УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ ТРУБ В НАКЛОННОЙ СКВАЖИНЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК E21B29/06 

Изобретение относится к машинам для прокладки кабелей или проводов по земле, в земле или воде при строительно-дорожных и геологоразведочных технологиях применительно к разработке грунтов природных шельфов, имеющих III и IV группу прочности.

Известно устройство для резки труб в скважине, содержащее корпус, поршень со штоком, пружину и резцы (Серенко И.А. Фрезеры и инструменты для удаления посторонних предметов с забоя скважин. М.: ВНИИОЭНГ, 1967. - С.35-44). Это механические труборезки. Принцип действия таких устройств основан на подаче подпружиненных резцов к отрезаемой трубе за счет гидравлического давления, создаваемого внутри бурильной колонны, на которой труборезка спускается в скважину.

Недостатком известных устройств является то, что для эффективной работы наружный диаметр их корпуса должен быть незначительно (на 5...10 мм) меньше внутреннего диаметра отрезаемой трубы. Устройство для резки труб большого диаметра в скважине, изготовленное по такому принципу, имело бы очень большие габариты и вес, что исключало бы возможность резки ниже смятой части трубы при аварийных работах ввиду невозможности пропуска устройства через смятую часть трубы.

Известны также устройства для резки труб в скважине (SU 605934 А, Е 21 В 29/00, опубл. 1978 г., бюл. № 17), содержащее отклоняющий рычаг, шарнирно связанный с корпусом и установленным с возможностью взаимодействия одним концом с приводом резца, а другим - с поверхностью трубы. В качестве привода резца установлен забойный гидравлический двигатель.

Известно устройство для резки труб в скважине, содержащее корпус с переводниками, внутри которого размещен привод резцов, выполненный в виде подпружиненного поршня со штоком, и подпружиненные рычаги (SU 717278 А, Е 21 В 29/00, опубл. 1980).

В качестве наиболее близкого аналога выбран известный труборез, содержащий корпус резцедержателя со сквозным каналом, внутри корпуса размещено гнездо резцедержателя, в котором установлен резец на основе принципа противодавления с помощью удерживающей пружины с одной стороны и камеры давления для гидрожидкости на подпятник резца с другой (SU 899847 А, Е 21 В 29/00, 23.01.1982).

Недостатком указанных устройств является отсутствие стабильно управляемой системы регулирования величины выдвижения резца, последующей стабильной фиксации в выдвинутом положении и устойчивой системы крепления и центрирования резца в рабочем положении. Все это сопровождается нерегулируемостью процесса выдвижения резца в рабочее положение, дополнительными динамическими ударными нагрузками, вызывающими быстрый износ или поломку резца.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение надежности процесса резания, увеличение срока службы резца.

Технический результат - уменьшение габаритов устройства при резке труб большого диаметра, обеспечение проходимости через смятую часть трубы, управляемость процесса выдвижения резца и стабильное удержание его в заданном положении, а также центровку резцедержателя в рабочем процессе.

Указанный технический результат по одному из вариантов устройства достигается тем, что устройство для резки труб в наклонной скважине содержит закрепленный на конце буровой штанги корпус резцедержателя с гнездом, в котором установлен резец с подпятником на основе принципа противодавления с помощью удерживающей пружины с одной стороны и камеры давления для гидрожидкости на подпятник резца с другой. Корпус резцедержателя имеет призматическую форму, удерживающая пружина тарирована, при этом с каждой стороны по наружной поверхности резцедержателя, соприкасающейся с внутренней окружной поверхностью трубы, выполнены выемки, предназначенные для смазки и центрирования резцедержателя в трубе, при этом для подачи жидкости от буровой штанги к выемкам с одной стороны резцедержателя в буровой штанге и резцедержателе выполнены сквозные каналы, связанные с балансировочным отверстием, которое в свою очередь посредством каналов в резцедержателе связано с выемками, а с другой стороны резцедержателя выполнен аналогичный сквозной канал, связанный с камерой давления на подпятник резца и с выемками посредством каналов, выполненных в резцедержателе.

Указанный технический результат по другому варианту достигается тем, что устройство для резки труб в наклонной скважине содержит закрепленный на конце буровой штанги корпус резцедержателя с гнездом, в котором установлен резец с подпятником на основе принципа противодавления с помощью удерживающей пружины с одной стороны и камеры давления для гидрожидкости на подпятник резца с другой. Дополнительно устройство содержит второе гнездо резцедержателя, аналогичное указанному, с установленным в нем резцом. Корпус резцедержателя имеет призматическую форму, удерживающие пружины тарированы. При этом с каждой стороны по наружной поверхности резцедержателя, соприкасающейся с внутренней поверхностью трубы, выполнены выемки, предназначенные для смазки и центрирования резцедержателя в трубе, а для подачи гидрожидкости от буровой штанги к выемкам, в буровой штанге и резцедержателе выполнены сквозные каналы, связанные с камерами давления на подпятники резцов и выемками посредством каналов в резцедержателе.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается путем придания корпусу резцедержателя призматической формы, формирования с каждой стороны по наружной поверхности резцедержателя, соприкасающейся с внутренней окружной поверхностью трубы выемок, предназначенных для центрирования резцедержателя в трубе, которые заполнены гидрожидкостью, тарировки пластинчатой пружины, удерживающей в гнезде резцедержателя резец, и регулированием величины давления гидрожидкости на подпятник резца с противоположной стороны.

Уменьшение габаритов устройства и обеспечение проходимости через смятую часть трубы достигается призматической формой его исполнения; управляемость процесса выдвижения резца обеспечивается автоматически балансировкой противодавлении тарированной пружины и регулируемым давлением гидрожидкости на подпятник резца; исключение нестабильности рабочего процесса с дополнительными динамическими ударными нагрузками, вызывающими быстрый износ или поломку резца, достигается смазкой и центрированием устройства в трубе путем формирования с каждой стороны по наружной поверхности резцедержателя, соприкасающейся с внутренней окружной поверхностью трубы выемок, предназначенных для центрирования резцедержателя в трубе, которые заполнены гидрожидкостью, при этом выемки связаны с питающей полостью буровой штанги системой каналов в корпусе резцедержателя.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство, общий вид; на фиг.2 - вид по стрелке А; на фиг.3 представлен вариант выполнения устройства, общий вид; на фиг.4 представлен его вид по стрелке А.

Устройство для резки труб в наклонной скважине (фиг.1, фиг.2) по первому варианту содержит корпус резцедержателя 1 призматической формы, закрепленный на конце буровой штанги 2 с помощью болта 3, упорной шайбы 4, шайбы-ограничителя 5 через шайбу-гровера 6. Резец 7 с подпятником 8 установлен в гнезде 9 резцедержателя с помощью гайки 10 и удерживается тарированной удерживающей пружиной 11, например, пластинчатой. В резцедержателе 1 имеется балансировочное отверстие 12 с каналом 13 (сквозной канал в корпусе резцедержателя 1 и буровой штанге 2). Балансировочное отверстие 12, кроме балансировочной направленности, предназначено для смазки контактных поверхностей устройства с трубой 14 и его центрирования в трубе 2 в период вращения за счет давления в выемках 15, расположенных с каждой стороны резцедержателя 1, соприкасающейся с внутренней окружной поверхностью трубы 2. Выемки 15 заполняются гидрожидкостью под давлением по каналу 13 и каналам 16 и 17. Со стороны, противоположной каналу 13, расположен аналогичный сквозной канал 18 (через корпус резцедержателя 1 и буровую штангу 2) и предназначен, кроме смазки и центрирования устройства, для регулирования величины вылета резца 7 путем регулирования величины давления гидрожидкости в камере 19 на нижнюю часть подпятника 8 резца 7. В момент превышения величины суммарного давления гидрожидкости на резец 7 через подпятник 8 относительно величины противодавления тарированной пружины 11 резец будет выходить из гнезда 9 резцедержателя, преодолевая силу сопротивления пружины 11 до уравновешивания двух противодавлений. Балансировочное отверстие 12 со стороны внешней окружности закрыто пробкой 20. Монтируется устройство через буровую штангу 2 на специализированной буровой машине (называемой навигатором), предназначенной для обеспечения буровой штанге проталкивающего и тягового усилия, а также вращательного движения и подачи гидрожидкости при регулируемом давлении.

В устройстве для резки труб в наклонной скважине (фиг.3, фиг.4) по второму варианту вместо балансировочного отверстия 12 (фиг.1) расположено второе гнездо резцедержателя аналогичное гнезду 9 резцедержателя, но расположенное с противоположной стороны по принципу зеркального отражения с вмонтированным в нем вторым резцом, аналогичным по конструкции и схеме монтажа резца 7. Смазка контактных поверхностей устройства с трубой 14 и его центрирование в трубе в период вращения осуществляются за счет давления в выемках 15, расположенных с каждой стороны резцедержателя 1, соприкасающейся с внутренней окружной поверхностью трубы 14.

Устройство для резки труб в наклонной скважине работает следующим образом.

В случае возникновения аварийной ситуации, т.е., когда протаскиваемую за расширителем трубу закусит обрушивающимся грунтом, освободить дорогостоящий расширитель представляется возможным либо очень трудоемким и загрязняющим окружающее пространство путем раскопки ям глубиной 5...7 м, либо более совершенным путем - разрезанием трубы.

Для освобождения расширителя вторым путем к месту начала протаскивания трубы 14 подгоняется навигатор. Буровая штанга 2 с корпусом резцедержателя 1, закрепленным в ее передней части с помощью болта 3, упорной шайбы 4, шайбы-ограничителя 5 и шайбы-гровера 6, проталкивается в заклиненную, подмятую трубу 14 по возможности ближе к расширителю. Далее с помощью навигатора передается вращательное движение буровой штанге 2 с корпусом резцедержателя 1. Сразу после этого по буровой штанге 2 подается при переменно увеличивающемся давлении гидрожидкость, которая по каналам 13 и 18 обеспечивает смазку контактных поверхностей (внутренней поверхности трубы 14 с устройством 1) и необходимый вылет резца 7 из резцедержателя 9 путем регулирования величины давления на нижнюю поверхность его подпятника 8 через канал 19. Регулировка величины вылета осуществляется тарировкой удерживающей пружины 11, установленной на корпусе резца 7 между верхней поверхностью подпятника 8 и верхней направляющей втулкой 10 резца 7. Вращательное движение, передающееся устройству через буровую штангу 2 при одновременно увеличивающемся вылете резца, обеспечивает процесс отрезания трубы 14. С помощью каналов 12, 13, 16, 17 и 18 создается давление гидрожидкости в выемках 15, расположенных с противоположных торцевых сторон призматического резцедержателя с целью обеспечения смазки и центрирования его в трубе. Балансировочное отверстие 12 со стороны внешней окружности закрыто пробкой 20.

Применение устройства для резки труб в наклонной скважине позволяет:

- исключить процесс быстрого затупления и поломки резца путем плавного регулирования его вылета за счет взаимодействия противодавлений - плавно увеличивающегося давления гидрожидкости и тарированной пружины;

- исключить ударные нагрузки при одновременном обеспечении центрирования резца в процессе резания. Этого удается достигнуть за счет заполнения выемок, расположенных с противоположных торцов резцедержателя, гидрожидкостью с регулируемым давлением;

- исключить процесс нагрева с заклиниванием устройства при резании трубы за счет смазки контактных поверхностей с внутренней поверхностью трубы;

- призматическая форма резцедержателя обеспечивает возможность проталкивания устройства даже в частично помятой трубе.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может использоваться для резки труб в скважине. Устройство по первому варианту содержит корпус резцедержателя призматической формы, закрепленный на конце буровой штанги. Резец с подпятником установлен в гнезде резцедержателя на основе принципа противодавления с помощью тарированной удерживающей пружины с одной стороны и камеры давления для гидрожидкости на подпятник резца с другой. С каждой стороны по наружной поверхности резцедержателя, соприкасающейся с внутренней поверхностью трубы, выполнены выемки для смазки и центрирования резцедержателя в трубе. Для подачи жидкости от буровой штанги к выемкам с одной стороны резцедержателя в буровой штанге и резцедержателе выполнены сквозные каналы, связанные с балансировочным отверстием. Отверстие посредством каналов в резцедержателе связано с выемками. С другой стороны резцедержателя выполнен аналогичный сквозной канал, связанный с камерой давления и с выемками посредством каналов, выполненных в резцедержателе. По второму варианту устройство дополнительно содержит аналогичное второе гнездо резцедержателя с установленным в нем резцом. Для подачи гидрожидкости от буровой штанги к выемкам в буровой штанге и резцедержателе выполнены сквозные каналы, связанные с камерами давления на подпятники резцов и с выемками посредством каналов в резцедержателе. Уменьшаются габариты устройства, улучшается управляемость процесса, повышается стабильность. 2 н.п.ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для резки труб в наклонной скважине, содержащее закрепленный на конце буровой штанги корпус резцедержателя с гнездом, в котором установлен резец с подпятником на основе принципа противодавления с помощью удерживающей пружины с одной стороны и камеры давления для гидрожидкости на подпятник резца с другой, отличающееся тем, что корпус резцедержателя имеет призматическую форму, удерживающая пружина тарирована, при этом с каждой стороны по наружной поверхности резцедержателя, соприкасающейся с внутренней поверхностью трубы, выполнены выемки, предназначенные для смазки и центрирования резцедержателя в трубе, при этом для подачи жидкости из буровой штанги к выемкам с одной стороны резцедержателя в буровой штанге и резцедержателе выполнены сквозные каналы, связанные с балансировочным отверстием, которое, в свою очередь, посредством каналов в резцедержателе связано с выемками, а с другой стороны резцедержателя выполнен аналогичный сквозной канал, связанный с камерой давления на подпятник резца и с выемками посредством каналов, выполненных в резцедержателе.2. Устройство для резки труб в наклонной скважине, содержащее закрепленный на конце буровой штанги корпус резцедержателя с гнездом, в котором установлен резец с подпятником на основе принципа противодавления с помощью удерживающей пружины с одной стороны и камеры давления для гидрожидкости на подпятник резца с другой, отличающееся тем, что дополнительно содержит второе гнездо резцедержателя, аналогичное указанному, с установленным в нем резцом, при этом корпус резцедержателя имеет призматическую форму, удерживающие пружины тарированы, при этом с каждой стороны по наружной поверхности резцедержателя, соприкасающейся с внутренней поверхностью трубы, выполнены выемки, предназначенные для смазки и центрирования резцедержателя в трубе, а для подачи гидрожидкости от буровой штанги к выемкам, в буровой штанге и резцедержателе выполнены сквозные каналы, связанные с камерами давления на подпятники резцов и с выемками посредством каналов в резцедержателе.