СКВАЖИННЫЙ ТРУБОРЕЗ ВНУТРИТРУБНЫЙ Российский патент 2014 года по МПК E21B29/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к скважинным труборезам внутритрубным и может быть использовано для восстановления и капитального ремонта скважин путем отрезания и последующего извлечения из скважины бурильных и обсадных труб.

Уровень техники

Известно устройство для резки труб, содержащее корпус с седлом и радиальными каналами, в которых установлены посредством державок насадки, втулку с радиальными каналами, подвижную в осевом направлении для фиксации насадок в закрытом и открытом положениях, и якорь, при этом корпус на одном уровне с насадками имеет дополнительные радиальные каналы, в каждом из которых размещены поршень со штоком и фиксатор, застопоренный в исходном положении срезным элементом, при этом фиксатор установлен с возможностью взаимодействия с поршнем, а шток с втулкой (см. а.с. SU №590434, кл. E21В 29/00, опубл. 30.01.1978 г.).

Недостатком данного устройства является узкий диапазон применения, а именно невозможность применения в трубах с малым диаметром осевого канала, а также невысокая эффективность из-за отсутствия жесткой фиксации рабочей части относительно перерезаемых труб.

Известен труборез гидромеханический для отрезания фильтров-хвостовиков малого диаметра, в котором эффективность процесса обеспечивается путем надежной центровки устройства внутри отрезаемой трубы, при этом наружный диаметр трубореза может быть 57 мм (см. Тезисы докладов Межрегиональной научно-технической конференции по проблемам газовой промышленности России, ДАО «СевКавНИПИгаз», Ставрополь, 1997 г., с.3-4).

Недостатком данного трубореза является невысокая надежность работы режущих элементов-резцов для отрезания бурильных и обсадных труб.

Известна скважинная труборезка, включающая корпус с плунжером в верхней части, подпружиненном снизу, при этом по периметру корпуса выполнены продольные пазы с расположенными в них отрезными отбойниками, которые установлены в пазах на пальцах, шарнирно (см. пат. США №4646826, кл. МКИ E21B 29/00, НКИ 166/55.3., заявл.29.07.85 г., №759737, опубл. 03.03.1987 г.).

Недостатком данной труборезки является невысокая надежность, так как при наличии трех режущих инструментов, расположенных равномерно по периметру в продольных пазах корпуса и взаимодействии их с торцовой поверхностью силового плунжера существуют условия неравномерного нагружения резцов, поскольку трубы обычно обладают эллипсностью и наличием дефектов на внутренней поверхности обрезаемой трубы в виде трещин, раковин, волосовин, а это может привести к нарушению целостности резцов, то есть к их поломке и прекращению процесса резания.

Известен труборез скважинный, выполненный с возможностью присоединения к колонне труб, включающий корпус с радиальными окнами, внутри которого установлен режущий узел и привод, содержащий верхний и нижний подпружиненные клиновые поршни, выполненные с возможностью движения навстречу друг другу и контакта с клиновыми обоймами для выдвижения их в радиальном направлении и возвращения в исходное положение, при этом режущий узел содержит три дисковые фрезы, равномерно расположенные по окружности корпуса с возможностью вращения вместе с колонной труб и выполненные с затылованными зубьями и с осями квадратного профиля, установленными вертикально и закрепленными в квадратных боковых пазах, выполненных в клиновых обоймах.

В труборезе клиновые обоймы по верхним и нижним торцам соединены друг с другом по окружности возвратными пружинами растяжения (см. пат. RU №2255201, кл. E21B 29/00, опубл. 27.06.2005 г.).

Недостатком данного трубореза является невысокая надежность и эффективность режущего устройства для отрезания бурильных и обсадных труб.

Известен скважинный труборез, включающий ведущий вал, режущий элемент в виде фрезы, шарнирный отклонитель, втулку, несущую шарнирный отклонитель, подпружиненный в осевом направлении относительно втулки толкатель, при этом ведущий вал снабжен двумя коническими роликовыми подшипниками, один из которых расположен под втулкой, несущей шарнирный отклонитель, а второй расположен над подпружиненным толкателем, верхняя часть ведущего вала снабжена упором и подпружиненным относительно него гидроцилиндром с подпружиненным полым поршнем, режущий элемент в виде фрезы расположен на ведущем валу, при этом верхняя часть ведущего вала выполнена с отверстиями для поступления жидкости в полость над полым поршнем, а нижняя часть гидроцилиндра - с впускным отверстием.

В скважинном труборезе фреза, выполнена дисковой одноугловой.

В скважинном труборезе, поверхность шарнирного отклонителя, контактирующая с внутренней поверхностью обсадной трубы, выполнена с зубчатой насечкой (см. пат. RU №2256771, кл. E21B 29/00, опубл. 20.07.2005 г.).

Недостатком данного трубореза является сложность конструкции, невысокая надежность и эффективность режущего элемента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является скважинный труборез-фрезер, включающий корпус с промывочными каналами и пазами для размещения шарнирно закрепленных резцедержателей и поршень со штуцером, установленный подвижно в полости корпуса для взаимодействия с резцедержателем, при этом в нижней части корпуса соосно со штуцером закреплен стержень с конической вершиной (см. a.c. SU №926233, кл. E21B 29/00, опубл. 07.05.1982 г.).

Недостатком данного трубореза-фрезера является отсутствие центровки резцов относительно стенки отрезаемой трубы, что при наличии дефектов и эллипсности приводит к неравномерной нагрузке на резцы, причем при наличии жесткого контакта конуса поршня с ответной поверхностью резцедержателя один из резцов может быть перегружен, а другой недогружен, в этом случае возможно перемещение корпуса устройства в противоположную сторону и усложнение процесса резания, вплоть до поломки резцов.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка скважинного трубореза внутритрубного обладающего расширенным диапазоном применения, а именно, применения в трубах с малым диаметром осевого канала, возможностью фиксации трубореза относительно канала резания с равномерным распределением нагрузки по резцам и защитой их от разрушения, что повышает надежность и эффективность работы трубореза.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению диапазона применения, а именно, применения в трубах с малым диаметром осевого канала, возможности фиксации трубореза относительно канала резания с равномерным распределением нагрузки по резцам и защитой их от разрушения, что повышает надежность и эффективность работы трубореза.

Технический результат достигается с помощью скважинного трубореза внутритрубного, содержащего корпус с подпружиненным поршнем, снабженным гидравлическим каналом для подачи рабочей жидкости, пазами с шарнирно размещенными в нем на пальце резцедержателем, при этом он снабжен фиксатором, выполненным в виде верхнего подшипника скольжения и нижнего подшипника качения и снабженного охватывающей гильзой, причем наружные диаметры подшипников приняты большим диаметром, чем диаметр корпуса, поршень снабжен толкателем, проходящим в его осевом канале и содержащим паз с верхним и нижним скосами, а резцедержатель снабжен выступом и установлен с возможностью его расположения в ответном пазу толкателя, причем корпус дополнительно снабжен клеткой, жестко связанной с ним, в осевом канале которой расположен стакан, опирающийся в торец толкателя.

В скважинном труборезе головка резцедержателя, обращенная к стенке отрезаемой трубы, выполнена в виде полуфрезы.

В скважинном труборезе головка резцедержателя, обращенная к стенке отрезаемой трубы, выполнена в виде сегмента.

Таким образом, технический результат достигается за счет того, что предлагаемый скважинный труборез содержит подшипник скольжения расположенный в верхней его части, охватывающей удлинитель, нижний подшипник качения, охватывающий цилиндрический конец фиксатора и снабженный гильзой, причем наружные диаметры подшипника скольжения и гильзы приняты большими, чем диаметры корпуса и клетки трубореза, удлинитель снабжен отражательной втулкой, а корпус в месте соединения с клеткой снабжен пластинчатой пружиной, опирающейся на корпус резцедержателя с внешней стороны, причем резцедержатель с противоположной стороны от места расположения резцов снабжен выступом, поршень снабжен толкателем с ответным пазом, в котором стороны выполнены со скосом для взаимодействия с выступом резцедержателя.

Краткое описание чертежей и изображений

На фиг.1 дан скважинный труборез внутритрубный, общий вид.

На фиг.2, тоже, труборез в положении ведения технологического процесса отрезания трубы.

Осуществление изобретения

Скважинный труборез внутритрубный состоит из корпуса 1, в осевом канале (на фиг. не обозначен) которого размещен подпружиненный поршень 2 с толкателем 3, при этом верхний конец корпуса 1 снабжен переходником 4, в котором установлен охватывающий удлинитель 5 с отражательной втулкой 6, входящей в осевой канал корпуса 1 и располагающийся над подпружиненным поршнем 2, при этом охватывающий удлинитель 5 снабжен головкой 7 с внутренней присоединительной резьбой 8 для соединения с колонной труб 9, а на внешней стороне охватывающего удлинителя 5 установлен верхний подшипник 10 скольжения, к нижнему концу корпуса 1 подсоединена посредством сварки клетка 11 с продольным пазом 12, в котором на пальце 13 установлен резцедержатель 14 с выступом 15, установленном с возможностью его расположения в ответном пазу 16 на торцевой поверхности толкателя 3 и резцами 17 с противоположной стороны, при этом ответный паз 16 выполнен с верхним и нижним скосами 18 и 19, соответственно, под поршнем 2 имеется полость 20, которая гидравлически связана радиальным отверстием 21 с полостью скважины (на фиг. не показана), при этом нижний конец клетки 11 выполнен цилиндрическим, в осевом канале 22 которого установлен стакан 23, подпружиненный относительно фиксатора 24 пружиной 25, фиксатор 24 посредством резьбы связан с клеткой 11, на наружной поверхности фиксатора 24 установлен в охватывающей гильзе 26 нижний подшипник 27 качения, удерживаемый гайкой 28, а осевой канал (на фиг. не обозначен) охватывающего удлинителя 5 гидравлически связан через радиальные отверстия 29 в отражательной втулке 6 с полостью (на фиг. не обозначена) над поршнем 2, в котором выполнено отверстие 30 переходящее в отверстие 31 в теле толкателя 3 для подачи охлаждающей жидкости к резцам 17, на внешней стороне клетки 11, в месте соединения с корпусом 1 закреплена пластинчатая пружина 32, поджимающая резцедержатель 14 выступом 15 к поверхности толкателя 3, при этом наружный диаметр верхнего подшипника 10 скольжения и охватывающей гильзы 26 нижнего подшипника 27 качения приняты большими по размеру, чем наружный диаметр корпуса 1 и клетки 11, а переходник 4 и поршень 2 снабжены уплотнительными кольцами 33, а также содержит отрезаемую трубу 34.

Скважинный труборез внутритрубный работает следующим образом.

Удлинитель 5 своим верхним концом подсоединяют к нижнему концу бурильной колонны труб 9 и труборез опускают в скважину на необходимую глубину, на расчетной глубине колонну бурильных труб 9 приводят во вращение с частотой оборотов n=40-60 об/мин., при этом с поверхности, через вертлюг (на фиг. не показан) осуществляют подачу рабочей жидкости с необходимым расходом и давлением, причем давление рабочей жидкости сообщается на поршень 2, который вместе с толкателем перемещается внутри корпуса, с взаимодействием со стаканом 23 и сжатием пружины 25, при этом толкатель 3 взаимодействует своим верхним скосом 18 с выступом 15 и поворачивает резцедержатель 14 на пальце 13, с одновременным изгибом пластинчатой пружины 32, резцы 17 входят во взаимодействие с внутренней поверхностью отрезаемой трубы 34, что приводит к перемещению корпуса 1 в противоположную сторону до ввода в контакт внешней поверхности подшипника 10 скольжения и гильзы 26 с подшипником 27 качения, при этом при вращении корпуса 1 и внедрении резцов 17 в тело отрезаемой трубы 34, пятно контакта подшипника 10 скольжения и гильзы 26 постоянно перемещается по внутренней поверхности отрезаемой трубы 34, а сами подшипники 10 и 27 скольжения и качения, соответственно, вращаются относительно удлинителя 5 с головкой 7 и фиксатора 24, при этом происходит самоцентровка трубореза относительно отрезаемой трубы 34 и постоянному поджиму резцов 17 к поверхности реза при постоянной передаче осевой нагрузки от поршня 2, по окончании процесса резки, поршень 2 перемещается в крайнее нижнее положение относительно корпуса 1 с расположением радиального отверстия 21 над поршнем 2, причем полость 20 гидравлически связана радиальным отверстием 21 с полостью скважины, это приводит к образованию гидравлической связи полости лифтовой колонны труб 9 с помощью скважины и сбросу давления, что служит сигналом об окончании процесса резки, не прекращая подачу крутящего момента на корпус 1, усилием пластинчатой пружины 32 и перемещением вверх стакана 23, усилием предварительно сжатой пружины 25, толкатель 3 с поршнем 2 также перемещаются вверх, с выходом из взаимодействия скоса 18 с выступом 15 резцедержателя 14, который возвращается в исходное положение в продольном пазу 12 клетки 11, одновременно происходит выход из взаимодействия с поверхностью отрезаемой трубы 34 подшипника 10 скольжения и гильзы 26 подшипника 27 качения, затем прекращают передачу крутящего момента на корпус 1 трубореза и осуществляют его подъем бурильной колонной труб 9.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- расширение диапазона применения, а именно, применения в трубах с малым диаметром осевого канала;

- возможность фиксации трубореза относительно канала резания с равномерным распределением нагрузки по резцам и защитой их от разрушения;

- повышение надежности и эффективности работы трубореза.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для восстановления и капитального ремонта скважин. Устройство включает корпус с подпружиненным поршнем, снабженным гидравлическим каналом для подачи рабочей жидкости, паз с шарнирно размещенным в нем на пальце резцедержателем, фиксатор, выполненный в виде верхнего подшипника скольжения нижнего подшипника качения и снабженного охватывающей гильзой. Наружный диаметр подшипника скольжения и охватывающей гильзы подшипника качения приняты большими по размеру, чем наружный диаметр корпуса. Поршень снабжен толкателем, проходящем в его осевом канале и содержащем паз с верхним и нижним скосами. Резцедержатель снабжен выступом и установлен с возможностью его расположения в ответном пазу толкателя. Корпус снабжен жестко связанной с ним клеткой, в осевом канале которой расположен стакан, опирающийся в торец толкателя. Повышается надежность и эффективность работы, расширяется диапазон применения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Скважинный труборез внутритрубный, содержащий корпус с подпружиненным поршнем, снабженным гидравлическим каналом для подачи рабочей жидкости, пазом с шарнирно размещенным в нем на пальце резцедержателем, отличающийся тем, что он снабжен фиксатором, выполненным в виде подшипника скольжения и подшипника качения и снабженного охватывающей гильзой, причем наружный диаметр верхнего подшипника скольжения и охватывающей гильзы нижнего подшипника качения приняты большими по размеру, чем наружный диаметр корпуса, поршень снабжен толкателем, проходящим в его осевом канале и содержащим паз с верхним и нижним скосами, а резцедержатель снабжен выступом и установлен с возможностью его расположения в ответном пазу толкателя, причем корпус дополнительно снабжен клеткой, жестко связанной с ним, в осевом канале которой расположен стакан, опирающийся в торец толкателя.

2. Скважинный труборез по п.1, отличающийся тем, что головка резцедержателя, обращенная к стенке отрезаемой трубы, выполнена в виде полуфрезы.

3. Скважинный труборез по п.1, отличающийся тем, что головка резцедержателя, обращенная к стенке отрезаемой трубы, выполнена в виде сегмента.