УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ ТРУБ В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR CUTTING OF PIPES IN WELL

Изобретение относится к восстановлению и ремонту скважин путем резки колонны обсадных труб и последующим подъемом их из скважины.
Известно устройство для резки труб в скважине, описанное в патенте РФ №2012771, кл. Е21В 29/00, опубл. 1994. Корпус устройства жестко связан с переводником для соединения с колонной труб и трубкой-фильтром. В окнах корпуса установлены резцы, шарнирно связанные с корпусом через их подвеску. Резцы подпружинены относительно корпуса пружинами. Внутри корпуса расположен подпружиненный пружиной относительно упорного кольца с каналами для прохождения циркулирующей жидкости жестко связанный с конусом поршень с периферийными отверстиями. Привод резцов и вариатор, выполненный в виде стакана с радиальными каналами, смонтированы в цилиндре с глухой пробкой и монтажными углублениями, установленными под резцами.
Известное устройство имеет малый выход ножей и предназначено для резки одной колонны.
Известно устройство для резки труб (см. патент РФ №2080969, кл. B23D 21/14, 1997), содержащее разъемный полый корпус, в нижней части которого размещена жестко соединенная с ним упорная плита с осевым отверстием. В корпусе выполнены каналы и радиальные пазы, в которых установлены на осях с возможностью поворота относительно корпуса резцы. В корпусе размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ступенчатый поршень с центральным каналом и радиальными каналами, выполненными между центральным каналом и кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью меньшей ступени поршня. В цилиндрической расточке корпуса размещен толкатель, жестко соединенный со ступенчатым хвостовиком, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения в отверстии. На хвостовике размещена с возможностью взаимодействия с толкателем и опорной плитой пружина. Для производства работ устройство навинчивают на бурильную трубу, монтируют колонну труб и опускают ее на заданную глубину. При вращении колонны труб в трубный канал под давлением подают рабочую жидкость. Жидкость из трубного канала поступает в центральный канал, затем по радиальным каналам попадает в кольцевую полость, через каналы выходит из корпуса в межтрубное пространство и по нему поднимается к устью скважины. При этом поршень движется вниз и своим торцом нажимает на резцы, заставляя их поворачиваться вокруг осей, резцы выходят из радиальных пазов, воздействуют на толкатель, который перемещается вместе со ступенчатым хвостовиком в осевом отверстии. Толкатель, перемещаясь, сжимает пружину, которая другим концом упирается в упорную плиту. Процесс резания начинается при касании резцов внутренней поверхности отрезаемой обсадной трубы. По мере внедрения в отрезаемую трубу резцы поворачиваются относительно корпуса на больший угол, постепенно сжимая пружину через толкатель. Сжатая пружина после остановки насосов отжимает толкатель вверх, резцы, поворачиваясь, входят в радиальные пазы корпуса, а поршень поднимается в верхнее положение.
Используемые в настоящее время известные устройства для резки труб в скважине позволяют вырезать одну колонну диаметром не более 250 мм. Однако стандартным размером обсадных колонн нефтяных и газовых скважин является диаметр 245 мм. С учетом смещения одной колонны труб относительно другой максимальное значение этого параметра составляет 280 мм, которое определяет требования к режущим устройствам. Известное устройство предназначено для резки труб при аварии и не позволяет при проходке вниз произвести резку двух колонн одновременно. Конструкция устройства позволяет производить работу снизу вверх, однако при подъеме вверх положение полного раскрытия резцов не контролируется. При максимальном раскрытии резцов нагрузки на оси увеличиваются, а резцы, полностью вышедшие из корпуса, могут погнуться или сломаться. При незначительном изгибе резца он не войдет в паз, что повлечет за собой аварийную ситуацию. Кроме того, выходу ножей при повторном резе может препятствовать стружка, вероятность попадания которой в полость, где расположена пружина, не исключена. Наличие в устройстве пружины увеличивает колебания жидкости, искажает нагрузки, но нагрузка на резцы также не контролируется. Недостатком известного устройства является небольшая длина режущих кромок резцов и ограниченный размер врезания.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого решения, - расширение технологических возможностей устройства за счет обеспечения надежности и максимальной глубины врезания для прохода двух колонн одновременно.
Для достижения указанного технического результата в известном устройстве для резки труб, которое содержит ступенчатый поршень с каналами, толкатель и установленные на осях в радиальных пазах полого разъемного корпуса резцы, согласно изобретению резцы выполнены в виде двуплечих рычагов, оси которых размещены в средней их части, а плечи, имеющие прорезную и торцовую режущие кромки, длины которых пропорциональны и соотнесены с диаметром корпуса, внутренними фасонными поверхностями связаны с фасонной поверхностью концевой части поршня, выполненной в виде толкателя, с которым через шток, функционально предназначенный для ограничения хода и фиксации противоположных плеч рычагов, связана ловильная шейка поршня, при этом корпус оснащен посадочным седлом для взаимодействия с запорным конусом поршня.
Техническое решение позволяет обеспечить безаварийную работу устройства. Исключен резкий скачок давления, возрастание давления происходит равномерно за счет уменьшения зазора перед посадкой запорного конуса поршня. Резцы при этом раскрываются постепенно. Для предотвращения износа корпуса и его промывки предусмотрена конусная посадка седла, которое легко заменить по сравнению с дорогостоящим корпусом и повысить долговечность всего устройства. В заявляемой конструкции исключена возможность повреждения тела резца, так как резец находится в корпусе и при постепенном выдвижении резца из корпуса открываются только режущие его части, тем самым исключается возможность возникновения аварийных ситуаций. В заявляемом техническом решении для жесткости резцов и предотвращения их излома при нагрузках предусмотрена возможность фиксации противоположных плеч рычагов на шток, функционально предназначенный для ограничения хода резцов. Максимальная устойчивость резцов в рабочем положении обеспечивается, когда при раскрытии резцов их полусферы, упираясь друг в друга, охватывают шток. Однако небольшой зазор между полусферами в этот момент позволяет снять суммарные нагрузки со штока, увеличить запас прочности и обеспечить равномерность работы резцов. Повышению надежности способствует положение осей в средней части резцов, выполненных в виде двуплечих рычагов. Создание дополнительного по сравнению с прототипом плеча позволяет распределить нагрузку на резцах. Радиальные нагрузки испытывают резцы, воспринимают стенки корпуса, а на оси приходятся только вертикальные нагрузки. Ловильная шейка с калиброванным отверстием предусмотрена для аварийного подъема поршня при его закусывании с помощью тросового оборудования. Для упрощения конструкции и повышения ее надежности толкатель совмещен с поршнем. Устройство отличается большим выдвижением режущих инструментов. При диаметре корпуса 148 мм устройство способно обеспечить выход резцов до 280 мм, что соответствует диаметру двух колонн даже при их смещении относительно друг друга. В случае необходимости вырезания одной колонны резцы устанавливают с вылетом до 220 мм при диаметре устройства 148 мм. Для большой проходки достаточно осуществить проход резцами, предназначенными для резки одной колонны, а затем пройти резцами с большим вылетом для двух колонн.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено устройство для резки труб; на фиг.2 - то же в положении полного раскрытия резцов; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2.
Устройство для резки труб содержит разъемный корпус 1 с каналом 2. В радиальных пазах 3 корпуса 1 на осях 4 установлены с возможностью поворота относительно корпуса резцы 5. С возможностью возвратно-поступательного перемещения в корпусе 1 размещен ступенчатый поршень 6 с центральным каналом 7. Поршень 6 радиальными каналами 8 разделен на две ступени, из которых большая пропускная ступень поршня 6 на входе оснащена ловильной шейкой 9 с калиброванным отверстием 10, а меньшая связана с посадочным седлом 11, которое размещено в верхней части корпуса 1 для взаимодействия с запорным конусом пропускной ступени. У поршня 6 шток 12 выполнен с толкателем на конце. Ловильная шейка 9 через шток 12 поршня 6 связана с толкателем. Резцы 5 выполнены в виде двуплечих рычагов, плечи которых с внешней стороны имеют прорезную режущую кромку 13 и торцевую режущую кромку 14. Резцы 5 внутренними фасонными поверхностями связаны с фасонной поверхностью толкателя. Оси 4 резцов 5 размещены в средней части рычагов, а длины их плеч пропорциональны и соотнесены с диаметром корпуса 1.
Устройство работает следующим образом. Смонтированную колонну труб с предварительно навинченным на бурильную трубу устройством для резки опускают в скважину на заданную глубину. При вращении колонны труб под давлением подают рабочую жидкость в трубный канал 2. Из трубного канала 2 жидкость поступает в центральный канал 7 поршня 6 через калиброванное отверстие 10, при этом часть рабочей жидкости попадает в каналы между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью большой и малой ступеней поршня, а оттуда через радиальные каналы 8 поршня 6 также поступает в центральный канал 7. Давление жидкости воздействует на поршень 6, который движется вниз и своим толкателем нажимает на резцы 5, которые за счет поворота вокруг осей 4 выходят из радиальных пазов 3 корпуса 1. При этом резцы 5 прорезными режущими кромками 13 врезаются в колонну. Поршень 6 движется вниз по мере дальнейшего врезания в колонну резцов 5 до их полного раскрытия. Когда поршень 6 запорным конусом пропускной ступени достигнет поверхности посадочного седла 11, прекращается подача жидкости через радиальные каналы 8, о чем свидетельствует возросшее при постоянном объеме прокачиваемой жидкости давление в трубах. В этот момент выход резцов 5 соответствует максимальному значению, т.е. они полностью вышли из корпуса, вырезав окно в трубах. В положении максимального выхода резцов циркуляция жидкости осуществляется через калиброванное отверстие 10 и в процессе работы устройства в течение некоторого времени вырезанная зона расширяется. После этого давление выравнивают и начинают проходку вниз. При движении вниз колонны с устройством для резки труб торцевой режущей кромкой 14 резцов 5 осуществляется фрезерование труб в скважине, в результате чего за один проход на расстоянии 1,5-2 м ликвидируется часть обсадной колонны. Об износе торцевой режущей поверхности 14 резцов 5 свидетельствует снижение скорости проходки, колонну бурильных труб с устройством для резки необходимо поднять вверх. В процессе поднятия колонны бурильных труб резцы 5 в раскрытом состоянии выходят из рабочей зоны, прорезной режущей кромкой 13 упираются в ту часть обсадной колонны, которая не была вырезана ранее. При этом резцы 5 внутренней фасонной поверхностью воздействуют на фасонную поверхность толкателя и выталкивают вверх поршень 6. Освобождая шток 12 поршня 6, резцы 5, складываясь, входят в радиальные пазы 3 корпуса 1 и занимают исходное положение. Устройство извлекается из скважины, после этого, если необходимо, производится ремонт или замена резцов.