, при этом надпоршневая полость сообщена с окружающей средой, дифференциальный поршень относительно цилиндрического корпуса зафиксирован стопорно-фиксирующим устройством, а гидравлическая подпоршневая полость сообщена с соплом.

Указанная цель достигается тем, что в качестве источника энергии предлагаемого устройства используется гидростатическое давление жидкости, находящейся в скважине. Это, с одной стороны, повышает безопасность устройства: на поверхности потенциальная энергия устройства, а значит и его потенциальная опасность, по сравнению, например, с пороховыми шашками, отсутствует. С другой стороны, появляющаяся при погружении устройства на глубину энергия гидростатического давления является "дармовой", что существенно снижает стоимость проведения работ. Энергия W₁ гидростатического давления P_ж, запасенная устройством при погружении на глубину, равна
W₁ = P_жV,
где
V - объем энергетической полости, а энергия W₂ трубореза с ресивером, рабочее тело которого создается ПАДом (или компрессором), равна
W₂ = (P_г - P_ж)V,
где
P_г - давление в ресивере.

На малых глубинах, т.е. в случае малых P_ж, безусловно более эффективным является ПАД. На глубине, т.е. при увеличении P_ж до 150 ^oC 300 кгс/см² при неизменной мощности ПАДа предлагаемое настоящим изобретением устройство становится более эффективным:
W₁ > W₂ при
Кроме того, рез струей воды является более аккуратным и не сопровождается такими негативными эффектами, как раздутие трубы, образование газовых пузырей и т.д.

Данное техническое решение неизвестно из патентной и технической литературы.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показано устройство для резки труб в разрезе. Оно содержит цилиндрический корпус 1. В цилиндрическом корпусе 1 с возможностью продольного перемещения размещен дифференциальный поршень 2. Дифференциальный поршень 2 разделяет цилиндрический корпус 1 на надпоршневую 3 и две подпоршневых 4 и 5 полости. Одна из этих полостей 4 является гидравлической, и в ней находится рабочая жидкость 6. Другая подпоршневая полость 5 является энергетической и выполнена герметичной. Надпоршневая полость 3 сообщена с окружающей средой, т.е. торец цилиндрического корпуса 1 является открытым. Гидравлическая подпоршневая полость 4 сообщена с соплом 7, выполненным в цилиндрическом корпусе 1 в виде кольцевой щели. Сопло 7 закрыто заглушкой 8. На открытом торце цилиндрического корпуса 1 установлена крестовина 9. Дифференциальный поршень 2 относительно крестовины 9 (т.е. относительно цилиндрического корпуса 1) зафиксирован стопорно-фиксирующим устройством (СФУ) 10.

Устройство работает следующим образом. После фиксации дифференциального поршня 2 посредством СФУ 10 при атмосферном давлении окружающего воздуха и снаряжения гидравлической полости 4 рабочей жидкостью 6, устройство опускается в скважину, заполненную жидкостью, на требуемую глубину (в пределах 1,5 - 3 км). При этом давление в энергетической полости 5 остается равным атмосферному, а гидростатическое давление окружающей среды возрастает до 200 ^oC 300 кгс/см². Благодаря тому, что дифференциальный поршень 2 относительно корпуса 1 зафиксирован, давление рабочей жидкости 6 не может превышать давления окружающей среды. На дифференциальный поршень 2 действует гидростатическая уравновешенная посредством СФУ 10 сила, равная произведению давления окружающей среды на площадь сечения энергетической полости 5. После фиксации цилиндрического корпуса 1 относительно скважины (трубы) каким-либо известным способом, подается команда на срабатывание СФУ 10. При этом рабочее давление P_р в гидравлической полости 4 становится равным
P_р = F_н/F_пP_ж
где
F_н - площадь сечения надпоршневой полости 3;
F_п - площадь сечения подпоршневой полости
P_ж - давление окружающей среды.

Таким образом, рабочее давление P_р в гидравлической полости 4 становится существенно большее (в несколько раз) давления окружающей среды. Под избыточным давлением (свыше 600 кгс/см²) происходит разрушение заглушки 8. Рабочая жидкость 6 под большим избыточным давлением выбрасывается из гидравлической полости 4 через щелевое сопло 7, образуя режущую струю. Посредством этой струи осуществляется рез трубы. Для повторного использования устройство извлекается на поверхность. Дифференциальный поршень 2 при атмосферном давлении окружающего воздуха устанавливается в исходное положение и фиксируется СФУ 10. Гидравлическая полость 4 снаряжается рабочей жидкостью 6. Таким образом, устройство готово к следующему погружению в скважину.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом, в качестве которого взят резак гидравлический [И.П.Пустовойтенко. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. 3-е издание, М. Недра 1988, с. 254], заключается в повышении безопасности проведения работ с устройством, снижении их стоимости и увеличении эффективности и качества реза за счет того, что в качестве источника энергии предлагаемого устройства используется гидростатическое давление жидкости, находящейся в скважине.

Использование: изобретение относится к горнорудной буровой технике и может быть использовано для резки труб на глубине в скважинах, заполненных жидкостью. Сущность изобретения: устройство для резки труб на глубине содержит цилинидрический корпус с соплом. Цилиндрический корпус имеет большое удлинение и в нем размещен с возможностью продольного перемещения дифференциальный поршень, разделяющий цилиндрический корпус на надпоршневую и две подпоршневых полости. Одна из полостей является гидравлической и в ней находится рабочая жидкость, а другая выполнена герметичной. Надпоршневая полость сообщена с окружающей средой, а дифференциальный поршень относительно цилиндрического корпуса зафиксирован стопорнофиксирующим устройством. Гидравлическая подпоршневая полость сообщена с соплом. На заданной глубине в скважине по команде срабатывает стопорно-фиксирующее устройство. Рабочее давление в гидравлической полости становится в несколько раз больше давления окружающей среды. Под избыточным давлением разрушается заглушка и рабочая жидкость под большим давлением выбрасывается через щелевое сопло, что приводит к резу трубы. Использование изобретения повышает безопасность проведения работ с устройством, снижает их стоимость и увеличивает эффективность и качество реза за счет того, что в качестве источника энергии предлагаемого устройства используется гидростатическое давление жидкости, находящейся в скважине. 1 ил.

Устройство для резки труб на глубине, содержащее цилиндрический корпус с соплом, отличающееся тем, что цилиндрический корпус имеет большое удлинение и в нем размещен с возможностью продольного перемещения дифференциальный поршень, разделяющий цилиндрический корпус на надпоршневую и две подпоршневых полости, одна из которых является гидравлической и в ней находится рабочая жидкость, а другая выполнена герметичной, при этом надпоршневая полость сообщена с окружающей средой, дифференциальный поршень относительно цилиндрического корпуса зафиксирован стопорно-фиксирующим устройством, а гидравлическая подпоршневая полость сообщена с соплом.