УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОРАЧИВАНИЯ ТРУБ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, а именно к буровой технике, и может быть использована при ликвидации аварий, связанных с прихватом труб в скважинах, а также для отворачивания обсадных труб при их ремонте.
Из уровня техники известно устройство для отворачивания труб в скважине (патент SU 909111, опубл. 1982.02.28), содержащее корпус, шпиндель, якорь, механизм поворота корпуса и храповую муфту, оно снабжено дополнительной храповой муфтой, причем обе муфты расположены с обеих сторон якоря вне корпуса устройства, механизм поворота выполнен в виде винтовой пары - спирального паза, размещенного на корпусе, и шипа, закрепленного на шпинделе. Недостатком данного устройства является необходимость использования дополнительного механизма (труболовки) и слабая конструкция винтовой пары.
Известно устройство для отворачивания бурильных труб в скважине (патент SU 794185, опубл. 1981.01.07), содержащее корпус, якорь с герметизированной полостью, преобразователь возвратно-поступательного перемещения штока в осевое вращение шпинделя, шток и шпиндель имеют сквозной проходной канал, а верхний конец штока непосредственно соединен с колонной бурильных труб, причем канал штока гидравлически связан с герметизированной полостью якоря. Недостатками данного устройства является использование эластичной камеры в гидравлическом якоре, что снижает надёжность, а также необходимость циркуляции промывочной жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для отворачивания труб в скважине (патент RU 2139407, опубл. 10.10.1999г.), которое состоит из полого штока и двух гидравлических якорей, установленных с возможностью осевого перемещения их корпусов на полом штоке. Механизм преобразования движения выполнен в виде передачи винт-гайка с возможностью взаимодействия с корпусами гидравлических якорей. Винт жестко соединен с полым штоком, который имеет возможность совершать осевое перемещение в корпусе нижнего якоря. Гайка снабжена обгонной муфтой, выполненной с возможностью передачи вращательного момента на корпус верхнего якоря. Недостатками являются: невысокая износостойкость винтовой передачи, сложная конструкция.
Задачей полезной модели является создание простого по конструкции устройства с простой технологией обслуживания.
Устройство для отворачивания труб в скважине имеет следующие отличия от существующих конструкций:
- для повышения износостойкости и долговечности передачи винт-гайка изменена конструкция, в которой также был увеличен шаг винтовой передачи, изменены форма и размеры шлицов гайки;
- применены новые, более износостойкие материалы для изготовления деталей, при этом использованные материалы имеют повышенные антифрикционные свойства;
- упрощена конструкция ловителя (нижнего якоря), для упрощения сборки/разборки при ремонте и технологическом обслуживании устройства;
- изменены размеры ряда других элементов устройства, для облегчения конструкции, снижения материалоёмкости, упрощения технологии изготовления.
Данная задача решается тем, что устройство для отворачивания труб в скважине, состоящее из полого штока и двух гидравлических якорей, установленных с возможностью осевого перемещения их корпусов на полом штоке, механизм преобразования движения выполнен в виде передачи винт-гайка с возможностью взаимодействия с корпусами гидравлических якорей, винт жестко соединен с полым штоком, который имеет возможность совершать осевое перемещение в корпусе нижнего якоря, гайка снабжена обгонной муфтой, выполненной с возможностью передачи вращательного момента на корпус верхнего якоря, гидравлические якоря снабжены сухарями с зубьями и возвратным механизмом, а гайка состоит из полого вала, в котором установлена шлицевая втулка, изготовленная из антифрикционного материала. Шлицевая втулка изготовлена из бронзового сплава БрАЖ9-4.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение долговечности и износостойкости устройства, в том числе за счёт применения новых материалов и изменения конструкции. А также упрощение конструкции, а именно конструкции ловителя (нижнего якоря), что также приводит к увеличению износостойкости и долговечности за счет простоты конструкции и ее сборки.
Устройство предназначено для отворота обсадной колонны в скважинах обсаженных обсадной колонной. Устройство отворота колонны применяется в нефтяных, газовых и геологоразведочных скважинах. Отворот обсадной колонны осуществляется за счет преобразования поступательного движения во вращательное. Устройство отворота колонны позволяет отвернуть колонну в заданном стыке, и значительно ускоряет и облегчает работу.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 – общий вид устройства,
на фиг.2 – общий вид штока,
на фиг.3 – общий вид верхнего якоря,
на фиг.4 – общий вид нижнего якоря,
на фиг.5 – общий вид сухаря,
на фиг.6 – общий вид возвратного механизма сухаря,
на фиг.7 – общий вид гайки,
на фиг.8 – общий вид обгонной муфты,
на фиг.9 – общий вид гильзы,
где
1 – место соединения с насосно-компрессорной трубой,
2 – центральный шток,
3 – верхний якорь,
4 – обгонная муфта,
5 – резьба,
6 – гайка,
7 – обсадная труба,
8 – шлицы,
9- нижний якорь,
10 – трубы с гладкой поверхностью,
11 – муфтовый переводник,
12 – отбойник,
13 – сухарь,
14 – резиновые кольца и манжеты,
15 – переводники,
16 – пазы для соединения с обгонной муфтой,
17 – резьба,
18 – зубья,
19 – стопор,
20 –пружина,
21 – шайба,
22 -  направляющая,
23 – вал гайки,
24 – шлицевая втулка,
25 – резьбовая пробка
26 – храповик,
27 – зубья храповика,
28 – корпус гильзы
29 – направляющие гильзы,
30 – втулка для гильзы,
31 – пружина,
32 – резьбовая втулка,
33 – резьба.
Устройство предназначено для отворота обсадной колонны, состоит из двух гидравлических якорей верхнего 3 и нижнего 9, между которыми находится гайка 6 с обгонной муфтой 4. Все эти узлы надеты на центральный шток 2. Центральный шток 2 имеет в верхнем конце резьбу для соединения с НКТ 1, и два участка труб 10 с полированной поверхностью для взаимодействия с якорями. Между участками 10 имеется резьба 5 с большим шагом для преобразования поступательного движения во вращение и шлицы 8.
На шток 2 надеваются все остальные детали механизма. Шток 2 состоит из нескольких частей, которые соединяются между собой по резьбе:
- муфтового переводника 11 с резьбой, которым устройство соединяется с колонной НКТ (на колонне НКТ опускают в скважину устройство),
- двух труб 10 с гладкой полированной поверхностью, на которые надеваются верхний и нижний якорь. В трубах имеются радиальные отверстия для перетока гидравлической жидкости из полого штока во внутреннюю полость гидравлических якорей, при установке устройства в скважине на стыке труб, которые необходимо отвернуть,
- отбойника 12, который глушит на конце полый шток, и одновременно служит ограничителем, который упирается в нижний якорь при движении штока вверх,
- вала 5 с двумя участками. На одном участке по наружному диаметру выполнены два параллельных паза, на втором участке по наружному диаметру выполнены шесть шлицов в виде винта с большим шагом. Вал 5 служит винтом в паре «винт-гайка», которая преобразует поступательное движение во вращательное.
Верхний якорь 3 служит для якорения устройства для отворачивания труб в скважине в верхней трубе обсадной колонны относительно отворачиваемого стыка. Верхний якорь 3 надевается на верхнюю часть штока 2.
Якорение осуществляется при помощи шестнадцати сухарей 13, выдвигающихся из корпуса якоря 3 под давлением гидравлической жидкости. Для герметизации мест сопряжения корпуса якоря 3 с сухарями 13 и штоком использованы резиновые манжеты и кольца 14. Переводники 11 и 15 служат ограничителем, в который упирается верхний переводник штока при движении вниз. На нижнем конце верхнего якоря выполнены радиальные пазы 16 для соединения с обгонной муфтой.
Нижний якорь 9 служит для якорения устройство для отворачивания труб в скважине в нижней трубе обсадной колонны относительно отворачиваемого стыка. Нижний якорь надевается на нижнюю часть штока 2. Принцип действия якоря аналогичен верхнему якорю: шестнадцать сухарей 13 выдвигаются из корпуса якоря 9 под давлением гидравлической жидкости. Переводники 11и 15 служат ограничителем, в который упирается отбойник штока при движении вверх 12. Резьбой 17 нижний якорь соединяется с гильзой.
Сухари 13 служат для фиксации якорей в трубах обсадной колонны. Для лучшего сцепления с колонной, сухари снабжены заострёнными твердосплавными зубками 18.
Возвратный механизм служит для возврата сухарей в исходное положение после завершения работы и стравливания давления из устройства для отворачивания труб в скважине и колонны НКТ.
Сухари 13 попарно связаны стопором 19, вставленным в пазы на сухарях. Стопор штифтом соединён с направляющей 22, на которую надета пружина 20 и шайба 21. Шайба вставлена в проточку в корпусе якоря. При установке устройства для отворачивания труб в скважине подаётся давление, которое воздействует на сухари, и они выдвигаются за габариты корпуса, увлекая за собой стопор 19 и направляющую 22, и сжимая при этом пружину 20. При стравливании давления сухари возвращаются в исходное положение под воздействием пружины.
Гайка 6 преобразует поступательное движение штока во вращательное движение верхнего якоря через обгонную муфту 4.
Гайка 6 состоит из полого вала 23, в котором установлена шлицевая втулка 24, изготовленная из антифрикционного материала. От выпадения из вала втулку предохраняет резьбовая пробка 25. Втулка 24 соединена с валом 23 посредством прямых шлицев. На внутренней поверхности втулки выполнены шлицы по спирали с большим шагом. Спиральными шлицами втулка 24 сопрягается со шлицами на штоке 2. На торце вала 23 выполнены радиальные пазы для соединения с обгонной муфтой.
Обгонная муфта 4 позволяет при возвратно-поступательном движении штока передавать вращение от гайки к верхнему якорю только в одном направлении.
Муфта представляет собой два храповика 26, которые обращены друг к другу косыми зубьями 27. На противоположных от зубьев торцах храповиков выполнены радиальные пазы для соединения соответственно с верхним якорем и гайкой. Храповики поджаты друг к другу пружиной через гайку. При работе устройства для отворачивания труб в скважине, шток движется вверх-вниз. При движении вверх гайка начинает вращаться против часовой стрелки (на отворот колонны) и через обгонную муфту (храповики сцеплены косыми зубьями) передаёт вращение на верхний якорь. При движении штока вниз гайка начинает вращаться по часовой стрелке, передаёт вращение на сопряжённый храповик, но на второй храповик и верхний якорь вращение не передаётся, так как косые зубья проскальзывают относительно друг друга.
Гильза служит направляющей для штока и не даёт ему вращаться. Также она служит полой вставкой между гайкой и нижним якорем, куда помещается вал штока при движении вниз. Гильза состоит из корпуса 28, на котором закреплены две направляющие 29, которые не дают вращаться штоку, так как входят в продольные пазы на валу. На верхний конец гильзы надета втулка 30, к которой по резьбе крепится кожух устройство для отворачивания труб в скважине. Втулка 30 поджата пружиной 31, второй конец которой упирается в резьбовую втулку 32. При работе устройства для отворачивания труб в скважине и отворачивании колонны, верхний якорь вместе с кожухом и втулкой 32 двигается вверх. Пружина 31 сжимается, что компенсирует изменение расстояния между якорями устройства для отворачивания труб в скважине. На нижнем конце гильзы есть резьба 33 для соединения с нижним якорем.
Шлицевая втулка изготовлена из бронзового сплава БрАЖ9-4, обладающего отличными механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. Образующаяся на её поверхности оксидная пленка позволяет противостоять коррозии в активных влажных или газовых средах. Легирующие добавки железа оказывают положительное влияние на структуру бронзового сплава, повышают его износостойкость, прочность и устойчивость к истиранию.
Устройство работает следующим образом.
Спускают устройство для отворачивания труб в скважине на колонне НКТ в заданный интервал скважины и закачивают в НКТ жидкость. Поддерживая давление в НКТ на постоянном уровне, тянут НКТ вверх. При этом шток 2 движется вверх и через резьбу 5 вращает гайку 6, которая через обгонную муфту 4 передает вращающий момент на верхний якорь 3, сцепленный за счет давления своими сухарями с обсадной трубой 7, и передает вращающий момент на верхнюю часть обсадной колонны. Нижний якорь 9 сцеплен сухарями с нижней обсадной трубой и остаётся неподвижным. После упора конца винтовой нарезки 5 в торец гайки 6, НКТ спускают вниз, не снижая давления. При этом гайка 6 вращается в противоположную сторону, но обгонная муфта 4 вращение на гидравлические якоря не передает. Операции повторяют до полного отворота резьбы обсадной колонны.