ТРУБОЛОВКА
PIPE SPEAR

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности, к ловильному инструменту для захвата и извлечения из скважины оборванной части колонны труб, в том числе колонны гибких сталеполимерных труб, а именно, к наружной труболовке.
В общем случае наружная труболовка содержит корпус с конусной частью в нижней части корпуса и цангой внутри корпуса. Конусная часть предназначена для зажима/разжима цанги. Управляя цангой, например, перемещая ее вдоль конусной части, осуществляют зажим/разжим трубы (далее также трубчатого элемента).
По сравнению с металлическими трубами, технологической особенностью сталеполимерных труб является их большая овальность, т.е. большая разница между максимальным и минимальным диаметрами. Это обстоятельство обычно приводит к усложнению конструкции труболовки для обеспечения надежного захвата трубы.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является освобождающаяся гидравлическая труболовка, раскрытая в патенте РФ № 2280146. Известная труболовка содержит 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. Цанга снабжена центральным сквозным каналом, в котором посредством срезного элемента установлено посадочное седло под сбрасываемый с устья шар. Цанга телескопически установлена с возможностью осевого перемещения во внутреннюю часть корпуса. Внешняя часть корпуса сверху снабжена гидравлическим цилиндром. Внутренняя часть корпуса снабжена поршнем с рядом радиальных каналов снизу, которые образуют с гидравлическим цилиндром гидрокамеру, гидравлически соединенную с внутренним пространством колонны труб.
При невозможности извлечения аварийной колонны труб и наличии циркуляции в известной труболовке бросают с устья скважины в колонну труб шар, который садится на посадочное седло и перекрывает центральный сквозной канал цанги. Затем в колонне труб создают давление, которое через радиальные каналы и гидрокамеру воздействует на поршень, установленный в гидравлическом цилиндре, в результате чего поршень, жестко соединенный с внутренней частью телескопического корпуса, увлекает его за собой, а тот в свою очередь тянет цангу. Давление в гидрокамере продолжают повышать, и в определенный момент, когда давление, создаваемое на поршень, окажется выше усилия сжатия разжимного кольца, находящегося в выборке, разжимное кольцо сожмется, по конической поверхности выборки выскочит из нее и, попав в упорный торец, вновь разожмется. Цанга соскальзывает с аварийной колонны труб, освобождая от нее труболовку.
Основным недостатком ближайшего аналога является сложная конструкция, требующая использования шара и гидравлической схемы для обеспечения взаимного перемещения цанги и корпуса в нештатных ситуациях в дополнение к другим средствам управления зажимом/разжимом цанги, что снижает надежность работы труболовки. Кроме того, данная конструкция труболовки характеризуется относительно небольшой величиной указанного взаимного перемещения, что ограничивает ее применение по существу только для металлических трубчатых элементов.
Задачей настоящего изобретения является создание такой труболовки, которая была бы лишена недостатков ближайшего аналога и других известных труболовок, обеспечивала бы надежную работу без усложнения конструкции и при этом могла использоваться для надежного захвата и высвобождения как металлических, так и сталеполимерных трубчатых элементов.
Техническим результатом заявленной труболовки и способа ее работы является повышение надежности зажима и разжима трубчатого элемента при одновременном упрощении конструкции труболовки и снижении удельных контактных напряжений, оказываемых цангой на трубчатый элемент.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается в предложенной труболовке, которая содержит корпус с выполненным в нем кольцевым выступом, цангу, размещенную ниже кольцевого выступа, крышку корпуса, имеющую отверстие крышки и размещенную в верхней части корпуса, и поршневой узел. Поршневой узел включает поршень и установленные на нем первый шток и второй шток, причем поршень размещен между крышкой корпуса и кольцевым выступом, выше поршня размещен первый гидроканал, а ниже поршня размещен второй гидроканал. Внутренняя поверхность нижней части корпуса выполнена в виде расширяющегося конуса. Первый шток выполнен с возможностью перемещения в отверстии крышки корпуса. Второй шток выполнен с возможностью перемещения в кольцевом выступе и соединен с цангой.
За счет выполнения двух гидроканалов, которые размещены по разные стороны от кольцевого выступа формируется по сути двойной гидроцилиндр, один объем которого расположен между крышкой и одной поверхностью поршня, а другой – межу второй поверхностью корпуса и кольцевым выступом. Данная конструкция труболовки, во-первых, является более простой и надежной, по сравнению с известными труболовками, что обеспечивается надежностью и простотой работы гидроцилиндров. Во-вторых, указанный двойной гидроцилиндр не имеет существенных ограничений по длине перемещения поршня, что позволяет перемещать цангу на большое расстояние и, в свою очередь, обеспечивать более надежный захват трубчатых элементов за счет большей площади контакта рабочей (или внутренней) поверхности цанги и внешней поверхности захватываемого трубчатого элемента, а значит, позволяет также снизить удельную нагрузку на трубчатый элемент, тем самым расширяя применение труболовки для захвата сталеполимерных трубчатых элементов, в том числе характеризующихся высокой овальностью в поперечном сечении.
Для обеспечения еще более надежного захвата трубчатого элемента рабочая поверхность цанги может иметь вид ступенчатой конической поверхности, причем на указанной ступенчатой конической поверхности предпочтительно выполнена спиральная канавка треугольного профиля.
Первый гидроканал может быть выполнен в первом штоке либо крышке. В первом штоке также может быть размещена резьбовая пробка для управления подачи жидкости в первый и второй гидроканалы. Второй гидроканал может быть выполнен во втором штоке.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается также в предложенном способе перемещения трубчатого элемента посредством указанной труболовки, при котором подводят цангу к трубчатому элементу, так чтобы рабочая поверхность цанги по крайней мере частично охватывала трубчатый элемент, осуществляют подачу жидкости во второй гидроканал для перемещения корпуса относительно цанги и зажатия трубчатого элемента рабочей поверхностью цанги, перемещают трубчатый элемент в требуемое положение, и осуществляют подачу жидкости в первый гидроканал для перемещения корпуса относительно цанги и разжатия трубчатого элемента рабочей поверхностью цанги.
При размещении в первом гидроканале винтовой крышки подачу жидкости во второй гидроканал осуществляют при установленной резьбовой пробке, а подачу жидкости в первый гидроканал осуществляют после снятия резьбовой пробки.
Является предпочтительным, если при перемещении трубчатого элемента в требуемое положение дополнительно поджимают трубчатый элемент рабочей поверхностью цанги посредством дополнительной подачи жидкости во второй гидроканал.
Предлагаемые в настоящем изобретении конструкция труболовки и способ перемещения трубчатого элемента посредством указанной труболовки позволяют повысить грузоподъемность труболовки за счет увеличенной длины рабочей поверхности. Увеличенная рабочая поверхность позволяет уменьшить величину удельных контактных напряжений из-за конструктивных особенностей трубчатых элементов, в частности, сталеполимерных трубчатых элементов. Кроме того, в предложенной труболовке увеличен ход цанги по сравнению с известными труболовками для металлических труб. Увеличенный ход цанги позволяет производить захват гибких сталеполимерных труб в более широком диапазоне диаметров по сравнению с труболовками для металлических труб.
Далее изобретение более подробно поясняется со ссылками на фигуры, на которых представлены некоторые возможные варианты его осуществления.
На фиг. 1 изображена труболовка в открытом положении.
На фиг. 2 изображена труболовка в зажатом положении.
На фиг. 3а, 3б, 3в изображены варианты выполнения первого и второго гидроканалов.
Ссылочными позициями на фигурах отмечены следующие элементы:
1 – корпус;
2 – кольцевой выступ;
3 – цанга;
4 – крышка корпуса;
5 – поршневой узел;
6 – поршень;
7 – первый шток;
8 – второй шток;
9 – первый гидроканал;
10 – второй гидроканал;
11 – резьбовая пробка.
Труболовка состоит из корпуса 1 с кольцевым выступом 2, размещенной в корпусе 1 цанги 3, крышки 4 в верхней части корпуса, поршневого узла 5, а также первого гидроканала 9 и второго гидроканала 10.
Корпус 1 имеет вытянутую, по существу цилиндрическую форму, при этом внутренняя поверхность нижней части корпуса 1 выполнена в виде расширяющегося конуса.
Цанга 3 размещена в корпусе 1, простираясь примерно от кольцевого выступа 2 до нижней части корпуса 1. Когда цанга 2 выходит за границы нижней части корпуса 1, как показано на фиг. 1, цанга 2 находится в раскрытом, или разжатом, состоянии. В таком состоянии цанга 3 может быть надета на трубчатый элемент (на фигурах не показан), который требуется захватить и переместить.
При взаимном перемещении корпуса 1 и цанги 3, когда цанга 3 втягивается в корпус 1, за счет конической поверхности внутренней поверхности нижней части корпуса 1 происходит поджатие цанги 3, так что цанга 3 зажимает трубчатый элемент.
Данный принцип работы труболовки хорошо известен специалисту в области техники и не требует дополнительных подробных пояснений.
Управление взаимным положением корпуса 1 и цанги 3 осуществляется посредством поршневого узла 5, а также первого гидроканала 9 и второго гидроканала 10. Для этого поршневой узел 5 включает в себя поршень 6 и соединенные с ним с противоположных сторон первый шток 7 и второй шток 8.
Поршень 6 размещен в корпусе 1 между крышкой 4 корпуса и кольцевым выступом 2.
Первый шток 7 установлен сверху поршня 6 и выполнен с возможностью перемещения в отверстии в крышке 4.
Второй шток 8 установлен снизу поршня 6, соединяя его с цангой 3, и выполнен с возможностью перемещения в кольцевом отверстии 2.
Таким образом, перемещение поршня 6 вдоль корпуса 1 вниз (как показано на фиг. 1, 2) приводит к приведению цанги 3 в раскрытое, или разжатое, состояние, а перемещение поршня 6 вверх (как показано на фиг. 1, 2) приводит к закрытию, или зажатию, цанги 3.
Для перемещения поршня 6 вдоль корпуса 1 труболовка содержит два гидроканала: первый гидроканал 9, размещенный выше поршня 6, и второй гидроканал 10, размещенный ниже поршня 6.
Возможный, но не единственный вариант исполнения труболовки с первым гидроканалом 9 и вторым гидроканалом 10 приведен на фиг. 3а, где первый гидроканал 9 размещен в первом штоке 7, а второй гидроканал 10 размещен во втором штоке 8.
Подача жидкости в первый гидроканал 9 и второй гидроканал 10 осуществляется независимо друг от друга по соответствующим каналам, выполненным в первом штоке 7. При этом подача жидкости в первый гидроканал 9 приводит к поступлению жидкости в объем между поршнем 6 и крышкой 4 корпуса, что вызывает взаимное перемещение поршня 6 и крышки 4 корпуса в противоположное направление и, в свою очередь, перемещение поршневой группы 5 вниз и вывод цанги 3 из нижней части корпуса 1 наружу. Так осуществляется разжатие цанги 3, в частности, для высвобождения трубчатого элемента или подготовки труболовки для захвата трубчатого элемента.
Подача жидкости во второй гидроканал 10 приводит к поступлению жидкости в объем между поршнем 6 и кольцевым выступом 2, что вызывает взаимное перемещение поршня 6 и кольцевого выступа 2 в противоположное направление и, в свою очередь, перемещение поршневой группы 5 вверх и ввод цанги 3 внутрь нижней части корпуса 1. Так осуществляется зажатие цанги 3, например, для захвата трубчатого элемента.
По сути, в предложенной труболовке реализуется гидравлический цилиндр двойного действия, включающий две камеры – области между поршнем 6 и крышкой 4 корпуса и между поршнем 6 и кольцевым выступом 2, к которым подведены соответственно первый гидроканал 9 и второй гидроканал 10.
Возможны и другие варианты исполнения труболовки с первым гидроканалом 9 и вторым гидроканалом 10, в частности, приведенные на фиг. 3б, 3в, которыми, однако, данное изобретение не ограничивается.
Так, подача жидкости в первый гидроканал 9 и второй гидроканал 10 может осуществляться по одному каналу, выполненному, например, в первом штоке 7, как показано на фиг. 3б. Для этого в первом штоке 7 устанавливается по крайней мере один клапан, например в виде резьбовой пробки 11, который ограничивает поступление жидкости в первый гидроканал 9 при захвате трубчатого элемента, но позволяет поступать жидкости в первый гидроканал 9 при высвобождении трубчатого элемента путем удаления резьбовой пробки 11. Специалисту будет понятно, что аналогичный клапан может быть размещен во втором гидроканале 10 или же в первом гидроканале 9 и втором гидроканале 10.
Согласно варианту, показанному на фиг. 3в, первый гидроканал 9 размещен в крышке 4 корпуса, а второй гидроканал размещен 10 во втором штоке 8. Труболовка по данному варианту работает аналогично варианту, приведенному на фиг. 3а, что будет хорошо понятно специалисту в области техники.
Для дальнейшего повышения надежности захвата трубчатых элементов рабочая поверхность цанги 3 может иметь вид конической поверхности, в частности ступенчатой конической поверхности. Дополнительно, на указанной ступенчатой конической поверхности может быть выполнена спиральная канавка треугольного профиля. Здесь под рабочей поверхностью цанги 3 понимается внутренняя поверхность цанги 3, соприкасающаяся с захватываемым трубчатым элементом.
Типичные параметры предлагаемой в настоящем изобретении труболовки следующие: ход цанги 3 – 60–90 мм; диаметры первой ступени (верхней конической части цанги 3, как показано на фиг. 1, 2) в разжатом и зажатом положении – соответственно 75 мм и 65 мм; диаметры второй ступени (средней конической части цанги 3, как показано на фиг. 1, 2) в разжатом и зажатом положении – соответственно 77 мм и 67 мм; длина каждой из первой ступени и второй ступени – 80 мм, или в сумме 160 мм.
Заявленная труболовка работает следующим образом.
Труболовку присоединяют к колонне труб и спускают в скважину. Ловимый трубчатый элемент заходит в направляющий конус цанги 3, так чтобы рабочая поверхность цанги 3 по крайней мере частично охватывала трубчатый элемент. Осуществляют подачу жидкости во второй гидроканал 10 для перемещения корпуса 1 относительно цанги 3 и вызываемого этим зажатия трубчатого элемента рабочей поверхностью цанги 3. Далее перемещают трубчатый элемент в требуемое положение. Наконец, осуществляют подачу жидкости в первый гидроканал 9 для перемещения корпуса 1 относительно цанги 3 и разжатия трубчатого элемента рабочей поверхностью цанги 3.
В варианте, изображенном на фиг. 3б, подачу жидкости во второй гидроканал 10 осуществляют при установленной резьбовой пробке 11, а подачу жидкости в первый гидроканал 9 осуществляют после снятия резьбовой пробки 11.
Является предпочтительным, если перемещении трубчатого элемента в требуемое положение дополнительно поджимают трубчатый элемент рабочей поверхностью цанги 3 посредством дополнительной подачи жидкости во второй гидроканал 10 для обеспечения надежного захвата трубчатого элемента в течение всего процесса его перемещения.
Описанная выше конструкция труболовки позволяет увеличить ход цанги по сравнению с известными труболовками, при этом обладая простой и надежной конструкцией. Как следствие, повышается грузоподъемность труболовки за счет увеличенной длины рабочей поверхности цанги, уменьшается величина удельных контактных напряжений из-за конструктивных особенностей трубчатых элементов, в частности, сталеполимерных трубчатых элементов, обеспечивается возможность захвата гибких сталеполимерных трубчатых элементов в более широком диапазоне диаметров по сравнению с известными труболовками.