Устройство для извлечения металлических предметов из скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B31/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и, в частности, к ремонту скважин, во время которого производится захват и извлечение металлических предметов, чаще всего труб, из скважин.

Известно устройство для захвата труб в скважинах (ловильные инструменты), принцип действия которых основан на механическом захвате аварийных труб.

Однако эти инструменты сложны в изготовлении и не всегда обеспечивают необходимую высокую грузоподъемность.

Наиболее близким к изобретению является устройство, основанное на использовании захвата труб за счет применения сварки трением. Устройство для извлечения металлических предметов из скважины содержит полый корпус с кольцевым выступом, захватывающую фрикционную втулку, связанную с корпусом посредством штифтов, расположенных в продольных пазах кольцевого выступа, и фрезерную коронку, установленную на захватывающей фрикционной втулке.

Недостаткам этого устройства являются прежде всего недостаточная его надежность и относительно большие диаметральные габариты. Эти недостатки обусловлены тем, что крутящий момент для обеспечения нагрева при сварке трением передается через штифты, которые с небольшим натягом установлены в продольных отверстиях кольцевого выступа корпуса и входят в продольные пазы захватывающей втулки.

При такой конструкции штифты при передаче крутящего момента во время трения работают на изгиб, так как они закреплены (установлены с небольшим натягом) в отверстиях кольцевого выступа и входят в пазы фрикционной втулки, которая отстоит от торца кольцевого выступа. Это требует увеличения диаметра штифтов, что приводит к увеличению диаметральных габаритов устройства и, следовательно, к сужению диапазона труб, которые могут извлекаться с помощью этого устройства..

Кроме того, при работе устройства штифты, входящие с натягом в отверстия корпуса,перемещаются в этих отверстиях в осевом направлении, что приводит к неизбежному износу этих деталей, нарушению посадки штифтов в отверстиях и, следовательно, к снижению долговечности и надежности устройства.:

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, включающем резьбовой переводник, полый корпус, фрезерную коронку.

захватную фрикционную втулку и связующие штифты, фрикционная втулка с конусной боковой поверхностью зафиксирована в исходном положении относительно корпуса, а штифтами связана с корпусом, установленным с возможностью осевого перемещения только вверх, и в верхней части которого выполнено многогранное отверстие, соответствующее многогранной шейке, выполненной на переводнике, над которой на нем имеется проточка с диаметром, меньшим диаметра вписанной в многогранник окружности, и длиной, превышающей суммарную длину штифтов и высоту многогранного отверстия, при этом в корпусе выполнена конусная расточка соответственно размерам боковой поверхности фрикционной втулки с углом конуса меньше угла трения.

На фиг. 1 изображено устройство в сборе в транспортном положении; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - устройство в сборе после захвата ловимого предмета; на фиг. 6 - то же, при освобождении ловимого предмета.

Устройство для извлечения металлических предметов из скважины содержит переводник 1 с резьбовым концом для соединения с колонной бурильных труб для спуска в скважину при проведении ловильных работ. На переводнике выполнена многогранная шейка 2 и проточка 3 над нею. Диаметр проточки 3 меньше вписанной окружности многогранной шейки 2.

Переводник жестким резьбовым соединением связан с фрезерной коронкой 4. Верхняя часть корпуса 5 имеет многогранное отверстие, соответствующее шейке 2 переходника. Корпус 5 имеет возможность осевого перемещения по многогранной шейке только вверх, так как он ограничен фрезерной коронкой 4. Верхняя часть корпуса 5 жестко связана с нижней частью корпуса6 и подвижно с установленной под фрезерной коронкой 4 фрикционной втулкой 7, имеющей конусную боковую поверхность 8. Фрикционная втулка 7 штифтами 9 связана с верхней частью корпуса 5 и в исходном положении зафиксирована относительно корпуса 6 срезными винтами 10. Штифты 8, связывающие корпус 5 с фрикционной втулкой 7, запрессованы в последнюю и сидят в отверстиях полукорпуса 5 с незначительным зазором.

Корпус 6 имеет внутреннюю конусную расточку 11 и направляющую воронку 12. Конусная расточка 11 корпуса 6 выполнена соответственно размерам конусной боковой поверхности 8 втулки 7. Угол конуса

выполнен меньшим угла трения. Расстояние между конусными поверхностями фрикционной втулки 7 нижнего полукорпуса 6 в исходном положении не превышает длину проточки 3 переводника и больше суммарной длины штифтов 9 и высоты многогранного отверстия полукорпуса 5.

Как известно, при проведении ловильных работ прикрепленный инструмент должен обеспечивать соединение инструмента с трубной колонной, подлежашей извлечению из скважины, подъем колонны труб, в случае, если целиком колонну поднять невозможно, отворот части труб, которые поддаются отвороту, и их извлечение, если отвинтить трубы также невозможно, отсоединение ловильного инструмента и извлечение его из скважины.

Все зти операции могут выполняться с помощью предлагаемого устройства, которое работает следующим образом.

Устройство на колонне бурильных труб опускается в скважину до места возникновения обрыва.

Верхний конец аварийной колонны входит в направляющую воронку 12 и далее до упора с рабочей поверхностью захватывающей фрикционной втулки 7. После зтого начинают вращать колонну бурильных труб, на которой закреплено устройство, и одновременно создают определенное осевое усилие вниз. При этом вращение от колонны бурильных труб через переводник 1 передается верхней части корпуса 5, через многогранную шейку 2 переводника 1 и далее через штифты 9 захватывающей втулке 7, в которую упирается фрезерная коронка 4, передающая осевое усилие. При трении втулки 7 относительно торца извлекаемой колонны труб происходит разогрев зтих поверхностей до температуры, необходимой, для сварки. При этом вращение прекращают и прикладывают дополнительно осевое усилие, что способствует осадке нагретого металла и образованию прочного сварного соединения.

Штифты жестко связывают втулку 7 с корпусом 5 и при этом работают на срез, что обеспечивает возможность передачи значительно большей нагрузки по сравнению с прототипом, в котором штифты работают на изгиб. Благодаря этому резко повышается надежность инструмента и обеспечивается возможность уменьшения размеров штифтов в случае передачи того же усилия и крутящего момента. Уменьшение размеров штифтов позволяет значительно уменьшить диаметр устройства или же при содержании размера наружного диаметра устройства

увеличить внутренний диаметр и, следовательно, расширить диапазон ловимых труб.

После соединения фрикционной втулки с ловимой трубкой прикладывают осевое усилие вверх для извлечения аварийной колонны. При этом переходник 1, фрезерная коронка 4, корпуса 5 и 6 перемещаются вверх, а фрикционная втулка 7, скрепленная с аварийной трубой, остается неподвижной. При этом разрушаются срезные винты 10 и все детали инструмента, за исключением фрикционной втулки, достигаются вверх до момента, когда конусная поверхность 8 втулки 7 сядет на конусную расточку 11 корпуса 6. Расстояние между конусными поверхностями втулки и корпуса больше длины штифтов 9, поэтому, когда втулка 7 сядет на поверхность конуса 11 корпуса 6, штифты 9 выходят из отверстия в корпусе 5. Так как углы корпуса у конусных поверхностей деталей 8 и 11 выполнены одинаковыми и приняты меньшими, чем угол трения, т.е. конусное соединение является самотормозящим.

Под действием направленного вверх осевого усилия производится подъем аварийной колонны труб.

В случае, если под действием этого усилия не удается поднять колонну труб из скважины, производят отворот. Для этого на малых оборотах производят вращение колонны бурильных труб с закрепленным на ней устройством.

Конусное соединение между захватной втулкой 7 и нижним корпусом 6 самотормозящее. Под действием приложенного до этого осевого усилия, направленного вверх, которое при подъеме составляет десятки тонн, натяг на конусных поверхностях значительный, что позволяет передать крутящий момент для отвинчивания аварийной колонны труб.

В случае, если произвести отворот также не удастся, переходят к освобождению инструмента для возможности извлечения его из скважины. Для этого спускают инструмент вниз, так как самотормозящие конусные поверхности скреплены, а захватная втулка приварена к аварийной трубе при спуске вниз переходника 1. Захватная втулка 7, корпуса 5 и 6 остаются неподвижными, а переходник перемещается относительно них вниз и при этом отверстие корпуса 5 выходит из зацепления с многогранной шейкой 2 переводника 1 и располагается в зоне проточки 3, которая расположена за многогранной шейкой и имеет диаметр меньший, чем диаметр вписанной в многогранник окружности.

Благодаря этому при вращении переходника вращение получает только скрепленная с ним фрезерная коронка 4, а корпус и захватная втулка 7 остаются неподвижными и закрепленными на аварийной трубе. При подаче вниз вращающейся колонны труб с переходником и фрезерной колонной производится фрезерование захватной втулки и сварного соединения, тем самым освобождается устройство от извлекаемой колонны аварийных труб (фиг. 6).

Экономическая эффективность устройства заключается в повышении надежности при ликвидации аварии и извлечении труб, а также уменьшении стоимости устройства по сравнению с известными труболовками.

Формула изобретения

Устройство для извлечения металлических предметов из скважины, включающее резьбовой переводник и полый корпус с направляющей воронкой, захватную фрикционную втулку, установленную с возможностью ограниченного осевого перемещения и закрепленную в крайнем BSfpхнем положении в корпусе, фрезерную коронку, закрепленную в резьбовом переводнике и установленную с возможностью взаимодействия с захватной фрикционной втулкой, и штифты, установленные в продольных глухих отверстиях корпуса и захватной фрикционной втулки, отличающ 6 е с я тем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы устройства за счет возможности увеличения крутящего момента, передаваемого от корпуса к захватной фрикционной втулке, наружная поверхность захватной фрикционной втулки в нижней части выполнена в виде конуса с углом конуса, меньшим угла трения, а в корпусе выполнена конусная расточка, ответная наружной конусной поверхности захватной фрикционной втулки, резьбовой п греводник установлен в корпусе с возмож ностью ограниченного осевого перемещения и выполнен с кольцевой проточкой на наружной поверхности и многогранной шейкой под ней, корпус выполнен в верхней части с кольцевым буртом, имеющим отверстие с формой сечения, ответной шейке переводника, причем длина кольцевой проточки не менее суммы длины части штифта, расположенной в корпусе, и высоты бурта корпуса и не менее расстояния между конусной расточкой корпуса и конусной поверхностью захватной фрикционной втулки при крайнем верхнем положении последней, а отверстия под штифты выполнены в кольцевом бурте корпуса и в верхней части захватной фрикционной втулки.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к ловильным инструментам, применяемым при извлечении металлических предметов из скважины. Целью изобретения ^является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет возможности увеличениякрутящего момента, передаваемого от корпуса к захватной фрикционной втулке. Устройство состоит из корпуса(К) 5, резьбового переводника (РП) 1, захватной фрикционной втулки (ФВ) 7, фрезерной коронки 4 и штифтов 9 для передачи крутящего момента от К 5 к захватной ФВ 7. На РП 1 выполнена проточка, а под ней расположена многогранная шейка 2. В К 5 выполнено отверстие, ответное шейке 2 РП 1. В нижней части ФВ 1 выполнена в виде конуса 8, а в К 6 выполнена ответная конусная расточка с углом конуса, меньшими угла трения. Ловимый предмет заходит в К 6 до упора в Ф,В 1. При вращении РП 1 К 5 и ФВ 7 производят сварку трением ФВ 7 и ловимого предмета. После сварки производят натяжение, болты 10 срезаются, ФВ 1 заходит в конусную расточку К 6 и производят подъем ловимого предмета, В случае невозможности подъема предмета ФВ 7 разбуривается фрезерной коронкой 4. 6 ил.слс'ь.о ^ о

фиг.1

6-В

Фие.З