ПОДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКВАЖИННОГО ИНСТРУМЕНТА И СПОСОБ ОСЕВОЙ ПОДАЧИ СКВАЖИННОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2017 года по МПК E21B4/18 E21B23/14 

Область техники

Настоящее изобретение относится к подающему устройству для вращающегося скважинного инструмента. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу подачи скважинного инструмента в осевом направлении посредством указанного подающего устройства во время обработки части окружающего тела трубы.

Уровень техники

При использовании скважинных инструментов, подача которых в осевом направлении требует высокой степени точности, например, при использовании режущих инструментов во время обработки обсадной трубы, часто возникают серьезные проблемы, препятствующие достаточно точному выполнению такой процедуры. Осевую подачу в значительной степени осуществляют путем введения в скважину или извлечения из скважины трубной колонны во время работы инструмента, что может легко привести к перегрузке инструмента и, таким образом, необходимости извлечения всей трубной колонны для технического обслуживания или замены указанного инструмента. Это связано с существенными расходами, поскольку трубная колонна такого вида может иметь значительную длину, особенно при подводной добыче нефти и газа и при использовании скважин с горизонтальными участками.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы исключить или уменьшить по меньшей мере один из недостатков известных технических решений или по меньшей мере обеспечить приемлемую альтернативу известным техническим решениям.

Указанная задача решена посредством признаков настоящего изобретения, изложенных в приведенном ниже описании и в прилагаемой формуле изобретения.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении предложено подающее устройство для скважинного инструмента, причем указанное подающее устройство и указанный скважинный инструмент установлены на трубной колонне, вставляемой в подземную скважину. Указанное подающее устройство содержит несколько подающих колес, каждое из которых установлено с возможностью перемещения в радиальном направлении между убранным, нерабочим положением и выдвинутым, рабочим положением, в котором указанные подающие колеса упираются во внутреннюю поверхность стенки тела трубы, окружающего указанное подающее устройство, например обсадной трубы. Центральные оси подающих колес наклонены относительно центральной оси указанного окружающего тела. Когда подающее устройство вращается вокруг собственной центральной оси, наклон подающих колес заставляет подающие колеса перемещаться по спиральной линии так, что указанное подающее устройство перемещается в осевом направлении без приложения толкающего усилия к трубной колонне. Присоединенный скважинный инструмент повторяет осевое перемещение подающего устройства. Выбирая соответствующий наклон для подающих колес, можно обеспечить требуемую скорость подачи скважинного инструмента.

Наклон подающих колес может быть регулируемым. Указанное регулирование можно осуществлять посредством дистанционного управления. Таким образом, можно, например, компенсировать изменение фрикционных свойств внутренней поверхности стенки окружающего тела.

Осевое перемещение подающих колес предпочтительно происходит вдоль наклонной плоскости, которая имеет наибольшую протяженность в осевом направлении подающего устройства. Это является предпочтительным, поскольку обычно для скважинного инструмента ограничения в радиальном направлении значительнее, чем в осевом направлении.

В первом аспекте настоящее изобретение относится, в частности, к подающему устройству для вращающегося скважинного инструмента, причем указанное подающее устройство содержит несколько подающих колес, лежащих в плоскости, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси указанного скважинного инструмента, причем указанные подающие колеса установлены с возможностью перемещения между убранным нерабочим положением и рабочим положением, в котором они упираются во внутреннюю поверхность стенки тела трубы, окружающего указанное подающее устройство.

Подвеска подающего колеса может быть соединена с радиальной направляющей и первым исполнительным механизмом, который при включении обеспечивает перемещение указанных подающих колес с радиальной составляющей направления перемещения. Указанная радиальная направляющая может представлять собой наклонную плоскость. В качестве альтернативы, указанная радиальная направляющая может представлять собой радиальный вырез в корпусе подающего устройства.

Указанное подающее устройство и указанный скважинный инструмент могут быть соединены друг с другом посредством трансмиссии, предназначенной для обеспечения скорости вращения скважинного инструмента, отличной от скорости вращения подающего устройства.

Указанное подающее устройство и указанный скважинный инструмент могут быть установлены на вращающейся трубной колонне, на невращающейся трубной колонне или на тросе.

Во втором аспекте настоящее изобретение относится, в частности, к способу подачи скважинного инструмента в осевом направлении во время обработки части окружающего тела трубы, причем указанный способ содержит следующие этапы:

а) указанный скважинный инструмент и сопряженное с ним подающее устройство устанавливают в требуемом положении в указанном теле трубы;

б) несколько подающих колес, предусмотренных в указанном подающем устройстве и лежащих в плоскости, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси скважинного инструмента, перемещают до упора во внутреннюю поверхность стенки тела трубы;

в) указанный скважинный инструмент и сопряженное с ним подающее устройство приводят во вращательное движение посредством сопряженного с ними приводного двигателя;

г) указанный скважинный инструмент перемещают в осевом направлении посредством подающих колес, перемещающихся вдоль воображаемой спиральной линии на указанной внутренней поверхности стенки.

Указанный приводной двигатель может быть расположен на дальнем конце вращающейся трубной колонны. В качестве альтернативы, указанный приводной двигатель может быть соединен со скважинным концом невращающейся трубной колонны или троса.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 схематично в продольном разрезе показан скважинный режущий инструмент и подающее устройство согласно настоящему изобретению, установленные на вращающейся трубной колонне, расположенной в обсаженной скважине.

На фиг. 2 представлен чертеж, соответствующий фиг. 1, однако на данном чертеже между скважинным инструментом и подающим устройством установлена трансмиссия, обеспечивающая скорость вращения скважинного инструмента, отличную от скорости вращения подающего устройства.

На фиг. 3а и 3b в увеличенном масштабе в разрезе представлен продольный профиль подающего устройства в нерабочем положении I (фиг. 3а) и в рабочем положении II (фиг. 3b).

На фиг. 4а в уменьшенном масштабе схематично показано предлагаемое в настоящем изобретении устройство, соответствующее устройству с фиг. 1, но установленное на невращающейся трубной колонне.

На фиг. 4b по аналогии с фиг. 4а показано предлагаемое в настоящем изобретении устройство, подвешенное на тросе.

Осуществление изобретения

На прилагаемых чертежах номером позиции 1 обозначен подземный пласт, в котором выполнена скважина 11, закрепленная обсадной трубой 12 известным способом. На трубной колонне 2 установлено предлагаемое в настоящем изобретении подающее устройство 3, заблокированное от вращения, а также скважинный инструмент 5, который при вращении обрабатывает часть указанной обсадной трубы 12, в данном случае представляющей собой пример тела трубы, которое в рабочих условиях окружает по меньшей мере указанное подающее устройство 3 и внутренняя поверхность 121 стенки которого образует опорную поверхность для подающих колес 32, предусмотренных в указанном подающем устройстве 3. В данном примере указанный скважинный инструмент 5 показан в виде режущего инструмента, однако он может представлять собой инструмент любого типа, требующий осевого перемещения в своем рабочем состоянии.

В рассматриваемом примере пространство между указанной обсадной трубой 12 и подземным пластом 1 показано заполненным цементом 13, однако это не является важным условием для применения указанного подающего устройства 3.

Кроме того, на фиг. 1 и 2 показан приводной двигатель 6, соединенный с указанной трубной колонной 2 и предназначенный для вращения указанной трубной колонны 2.

На фиг. 2 показан вариант осуществления настоящего изобретения, в котором между подающим устройством 3 и скважинным инструментом 5 установлена трансмиссия 4, например планетарный редуктор, назначение которой заключается в обеспечении скорости вращения скважинного инструмента 5, отличной от скорости вращения подающего устройства 3.

Далее рассмотрим фиг. 3а и 3b. Подающее устройство 3 содержит корпус 31 подающего устройства с направляющими 34 подающих колес, показанными здесь в виде конического тела, образующего наклонную плоскость для нескольких подвесок 33 колес, каждая из которых образует опору и крепежный элемент для нескольких подающих колес 32. С указанным корпусом 31 подающего устройства и указанными подвесками 33 подающих колес соединен исполнительный механизм 35, при этом обеспечена возможность перемещения указанных подающих колес 32 между нерабочим положением I, в котором подающие колеса 32 отведены в радиальном направлении от указанной внутренней поверхности 121 стенки окружающего тела 12 трубы, в частности обсадной трубы, и рабочим положением II, в котором указанные подающие колеса 32 выталкиваются радиально наружу до упора в указанную внутреннюю поверхность 121 стенки.

Радиальная срединная плоскость подающих колес 32 наклонена относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения подающего устройства 3, причем указанный наклон обозначен на фиг. 1 в виде угла α. Данный наклон обеспечивает возможность перемещения указанных подающих колес 32 по спиральной линии на внутренней поверхности 121 стенки, причем указанный наклон выбирают так, чтобы обеспечить требуемое конкретное осевое перемещение, т.е. заданную осевую поступательную подачу на один поворот подающего устройства 3. Наклон подающих колес 32 можно изменить путем замены подвесок 33 подающих колес, возможно, подающими колесами 32, закрепленными с возможностью вращения вокруг по существу радиальной оси (не показана) в подвесках подающих колес.

На фиг. 1 и 2 и в приведенном выше описании подающее устройство 3 и скважинный инструмент 5 показаны и описаны применительно к трубной колонне 2. Однако настоящее изобретение не ограничивается такой комбинацией. Например, согласно настоящему изобретению подающее устройство 3, скважинный инструмент 5 и приводной двигатель 6 могут быть скомпонованы в виде единого узла, который можно вводить в обсадную трубу 12 и извлекать из указанной обсадной трубы 12 посредством троса 2'', известного из уровня техники, причем указанный узел может содержать средство 7 для дистанционно управляемого крепления указанного узла в обсадной трубе 12 и поглощения реактивных сил, возникающих, когда подающее устройство 3 и скважинный инструмент 5 приводят во вращательное движение посредством приводного двигателя 6. Узел соответствующей конструкции может быть также присоединен к невращающейся трубе 2', например к гибким насосно-компрессорным трубам (см. фиг. 4а). При использовании совместно с невращающейся трубой 2', прикрепленной к наземному оборудованию (не показано), подающее устройство 3 и скважинный инструмент 5, возможно, вместе с присоединенными к ним элементами, например, с трансмиссией 4, могут быть установлены с возможностью вращения на конце указанной трубы 2, возможно без использования указанного средства 7 для дистанционно управляемого крепления указанного узла в обсадной трубе 12, поскольку реактивные силы, возникающие при приведении подающего устройства 3 и скважинного инструмента 5 во вращательное движение, поглощаются указанной невращающейся трубой 2'.

Предпочтительно, чтобы подающее устройство 3 и скважинный инструмент 5, возможно, вместе с присоединенными к ним элементами, например, с трансмиссией 4, не были зафиксированы в осевом направлении относительно трубной колонны 2, 2', возможно указанного узла, управляемого тросом 2'', так, чтобы трубная колонна 2, 2', трос 2'' или крепежное средство 7 не препятствовали осевой поступательной подаче.

Очевидно, что подающее устройство 3 может быть установлено перед скважинным инструментом 5 или позади скважинного инструмента 5 (как показано на фиг. 1 и 2), что не оказывает влияния на концепцию настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к подающему устройству для вращающегося скважинного инструмента. Подающее устройство (3), предназначенное для перемещения вращающегося скважинного инструмента (4) в осевом направлении во время обработки части окружающего тела (12) трубы, содержит несколько подающих колес, лежащих в плоскости, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси указанного скважинного инструмента (5), причем указанные подающие колеса установлены с возможностью перемещения между убранным нерабочим положением и выдвинутым рабочим положением, при котором подающие колеса способны упираться во внутреннюю поверхность стенки (121) тела (12) трубы, окружающего указанное подающее устройство (3). Предусмотрена подвеска подающего колеса, соединенная с радиальной направляющей и первым исполнительным механизмом, который при включении обеспечивает перемещение указанных подающих колес с радиальной составляющей направления и осевой составляющей направления вдоль наклонной плоскости, заданной радиальной направляющей. Подвеска и радиальная направляющая выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль их наклонных поверхностей сопряжения. Обеспечивается высокая точность при использовании режущих инструментов во время обработки обсадной трубы. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Подающее устройство (3), предназначенное для перемещения вращающегося скважинного инструмента (4) в осевом направлении во время обработки части окружающего тела (12) трубы, причем указанное подающее устройство (3) содержит несколько подающих колес (32), лежащих в плоскости, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси указанного скважинного инструмента (5), причем указанные подающие колеса (32) установлены с возможностью перемещения между убранным нерабочим положением (I) и выдвинутым рабочим положением (II), при котором подающие колеса (32) способны упираться во внутреннюю поверхность стенки (121) тела (12) трубы, окружающего указанное подающее устройство (3), отличающееся тем, что предусмотрена подвеска (33) подающего колеса, соединенная с радиальной направляющей (34) и первым исполнительным механизмом (35), который при включении обеспечивает перемещение указанных подающих колес (32) с радиальной составляющей направления и осевой составляющей направления вдоль наклонной плоскости, заданной радиальной направляющей (34), причем подвеска (33) и радиальная направляющая (34) выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль их наклонных поверхностей сопряжения.

2. Подающее устройство (3) по п. 1, в котором указанная радиальная направляющая (34) представляют собой наклонную плоскость.

3. Подающее устройство (3) по п. 1, в котором указанная радиальная направляющая (34) представляет собой радиальный вырез в корпусе (31) подающего устройства.

4. Подающее устройство (3) по п. 1, в котором указанное подающее устройство (3) и указанный скважинный инструмент (5) соединены друг с другом посредством трансмиссии (4), предназначенной для обеспечения скорости вращения скважинного инструмента (5), отличной от скорости вращения подающего устройства (3).

5. Подающее устройство (3) по п. 1, в котором указанное подающее устройство (3) и указанный скважинный инструмент (5) установлены на вращающейся трубной колонне (2), на невращающейся трубной колонне (2') или на тросе (2ʺ).

6. Способ подачи скважинного инструмента (5) в осевом направлении во время обработки части окружающего тела (12) трубы, отличающийся тем, что указанный способ содержит следующие этапы:

а) указанный скважинный инструмент (5) и сопряженное с ним подающее устройство (3) устанавливают в требуемом положении в указанном теле (12) трубы;

б) несколько подающих колес (32), предусмотренных в указанном подающем устройстве и лежащих в плоскости, наклоненной относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси указанного скважинного инструмента, перемещают первым исполнительным механизмом (35) вдоль радиальной направляющей (34) до упора во внутреннюю поверхность (121) стенки тела (12) трубы;

в) указанный скважинный инструмент (5) и сопряженное с ним подающее устройство (3) приводят во вращательное движение посредством сопряженного с ним приводного двигателя (6); и

г) указанный скважинный инструмент (5) перемещают в осевом направлении посредством подающих колес (32), перемещающихся вдоль воображаемой спиральной линии на указанной внутренней поверхности (121) стенки.

7. Способ по п. 6, при котором указанный приводной двигатель (6) располагают на дальнем конце вращающейся трубной колонны (2).

8. Способ по п. 6, при котором указанный приводной двигатель (6) соединяют со скважинным концом невращающейся трубной колонны (2') или троса (2ʺ).