Устройство для расширения труб в скважине
DEVICE FOR EXPANDING PIPES IN A WELL

Изобретение относится к бурению и капитальному ремонту скважин и предназначено, в частности, для расширения труб при их установке в скважине.
Известно устройство для развальцовки труб в скважине (патент RU № 58155, МПК Е21В 29/10, опубл. 10.11.2006 г., Бюл. № 31), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики с осями, а в центральном канале корпуса размещен гидравлический поршень, подпружиненный в осевом направлении, при этом ролики жестко соединены с осями, верхние и нижние концы которых установлены в корпусе с возможностью вращения и ограниченного осевого перемещения, причем поршень выполнен коническим с возможностью взаимодействия с поверхностью роликов.
Недостатками данного устройства являются:
- возможность заклинивания поршня в рабочем положении и, как следствие, возникновение аварийной ситуации из-за обратной конусности калибрующей поверхности роликов и малой конусности поршня, а также из-за большой длины роликов контактирующих снаружи с расширяемой трубой, а изнутри зажимающих поршень в рабочем положении;
- проскальзывание роликов относительно внутренней поверхности расширяемой трубы при подаче устройства с вращением вниз, так как ролики не смещены относительно поршня, а выполнены с ним соосно.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для расширения труб в скважине» (патент RU № 2459066, МПК Е21В 29/10, опубл. 20.08.2012 г., Бюл. № 23), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики с осями с возможностью ограниченного радиального перемещения, гидравлический кольцевой поршень, вставленный в центральный канал корпуса с возможностью продольного перемещения вниз и подпружиненный вверх. Поршень оснащен наружной конической поверхностью, расширяющейся вверх и взаимодействующей изнутри с роликами, которые снабжены расширяющей и калибрующей наружными поверхностями. Кольцевой поршень выполнен сборным, состоящим из нижней упорной втулки, опирающейся на пружину, и верхнего конусного вала, вставленного в центральный канал корпуса с возможностью вращения. Конусная поверхность вала выполнена из двух участков, нижний из которых выполнен с возможностью взаимодействия с расширяющей поверхностью ролика, а верхний, выполненный с большим углом, - с калибрующей поверхностью ролика в крайнем нижнем положении поршня. Конусный вал снабжен сменной насадкой с калиброванным отверстием.
Недостатками данного устройства являются:
- сложность изготовления, так как ограничители выхода роликов выполнены заодно с корпусом;
- затяжки устройства при подъеме из скважины и при наращивании бурильных труб из-за малого угла (менее 10 градусов) расширяющей поверхности роликов относительно центральной оси корпуса, что может привести к аварийной ситуации при применении устройства в горизонтальных скважинах;
- низкая износостойкость устройства, так как происходит износ пазов корпуса в месте контакта верхних осей роликов, при этом взаимодействие расширяющих поверхностей роликов с пазами корпуса приводит к износу рабочих поверхностей роликов и пазов корпуса;
- низкая износостойкость пазов корпуса в месте контакта с шайбами роликов из-за вращения шайб роликов, что приводит к преждевременному износу корпуса;
- низкая износостойкость вала из-за длинной калибрующей части роликов;
- невозможность регулирования диаметра развальцовки за счет выхода роликов, так как верхняя конусная часть вала ограничивает его перемещение вниз.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются создание простой в изготовлении, надежной и долговечной в работе конструкции за счет исключения заклинивания устройства при извлечении и наращиваниях, возможности регулирования диаметра развальцовки, а также значительное повышение работоспособности устройства, эффективности расширения труб и продолжительности работы развальцевателя до ремонта.
Технические задачи решаются устройством для расширения труб в скважине, включающим корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и пазами на наружной поверхности, в которых размещены ролики снабжённые расширяющей и калибрующей наружными поверхностями, осями и шайбами с возможностью ограниченного радиального перемещения, гидравлический кольцевой поршень выполненный в виде вала с возможностью продольного перемещения вниз и подпружиненный вверх, конусная поверхность которого выполнена из двух участков нижний из которых выполнен с возможностью взаимодействия с расширяющей поверхностью роликов, нижнюю упорную втулку, опирающуюся на пружину.
Новым является то, что ограничители выхода роликов, взаимодействующие с осями роликов, выполнены в виде обойм и закреплены на корпусе, пазы корпуса в месте контакта верхних осей роликов снабжены твердым сплавом, а шайбы роликов выполнены без возможности вращения и снабжены выступами, при этом в центральном канале корпуса выше и ниже вала установлены шайбы для регулирования перемещения вала и выхода роликов в рабочем и транспортном положениях, а также расширяющая поверхность роликов расположена под углом α = 10-15° к центральной оси корпуса, а калибрующая часть роликов выполнена длиной L, составляющей 5-35 % от длины l расширяющей поверхности роликов.
На фиг. 1 показано устройство в рабочем положении.
На фиг. 2 – вид А.
На фиг. 3 – сечение Б-Б.
Устройство для расширения труб в скважине включает корпус 1 (фиг. 1) с центральным каналом 2, резьбами 3 и 3' для соединения со скважинным оборудованием и пазами 4 на наружной поверхности 5, в которых размещены ролики 6, снабжённые расширяющей поверхностью 7 и калибрующей поверхностью 8, осями 9, 10 и шайбами 11 с возможностью ограниченного радиального перемещения. Гидравлический кольцевой  поршень 12 выполнен в виде вала 13 с возможностью продольного перемещения вниз и подпружиненный вверх пружиной 14. Конусная поверхность 15 вала 13 выполнена из двух участков, нижний участок 16 из которых выполнен с возможностью взаимодействия с расширяющей поверхностью 7 роликов 6. Нижняя упорная втулка 17 опирается на пружину 14.Ограничители 18 и 19 выхода роликов 6, взаимодействующие с осями 9,10 роликов 6, выполнены в виде обойм 20, 21 и закреплены на корпусе 1, например, сваркой. Пазы 4 корпуса 1 в месте контакта верхних осей 9 роликов 6 снабжены твердым сплавом 22, например, наплавляемым твердым сплавом ЛЭЗ Т-590 (фиг. 2, 3). Шайбы 11 роликов 6 выполнены без возможности вращения и снабжены выступами 23. В центральном канале 2 корпуса 1 выше и ниже вала 13 установлены шайбы 24 и для регулирования перемещения вала 13 и выхода роликов 6 в рабочем и транспортном положениях. Расширяющая поверхность 7 роликов 6 расположена под углом α = 10-15° к центральной оси корпуса 1, а калибрующая поверхность 8 роликов 6 выполнена длиной L, составляющей 5-35 % от длины l расширяющей поверхности 7 роликов 6.
Устройство работает следующим образом.
В скважину в интервал установки на колонне труб (на фиг. не показана) спускают расширяемые трубы (на фиг. не показаны), в которых создают избыточное давление, предварительно прижимая их к стенкам скважины или к обсадной колонне (на фиг. не показаны). Перед спуском устройства в скважину регулируют диаметр развальцовывания за счет выхода роликов 6 изменением количества шайб 24 и 25, благодаря чему нет необходимости изготавливать несколько устройств под разный диаметр развальцовывания. Далее устройство в сборе при помощи резьбы 3 (фиг. 1) корпуса 1 соединяют с колонной бурильных труб (на фиг. не показана) и спускают в скважину до интервала установки расширяемых труб. При этом колонна труб заполняется скважинной жидкостью через центральный канал 2 корпуса 1. По достижении устройством верхнего конца расширяемых труб колонну бурильных труб начинают вращать при одновременном создании осевой нагрузки и промывки полости труб и устройства закачкой жидкости. При этом под действием перепада давления конусный вал 13, воздействуя на нижнюю упорную втулку 17 и сжимая пружину 14, перемещается вниз до упора, и взаимодействуя конусной поверхностью 16 изнутри с расширяемой поверхностью 7 роликов 6, выводит ролики 6 в рабочее положение. Ролики 6, вращаясь в пазах 4  корпуса 1, взаимодействуют с расширяемой трубой, которую по всей длине расширяют калибрующей поверхностью 8. Благодаря тому, что длина L калибрующей поверхности 8 роликов 6 выполнена составляющей  5-35 % от длины l расширяющей поверхности 7 роликов 6, значительно уменьшается износ вала 13. Благодаря тому, что шайбы 11 роликов 6 выполнены без возможности вращения за счет выступов 23, выполненных в шайбах 11, исключается износ корпуса 1 в месте установки шайб 11. Благодаря тому, что пазы 4 корпуса 1 в месте контакта верхних осей 9  роликов 6 снабжены твердым сплавом 22, исключается износ пазов 4 корпуса в месте контакта верхних осей роликов. При необходимости, твердым сплавом могут быть снабжены и места контакта пазов 4 с нижними осями 10 роликов 6. При этом по мере развальцовывания производят наращивание бурильных труб. Благодаря тому, что ролики 6 и вал 13 выполнены таким образом, что расширяющая поверхность 7 роликов 6 расположена под углом α = 10-15° к центральной оси корпуса 1, не происходит затяжек и заклиниваний роликов 6 о расширяемую трубу. По окончании развальцовывания подачу жидкости прекращают, устройство извлекают из скважины.
Предлагаемая конструкция устройства для расширения труб в скважине является простой в изготовлении, надежной и долговечной в работе конструкцией за счет исключения заклинивания устройства при извлечении и наращиваниях, возможности регулирования диаметра развальцовки, а также значительное повышение работоспособности устройства, эффективности расширения труб и продолжительности работы развальцевателя до ремонта.