ОСВОБОЖДАЮЩАЯСЯ ТРУБОЛОВКА
RELEASING SPEAR

Изобретение относится к ремонту скважин, в частности к ловильному инструменту, предназначенному для захвата и извлечения из скважины оборванной части колонны труб или пакера.
Известна освобождающаяся наружная труболовка (патент RU на полезную модель №40379, Е21В 31/18, опубл. в бюл. №25 от 10.09.2004 г.), содержащая телескопический корпус с соединенными с возможностью осевого перемещения внутренней частью и внешней частью с упорным торцом, цангу, два разжимных кольца, причем первое кольцо расположено на цанге с возможностью упора в положении разжима в упорный торец, при этом внешняя и внутренняя части телескопического корпуса зафиксированы между собой автоотцепом, срабатывающим при критической нагрузке, а внутренняя поверхность внешней части телескопического корпуса снизу снабжена выборкой, ограниченной сверху конической поверхностью, а сверху оснащена канавкой, причем до срабатывания автоотцепа первое и второе разжимные кольца расположены в выборке и канавке соответственно, при этом на наружной поверхности внутренней части телескопического корпуса выполнена проточка с возможностью взаимодействия со вторым разжимным кольцом после срабатывания автоотцепа.
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, при извлечении аварийного оборудования с помощью этой труболовки создаются большие осевые усилия, поскольку к весу рабочей колонны добавляется дополнительная критическая нагрузка, которую нужно создать для срабатывания автоотцепа, причем осевое усилие нужно создавать вверх, и чем глубже в скважине находится аварийное оборудование, тем больше необходимо осевое усилие, поэтому не любое грузоподъемное сооружение может справиться с этой задачей;
во-вторых, конструкция данной труболовки не позволяет промыть скважину и/или установить нефтяную ванну в ней, что в некоторых случаях необходимо для освобождения прихваченного оборудования.
Известна освобождающаяся гидравлическая труболовка (патент RU №2280146 МПК 8 Е21В 31/18, опубл. в бюл. №20 от 20.07.2006 г.), содержащая телескопический корпус с соединенными с возможностью ограниченного осевого перемещения внутренней частью и внешней частью с упорным торцом, цангу с установленным на ней разжимным кольцом, имеющим возможность ограниченного осевого перемещения вниз по выборке, ограниченной сверху конической поверхностью, и с возможностью упора разжимного кольца в положении разжима в упорный торец, при этом цанга снабжена центральным сквозным каналом, в котором посредством срезного элемента установлено посадочное седло под сбрасываемый с устья шар, при этом цанга телескопически установлена с возможностью осевого перемещения во внутреннюю часть телескопического корпуса, причем внешняя часть телескопического корпуса сверху снабжена гидравлическим цилиндром, а внутренняя часть телескопического корпуса снабжена поршнем с рядом радиальных каналов снизу, которые образуют с гидравлическим цилиндром гидрокамеру, гидравлически соединенную с внутренним пространством колонны труб.
Недостатками данной труболовки являются:
во-первых, невозможно произвести промывку в скважине после сбрасывания шара на посадочное седо;
во-вторых, низкая надежность в работе, так как разжимное кольцо цанги находится во взаимодействии с корпусом в напряженном состоянии, что может привести к «закусыванию» в связи с тем, что разжимное кольцо выполняется из более твердого или закаленного материала, чем материал внешней части корпуса.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является освобождающаяся механическая труболовка (патент RU №2182217 МПК 8 Е21В 31/18, опубл. в бюл. №13 от 10.05.2002 г.), содержащая корпус и подпружиненную цангу, отличающаяся тем, что корпус выполнен телескопическим, внутренняя и внешняя части которого подпружинены и имеют шлицевое соединение, на внутренней поверхности внешней части корпуса выполнены проточка и упорный торец, труболовка снабжена двумя разжимными кольцами, установленными на цанге и на внешней поверхности внутренней части корпуса с возможностью упора в положении разжима первого в упорный торец, а второго - в проточку соответственно, при этом цанга установлена с возможностью упора во внутреннюю часть корпуса.
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, невозможно воздействовать на извлекаемую колонну труб знакопеременной осевой нагрузкой («расхаживанием») с усилием, превосходящим расчетное усилие сжатия разжимных колец, так как это может привести к срыву цанги и освобождению колонны извлекаемых труб от захвата за счет искривления или поломки разжимных колец;
во-вторых, высокая стоимость устройства, связанная со сложностью изготовления шлицевого соединения, с большим количеством деталей и, как следствие с большой металлоемкостью конструкции;
в-третьих, низкая надежность в работе, обусловленная тем, что при освобождении труболовки от аварийной колонны труб разжимное кольцо разжимается и фиксирует цангу на упорном торце в верхнем положении за счет разгрузки рабочей колонны на аварийную колонну труб, при этом веса рабочей колонны при определенных условиях, например, из-за большой кривизны скважины может оказаться недостаточным для разжатия кольца и фиксации цанги, и в результате освобождения труболовки от аварийной колонны не происходит. Кроме того, разжимное кольцо цанги во внешней части корпуса находится в напряженном состоянии, что может привести к «закусыванию» в связи с тем, что разжимное кольцо выполняется из более твердого или закаленного материала, чем материал внешней части корпуса.
Технической задачей изобретения является снижение себестоимости изготовления и повышение надежности конструкции труболовки в работе за счет гарантированного срабатывания механизма освобождения в скважине независимо от нагрузок на труболовку в процессе работы, а также возможность расхаживания аварийной колонны труб при срывах и прихватах с промывкой и/или установкой кислотных ванн в скважине.
Поставленная задача решается освобождающейся труболовкой, содержащей телескопический корпус, внутренняя и внешняя части которого подпружинены, цангу, установленную во внешнюю часть корпуса с возможностью ограниченного перемещения сверху внутренней частью, а снизу - конусным сужением внешней части корпуса, при этом внутренняя часть снабжена стопором, а внешняя часть - внутренней проточкой под стопор.
Новым является то, что внутренняя и внешняя части корпуса подпружинены в разные стороны друг от друга и зафиксированы в транспортном положении стопором, взаимодействующим с проточкой внешней части корпуса, при этом внешняя часть корпуса напротив камеры, образованной внутренним и внешним частями корпуса в транспортном положении, снабжена отверстиями, сообщенными с пространством снаружи корпуса, причем в верхнем торце цанги выполнены переточные каналы, а в нижнем торце внутренней части корпуса - нижние каналы, сообщенные с переточными каналами цанги, при этом во внутренней части корпуса выполнены верхние каналы, сообщенные с пространством снаружи корпуса, и технологические отверстия, расположенные между верхними и нижними каналами, при этом стопор выполнен в виде шариков, вставленных в технологические отверстия внутренней части корпуса и поджатых изнутри полой втулкой, герметично перекрывающей верхние каналы этой части, зафиксированной в транспортном положении срезными элементами и выполненной с возможностью взаимодействия с бросовым с устья шариком с последующим разрушением срезных элементов из-за механического воздействия бросового шарика или гидравлического воздействия избыточного давления внутри внутренней части и перемещения полой втулки вниз, сопровождающегося открытием верхних каналов, освобождением стопоров с выходом из взаимодействия с проточкой и ограниченным раздвижением до взаимодействия упоров внутреннего и внешнего частей корпуса, при этом цанга соединена с внутренней частью корпуса с возможностью ограниченного перемещения, длина которого больше ограниченного перемещения цанги внутри внешней части в транспортном положении, но меньше суммарной длины ограниченного перемещения цанги внутри внешней части в транспортном положении и длины перемещения внутренней части корпуса относительно внешней части после выхода шариков из взаимодействия с проточкой внешней части корпуса.
На фигуре в продольном разрезе изображена предлагаемая освобождающаяся труболовка.
Освобождающаяся труболовка содержит телескопический корпус 1 (далее корпус), внутренняя 2 и внешняя 3 части которого подпружинены пружиной 4. Цанга 5 установлена во внешнюю часть 3 корпуса 1 с возможностью ограниченного перемещения сверху внутренней частью 2 корпуса 1. Снизу внешняя часть 3 корпуса 1 снабжена конусным сужением 6.
Внутренняя часть 2 корпуса 1 снабжена стопором 7, а внешняя часть 3 - внутренней проточкой 8 под стопор 7.
Внутренняя 2 и внешняя 3 части корпуса 1 подпружинены пружиной 4 в разные стороны друг от друга и зафиксированы в транспортном положении стопором 7, взаимодействующим с проточкой 8 внешней части 3 корпуса 1.
Внешняя часть 3 корпуса 1 напротив камеры 10, образованной внутренним 2 и внешним 3 частями корпуса в транспортном положении, снабжена отверстиями 9, сообщенными с пространством (на фигуре не показано) снаружи корпуса 1.
Стопоры 7 выполнены в виде шариков и вставлены в технологические отверстия 12 внутренней части 2 корпуса 1, расположенные между верхними 11 и нижними 9 каналами.
Стопоры 7 поджаты изнутри полой втулкой 13, герметично перекрывающей верхние каналы 11 внутренней части 2 корпуса 1, зафиксированной в транспортном положении срезными элементами 14.
Полая втулка 13 выполнена с возможностью взаимодействия с бросовым с устья (на фигуре не показано) шариком 15 с последующим разрушением срезных элементов 14 из-за механического воздействия бросового шарика 15 или гидравлического воздействия избыточного давления внутри внутренней части 2 корпуса 1 и перемещения полой втулки 13 вниз, сопровождающимся открытием верхних каналов 11 и освобождением стопоров 7 с выходом из взаимодействия с проточкой 8 и ограниченным раздвижением до взаимодействия упоров 16 и 17, соответственно внутренней 2 и внешней 3 частей корпуса 1.
1
1
2
Цанга 5 осью 18 соединена с внутренней частью 2 корпуса 1 с возможностью ограниченного перемещения длиной - L. Длина - L больше ограниченного перемещения длины - L цанги 5 внутри внешней части 3 корпуса 1 в транспортном положении, но меньше суммарной длины ограниченного перемещения цанги 5 внутри внешней части в транспортном положении L и длины L - перемещения внутренней части 2 корпуса 1 относительно внешней части 3 после выхода стопоров 7, выполненных в виде шариков из взаимодействия с проточкой 8 внешней части 3 корпуса 1.
То есть выполняется следующее условие:
где L - длина перемещения цанги 5 относительно внутренней части 2 корпуса 1, м;
1
L - длина перемещения цанги 5 внутри внешней части 3 корпуса 1 в транспортном положении, м;
2
L - длина перемещения внутренней части 2 корпуса 1 относительно внешней части 3 после выхода стопоров 7, выполненных в виде шариков, из взаимодействия с проточкой 8 внешней части 3 корпуса 1, м.
Для обеспечения промывки «головы» аварийного оборудования в процессе проведения работ в нижнем торце внутренней части 2 корпуса 1 выполнены нижние каналы 19, а в верхнем торце цанги 5 выполнены переточные каналы 20, сообщенные между собой.
Освобождающаяся труболовка работает следующим образом.
1
Корпус 1 труболовки посредством муфты 21 присоединяется к колонне труб (на фигуре не показана) и спускается в скважину, при этом цанга 5 посредством оси 18 имеет возможность свободного, ограниченного осевого перемещения во внешней части 3 корпуса 1 на длину - L.
В процессе спуска колонна труб заполняется скважинной жидкостью благодаря сообщающимся между собой нижним 19 и переточным 20 каналам, выполненным, соответственно, в нижнем торце внутренней части 2 корпуса 1 и в верхнем торце цанги 5.
Для залавливания аварийного оборудования (например, для извлекаемой пакер-пробки (далее пакер) конструкции института «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» после проведения ремонтных работ в скважине) труболовка на колонне труб спускается на верхний конец «головки» пакера, подлежащего извлечению (на фигуре не показано). При необходимости перед захватом «головки» пакера производится промывка скважины промывочной жидкостью, подаваемой по колонне труб, и далее через внутреннее пространство внутренней части 2 корпуса 1 и сообщающиеся между собой каналы 19 и 20, выполненные, соответственно, на торцах внутренней части 2 корпуса 1 и цанги 5.
При заходе внутрь внешней части 3 корпуса 1 верхний конец пакера упирается снизу в торец 22 цанги 5 и перемещается вверх вместе с цангой 5 относительно внешней части 3 телескопического корпуса 1 до взаимодействия верхней части цанги 5 с нижним торцом внутренней части 2 корпуса 1, что фиксируется на поверхности по индикатору веса (на фиг. не показан), так как происходит снижение веса колонны труб.
1
Затем приподнимают колонну труб. Цанга 5 выходит из взаимодействия с нижним торцом внутренней части 2 корпуса 1 и перемещается вниз относительно внешней части 3 корпуса 1, так как L<L, то цанга 5 благодаря взаимодействию снаружи с конусным сужением 6 внешней части 3 телескопического корпуса 1 захватывает охватом по периметру штока пакер, подлежащий извлечению.
Далее производят натяжку колонны труб на усилие, достаточное для срыва пакера, например 6 тонн. После срыва пакера он вместе с труболовкой на рабочей колонне труб извлекается из скважины. Благодаря сообщающимся между собой нижним 19 и переточным 20 каналам, выполненным, соответственно, в нижнем торце внутренней части 2 корпуса 1 и в верхнем торце цанги 5, предотвращается излив жидкости на устье скважины в процессе извлечения труболовки.
При затяжках пакера в скважине (на фиг.1 и 2 не показано) возможно ее «расхаживание» с необходимым усилием.
При невозможности извлечения пакера и наличии циркуляции устанавливают нефтяную ванну (на фигуре не показано) и вновь пытаются сорвать пакер, и только в случае отрицательного результата бросают с устья скважины (на фигуре не показано) в колонну труб шар 15 (см. фиг.2), который садится на полую втулку 13 и перекрывает центральный канал внутренней части 2 корпуса 1. Если механического воздействия бросового шарика недостаточно для разрушения срезного элемента 14, то в рабочей колонне труб создают избыточное гидравлическое давление до тех пор, пока не разрушится срезной элемент 14, например 3 МПа, при этом после разрушения срезного элемента 14 полая втулка 13 с шаром 15 перемещаются вниз до упора в нижний торец внутренней части 2 корпуса 1. При этом открываются верхние каналы 11 внутренней части корпуса 1 и стопоры 7, выполненные в виде шариков и вставленные в технологические отверстия 12 внутренней части 2 корпуса 1, выходят из взаимодействия с наружной поверхностью полой втулки 13 и выпадают из технологических отверстий 12 на нижний торец внутренней части 2 корпуса 1.
2
Благодаря возвратной силе пружины 4, находящейся первоначально в сжатом положении, происходит ограниченное раздвижение внутренней 2 и внешней 3 частей корпуса 1 относительно друг друга на расстояние длиной L, т.е. внешняя часть 3 корпуса 1 перемещается вниз относительно внутренней части 2 корпуса 1 до взаимодействия упоров 16 и 17, соответственно, внутренней 2 и внешней 3 частей корпуса 1, при этом скважинная жидкость, находящаяся в камере 10, перетекает в пространство снаружи корпуса через отверстия 9.
1
2
А так как L<(L+L), то цанга 5 выходит из взаимодействия с конусным сужением 6 внешней части 3 корпуса 1. В результате шток пакера соскальзывает с цанги 5, освобождая труболовку. Благодаря открытым верхним каналам 11, выполненным во внутренней части 2 корпуса 1, предотвращается излив жидкости на устье скважины в процессе извлечения труболовки.
Применение предлагаемой освобождающейся труболовки в сравнении с прототипом позволит снизить себестоимость изготовления за счет исключения изготовления шлицевого соединения и разжимных колец, а также повысить надежность конструкции труболовки в работе за счет гарантированного срабатывания механизма освобождения в скважине независимо от знакопеременных нагрузок на труболовку в процессе работы с возможностью расхаживания аварийной колонны труб при срывах и прихватах с промывкой и/или установкой кислотных ванн в скважине.