УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ТРУБ В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR EXPANSION OF PIPES IN WELL

Изобретение относится к бурению и капитальному ремонту скважин и предназначено, в частности, для расширения труб при их установке в скважине.
Известно устройство для установки профильного перекрывателя в скважине (патент RU №2360098, C1 E21B 29/10, опубл. бюл. №18 от 27. 06.2009 г.), содержащее ступенчатый корпус, расширенный вверху с возможностью взаимодействия с сепаратором и с роликами при перемещении сепаратора вверх, с центральным каналом, муфтовым и ниппельным концами для соединения со скважинным оборудованием и продольными углублениями, в которых размещены ролики со сферической поверхностью, а внутренние отверстия роликов под оси выполнены большим диаметром соответствующих осей, установленные равномерно по окружности и ступенчато на перпендикулярных к оси корпуса осях, закрепленных в сепараторе, причем диаметры окружностей, описанных вокруг роликов, в каждой ступени уменьшаются сверху вниз, а сепаратор снабжен отверстиями под ролики и выполнен подпружиненным вниз с возможностью ограниченного верхним и нижним упорами продольного перемещения относительно корпуса, а нижнее кольцевое расширение корпуса изготовлено в виде поршня, вставленного в цилиндр, причем внутреннее пространство между цилиндром и поршнем сообщено с центральным каналом корпуса.
Недостатками устройства является цикличность расширения, связанная с возвратно-поступательным движением инструмента обусловленная данной конструкцией расширителя. Существенными недостатками являются строго определенная величина спуска всей колонны труб, а затем также строго определенная величина подъема всей колонны труб, и эти две операции связаны между собой и длиной хода сепаратора по корпусу.
Поперечное сечение трубы после расширения имеет форму многоугольника.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является устройство для расширения обсадных труб в скважине (патент RU №63851, U1 E21B 29/10, опубл. в бюл. №16 от 10.06.2007 г.), содержащее корпус с центральным каналом, муфтовым и ниппельным концами для соединения со скважинным оборудованием и продольными углублениями, в которых размещены ролики, установленные равномерно по окружности и ступенчато на перпендикулярных оси корпуса осях, закрепленных в сепараторе, который в транспортном положении опирается на нижний упор корпуса, а сепаратор выполнен с возможностью ограниченного продольного перемещения вверх относительно корпуса, причем диаметры окружностей, описанных вокруг роликов, в каждой ступени уменьшаются сверху вниз, и вальцующую головку, соединенную сверху с корпусом с возможностью вращательного движения.
Недостатком устройства является цикличность расширения, связанная с возвратно-поступательным движением инструмента обусловленная данной конструкцией расширителя. Существенными недостатками являются строго определенная величина спуска всей колонны труб, а также строго определенная величина подъема всей колонны труб, и эти две операции связаны между собой и длиной хода сепаратора по корпусу, а также невозможность расширения трубы без уменьшения проходного сечения скважины, так как диаметры окружностей, описанных вокруг роликов, постоянны.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения устройства на скважинах, требующих сохранения проходного сечения, а также упрощение эксплуатации с экономией энергетических и финансовых затрат при работе на скважинах.
Поставленная техническая задача решается устройством для расширения труб в скважине, включающим корпус с центральным каналом, муфтовым и ниппельным концами для соединения со скважинным оборудованием и продольными углублениями, в которых размещены ролики, установленные равномерно по окружности и ступенчато на перпендикулярных оси корпуса осях, закрепленных в сепараторе, который в транспортном положении опирается на нижний упор корпуса, а сепаратор выполнен с возможностью ограниченного продольного перемещения вверх относительно корпуса, причем диаметры окружностей, описанных вокруг роликов, в каждой ступени уменьшаются сверху вниз, и вальцующую головку, соединенную сверху с корпусом с возможностью вращательного движения.
Новым является то, что ролики расположены на осях с возможностью вращения и ограниченного радиального перемещения, корпус выполнен ступенчатым с расширениями вверху и с возможностью взаимодействия с роликами изнутри при перемещении сепаратора вверх, причем нижний упор корпуса изготовлен в виде цилиндра, выполненного с возможностью продольного ограниченного перемещения вверх относительно корпуса, кольцевое расширение которого выполнено в виде поршня, расположенного в цилиндре, причем внутреннее пространство между поршнем и цилиндром сообщено с центральным каналом корпуса, верхняя часть которого снабжена по периметру равномерно установленными дисками с возможностью наклона, у вальцующей головки плашки выполнены с возможностью радиального перемещения, при этом вальцующая головка снабжена полой втулкой с внутренними криволинейными замкнутыми пазами заданной конфигурации, смещенными относительно друг друга на величину 2π/n, где n - число дисков верхней части корпуса, которые вставлены в соответствующие пазы с возможностью перемещения для возвратно-поступательного перемещения корпуса при вращении вальцующей головки, при этом сепаратор выполнен подпружиненным вниз относительно полой втулки вальцующей головки.
На фиг.1 изображено устройство для расширения трубы в транспортном положении с продольным разрезом, на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1, на фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1, на фиг.4 изображено устройство во время расширения трубы с продольным разрезом, на фиг.5 - разрез по В-В фиг.4. Устройство для расширения труб в скважине состоит из корпуса 1 (фиг.1), имеющего увеличенный (рабочий) диаметр 2 (фиг.5), уменьшенный (транспортный) диаметр 3 (фиг.3), и ограничитель 4, (фиг.1), служащий для ограничения движения вверх сепаратора 5, в котором жестко расположены оси 6 (фиг.3), на которых находятся ролики 7 с возможностью вращения и ограниченного перемещения в пределах разности внутреннего диаметра 8 ролика 7 и наружного диаметра 9 оси 6. Сепаратор 5 (фиг.1) подпружинен вниз пружиной 10, упирающейся через подшипник 11 в нижний торец 12 полой втулки 13 вальцующей головки 14. Сепаратор 5 оснащен внутренними криволинейными замкнутыми пазами 15 заданной конфигурации, смещенными относительно друг друга на величину 2π/n, где n - число дисков 16 в верхней части корпуса 1, которые вставлены в соответствующие пазы 17 корпуса 1 и пазы 15 втулки 13 с возможностью перемещения для возвратно-поступательного перемещения корпуса 1 при вращении втулки 13. В нижней части устройства находится нижний упор 18, имеющий цилиндр 19, образующий с выступом 20 поршневую полость 21, сообщающуюся с центральным каналом 22 посредством отверстия 23 корпуса 1, при этом на нижнем конце цилиндра 19 имеется внутренний выступ 24.
Устройство работает следующим образом. Вальцующую головку 14 устройства для расширения труб в скважине присоединяют с помощью резьбы 25 (фиг.4) к колонне труб 26 и спускают в скважину 27, где необходимо расширить трубы 28. Под воздействием сжатой пружины 10 (фиг.1), которая одним концом упирается через подшипник 11 в нижний торец 12 втулки 13 вальцующей головки 14, а другим концом перемещает сепаратор 5 в зону уменьшенного диаметра 3 (фиг.3) корпуса 1(фиг.1) и нижний упор 18 в нижнюю часть корпуса 1, при этом диаметр описанной окружности вокруг роликов 7, перемещающихся в пазах сепаратора 5, в пределах разности внутреннего диаметра 8 (фиг.3) ролика 7 и наружного диаметра 9 оси 6 и касающиеся поверхности уменьшенного транспортного диаметра 3, обеспечивают свободное перемещение устройства по стволу скважины 27 (фиг.4). Далее по центральному каналу 22 (фиг.1) через отверстие 23 под давлением подается жидкость в поршневую полость 21, образованную цилиндром 19 нижнего упора 18 и выступом 20 корпуса 1, которая перемещает упор 18 и сепаратор 5 с роликами 7 вверх по корпусу 1, сжимая пружину 10 (фиг.3), пока внутренний выступ 24 не упрется в торец корпуса 1. Перемещение упора 18 обеспечивает нахождение сепаратора 5 с роликами 7 в зоне увеличенного (рабочего) диаметра 2 (фиг.5) корпуса 1 (фиг.4), при этом ролики 7 обеспечивают постепенное увеличение описанного диаметра по поперечным сечениям снизу вверх. Подача вниз обеспечивает заход сепаратора 5 с нижними рядами роликов 7 в расширяемую неподвижную трубу 28, при этом ролики 7 под действием веса колонны труб 26 перекатываются по рабочей поверхности 2 корпуса 1, пока сепаратор 5, сжимая пружину 10, не упрется в ограничитель 4 и при этом происходит деформация, то есть расширение трубы 28. Корпус 1, ролики 7 зажаты деформированной трубой 28 и не могут вращаться. Осуществляют продольное возвратно-поступательное движение корпуса 1, вращая ротором колонну труб 26, вальцующую головку 14 с втулкой 13, при этом перекатываются диски 16 (фиг.1, 2 и 4) одновременно по замкнутым спиральным пазам 15 (фиг.1 и 4) на внутренней поверхности втулки 13 и замкнутому кольцевому пазу 17 на корпусе 1, а посредством подшипника 11 нейтрализуют действие крутящего момента ротора на пружину 10 и сепаратор 5 с роликами 7. Продольное возвратно-поступательное движение корпуса 1 заставляет катиться ролики 7 по рабочей поверхности 2 корпуса 1 и внутренней поверхностью расширяемой трубы 28, а так как диаметры окружностей, описанных вокруг роликов 7, в каждой ступени увеличиваются снизу вверх, то происходит ступенчатое непрерывное расширение трубы 28 подачей инструмента вниз, при этом вальцующая головка 14 прикатывает трубу 28 к стенке скважины 27. Процесс расширения трубы 28 ведется при избыточном давлении в поршневой полости 21 и центральном канале 22 с прямой промывкой ствола скважины 27.
Устройство для расширения труб позволяет расширять трубы в скважинах с сохранением проходного сечения, при этом нагрузка вдоль оси небольшая по сравнению с расширением труб пуансоном, так как усилие на трение качения меньше, чем на трение скольжения. Устраняется выполнение строго определенной величины возвратно-поступательного движения колонны труб, вместо чего производится привычная операция для буровиков - вращение ротором колонны труб с медленным спуском. Продольный ход сепаратора конструктивно связан с перемещением корпуса внутри полой втулки по внутренним криволинейным замкнутым пазам, что повышает надежность работы расширителя, при этом улучшается качество расширения труб. При работе на скважинах предложенным устройством получаем экономию энергетических и финансовых ресурсов.