УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗВАЛЬЦОВКИ ТРУБ В СКВАЖИНЕ
WELL PIPE FLARING DEVICE

Предложение относится к бурению и капитальному ремонту скважин и предназначено, в частности, для развальцовывания профильных труб при их установке в скважине.
Известно «Устройство для развальцовки труб» (патент РФ №2191883, Е21В 29/10, опубл. Бюлл. №30 от 27.10.2002 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики, установленные на осях, верхние концы которых закреплены в корпусе разъемно, причем нижние концы осей роликов установлены в опорах, размещенных в корпусе с помощью шарниров с возможностью поворота их в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и роликов, для обеспечения извлечения из шарниров и замены.
Недостатками этого устройства являются:
- низкое качество развальцовываемых труб, так как ролики устройства снабжены узкими калибрующими участками;
- ограниченная возможность применения, так как внешний диаметр окружности, описываемой вокруг роликов, которые не регулируются по вылету, не может быть больше диаметра скважины;
- невозможность выполнения необходимого внутреннего диаметра развальцовываемых труб при больших осевых подачах инструмента, так как ролики формируют при этом винтовую канавку в теле трубы с шагом, большим величины калибрующего участка ролика, что может потребовать спуска дополнительного калибрующего инструмента.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является «Устройство для развальцовки труб в скважине» (патент РФ №2235849, Е21В 29/10, опубл. Бюлл. №25 от 10.09.2004 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики, установленные на осях, верхние концы которых закреплены в корпусе разъемно с радиальным зазором, а нижние концы осей роликов установлены в опорах корпуса шарнирно с возможностью поворота их в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и роликов, причем в центральном канале корпуса размещен гидравлический кольцевой поршень с толкателем.
Недостатками данного устройства являются:
- высокие требования к точности изготовления и взаимному расположению толкателей и осей роликов, т.к. ролики после вывода их в рабочее положение должны находиться на одной описанной окружности;
- недостаточная прочность корпуса устройства из-за необходимости выполнения в нем сверлений под кольцевой поршень и толкатели;
- низкая надежность, так как в случае поломки пружины возможно заклинивание кольцевого поршня в рабочем положении и невозможность его возврата в транспортное положение, что может привести к возникновению аварийной ситуации;
- повышенный неравномерный износ осей и внутренней поверхности отверстий роликов, так как усилие от развальцовывания принимает на себя ось;
- высокая вероятность сваривания трением роликов с осями.
Техническими задачами предлагаемого изобретения является повышение надежности и работоспособности устройства для развальцовки труб в скважине за счет уменьшения нагрузок при развальцовке и исключения вероятности заклинивания роликов, экономия материальных и энергетических затрат вследствие увеличения ресурса работы корпуса, а также обеспечение качественного выправления на больших передачах при развальцовке за счет двойного ряда роликов.
Техническая задача решается устройством для развальцовки труб в скважине, включающим корпус с центральным каналом и резьбами на концах для соединения со скважинным оборудованием. В углублениях на наружной поверхности корпуса размещены на осях основные ролики, причем верхние концы осей установлены в корпусе разъемно с возможностью ограниченного перемещения наружу - в рабочее положение, а нижние концы в шарнирных опорах с возможностью поворота их в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и роликов. В центральном канале корпуса размещен гидравлический кольцевой поршень с уплотнительными кольцами, имеющий толкатель, который выполнен с возможностью выдвижения роликов в рабочее положение.
Новым является то, что кольцевой поршень выше корпуса снабжен соединительной резьбой, выше углублений корпуса выполнены верхние углубления под дополнительные ролики, установленные на верхних осях, которые нижними своими концами шарнирно соединены с верхними концами осей основных роликов. Верхние концы осей взаимодействуют с корпусом с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу. В рабочем положении угол отклонения от оси корпуса верхних осей меньше, чем нижних осей, или равен нулю, при этом толкатель снабжен вращающимися верхней и нижней втулками, которые выполнены с возможностью взаимодействия изнутри соответственно с дополнительными и основными роликами. В корпусе изнутри выполнена выборка, а поршень выше уплотнительных колец снабжен подпружиненным наружу фиксатором, взаимодействующим в транспортном положении с выборкой корпуса, между поршнем и корпусом выше фиксатора герметично установлена поджимающая втулка с возможностью продольного перемещения вниз и взаимодействия с фиксатором для прижатия его внутрь, а полость между корпусом и поршнем выше поджимающей втулки сообщена с центральным каналом поршня.
На фиг.1 показано устройство для развальцовки труб в скважине в транспортном положении с частичным продольным разрезом; на фиг.2 - то же при развальцовке труб в скважине.
Устройство для развальцовки труб в скважине состоит из корпуса 1 (фиг.1) с центральным каналом 2, резьбой 3 для соединения со скважинным оборудованием (не показано) и углублениями 4 на наружной поверхности, в которых размещены основные конические ролики 5, установленные на осях 6. Верхние концы 7 осей 6 размещены в корпусе 1 с возможностью ограниченного перемещения наружу - в рабочее положение, а нижние концы 8 осей 6 размещены в шарнирных опорах 9 с возможностью поворота их в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса 1 и роликов 5, и извлечения из шарниров 9 в случае их замены.
В центральном канале 2 корпуса 1 герметично размещен гидравлический кольцевой поршень 10, снабженный уплотнительным кольцом 11 и толкателем 12, который выполнен с возможностью выдвижения роликов 5 в рабочее положение. Поршень 10 выше корпуса 1 снабжен соединительной резьбой 13 для соединения с колонной бурильных труб (не показана).
Выше углублений 4 корпуса 1 выполнены верхние углубления 14 под дополнительные ролики 15, установленные на верхних осях 16, которые нижними своими концами 17 с помощью шарниров 18 соединены с верхними концами 7 осей 6 основных роликов 5. Съемная втулка 20 корпуса 1 ограничивает радиальное перемещение наружу верхнего конца 19 оси 16. Толкатель 12 снабжен вращающимися верхней 21 и нижней 22 втулками.
В рабочем положении угол отклонения от центральной оси корпуса 1 (фиг.2) верхних осей 16 меньше, чем нижних осей 6, или равен нулю, при этом вращающиеся верхняя 21 и нижняя 22 втулки толкателя 12 взаимодействуют изнутри соответственно с роликами 15 и 5.
В корпусе 1 (фиг.1) изнутри выполнена выборка 23, при этом поршень 10 выше уплотнительных колец 11 снабжен поджатым пружиной 24 наружу фиксатором 25, взаимодействующим в транспортном положении с выборкой корпуса 23. Между поршнем 10 и корпусом 1 над фиксатором 25 установлена поджимающая втулка 26 с уплотнительной манжетой 27, с помощью которой осуществляется продольное перемещение вниз поджимающей втулки 26 и ее взаимодействие (например, при помощи фаски 28) с фиксатором 25 для прижатия его внутрь. Полость 29 между корпусом 1 и поршнем 10 выше поджимающей втулки 26 сообщена с центральным каналом 30 поршня 10 с помощью бокового отверстия 31.
Устройство работает следующим образом.
В предварительно расширенный интервал 32 (фиг.2) (зона осложнения бурения) скважины 33 спускают профильные трубы 34 и расширяют их созданием внутреннего гидравлического давления до прижатия их стенок к стенке расширенного участка 32 скважины 33. Затем устройство при помощи резьбы 13 поршня 10 соединяют с колонной бурильных труб, а при помощи резьбы 3 корпуса 1 - со скважинным оборудованием (центратором, дорнирующей головкой, упором и т.п.), после чего всю конструкцию спускают в скважину 33.
По достижении устройством верхнего конца труб 34 колонну бурильных труб начинают вращать при одновременном создании осевой нагрузки и промывки полости труб закачкой жидкости через колонну бурильных труб, центральные каналы 30 и 2 соответственно поршня 10 и корпуса 1. Под действием перепада давления, созданного сужением 35 центрального канала поршня 10 или гидравлическим сопротивлением скважинного оборудования (не показано), жидкость проходит через боковое отверстие 31 поршня 10 в полость 29, при этом уплотнительная манжета 27 вместе с поджимающей втулкой 26 перемещается вниз. Поджимающая втулка 26, воздействуя фаской 28 на фиксатор 25, перемещает его внутрь поршня 10 из выборки 23 корпуса 1, сжимая пружины 24, освобождая корпус 1, который перемещается благодаря уплотнительному кольцу 11 вверх до упора в поршень 10 или в наружный кольцевой упор 36 (для возможности регулировки хода корпуса 1 относительно поршня 10), расположенный на поршне 10 выше корпуса 1.
Одновременно толкатель 12 поршня 10 перемещает вращающиеся втулки 21 и 22, взаимодействующие с дополнительным 15 и основным 5 роликами. При этом оси 16 и 6 соответственно поворачиваются своими нижними концами 17 и 8 в шарнирах 18 и 9, а верхние концы 19 и 7, а также нижний конец 17 оси 16 приподнимаются в радиальном направлении, выводя ролики 15 и 5 из выборок 14 и 4 корпуса 1 в рабочее положение. В рабочем положении угол отклонения от оси корпуса 1 верхних осей 16 меньше, чем нижних осей 6, или равен нулю.
При дальнейшем вращении колонны бурильных труб происходит выправление недожатых гидравлическим давлением стенок труб 34 до плотного прижатия их к стенкам расширенного участка 32 скважины 33. Радиальная нагрузка, воздействующая на ролики 5 и 15, замыкается на вращающихся втулках 22 и 21. Суммарная осевая нагрузка на оси 6 и 16 уменьшается, увеличивая до 3 раз работоспособность устройства до критического износа осей 6 и 16. При этом дополнительные ролики 15, благодаря специально подобранной длине калибрующего участка, превышающей разницу шага винтовой канавки в теле трубы 32 и длины калибрующего участка основного ролика 5, калибруют и «разглаживают» до необходимого диаметра предварительно развальцованные роликами 5 профильные трубы 34. В случае заклинивания роликов циркуляцию жидкости и вращение прекращают и устройство подтягивают вверх, в результате поршень 10 с толкателем 12 и втулками 21 и 22 вытягиваются из корпуса 1 с роликами 5 и 15, которые с осями 6 и 16 перемещаются внутрь, освобождая устройство. При необходимости дальнейшей работы циркуляцию жидкости и вращение устройства возобновляют и работу продолжают.
После завершения работы устройство в сборе извлекают из скважины 33. После чего производят ревизию частей устройства и, при необходимости, заменяют износившиеся ролики 5 и/или 15.
Предлагаемое устройство благодаря уменьшению радиальных нагрузок на оси роликов позволяет надежно и безаварийно развальцовывать профильные трубы. Материальные затраты, связанные с поломкой корпуса из-за крутящего момента, износа и замены осей роликов, исключаются. Исключаются также аварийные ситуации, связанные с заклиниванием роликов на осях, за счет совместного вращения роликов и втулок трением качения при работе устройства. Кроме того, благодаря увеличенным калибрующим поверхностям дополнительных роликов обеспечивается необходимый диаметр развальцовываемых труб даже при больших осевых подачах инструмента.