Устройство для развинчивания труб в скважине Советский патент 1992 года по МПК E21B31/00 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для капитального ремонта скважин путем развинчивания колонны насосно-компрессорных труб с помощью правых бурильных и насосно-компрессорных труб и последующего их извлечения из скважины в процессе ловиль- ных работ, и может быть использовано и при ликвидации аварий, связанных с прихватом труб при бурении.

Цель изобретения - увеличение надежности работы устройства за счет обеспече- ниявозможности увеличения

передаваемого крутящего момента.

На фиг. 1. изображено устройство, общий вид в разрезе; на фиг 2 - сечение А-А на фиг. 1 (а, б. в - отверстия для прохода промывочной жидкости), на фиг. 3 - разрез

Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - узел I на фиг. 1. (ti tmm, tmax - межрядный шаг рабочих шпонок), на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 5; на фиг 7 - узел II на фиг. 1 (Si, Smin, Smax - межоконные перемычки водила).

Устройство содержит переводник 1, служащий средством для связи с колонной труб, установленный в верхней части корпуса 1. В нижней части переводника установлен клапан 3, удерживаемый пружиной 4 В корпус 2 запрессован реверсивный, момен- тный гидроцилиндр 5, якорящего узла, включающий поворотный ротор 6, несущие лопасти 7 и крышки 8 На валу ротора 6 неподвижно закреплен профильный кулачок 9 взаимодействующий в рабочем положении с. тормозными плашками 10

4 4 СЛ 00

1 М

армированными пластинками с твердого сплава для улучшения сцепления с колонной и нагруженными пружинами 11.

Переводник 1 резьбой соединен с полым валом 12, который зубчатой муфтой 13 соединен с ведущим валом 14, реверсивного сину- сошарикового редуктора (РСШ), являющегося преобразователем вращения. На валу 14 установлены планетарные ряды, количество которых (п) определяется максимальным передаваемым крутящим моментом.

Каждый ряд состоит из наружной втулки 15, на внутренней поверхности которой имеется беговая синусоидальная дорожка, внутренней втулки 16, у-которой на наружной поверхности также имеется синусоидальная беговая дорожка, водила 17 с продольными окнами, которое расположено в радиальном зазоре между наружной и внутрен-ней втулками и жестко связано с корпусом. В продольных окнах водила 17, синхронно касаясь беговых дорожек обеих втулок, расположены шаровые сателлиты 18. Необходимое равномерное распределение момента по планетарным рядам в процессе работы обеспечивается шпоночным делителем 19 моментов, встроенным вместо цельной шпонки на ведущем валу. Водило 17 жестко (резьбой) соединено с корпусо.м 2 и является неподвижным отно-, сительно ведомого вала 20, который резьбой соединен со стаканом 21. передающим крутящий момент пустотелому ниппелю 22, который перемещается под действием пружины 23 в гайке 24 и служит средством для связи с извлекаемыми трубами. Для блокирования синусошарикового редуктора в осевом канале ведущего вала 14 на штифтах 25 установлена блокировочная втулка 26. Ведомый вал 20 вращается на подшипниках 27 и 28. Крышкой 29 с сальником редуктор предохраняется от попадания промывочной жидкости.

Рабочие шпонки шпоночного делителя моментов установлены в исходном положении с угловым смещением в поперечной плоскости относительно боковой поверхности шпоночного паза ведущего вала в сторону, противоположную направлению его вращения, причем угловое смещение рабочих шпонок равномерно увеличивается к нижнему торцу шпоночного паза, а расстояния между окнами водила в продольной плоскости увеличиваются прямо пропорционально угловому смещению рабочих шпонок, причем последнее определяется в соответствии со следующей зависимостью

Д, 2,

где Ду - угловое смещение рабочих шпонок:

а- угловое смещение в поперечной плоскости соседних планетарных рядов реверсивного синусошарикового редуктора;

п - число рядов синусошарикового редуктора.Равномерное распределение усилий, т.е. деление момента по планетарным рядам редуктора, происходит тогда, когда одна из рабочих шпонок (расположены в продольной плоскости), взаимодействуя с синусной втулкой планетарного ряда, при восприятии первоначального усилия получает угловое перемещение по дуге, в сторону, противоположную вращению ведущего вала. Упомянутая шпонка своими винтовыми (скошенными) поверхностями с правым и левым углами подьема, взаимодействуя

одновременно с соседними шпонками, перемещает их вдоль оси шпоночного паза, до тех пор пока не выберется имеющийся осе- вой лифт между винтовыми поверхностями. После этого начнется угловое перемещение

в противоположную сторону рабочих шпонок до тех пор, пока каждая из них не воспримет от соответствующей ей синусной втулки планетарного ряда усилие, равнозначное первоначальному. Угловое перемещение рабочих шпонок, до установления разнозначных усилий на каждой из них все время сопровождается осевыми перемещениями промежуточных шпонок.

Устройство работает следующим образом.

Для развинчивания прихваченной в скважине колонны труб устройство с собранным на ниппеле 22 приспособлением для соединения с трубами в скважине (левая

- труболовка, левый колокол, левый метчик) опускается в скважине на колонне труб. После соединения с извлекаемыми трубами в колонну труб закачивают промывочную жидкость, которая создает перепад давления в устройстве. При этом жидкость по радиальным отверстиям вала 12, поворотного ротора б, кольцевую полость корпуса 2 и через отверстия (а) в нижней крышке 8 проходит в кольцевую полость моментного

гидроцилиндра 5, воздействуя на несущие лопасти 7, которые под действием перепада давления проворачиваются и профильный кулачок, закрепленный неподвижно на поворотном роторе, раздвигает тормозные

плашки 10 до упора во внутреннюю поверхность эксплуатационной колонны и якорит корпус 2 от проворачивания. Вращением колонны труб на устье скважины вправо через переводчик 2, полый вал 12, зубчатую муфту

13 сообщают ведущему валу 14 крутящий момент, В процессе вращения ведущего вала 14 с закрепленными на нем внутренними втулками 16, взаимодействующими посредством шаровых сателлитов 18с окнами водила 17 и наружными втулками 15 происходит редуцирование на левосторонний крутящий момент, передаваемое ведомому валу 20 при неподвижно закрепленном водиле, соединенном резьбой с корпусом 2.

В процессе редуцирования происходят последовательные дуговые смещения рабочих шпонок, шпоночного делителя моментов, а следовательно, и рядов (так как их центры совпадают). Межрядный шаг ti в узле редуцирования переменный (фиг. 5). Последнее означает, что переменными будут расстояния Si между окнами водила в продольной плоскости, убывая к одному его краю и возрастая к другому (фиг. 7). Учитывая неравномерность закручивания ослабленного продольными окнами водила и для сохранения достаточной его прочности необходимо смещать рабочие шпонки так, чтобы максимальное напряжение испытывала максимальная межоконная перемычка SMax.

Ведомый вал 20 передает левосторонний крутящий момент на соединенный с ним стакан 21 и через квадратную направляющую на пустотелый ниппель 22, в результате чего ловильный инструмент передает увеличенный крутящий момент верхней прихваченной трубе Верхняя прихваченная труба начинает отворачиваться, а подпружиненный ниппель 22 перемещается вверх в гайке 24 на длину резьбы. В случае невозможности отвернуть сильно закрепленную резьбу в соединении труб производят отворот устройства от колонны развинчиваемых труб. Для этого необходимо заблокировать редуктор, соединив ведущий вал 14 с ведомым валом 20. Для этого в колонну труб забрасывают шарик, который, опускаясь, проходит через осевое отверстие клапана 3 и садится на конусное отверстие блокировочной втулки 26. При создании перепада давления в колонне труб срезаются штифты 26, удерживающие втулку, которая квадратной направляющей заходит в квадратное отверстие ниппеля 22. Опускаясь, втулка 26 открывает циркуляционные отверстия на ведущем валу 14, циркуляция при этом восстанавливается через них и через отверстия в валу 20. Убедившись в наличии циркуляции которая доказывает, что втулка 26 гарантированно сблокировала ведущий вал 14 и ведомый вал 20, прекращает подачу промывочной жидкости.

Для разьякоривания корпуса 2 в колонну труб забрасывают шар, который, опускаясь, гадится на конусное отверстие клапана 3. При создании перепада давления клапан

5 сжимает пружину 4 и опускается, при этом открываются отверстия в переводнике 1 и промывочная жидкость через отверстия (в) в верхней крышке 8 проходит в кольцевую полость моментного гидроцилиндра 5 и воз10 действует на несущие лопасти поворотного ротора, который проворачивается вместе с профильным кулачком в обратную сторону Вследствие чего профильный кулачок позволяет пружинам 11 сводить тормозные

5 планки, освобождая таким образом устрой- ствоотзаякоривания. Вращая колонну труб, отвинчивают устройство от извлекаемых труб. Освобожденное устройство извлекают из скважины.

0

Формула изобретения

1. Устройство для развинчивания труб в скважине, включающее корпус с размещен5 ным в нем полым валом, имеющим в верхней части средство для связи с колонной труб, якорящий узел с установленными в корпусе с возможностью радиального перемещения тормозными плашками, преобра0 зователь вращения с ведущим валом, связанным с полым валом корпуса и ведомым валом, имеющим в нижней части средство для связи с извлекаемыми трубами, о т- личающееоя тем, что, с целью увеличе5 ния надежности в работе устройства путем обеспечения возможности увеличения пе- редаваемого крутящего момента, преобразователь вращения выполнен в виде реверсивного синусошарикового редуктора

0 с расположенным на ведущем валу шпоночным делителем крутящего момента и жестко связанным с корпусом водилом, а якорящий узел выполнен в виде установленного в верхней части корпуса и гидравлически связан5 наго с полостью вала корпуса реверсивного моментного гидроцилиндра с поворотным ротором и жестко связанным с последним фигурным кулачком, установленным с возможностью взаимодействия в рабочем по0 ложении с тормозными плашками якорящего узла.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что рабочие шпонки шпоночного делителя моментов установлены в исходном

5 положении с угловым смещением в поперечной плоскости относительно боковой поверхности шпоночного паза ведущего вала в сторону, противоположную направлению его вращения, причем угловое смещение рабочих шпонок равномерно увеличивается к

нижнему торцу шпоночного паза, а расстояния между окнами водила в продольной плоскости увеличиваются прямо пропорционально угловому смещению рабочих шпонок, причем последнее определяется в соответствии со следующей зависимостью:

а

где угловое смещение рабочих шпо- нок,рад;

а- смещение в поперечной плоскости соседних планетарных рядов реверсивного редуктора, рад;

п - число рядов реверсивного синусо- шарикового редуктора.

А-А

Использование: при капитальном ремонте скважин для извлечения насоснокомпрессорных труб путем их развинчивания и последующего извлечения из скважин. Устройство содержит корпус, полый вал. якорящий узел с тормозными плашками и преобразователь вращения в виде реверсивного синусошарикового редуктора с делителем крутящего момента. Якорящий узел выполнен в виде реверсивного моментного гидроцилиндра с поворотным ротором и фигурным кулачком. Рабочие шпонки шпоночного делителя крутящего момента установлены в исходном положении с угловым смещением в поперечной плоскости от- носительно боковой поверхности шпоночного паза ведущего вала 1 з. п ф-лы, 7 ил

Фиг.1

11

Фиг

Г

1

Jr

-1§

J

R

С

jr

I

J

фи&5

r-r

Фиг.6