Устройство для отцепления инструмента от рабочей колонны труб Российский патент 2004 года по МПК E21B23/00 

Изобретение предназначено для использования в процессе подземного ремонта скважин, преимущественно с применением непрерывной колонны гибких труб, наматываемых на барабан.

В промысловой практике находят применение приспособления для присоединения забойного инструмента к колонне гибких труб (ГТ), предусматривающие освобождение колонны ГТ от прихваченного инструмента. В наиболее простом варианте названное приспособление состоит из верхнего переводника, присоединенного к колонне ГТ, и нижнего переводника, установленного на забойном инструменте. Верхний и нижний переводники закреплены между собой разрушаемым элементом, например срезными винтами.

Недостатки указанного устройства следующие:

- для освобождения колонны ГТ от инструмента необходимо приложить существенное осевое усилие, разрушающее винты. Однако на практике такая возможность не всегда имеется, а иногда нежелательна, например при ремонте нарушений в обсадной колонне путем установки гильзы (лайнера), пластырей и других подобных методов;

- невозможность повторного соединения частей приспособления без извлечения их на поверхность для удаления разрушенных винтов и повторной сборки с новыми винтами.

Ближайшим прототипом настоящего изобретения можно принять известное устройство - так называемый гидравлический отсоединитель [1], включающий корпус, соединенные с ним верхний и нижний переводники, размещенный в корпусе ниже верхнего переводника поршень со сквозным каналом, установленный с возможностью осевого перемещения и выполненный с седлом под сбрасываемый шар. Нижний переводник к корпусу присоединен с помощью левой резьбы и застопорен относительно него с помощью шплинта, взаимодействующего с подвижным поршнем. Для разъединения устройства в него через колонну труб сбрасывается шар, который перекрывает седло в канале поршня. При прокачке жидкости под действием перепада давления поршень перемещается вниз и выводит шплинт из зацепления с корпусом и нижним переводником, тем самым освободив левую резьбу между ними от стопорения. После этого вращением рабочей колонны труб направо устройство разъединяется в указанном левом резьбовом соединении.

Недостаток описанного устройства - необходимость вращения рабочей колонны для отсоединения, что не позволяет использовать его в комплекте с колонной гибких труб.

Другой недостаток устройства заключается в том, что после разъединения приспособление не может быть повторно соединено до тех пор, пока его нижняя часть не будет извлечена из скважины.

Целью изобретения является разъединение устройства без поворота и натяжения колонны и обеспечение возможности повторных зацеплений разъединенных частей устройства без извлечения их из скважины.

В предложенном устройстве поставленная цель достигается тем, что верхний переводник и корпус соединены посредством несамотормозящейся резьбовой пары, поршень подпружен и зафиксирован от проворота относительно корпуса, а на торце верхнего переводника и на верхнем торце поршня выполнены кулачковые полумуфты для взаимодействия между собой и выведения из зацепления при создании давления на поршень после сбрасывания шара в седло и последующего разъединения несамотормозящейся резьбовой пары при отведении верхнего переводника от корпуса.

По вопросу о соответствии заявленного устройства критерию “изобретательский уровень” сообщаем следующее.

Названный выше первый аналог устройства, хотя и позволяет произвести отсоединение рабочей колонны от забойного инструмента без проворота (вращения) колонны, но лишен двух принципиальных преимуществ предложенного устройства, а именно:

- для разъединения аналога требуется приложить осевое усилие, а в предложенном устройстве - нет;

- для повторного соединения аналога его необходимо поднять на поверхность для замены разрушенных винтов, а предложенное устройство может быть повторно соединено и разъединено несколько раз.

Вместе с тем в нефтепромысловой практике устройства аналогичного назначения находят применение и для соединения колонны насосных штанг с плунжером насоса в тех случаях, когда по тем или иным причинам плунжер насоса необходимо опускать и поднимать отдельно от колонны штанг. Среди них можно указать на устройство для соединения глубиннонасосных штанг с плунжером насоса, содержащее цанговые зажимы [2].

Недостатком этого устройства является невысокая его надежность, обусловленная поломками захватной цанги.

Известно и другое устройство для соединения штанг с подземным оборудованием в скважине, не содержащее цанговый захват [3].

Однако это устройство имеет сложную конструкцию с большим количеством взаимодействующих деталей, что снижает его надежность.

Заметим, что последние описанные два известные устройства не имеют внутреннего канала, т.е. решают задачу частично, а именно только в части сцепления и расцепления инструмента с рабочей колонной, поэтому не пригодны для полноценного использования с рабочей колонной, имеющей внутренний гидравлический канал.

Перечисленные особенности предлагаемого устройства, по нашему мнению, придают ему преимущества в сравнении как с прототипом, так и с известными вышерассмотренными аналогами, что позволяет отнести его отличительные признаки соответствующими критерию “изобретательский уровень”.

Устройство в соединенном положении изображено на фиг.1, продольный разрез; на фиг.2 - сечение через кулачковые полумуфты; на фиг.3 - сечение на уровне деталей “поршень-корпус”.

Устройство крепится к гибкой трубе (ГТ) 1 через верхний переводник 2, который посредством несамотормозящейся резьбовой пары 3 соединен с корпусом 4. Зазор между переводником 2 и корпусом 4 уплотнен резиновым кольцом 5. В корпусе 4 расположен поршень 6 с уплотнением 7 и сквозным каналом 8. Поршень 6 в корпусе 4 установлен на шлицах 9, которые позволяют двигаться поршню 6 в осевом направлении без проворота. Поршень 6 подпружинен пружиной 10 и на верхнем торце имеет кулачковые полумуфты 11, входящие в зацепление с кулачковыми полумуфтами 12, расположенными на торце верхнего переводника 2. Устройство через нижний переводник 13 присоединено к инструменту 14, от которого может возникнуть необходимость отцепления колонны ГТ 1 по тем или иным причинам.

Работа устройства производится следующим образом.

В процессе производства внутрискважинных работ гидравлическое сообщение полости ГТ 1 с инструментом 14 осуществляется через канал 8 поршня 6 и полости корпуса 4 и переводников 2 и 13. При этом герметичность несамотормозящейся резьбовой пары 3 между верхним переводником 2 и корпусом 4 достигается с помощью уплотнительного кольца 5. Крутящий момент (реактивный момент), если он возникает при применении внутрискважинных инструментов (например, при бурении забойным двигателем), передается от инструмента 14 к гибкой трубе 1 через шлицы 9 и кулачковые полумуфты 11 и 12. В случае, когда необходимо разъединится с инструментом 14, в устройство через ГТ 1 сбрасывается шарик 15, который перекрывает канал 8 в поршне 6. В последующем путем создания давления на поршень 6 его кулачковая полумуфта 11 выводится из зацепления из кулачковой полумуфты 12 верхнего переводника 2, после этого резьбовая пара 3 получает возможность проворота и поэтому разъединяется путем отвода верхнего переводника 2 от корпуса 4. При этом вращение верхнего переводника 2 при самоотвороте резьбы 3 происходит за счет кручения ГТ 1 на 2-3 оборота в пределах ее упругости. При необходимости соединение можно заново повторно сомкнуть, что может быть выполнено или с помощью той же колонны ГТ, например после промывки, повторной подачей переводника 2 вниз, или же в случае, когда инструмент прихватило, путем спуска верхнего переводника 2 на более прочной колонне 1, например, на бурильных трубах, которые дают возможность приложить большие растягивающие усилия к инструменту 14 для его последующего освобождения и подъема на поверхность. При этом процесс повторного соединения происходит следующим образом.

Верхний переводник 2 при опускании колонны ГТ вниз ввинчивается в корпус 1 за счет несамотормозящегося свойства резьбовой пары, при этом поворот переводника 2 на 2-3 оборота происходит также в пределах упругой деформации колонны 1. В процессе соединения торцы кулачков полумуфты 12 верхнего переводника 2 упираются на торцы кулачков полумуфты 11 поршня 6 и перемещают поршень 6 вниз, отжимая пружину 10. При этом одновременно происходит поворот кулачковой полумуфты 12 относительно поршня 6 и его кулачковой полумуфты 11, причем поршень 6 скользит вниз по шлицам 9 без проворота. После совмещения кулачков полумуфт до положения соединения в результате их поворота относительно друг друга подпружиненный поршень 6 перемещается вверх на высоту кулачков, обеспечивая их зацепление в тангенциальном направлении. Таким образом, несамотормозящаяся резьбовая пара 3 стопорится от возможности проворота переводника 2, необходимого для его отвинчивания, следовательно, соединение становится замкнутым.

Авторы считают, что преимущественной областью применения предлагаемого устройства является подземный ремонт скважин с применением агрегатов с гибкими трубами НКТ. Другой областью возможного применения может стать добыча нефти штанговыми насосами с применением полых штанг, когда возникает необходимость сцепления полых штанг с плунжером насоса в скважинных условиях, при их раздельном спуске.

Литература

1. А.с. № 438774.

2. Реферативный научно-технический сборник “Машины и нефтяное оборудование”, 1972, № 7.

3. А.с. № 283122.

Изобретение относится к области подземного ремонта скважин, преимущественно с применением непрерывной колонны гибких труб. Устройство включает корпус, соединенные с ним верхний и нижний переводники. Верхний переводник и корпус соединены посредством несамотормозящейся резьбовой пары. В корпусе ниже верхнего переводника размещен поршень со сквозным каналом. Поршень установлен с возможностью осевого перемещения и выполнен с седлом под сбрасываемый шар. Поршень подпружинен и зафиксирован от проворота относительно корпуса. На торце верхнего переводника и на верхнем торце поршня выполнены кулачковые полумуфты. При создании давления на поршень после сбрасывания шара в седло кулачковые полумуфты выводятся из зацепления, происходит последующее разъединение несамотормозящейся резьбовой пары при отведении верхнего переводника от корпуса. Обеспечиваются разъединение устройства без поворота и натяжения колонны и возможность повторных зацеплений разъединенных частей устройства без извлечения их из скважины. 3 ил.

Устройство для отцепления инструмента от рабочей колонны труб, содержащее корпус, соединенные с ним верхний и нижний переводники, размещенный в корпусе ниже верхнего переводника поршень со сквозным каналом, установленный с возможностью осевого перемещения и выполненный с седлом под сбрасываемый шар, отличающееся тем, что верхний переводник и корпус соединены посредством несамотормозящейся резьбовой пары, поршень подпружинен и зафиксирован от проворота относительно корпуса, а на торце верхнего переводника и на верхнем торце поршня выполнены кулачковые полумуфты для взаимодействия между собой и выведения из зацепления при создании давления на поршень после сбрасывания шара в седло и последующего разъединения несамотормозящейся резьбовой пары при отведении верхнего переводника от корпуса.