ВИНТОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована в устройствах для проведения различных технологических операций в процессе ремонта скважин.
На сегодняшний день не существует устройств для проведения различных технологических операций в процессе ремонта скважин с использованием передачи осевой нагрузки трубы во вращение скважинного инструмента без использования различных приводов. Устройство особенно актуально в труднодоступной местности для проведения различных технологических операций в процессе ремонта скважин, например, для проведения ловильных работ в скважине, или для разбуривания уплотненной пробки в скважине.
В отечественной практике при проведении различных технологических операций в процессе ремонта скважин, например, при разбуривании уплотненных пробок, в частности песчаных или проппантовых, используют различные механические или гидравлические роторы, посредством которых осуществляется вращение спущенных в аварийную скважину колонны труб, например, бурильные трубы, насосно-компрессорные трубы, стальные бурильные трубы, с породоразрушающим инструментом, например, фрезером, долотом и др. [Амиров А.Д. и др. Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин - М: Недра, 1979. -с. 26-28].
Известно, что при ловле аварийных труб также используют различные механические или гидравлические роторы, посредством которых осуществляется вращение спущенных в аварийную скважину колонны труб, например, бурильные трубы, насосно-компрессорные трубы, стальные бурильные трубы, с ловильным инструментом, таким как труболовки, овершоты, колокола, метчики и др. [Амиров А.Д. и др. Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин -М.: Недра, 1979. - 309 с.].
Известно устройство для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное типа «Юла» (детский волчок БА-490-085, 1920 г.), содержащее корпус, в котором вертикально установлен несамотормозящийся винтовой механизм. Ведущее звено представляет собой винт, который снабжен рукояткой, через которую на винт воздействуют осевой приводной силой, а ведомое звено выполнено в виде легкой гайки, размещенной на винте с возможностью взаимодействия с корпусом. При движении винта вниз его поступательное перемещение преобразуется во вращательное движение гайки, которое передается и корпусу. Во время рабочего хода момент трения между корпусом и гайкой больше, чем крутящий момент, возникающий между корпусом и гайкой, и больше, чем крутящий момент, возникающий между винтом и гайкой, а в винтовой паре нет самоторможения. Таким образом, возвратно-поступательное перемещение винта преобразуется в одностороннее вращательное движение корпуса.
Техническая проблема заключается в том, чтобы используя известные принципы конструирования винтовых преобразователей движения, разработать устройство, которое обеспечит преобразование возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное движение за счет передачи осевой нагрузки трубы во вращение скважинного инструмента без использования различных приводов, с обеспечением возможности применения устройства в труднодоступной местности при затрудненных условиях эксплуатации, таких как грязь, песок.
Технический результат создания полезной модели заключается в реализации указанного назначения.
Технический результат достигается тем, что винтовой преобразователь движения содержит последовательно соединенные между собой средство приложения осевой силы и винтовой несамотормозящий механизм с возможностью закрепления через переводник скважинного инструмента, винтовой несамотормозящий механизм содержит ведущее звено - полый цилиндрический вал, соединенный со средством приложения осевой силы и ведомое звено - полый цилиндрический корпус, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси, причем полый цилиндрический вал и полый цилиндрический корпус выполнены из последовательно соединенных между собой двух частей, соответственно верхних и нижних, при этом на наружной поверхности верхней и нижней части полого цилиндрического вала выполнены ограничители хода, между которыми выполнена многозаходная винтовая поверхность, на внутренней поверхности верхней и нижней части полого цилиндрического корпуса выполнены канавки для установки уплотнительных колец и полости для смазки, между которыми выполнена многозаходная винтовая поверхность, а на наружной поверхности нижней части полого цилиндрического корпуса выполнен центрирующий элемент.
Существует вариант, в котором указанное средство приложения осевой силы представляет собой колонну насосно-компрессорных труб.
Существует также вариант, в котором указанное средство приложения осевой силы представляет собой колонну бурильных труб.
Возможен вариант, в котором указанное средство приложения осевой силы представляет собой гибкую трубу.
На фиг. 1 схематично изображен винтовой преобразователь движения, в котором показано расположение цилиндрического вала в крайнем верхнем положении.
На фиг. 2 схематично изображен винтовой преобразователь движения, в котором показано расположение цилиндрического вала в крайнем нижнем положении.
Винтовой преобразователь движения (фиг. 1 и фиг. 2) содержит последовательно соединенные между собой средство приложения осевой силы 1 и винтовой несамотормозящий механизм 2.
Средство приложения осевой силы 1 представляет собой, например, колонну НКТ, или колонну бурильных труб, или гибкую трубу.
Винтовой несамотормозящий механизм 2 содержит ведущее звено - полый цилиндрический вал 3, соединенный со средством приложения осевой силы 1 посредством муфты 4 и ведомое звено - полый цилиндрический корпус 5, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси. Полый цилиндрический вал 3 и полый цилиндрический корпус 5 представляют собой винтовую пару.
Полый цилиндрический вал 3 выполнен из последовательно соединенных между собой двух частей, соответственно верхней 6 и нижней 7. Верхняя часть 6 и нижняя часть 7 соединены между собой посредством резьбового соединения (не показано). На наружной поверхности верхней части 6 полого цилиндрического вала 3 выполнены ограничитель хода 8 и многозаходная винтовая поверхность 9. На наружной поверхности нижней части 7 полого цилиндрического вала 3 выполнен ограничитель хода 10.
Полый цилиндрический корпус 5 выполнен из последовательно соединенных между собой двух частей, соответственно верхней 11 и нижней 12. Верхняя часть 11 и нижняя часть 12 соединены между собой посредством резьбового соединения 13, для чего на конце наружной поверхности верхней части 11 полого цилиндрического корпуса 5 выполнена наружная резьба, а на внутренней поверхности нижней части 12 полого цилиндрического корпуса 5 выполнено резьбовое отверстие. На внутренней поверхности верхней части 11 полого цилиндрического корпуса 5 последовательно выполнены канавка 14 для размещения уплотнительного кольца 15, полость для смазки 16 и многозаходная винтовая поверхность 17. На наружной поверхности нижней части 12 полого цилиндрического корпуса 5 выполнен центрирующий элемент 18. На внутренней поверхности нижней части 12 полого цилиндрического корпуса 5 (после резьбового отверстия для свинчивания с верхней частью 11) последовательно выполнены полость для смазки 19, канавка 20 для размещения уплотнительного кольца 21 и резьбовое отверстие 22, выполненное с возможностью закрепления через переводник 23 скважинного инструмента (не показано).
Винтовая пара - полый цилиндрический вал 3 и полый цилиндрический корпус 5 выполнены из условия несамоторможения, а именно многозаходную винтовую поверхность 9 и 17 выполняют из расчета, чтобы угол подъема винтовой линии был больше угла трения с обеспечением максимально возможного КПД винтовой пары, что определяют расчетным путем и зависит от конкретных условий эксплуатации. А также многозаходную винтовую поверхность 9 и 17 выполняют из условия тщательной обработки взаимодействующих поверхностей, в результате чего происходит уменьшение трения винтовой пары.
Резьбовое соединение (не показано) верхней части 6 и нижней части 7 полого цилиндрического вала 3, а также резьбовое соединение 13 верхней части 11 и нижней части 12 полого цилиндрического корпуса 5 обеспечивают надежное свинчивание и исключают возможность поворота указанных соединений во время рабочего хода устройства.
Ограничители хода 8 и 10 предназначены для ограничения хода полого цилиндрического вала 3 от осевого перемещения вверх или вниз. При проведении технологических операций в процессе ремонта скважины в случае необходимости полый цилиндрический вал 3 обеспечивает циркуляцию промывочной жидкости.
Уплотнительные кольца 15 и 21 выполнены из резины и служат для поддержания герметичности между полым цилиндрическим валом 3 и полым цилиндрическим корпусом 5, а также служат защитой при затрудненных условиях эксплуатации от возможного проникновения внутрь грязи, песка.
Полость для смазки 16 полого цилиндрического корпуса 5 предназначена для заполнения смазкой, например, солидолом, в результате чего происходит уменьшение трения винтовой пары. Полость для смазки 19 предназначена для возможного перетекания смазки в процессе работы устройства.
Центрирующий элемент 18 нижней части 12 полого цилиндрического корпуса 5 предназначен для центрирования устройства во время спуска и проведения технологической операции в процессе ремонта скважины.
Устройство работает следующим образом.
В аварийную скважину спускают устройство, например, с помощью передвижного подъемного агрегата с использованием колонны НКТ в качестве средства приложения осевой силы 1, с закрепленным в нижней части скважинным инструментом.
При упоре устройства в аварийный объект поступательное движение средства приложения осевой силы 1 преобразуется во вращательное движение скважинного инструмента.
А именно, при действии осевой силой F происходит стопорение ведущего звена - полого цилиндрического вала 3 и его поступательное перемещение вниз. Ведомое звено - полый цилиндрический корпус 5 начинает вращаться, приводя во вращательное движение через переводник 23 скважинный инструмент, например, в качестве скважинного инструмента используют инструмент для ловильных работ или инструмент для разбуривания уплотненной пробки.
При достижении полым цилиндрическим валом 3 крайнего нижнего положения, которое ограничивается ограничителем хода 8, производят приподьем колонны НКТ. При необходимости, после возвращения полого цилиндрического вала 3 в исходное положение, до упора в ограничитель хода 10, проводят повторный доспуск трубы, для продолжения технологической операции. После завершения запланированных работ, производят извлечение из скважины устройства.
Возможен вариант, когда спуск устройства можно осуществить при помощи буровой установки с использованием колонны бурильных труб в качестве средства приложения осевой силы 1.
При проведении технологических операций с использованием буровой установки, позволяет вращать скважинный инструмент без использования механического или гидравлического ротора. Роторы используют для того, чтобы провернуть колонну труб в скважинных условиях. Для этого требуется большой крутящий момент, так как необходимо преодолеть сопротивление в местах контакта колонны спускаемых труб и обсадной колонной. В некоторых случаях ротор может не выдержать и выйти из строя. Кроме этого роторы имеют большие габаритные размеры и вес, что затрудняет его доставку на скважину, особенно в труднодоступной местности. Также экономится время, которое затрачивается на монтажные работы.
Возможен также вариант, когда спуск устройства можно осуществить при помощи колтюбинговой установки с использованием гибкой трубы в качестве средства приложения осевой силы 1.
При проведении технологических операций с использованием колтюбинговой установки, позволяет проводить работы без глушения скважины, что благоприятно сказывается на состоянии призабойной зоны пласта ремонтируемой скважины, сокращает материальные и временные затраты на ремонт.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает преобразование осевой нагрузки трубы во вращение скважинного инструмента при проведении технологических операций в процессе ремонта скважин без использования различных приводов, особенно в труднодоступной местности при затрудненных условиях эксплуатации.