Устройство для отворачивания труб в скважине Советский патент 1984 года по МПК E21B23/00 

Изобретение относится к устройствам для ликвидации аварий в скважине с бурильными трубами. Известно устройство для отворачивания труб в скважине, содержащее корпус, якорь, механизм поворота, выполненный в виде геликсоидальной пары и храповой муфты, шток, шпиндель, имеющие сквозной проходной канал, причем верхний конец штока соединен непосредственно с колонной бурильных труб lj . Однако это устройство сложно при изготовлении его в малых диаметрах для использования внутри эксплуатационных колонн, например, для разворачивания насосно-компрессорных труб Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство для отворачивания труб в скважине, содержащее корпус, переводник, шпиндель, якорь, храповые муфты, расположенные с обеих сторон якоря вне корпуса, -многозарядный не канизм поворота корпуса, выполненный в виде винтовой пары со спиральным пазом, и шипа, закрепленного на шпинделе, 3 шпинделе имеется дроссель ное отверстие для поддержания необходимого давления в гидроякоре 2 , Недостатками известного устройств являются неподвижное соединение шпин деля с аварийными трубами и направление рабочего хода шпинделя вверх, при котором возникают дополнительные осевые силы растяжения. Наличие значительных осевых усилий, направленных вверх, ограничивает применение устройства в глубоких скважинах, При бурении глубоких скважин в верх.ней части колонны имеются максимально , допустимые напряжения от действия веса колонны. Создание дополнительной силы растяжения может привести к обрыву бурильной колонны в верхнем сечении. Наличие одного спирального паза способствует возникновению значитель ных осевых усилий, направленных ввер при рабочем ходе шпинделя вверх, В процессе работы устройства необходимо поддерживать постоянный перепад давления путем прокачивания жидкости через дроссельное отверстие шпинделя что может вызвать его промыв. Это мо жет привести к разъякориванию устрой ства вследствие падения давления, Храповые муфты, пружины, паз и шлице вые соединения открыты, что снижает работоспособность устройства. Кроме того, неподвижное соединение шпинделя с аварийными трубами при перезарядке устройства способствует скручиванию аварийных труб и дополнительному нагружению якоря, что может привести к срыву якоря. Известное устройство ненадежно работает с резьбонарезным ловильным инструментом, Цель изобретения - повьшение надежности в работе устройства при отвинчивании труб, прихваченных на большой глубине, и труб, находящихся в открытом стволе скважины. Указанная цель достигается тем, что устройство для отворачивания труб в скважине, содержащее корпус, переводник, шпиндель, якорь, храповые муфты, расположенные с обеих сторон якоря вне корпуса, механизм поворота корпуса, выполненный в виде винтовой пары со спиральным пазом на корпусе, и шипа, закрепленного на шпинделе, снабжено связанной с корпусом в нижней его части посредством шлицевого соединения и установленной с возможностью осевого перемещения переходной втулкой с резьбой под лоВИльный инструмент, и предохранительными втулками, одна из которых жестко связана с .якорем, а другая размещена на наружной поверхности корпуса и неподвижно связана с последним посредством штифтов, расположенных между спиральными пазами, при этом шпиндель выполнен в виде поршня с выступом и с установленным подвижно в осевом направлении седом под шар, Кроме Toroj шипы расположены диаметрально противоположно, а поршень с переводником связаны с помощью шлицевого соединения. Переводник имеет опорную втулку с выступом для взаимодействия с выступом поршня, На фиг, 1 показана верхняя часть предлагаемого устройства, продольный разрез; на фиг. 2 - нижняя часть устройстваS продольный разрез; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 4 - верхняя часть устройства при нижнем положении .поршня, продольный разрез; на фиг, 5 - нижняя часть устройства при нижнем положении шипов и верхнем положении переходной втулки; на фиг. 6 - верхняя часть устройства после подъема поршня аварийной колонной в процессе перезарядки, раз рез. Устройство содержит корпус 1, при крепленный к якорю 2 с помощью замко вого соединения, состоящего из шаров. 3, расположенньк в кольцевых канавках корпуса 1, и втулки 4, навинченной на якорь 2. Внутри якоря 2 и корпуса 1 размещен поршень 5. Нижняя часть поршня 5 выполнена в ни де хвостовика 6, в диаметрально расположенных, отверстиях которого укреп лены на резьбе пальцы 7. Хвостовик 6 расположен внутри корпуса 1, а центральная часть поршня 5 расположена внутри якоря 2, в этой части имеются боковые отверстий 8, по которым жидкость подводится к плашкам 9 якоря 2. Верхняя часть поршня 5 расположена внутри переводника 10 и входит с ним в шлицевое соединение. Поршень 5 соединен при помощи шлицев с патрубком 11. Это шлицевое соедине ние состоит из пазов 12, выполненных в поршне 5, и выступов 13, выполненных в патрубке 11. Выступы 13 патрубка 11 входят в пазы 12 поршня 5. Поршень 5 может перемещаться вверх и вниз относительно патрубков 11, которые прикреплены к якорю 2 при помощи шаров 3. Внутри порш ня 5 расположена клетка 14, централь ная часть которой выполнена в виде стержня 15. В клетке 14 имеются отверстия 16. Над клеткой 14 в центральном канале 17 поршня 5 укреплено седло 18 при помощи срезных штифтов 19. Внутреннее отверстие седла 18 больше диаметра стержня 15, а высота стержня 15 больше высоты седла 18. Отверстия 16 в клетке 14 выполнены так, что после падения седла 1 8 с шаром 20 в клетку 14, седло 18 их не перекроет. В верхней части поршень 5 содержи цилиндрический выступ 21, в котором выполнен зубчатый венец 22. Ниже выступа 21 расположена полость 23. Шлицевые зубчатые патрубки 11 и 24 вместе с пружиной 25 образуют храповую муфту 26, расположенную в верхней части якоря 2. Патрубки 24 имеют шлицевое соединение с якорем 2, в ко тором имеются пазы под выступы патрубков 24. Якорь 2 . плашки 9 на наружной торцовой поверхности которых нарезаны зубья для зацеплени ;С внутренней поверхностью обсадной КОЛОННЫ, в кольцевой канавке каждой плашки 9 расположен уплотнительный элемент 27. В углублениях плашек 9 вставлены пружины 28, прикрепленные к якорю 2. Внутренняя поверхность якоря 2 и наружная поверхность поршня 5 уплотнены элементами 29, расположенными в канавках поршня 5. Хвостовик 6 поршня 5 соединен при помощи шипов Б с корпусом 1. Каждый шип Б состоит из пальца 7 и ползуна 30, в котором выполнено отверстие под палец 7. На фиг. 3 показано диаметральное расположение шипов Б. Ползуны 30 расположены в вертикальной части винтовых пазов 31 корпуса 1. Шипов Б может быть несколько, что зависит от величины нагрузки, действующей на боковые поверхности. Ползуны 30 выполнены винтовой формы, соответствующей форме винтовой части паза 31 (на фиг. 1 и 5 в пазу 31 установлен только один шип Б). В верхней части переводника Ю нарезаны резьба 32 для соединения с колонной аварийных труб и шлицевые пазы 33 под шлицевые выступы 22 поршня 5 (фиг. 4). В нижней части переводник 10 неподвижно соединен с опорной втулкой 34. Поршень 5 соединен с переводником 10 срезным штифтом 35. В ко.пьцевой канавке выступа 21 поршня 5 установлено уплотнительное кольцо 36. Срезной штифт 35 временно удерживает поршень 5 от перемещения его вниз под действием собственного веса. К переводнику 10 и якорю 2 прикреплена предохранительная втулка 37 при помощи штифтов 38 и 3. При зтом штифт 38, крепящий втулку 36 к переводнику 10, является срезным и его прочность на срез меньше прочности штифта 39. Предохранительная втулка 37 устраняет попадание частиц породы вхраповую муфту 26 и шлицевые пазы поршня 5, а также удерживает корпус якоря 2 в верхнем положении. К корпусу 1 прикреплена при помощи штифтов 40 предохранительная втулка 41. которая не позволяет частицам породы попасть в храповую муфту 42. Штифтов 40 берется столько, чтобы обеспечить жесткость корпуса 1 в местах расположения пазов 31, так как в процессе свинчивания с верхним концом оборванной буриапьной трубы корпус 1 может быть деформирован в местах расположения пазов 31. В нижней части корпус 1 имеет шлицевое соединение В с переходной втулкой 43 (фиг. 2), Втулка 43 может пере мещаться вверх и вниз, при этом перемещении втулка 43 будет находиться постоянно в шлицевом зацеплении В с корпусом 1. В нижней части переходной втулки 43 нарезана левая резьба для соединения с ловильным инструментом. В данном случае в качестве ловильного инструмента принят колокол 44, Вместо колокола 44 может быть присоединен любой другой резьбонарезной ловильный инструмент. Наличие переходной втулки 43 позволяет перемещаться резьбонарезному ловильному инструменту вниз по мере его навинчивания на прихваченную трубу. В известном устройстве аналогичной переходной втулки 43 нет.

В переводнике 10 и в предохранительных втулках 37 и 41 имеются отрерстия дпя компенсации давления жидкости внутри и за устройством.

Устройство работает следующий образом.

Для извлечения из скважины прихва ченной колонны труб устройство через резьбу 32 переводника 10 соединяют с аварийной колонной труб, а на переходную втулку 43 навинчивают необходимый ловильный инструмент. Перед стыковкой скважину промывают. После предварительной стыковки устройств.а с прихваченной колонной труб сбрасьшают шар 20 и создают внутри колонны аварийных труб давление промьшочной жидкостью, под действием которого плашки 9 выдвигаются из якоря 2 и сцепляются с обсадной колонной. Для возврата плашек 9 в исходное положение служат пружины 28. I

В случае использования устройства в открытом стволе скважины необходим применять соответствующий якорь. Под действием давления поршень 5 срезает штифт 35 и начинает движение вниз. При движении поршня 5 шипы Б движутся вначале по вертикальной части пазов 31 и после выхода поршня 5 из шлицевого зацепления В с переводником 10 шипы Б входят в винтовую часть пазов 31.

Переходная втулка 43 после предварительной стыковки располагается

на выступ 21 поршня 5, заставляя его перемещаться вверх. В этот момент корпус 1 остается неподвкжньм, а поршень 5, взаимодействуя с шипами Б, проворачивается, при этом верхняя втулка 11 свободно проскальзывает по зубчатому зацеплению муфты 26.

На фиг. 7 показано положение поршня 5 и переводника 10 в конце подъема. После этого подъема колонну аварийных труб опускают вниз до ее первоначального положения, и повторяют описанньй процесс работы устройством, с той лишь разницей, что в колонне аварийньк труб создают давление большее по сравнению с редыдущим циклом. Такие операции производят до полного отвинчивания труб.

После отвинчивания прихваченной трубы перед подъемом устройства с трубой на поверхность в колонне аварийных труб создают такое давление, при котором происходит срез штифтов 19, и седло 18 с шаром 20 падают вниз. Шар 20 удерживается стержневой частью 15 клетки 14, а седло 18 падает на ее дно.

При необходимости производят промывку ;кважины, после которой устройство с трубой поднимают на поверхность. Назначение шлицевого соединения пе)еводника 10 с поршнем 5 необходимо не только для предварительной стыковки устройства с оборванным концом трубы, но и для отсоединения устройства от прихваченных труб, если их невозможно извлечь. в верхнем положении. Корпус 1 через переходную втулку 43 передает левое вращение ловильному инструменту 44. Храповая муфта 42 позволяет свободно вращаться корпусу 1 влево и не позволяет ему вернуться в начальное положение. Храповая муфта 26 воспринимает реактивный крутящий момент от поршня 5 и остается неподвижной, препотвращая поворот поршня 5 вправо, При полном холе поршня 5 вниз он своим выступом 21 вхопит в контакт с выступом 21 входит в контакт с выступом опорной втулки 34 (фиг. 4). Если после полного хода поршня 5 прихваченные трубы не отворачиваются, то устройство необходимо перезарядить. Для этой цели колонну аварийных; труб приподнимают, при этом срезается штифт 38 и втулка 34 давит

Предлагаемое устройство более надежно в работе по сравнению с известным, так как оно позволяет отвинчивать прихваченные трубы, расположенные на больших глубинах, ввиду того, что осевая нагрузка при отвинчивании не передается на колонну аварийных труб, в то время как в известном устройстве передача движения ловнльному инструменту осуществляется при подъеме вверх аварийной колонны, что повьппает растягивающие усилия и тем самым создаются опасные напряжения в устьевой части аварийных .труб. Наличие предохранительных втулок предотвращает попадание в храповые муфты, пружины, пазы корпуса

и в шлицевые соединения поршня с переходной втулкой частиц горной поро да,, кроме этого, верхняя предохранительная втулка при помощи срезногр

штифта удерживает в неподвижном положении якорь, а нижняя - имеет жесткое соединение с корпусом в зоне расположения пазов, что повышает прочность корпуса от радиальных деформа,ций в ослабленном пазами сечении

при создании крутящего момента. Наличие диаметрально расположенных шипов в двух пазах позволяет повысить крутящий момент при приложении одной и той же осевой нагрузки,а наличие. переходной втулки - использовать ло- i вильный резьбонарезной инструмент.

Л

35

аш

J7

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОРАЧИВАНИЯ ТРУБ В СКВАЖИНЕ, содержащее корпус, переводник, шпиндель, якорь, храповые муфты, расположенные с обеих сторон якоря вне корпуса, механизм поворота корпуса, выполненньй в виде винтовой пары со спиральным пазом на корпусе, и шипа, закрепленного на шпинделе, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства при отвинчивании труб, прихваченных на большой глубине, и труб, находящихся в открытом стволе скважины, оно снабжено связанной с корпусом в нижней его части посредством шлицевого соединения и установленной с возможностью осевого перемещения переходной втулкой с резьбой под ловильный инструмент и предохранительными втулками, одна из которых жестко связана с якорем, а другая размещена на наружной поверхности корпуса- и неподвижно связана с последним посредством штифтов, расположенных между спиральными пазами, при этом шпиндель выполнен в виде поршня с выступом и с установленным подвижно в осевом направлении седлом под шар. 2.Устройство по п. 1, отли(Л чающееся тем, что шипы расположены диаметрально противоположно, а поршень с переводником связаны § с помощью шлицевого соединения. 3.Устройство по п. 1 , .о т л и чающееся тем, что переводник KMeet опорную втулку с выступом для ;о :о о 4;ib взаимодействия с выступом поршня.

7

55

Риг2

/1-А

.5

Фиг.б

ФИ1,6