Двигатель устройства для отворота труб Советский патент 1991 года по МПК E21B31/00 

Изобретение относится к бурению скважин всех назначений, в частности к устройствам, предназначенным для развинчивания и разрушения крутящим моментом аварийных бурильных колонн в скважинах, собранных из труб, на резьбах любого направления.

Целью изобретения является расширение-технологических возможностей двигателя путем его использования с более широким кругом узлов отворота с одновременным снижением металлоемкости двигателя и повышением надежности его работы в условиях зашламленной среды.

На фиг.1 изображен двигатель, вертикальный разрез (левее продольной оси стрелками показан путь энергоносителя для обеспечения рабочего движения поршней вниз; правее - стрелками показан путь отработавшего энергоносителя при движении поршней вниз); на фиг.2 - то же, правее продольной оси стрелками показан путь энергоносителя для обеспечения рабочего движения поршней вверх; левее - стрелками показан путь отработавшего энергоносителя при движении поршней вверх; на фиг.З разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б

на фиг. 1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг. 1; на

фиг.6 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг.7 - разрез

Е-Е на фиг.1; на фиг.8 - разрез Ж-Ж на

иг.1; на фиг.9 - разрез И-И на фиг.1; на

иг. 10 - разрез К-К на фиг.2; на фиг. 11 азрез Л-Л на фиг.2; на фиг.12- разрез М-М

|на фиг.2; на,фиг.13 - разрез Н-Н на фиг.2;

на фиг.14 - разрез П-П на фиг.2; на фиг.15 разрез Р-Р на фиг.2; на фиг.16 - рарез С-С

на фиг.2.

Двигатель (фиг.1 и 2) содержит полый корпус с установленными в его полости кольцевыми поршнями, т.е. состоящий, например, из трех или более цилиндров 1,0, 1.1,1,2, последовательно состыкованных на резьбах, традиционных муфтах или ниппелях. Корпус имеет в верхней части средство дпя связи с якорем.

Количество цилиндров определяется расчетом в зависимости от величины потребной осевой силы, являющейся функ- дией крутящего момента, потребного для развинчивания или разрушения крутящим моментом аварийной колонны. Кинематическая схема и конструкция двигателя обеспечивают возможность создания любого, практически необходимого крутящего момента на труболове, что достигается компоновкой его соответствующим числом цилиндропоршневых пар и давлением энергоносителя, поступающего в него, с учетом угла подъема винтовой линии винтогаечной пары механизма преобразования осевых движений во вращательные, с которым стыкуется двигатель.

На стыке цилиндров 1.0 и 1.1 встроена переСорка 2.0 с уплотнением 3.0. На стыке цилиндров 1.1 и 1.2 встроена переборка 4.0 с уплотнением 5.0. На стыке цилиндра 1.0 и корпуса 6.0 якоря встроена крышка 7.0 с дугообразной золотниковой полостью 7.1 и каналом 7,2 (фиг.4), второй дугообразной золотниковой полостью 7.3 (фиг.5), дренажным каналом 7.4 и уплотнением 8.0.

На стыке цилиндра 1.2 и корпуса 9.0 со шлицами 9.1 встроена нижняя крышка 10.0 с золотниковым элементом 10.1 (фиг.9) и уплотнением 11.0.

В корпус встроен подвижный в осевом направлении полый ствол 12.0 (условно изображенный монолитным), снабженный кольцевыми поршнями: верхним 12,1, средним 12.2 и нижним 12.3, и имеющий каналы 12.4 и 12.5 (фиг.7), 12.6 и 12.7 (фиг.6), 12.8 (фиг.8).

Все поршни взаимодействуют со стенками цилиндров привулканиэированными к ним, например, резинометаллическими элементами, что способствует увеличению долговечности цилиндропоршневых пар даже при попадании в них зашламленной среды. Нижний конец ствола 12.0, снабженный

муфтой 13.0 с прямыми шлицами 14.0, стыкуется с верхним концом узла отворота труб - винта (с углом подъема его винтовой линии более 45°, преобразователя осевых движений во вращательные не показанно0 го).

Поршни полого ствола образуют с корпусом нагнетательные и реверсивные камеры.

В полости ствола установлен с возмож5 ностью вращения полый шток 15.0 со средством для связи со спускоподъемным оборудованием в верхней части и двумя системами каналов: нагнетательной для связи полости штока с нагнетательными камера0 ми корпуса при рабочем ходе и сливной полостью корпуса при реверсивном ходе и реверсивной системой каналов для связи одной из реверсивных камер со сливной полостью корпуса и с полостью штока при ре5 версивном ходе. Корпус выполнен герметичным, а в полом стволе выполнен реверсивный канал для сообщения в исходном и рабочем положениях двигателя каждой из реверсивных камер корпуса

0 посредством системы реверсивных каналов полого штока со сливной полостью корпуса и возможностью сообщения при реверсивном ходе каждой из реверсивных камер корпуса с полостью штока.

5 Кинематика двигателя ограничена двумя видами движения его деталей: вращением полого штока 15.0 в любом направлении, лишенного осевых движений относительно корпуса, и осевыми движениями полого

0 ствола 12,0, снабженного поршнями двухстороннего действия и шлицевой муфтой 13.0, исключающей вращение поршневого блока действием преобразователя осевых движений.во вращательные.

5 За один оборот полого штока, приводимого в действие вращением спасательной колонны, блок тандем поршней совершает два цикла: от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней (НМТ).

0 В том случае, когда частота движений поршней окажется выше потребной, даже при вращении спасательной колонны на самой малой скорости вращения шпинделя бурового станка, к которому она подвешена,

5 между спасательной колонной и двигателем встраивается понижающий редуктор.

Все поршни передают штоку одинаковые усилия при их движении от ВМТ до НМТ и обратно. Этим свойством обеспечивается возможность стыковки двигателя с преобраэователями направления осевых движений во вращательные, у которых осевой рабочий ход винта может быть любого направления или реверсивный.

Число поршней определяется в зависимости от параметров скважины, аварийной колонны, состояния резьбовых соединений труб, из которых она собрана, угла подъема винтовой линии винтогаечной пары преобразователя направления осевых движений во вращательные и величины перепада давления энергоносителя, поступающего в двигатель по спасательной колонне до и после редукционного клапана.

Первый ход поршней и штока.

При поступлении профильтрованного жидкого или газообразного энергоносителя из спасательной колонны в полость 15.1 штока (фиг. 1), левая сторона ее, движение преграждается редукционным клапаном 17.0, установленным на пружине 18.0 во втулке 19.0 и отрегулированным на расчетный перепад давления. В результате этого энергоноситель поступает через канал 15.2 нагнетательной системы каналов полого штока (фиг. 1 и 4) в дугообразную золотниковую полость 7.1 и радиальный канал 7.2, заполняя надпоршневую полость 20.0 первого цилиндра. Затем по продольному дугообразному каналу 21.0(фиг.6) и радиальным каналам 12.4 и 12.5 (фиг,7) в верхние нагнетательные камеры 22.0 и 28,0 (фиг. 1) второго и третьего цилиндров, оказывает давление на поршни 12.1, 12.2, 12.3, которые вместе со стволом 12.0, редуктором смещаются до НМТ. После этого редукционный клапан 17.0 срабатывает и энергоноситель продолжает движение по каналу 15.1 для промывки скважины.

В период движения поршней от ВМТдо НМТ полый шток 15.0 проворачивается на 180°, а среда, содержащаяся в реверсивных камерах 23.0. 24,0, 25.0 (фиг.1), правая сторона, вытесняется через радиальные каналы 12,6, 12,7(фиг.6)и 12.8 (фиг.8) до сливной полости 26.0 (фиг.1) через реверсивный канал 27, каналы 15.4, 15.5, 15,6 реверсивной системы каналов штока 15 в дугообразную золотниковую полость 7.3 (фиг.5), а из нее по каналу 7.4 (фиг.4) через обратный клапан и полость 26 в полость скважины.

В период хода поршней от ВМТ до НМТ попадание зашламленной скважинной среды в полости цилиндров исключено наличием потока отработавшего энергоносителя из канала 7.4. Кроме того, для полной гарантии, исключающей зашламование цилиндров, на устье канала 7,4 может быть поставлен обратный клапан, который на чертеже не показан.

Второй ход - обратный. С поворотом полого штока 15.0 на 180° (фиг.2), правая сторона, энергоноситель из канала 153 реверсивной системы полого

штока (фиг. 16) поступает в реверсивный канал 27.0, а затем по каналам 12.6 и 12.7 (фиг. 13), 12.8 (фиг.16) соответственно поступает в ревесивные камеры 23.0, 24,0. 25.0, оказывает давление на поршни 12.1, 12,2,

12.3 и возвращает их в исходное положение вместе со стволом 12.0с редукционным клапаном 17.0-19.0 и муфтой 13.0, взаимодействующей своими прямыми шлицами 14.0 со шлицами 9.1 корпуса 9,70, исключая проворот крутящим моментом, возникающим в узле отворота труб. В этот момент канал 15.7 нагнетательной системы каналов штока 15.0 сообщает нагнетательные камеры со сливной полостью,

В дальнейшем, при прохождении штока

15.0 и поступления через него рабочей среды, уже описанная работа двигателя продолжается до развинчивания резьбового соединения аварийной колонны, разрушения ее крутящим моментом, или среза предохранительного штифта на демпфере, встроенном между преобразователем осевых движений и трубо/ювом.

Формула изобретения

Двигатель устройства для отворота труб, включающий полый корпус со средством для связи с якорем в верхней части и установленными в его полости кольцевыми

поршнями, телескопически установленный в корпусе полый ствол со средством для связи с узлом отворота труб в нижней части и кольцевыми поршнями на наружной поверхности, образующими со стенками корпуса и его поршнями нагнетательные и реверсивные камеры, установленный с возможностью вращения в полости ствола полый шток со средством для связи со спускоподъемным оборудованием в верхней части и двумя системами каналов: нагнетательной для связи полости штока с нагнетательными камерами корпуса при рабочем ходе и сливной полостью корпуса при реверсивном ходе и реверсивной системой

каналов для связи одной из реверсивных камер со сливной полостью корпуса и с полостью штока при реверсивном ходе, о т- л и чающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей двигателя путем его использования с более широким кругом узлсъ отворота с одновременным снижением металлоемкости двигателя и повышения надежности его работы в условиях зашламленной среды, корпус выполнен герметичным, а в створе выполнен

реверсивный канал для сообщения в исход ном и рабочем положениях двигателя каждой из реверсивных камер корпуса посредством системы реверсивных каналов

в.О 15.2

фиг.}

полого штока со сливной полостью корпуса и возможностью сообщения при реверсивном ходе каждой из реверсивных камер корпуса с полостью штока.

17.1

12.6

фиг.2.

А-А

Изобретение относится к бурению скважин всех назначений, в частности к двигателям устройств, предназначенных для развинчивания и разрушения крутящим моментом аварийных бурильных колонн в скважинах, собранных из труб,-на резьбах любого направления. Целью изобретения является расширение технологических возможностей двигателя за счет обеспечения возможности его использования с более широким кругом узлов отворота с одновременным снижением металлоемкости двигателя и повышением надежности его работы в условиях зашламленной среды. Для этого двигатель содержит корпус и ствол, образующие друг с другом нагнетательные и реверсивные камеры, и установленный с возможностью вращения в стволе новый шток с системами каналов нагнетательной для связи в рабочем положении полости штока с нагнетательными камерами и для связи последних при реверсивном ходе со сливной полостью корпуса и реверсивной системой каналов для связи реверсивных камер с полостью штока при реверсивном ходе и для связи одной из реверсивных камер со сливной полостью корпуса при рабочем ходе. В стволе выполнен реверсивный канал для сообщения в исходном и рабочем положениях двигателя каждой из реверсивных камер корпуса посредством системы реверсивных каналов полого штока со сливной полостью корпуса и с возможностью сообщения при реверсивном ходе каждой из реверсивных камер корпуса с полостью штока. Такое выполнение позволяет сделать корпус герметичным. 16 ил, У Ј

фигЛ

Ш.П.5

в- в

f&1

фиг 6

w-ж

и-и

&(/. 11

7ff

Фиг. 13

риг. 16