УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО РАСШИРЕНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТРУБ В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR LOCAL ENLARGEMENT OF PROFILE AND CYLINDER PIPES IN WELL

Изобретение относится к бурению и капитальному ремонту скважин и предназначено, в частности, для развальцовывания профильных или цилиндрических труб при их установке в скважине.
Известно «Устройство для развальцовки труб в скважине» (патент РФ №2225498, E21B 29/10, опубл. Бюл. №7 от 10.03.2004 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбовыми элементами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями в наружной стенке, в которых размещены установленные на осях в опорах вальцующие элементы, причем опоры установлены в наклонных пазах, выполненных в углублениях корпуса с возможностью продольных, относительно корпуса, скольжений по наклонной поверхности, при этом устройство снабжено механизмом выдвижения вальцующих элементов в рабочее положение, выполненным в виде размещенного в центральном канале корпуса кольцевого поршня с подпружиненным в осевом направлении штоком, шарнирно соединенного с опорами посредством тяг, причем наружная поверхность вальцующих элементов выполнена сферической.
Недостатками данного устройства являются:
- высокие радиальные нагрузки непосредственно на оси, значительно сокращающие срок их службы;
- низкое качество развальцовываемых труб, так как ролики устройства снабжены узкими калибрующими участками;
- низкая надежность, так как в случае поломки пружины возможно заклинивание кольцевого поршня в рабочем положении и невозможность его возврата в транспортное положение, что может привести к возникновению аварийной ситуации;
- недостаточная прочность корпуса устройства из-за необходимости выполнения в нем сверлений под кольцевой поршень и тяги;
- высокие требования к точности изготовления механизма выдвижения вальцующих элементов в рабочее положение, обусловленные большим количеством сопрягаемых деталей и их взаимным расположением относительно друг друга, т.к. вальцующие элементы после вывода их в рабочее положение должны находиться на одной описанной окружности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для развальцовки труб» (патент РФ на полезную модель №62148, E21B 29/10, опубл. Бюл. №9 от 27.03.2007 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены установленные на осях в опорах вальцующие элементы, а опоры установлены в наклонных пазах, выполненных в углублениях корпуса с возможностью продольных, относительно корпуса, скольжений по наклонной поверхности, при этом устройство снабжено механизмом выдвижения вальцующих элементов в рабочее положение, выполненным в виде размещенного в центральном канале корпуса кольцевого поршня с подпружиненным в осевом направлении штоком, шарнирно соединенного с опорами посредством тяг, причем наружная поверхность вальцующих элементов выполнена сферической, причем вальцующие элементы выполнены в виде шаровых сегментов, ось которых установлена под углом к оси корпуса, при этом на конце опор установлены сменные упоры, ограничивающие максимальный выход по диаметру вальцующих элементов.
Недостатками этого устройства являются:
- низкая надежность, так как в случае поломки пружины возможно заклинивание кольцевого поршня в рабочем положении и невозможность его возврата в транспортное положение, что может привести к возникновению аварийной ситуации при спускоподъемных операциях;
- недостаточная прочность корпуса устройства из-за необходимости выполнения в нем сверлений под кольцевой поршень и тяги;
- высокие требования к точности изготовления механизма выдвижения вальцующих элементов в рабочее положение, обусловленные большим количеством сопрягаемых деталей и их взаимным расположением относительно друг друга, т.к. вальцующие элементы после вывода их в рабочее положение должны находиться на одной описанной окружности.
Технической задачей предлагаемого устройства является повышение его надежности путем упрочнения корпуса устройства и уменьшения сопрягаемых деталей, а также исключение аварийных ситуаций при работе и спускоподъемных операциях устройства за счет надежной фиксации вальцующих элементов в рабочем и транспортном положениях.
Техническая задача решается устройством для локального расширения профильных и цилиндрических труб в скважине (далее устройство), включающим корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и наклонными пазами, в которых размещены с возможностью скольжения опоры с вальцующими элементами, выполненными в виде шаровых сегментов на осях, установленных под углом к оси корпуса, и механизм выдвижения вальцующих элементов в рабочее положение, выполненный в виде кольцевого герметичного толкателя с возможностью продольного перемещения, взаимодействующий с корпусом.
Новым является то, что кольцевой толкатель механизма выдвижения в рабочее положение выполнен в виде установленного на корпусе с фиксацией от проворота кольцевого цилиндра, образующего с корпусом в его верхней части гидрокамеру, сообщающуюся с центральным каналом корпуса, при этом на корпусе, в гидрокамере цилиндра, в которой выполнена кольцевая внутренняя проточка, размещен механизм для фиксации вальцующих элементов в нерабочем положении, содержащий подпружиненные наружу сегменты полой втулки с конусной поверхностью вверху, взаимодействующие с кольцевой проточкой цилиндра, и дополнительный кольцевой поршень, расположенный выше сегментов и снабженный внутренней фаской, взаимодействующей с конусной поверхностью сегментов при перемещении вниз для вывода их из кольцевой проточки цилиндра.
На фиг.1 показано устройство в рабочем положении, частично в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - фрагмент устройства, где показан механизм фиксации вальцующих элементов в нерабочем положении; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3.
Устройство (фиг.1) содержит корпус 1 с центральным каналом 2, резьбами 3 для соединения со скважинным оборудованием и наклонными пазами 4 типа «ласточкин хвост», в которых размещены с возможностью скольжения опоры 5 с вальцующими элементами, выполненными в виде шаровых сегментов 6 на осях 7, установленных под углом к центральной оси корпуса 1, и механизм выдвижения вальцующих шаровых сегментов 6 в рабочее положение, выполненный в виде кольцевого герметичного благодаря, например, эластичным уплотнительным кольцам 8 и 9 толкателя 10 с возможностью продольного перемещения относительно корпуса 1 и взаимодействия на опоры 5 с вальцующими элементами 6 через радиальные отверстия 11 в нижней части толкателя 10.
Кольцевой толкатель 10 механизма выдвижения в рабочее положение выполнен в виде установленного на корпусе 1 кольцевого цилиндра 12 с фиксирующими его от проворота в корпусе 1 поверхностями 13 (фиг.2), взаимодействующими с ответными поверхностями 14 корпуса 1 (фиг.1).
Кольцевой цилиндр 12 образует с корпусом 1 в его верхней части гидрокамеру 15, сообщающуюся с центральным каналом 2 корпуса 1 с помощью бокового отверстия 16. При этом на корпусе 1, в гидрокамере 15 кольцевого цилиндра 12, благодаря внутренней кольцевой проточке 17 (фиг.3), размещен механизм для фиксации вальцующих шаровых сегментов 6 (фиг.1) в нерабочем (транспортном) положении, содержащий подпружиненные наружу, с помощью пружин 18 (фиг.3, 4), сегменты 19 полой втулки с конусной поверхностью 20 (фиг.3) вверху, взаимодействующие с ответной кольцевой проточкой 21 цилиндра 12, и дополнительный кольцевой поршень 22 с уплотнительными кольцами 23 и 24, расположенный выше сегментов 19 и снабженный внутренней фаской 25, взаимодействующей с конусной поверхностью 20 сегментов 19 при перемещении вниз для вывода их из кольцевой проточки 21 цилиндра 12.
Устройство работает следующим образом.
С помощью резьб 3 (фиг.1) корпуса 1 устройство присоединяют к колонне бурильных труб (не показано) и спускают в скважину (не показана). При этом кольцевой толкатель 10 с цилиндром 12 зафиксирован от продольных перемещений относительно корпуса 1: вниз - его кольцевым упором 26, в который упирается кольцевой выступ 27 цилиндра 12, вверх - кольцевыми сегментами 19 (фиг.3), кромки 28 которых находятся в кольцевой проточке 21 цилиндра 12.
На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора), которая под действием перепада давления, возникающего благодаря гидромониторной насадке 29 (фиг.1) в центральном канале 2 корпуса 1 и распространяющегося через боковое отверстие 16 корпуса 1 в гидрокамеру 15, воздействует на дополнительный кольцевой поршень 22. При этом поршень 22 герметично, благодаря уплотнительным кольцам 23 и 24, перемещается вниз и, воздействуя своей фаской 25 (фиг.3) по касательной на ответную конусную поверхность 20 сегментов 19, перемещает их вдоль продольной оси устройства внутрь наружных пазов 17 корпуса 1, сжимая пружины 18 до полного выхода кольцевых сегментов 19 из углублений 21 цилиндра 12.
Выйдя таким образом из зацепления с корпусом 1 (фиг.1), кольцевой толкатель 10 с цилиндром 12 под действием того же перепада давления перемещается вверх до упора внутреннего кольцевого выступа 30 толкателя 10 в нижний кольцевой упор 31 корпуса 1. Одновременно толкатель 10 воздействует на опоры 5 с вальцующими элементами 6, которые, перемещаясь по наклонным пазам 4 корпуса 1 по касательной вверх, выводятся через радиальные отверстия 11 толкателя 10 в рабочее положение. Далее подачей инструмента вниз с одновременным его вращением начинают расширять участки предварительно расширенных гидравлическим давлением профильных труб или цилиндрических труб (не показано) в заданном интервале. При этом вальцующие элементы 6, вращаясь на осях 7, развальцовывают участки труб до плотного прижатия их к стенкам обсадной колонны (например, при установке хвостовика) или скважины (при перекрытии зон осложнения бурения).
После завершения работы нагнетание промывочной жидкости прекращают, и устройство поднимают из скважины. При этом опоры 5 с вальцующими элементами 6, достигнув нерасширенной части труб, остановят движение вверх толкателя 10 с цилиндром 12, тогда как корпус 1 с фиксатором 19 (фиг.3) продолжает перемещаться вверх относительно них. Благодаря этому опоры 5 с вальцующими элементами 6, освободившись от воздействия на них фиксатора 19, под действием сил реакции стенок нерасширенной части труб возвратятся благодаря наклонным пазам 4 в исходное положение внутрь корпуса 1.
Предлагаемое устройство благодаря более прочному корпусу и минимальному количеству сопрягаемых узлов и деталей позволяет надежно и безаварийно развальцовывать профильные и цилиндрические трубы, а механизм выдвижения вальцующих элементов в рабочее и обратно в транспортное положение, благодаря четкой фиксации в крайних положениях увеличивает срок службы устройства и исключает аварийные ситуации при спускоподъемных операциях.