УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ С ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ТРУБОЙ
EQUIPMENT FOR WELL AUTOMATED REBUILDING WITH POLYETHYLENE PIPE

Изобретение относится к машинам для прокладки кабелей или проводов по земле, в земле или воде при строительно-дорожных и геологоразведочных технологиях применительно к разработке грунтов природных шельфов, имеющих III и IV группу прочности.
Известно устройство для резки труб в скважине (А.С. № 605934 СССР, МПК5 E21B 29/00, опубл. 1978 г., Бюл. № 17), содержащее отклоняющий рычаг, шарнирно связанный с корпусом и установленный с возможностью взаимодействия одним концом с приводом резца, а другим с поверхностью трубы. В качестве привода резца установлен забойный гидравлический двигатель.
Известно устройство для резки труб в скважине, содержащее корпус с переводниками, внутри которого размещен привод резцов, выполненный в виде подпружиненного поршня со штоком, и подпружиненные рычаги (А.С. № 717278 СССР, МПК5 E21B 29/00, опубл. 1980 г.).
Недостатком указанных устройств является то, что они не восстанавливают проходимость заклиненной и, возможно, деформированной протягиваемой полиэтиленовой трубы через участок наклонной скважины с нарушенными формой и размерами, вызванными обрушением окружающего грунта. В возникшей ситуации полиэтиленовая труба обрезается до и после места обвала с помощью вышеуказанных устройств, а работы по прокладке новой трассы, бурению наклонной скважины, ее расширению и протяжке полиэтиленовой трубы придется повторять сначала.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для восстановления скважины с полиэтиленовой трубой (RU 2310736 C1, E21B 29/10, опубл. 20.11.07), содержащее металлический корпус из прочной стали, поверхность корпуса выполнена волнообразной в форме сферических выступов и впадин. В корпусе выполнены сквозной горизонтальный канал и связанные с ним сквозные радиальные каналы. Сквозной горизонтальный канал в передней части корпуса выполнен с уменьшением его диаметра. Для подачи и обеспечения циркуляции горячей гидрожидкости под регулируемым давлением все указанные каналы соединены с центральным питающим каналом в буровой штанге. Корпус выполнен с возможностью вращения, а выступы сферической формы имеют диаметр, превышающий внутренний диаметр восстанавливаемой полиэтиленовой трубы. Проходя по внутренней полости, размягченной путем разогрева восстанавливаемой полиэтиленовой трубы, сферические выступы устройства восстанавливают первоначальную форму смятой части полиэтиленовой трубы, исключая риск заклинивания устройства или разрушения трубы, и создают по внешнему диаметру трубы бегущие волны, которые восстанавливают стенки скважины с частичным увеличением ее диаметра и диаметра обрушившейся скважины.
Монтируется устройство через буровую трубу на буровой машине (называемой навигатором), предназначенной для обеспечения буровой трубе проталкивающего и тягового усилия, а также вращательного движения, нагрева и подачи гидрожидкости под регулируемым давлением.
Недостатком указанного устройства является то, что в нем используется только силовой метод воздействия на восстанавливающий металлический корпус через буровую штангу путем оказывания проталкивающего и тягового усилия, а также вращательного движения, нагрева и подачи гидрожидкости под регулируемым давлением при отсутствии контроля за состоянием достигнутого уровня пластичности и выправленности полиэтиленовой трубы.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение постоянного контроля за оптимальным уровнем для данного материала пластичности и приобретения формы и размеров восстанавливаемой полиэтиленовой трубы и обрушившейся наклонной скважины, а также восстановление формы с частичным увеличением диаметра, исключая недогрев или перегрев восстанавливаемого участка полиэтиленовой трубы, сопровождающиеся снижением прочностных и качественных свойств трубы.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в экономном расходовании времени, повышении прочностных и качественных свойств полиэтиленовой трубы при восстановлении ее и скважины автоматизированным способом в щадящем режиме.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для восстановления скважины с полиэтиленовой трубой, содержащее металлический корпус, имеет сквозной горизонтальный канал и связанные с ним радиальные каналы, предназначенные для циркуляции гидрожидкости. При этом передняя часть металлического корпуса, изготовленного из прочной стали, имеет округлую заостренную форму. Металлический корпус установлен на конце буровой трубы на подшипниках качения. В поперечном сечении имеет форму дисковой пилы с косыми зубьями. В зубьях вдоль продольной осевой линии расположена система горизонтальных каналов, сообщающаяся со сквозным горизонтальным каналом через сквозные радиальные каналы. На боковых радиально расположенных стенках косых зубьев установлены распылители. Распылители соединены с системой горизонтальных каналов с помощью отверстий в боковых, радиально расположенных стенках. Пространство между зубьями и внутренней стенкой полиэтиленовой трубы представляет собой рабочую камеру. Из горизонтальных каналов в рабочие камеры установлена система распылителей, через которые горячая гидрожидкость из горизонтальных каналов под регулируемым давлением впрыскивается в заполненные гидрожидкостью рабочие камеры. За счет реактивных сил впрыскиваемых факелов обеспечивается крутящий момент металлическому корпусу. Через буровую трубу также постоянно сообщается осевое усилие величиной, обеспечивающей проталкивание вращающегося металлического корпуса при разогреве полиэтиленовой трубы до пластического состояния, соответствующего снижению величины сопротивления его вращению и проталкиванию до допустимых предельных значений. Горячая гидрожидкость под давлением через систему сопловых отверстий впрыскивается в рабочие камеры. За счет упора напорных струй в стенки полиэтиленовой трубы создается реактивная сила крутящего металлический корпус момента, направленного в противоположную направлению струй сторону. При достижении оптимального значения размягченности полиэтиленовой трубы сила сопротивления вращению металлического корпуса станет меньше величины силы крутящего момента, создаваемого системой сопловых отверстий, и металлический корпус начнет вращаться, набирая обороты. Вращение металлического корпуса будет фиксироваться прибором типа электромагнитного датчика, и при достижении верхнего предела по оборотам штанга будет проталкиваться вперед механизмом с муфтой предельного крутящего момента, пока снижение оборотов достигнет нижнего предельного уровня. Таким образом, будет автоматизироваться процесс проталкивания металлического корпуса и обеспечиваться контроль и повышение качества и формы восстановления деформированной полиэтиленовой трубы и наклонной скважины. Качество восстановления полиэтиленовой трубы будет обеспечиваться за счет поддержания температуры ее нагрева для размягчения на оптимальном уровне.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство в трубе, общий вид, стрелками показано направление гидрожидкости; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по В-В на фиг.1.
Устройство для автоматизированного восстановления скважины с полиэтиленовой трубой (фиг.1) содержит металлический корпус 1 из прочной стали с системой сквозных радиальных каналов 2, сквозного горизонтального канала 3 с системой каналов 4 с зауженными выходными отверстиями в его конусной передней части 5. Металлический корпус установлен на буровой штанге 6 с питающим центральным каналом 7 на подшипниках качения 8.
Корпус 1 в поперечном сечении имеет форму дисковой пилы с косыми зубьями диаметром по наружной окружности D, превышающим внутренний диаметр d восстанавливаемой предварительно размягченной полиэтиленовой трубы 9. Проталкивание металлического корпуса осуществляется под воздействием на него осевого усилия буровой трубы, ограниченного допустимыми предельными значениями прочности разогретой полиэтиленовой трубы, в момент, когда сила сопротивления проталкиванию помятой полиэтиленовой трубы становится от размягчения меньше силы проталкивания. И таким образом осуществляется процесс восстановления путем образования волны 10 на поверхности трубы до полного восстановления.
Смазка и размягчение полиэтиленовой трубы 9 осуществляется с помощью системы каналов 4 и сквозных радиальных каналов 2, а также сквозного горизонтального канала 3 и окружных рабочих камер 11, образованных внутренней поверхностью трубы 9 и впадинами между зубчатыми выступами 12 косозубой формы. В выступах косозубой формы расположена система продольных каналов 13 с распылителями 14 для возбуждения крутящего момента на металлическом корпусе 1 устройства для автоматизированного восстановления скважины с полиэтиленовой трубой. Подшипники качения 8 закреплены на буровой трубе 6 с помощью упоров 15, а во внутренней полости 16 с помощью распорных втулок 17. Уплотнение внутренней полости 16 обеспечивается путем установки сальника 18. Передняя часть 5 корпуса 1 имеет округлую заостренную форму.
Устанавливается устройство на конце буровой трубы 6 буровой машины (называемой навигатором). Навигатор обеспечивает буровой трубе 6 проталкивающее и тяговое усилие, вращательное движение, нагрев и подачу гидрожидкости под регулируемым давлением. Для автоматизированного контроля за моментом достижения оптимальной пластичности полиэтиленовой трубы 9 устройству придается вращательное движение за счет системы реактивных сил, образующихся факелами при впрыскивании гидрожидкости под регулируемым давлением через систему распылителей 14 в рабочие камеры 11.
Устройство для автоматизированного восстановления скважины с полиэтиленовой трубой работает следующим образом.
Для восстановления скважины (не показано) и даже помятой полиэтиленовой трубы к месту начала проталкивания трубы 9 подгоняется навигатор (не показано). Буровая труба 6 с корпусом 1 устройства с предварительной подачей горячей гидрожидкости проталкивается в заклиненную и часто очень помятую полиэтиленовую трубу 9 по возможности ближе к расширителю скважины (не показано), за которым протаскивается прикрепленная к нему полиэтиленовая труба 9. По питающему центральному каналу 7 буровой трубы 6 под регулируемым давлением подается горячая гидрожидкость, которая поступает в каналы 2 и 13, распыляясь, через распылители 14 попадает в рабочие камеры 11, создавая при распылении за счет реактивных сил крутящий момент корпусу 1. Дополнительному прогреву полиэтиленовая труба 9 подвергается с помощью гидрожидкости, поступающей из центрального канала 7 через радиальные каналы 4 с зауженными наконечниками путем впрыскивания на ее внутренние стенки. Излишки отработавшей и частично остывшей гидрожидкости прорываются под давлением между наружной поверхностью корпуса 1 и внутренней поверхностью полиэтиленовой трубы 9, поступают в пройденную устройством часть полиэтиленовой трубы 9 и по ней возвращаются обратно в приемный бак (не показано) для повторного подогрева и использования. Проходя под воздействием равномерного осевого усилия по внутренней полости, размягченной путем равномерного разогрева и разглаживания при окружном вращении корпуса 1, восстанавливают первоначальную форму смятой части полиэтиленовой трубы 9, исключая риск заклинивания устройства или разрушения трубы 9, и создают по внешнему диаметру d трубы 9 бегущую волну 10, которая восстанавливает стенки скважины с частичным увеличением ее диаметра. Вращательное движение устройству придается за счет реактивных сил от факелов распыляемой из каналов 13 через распылители 14 гидрожидкости. Величина крутящего момента зависит от величины давления гидрожидкости. Передняя часть 5 корпуса 1 имеет округлую конусную форму, что обеспечивает плавное вхождение и облегчает последующее вращательное движение в смятой части полиэтиленовой трубы с выправлением путем многократного разглаживания и расширения диаметра трубы 9 и скважины. После восстановления скважины с частичным расширением процесс протаскивания полиэтиленовой трубы продолжается.
Применение устройства для автоматизированного восстановления скважины с полиэтиленовой трубой позволяет:
- автоматизированным способом в щадящем режиме полностью восстановить обрушившуюся в условиях возникшей аварийной ситуации скважину для прокладки электрокабелей или проводов связи под землей, а также выправить деформированную часть полиэтиленовой трубы, так как благодаря тому что при достижении оптимального значения размягченности полиэтиленовой трубы сила сопротивления вращению металлического корпуса станет меньше величины крутящего момента, создаваемого системой сопловых отверстий, металлический корпус начнет вращаться, набирая обороты. Далее под действием осевого усилия металлический корпус выйдет в зону менее размягченной части полиэтиленовой трубы и вращение металлического корпуса приостановиться до достаточной степени размягченности контактной части полиэтиленовой трубы;
- обеспечить щадящий (мягкий) режим включения и выключения ограниченного по величине осевого усилия на проталкивание вращающегося металлического корпуса (допускаемой величиной несущей способности размягченной в допустимых пределах полиэтиленовой трубы), что существенно смягчает режим процесса и тем самым повышает качество выправления смятой части полиэтиленовой трубы и скважины;
- исключить возможность процесса заклинивания металлического корпуса в трубе или разрушающего полиэтиленовую трубу действия путем вращения под действием ограниченных по величине реактивных сил и ограниченного по величине осевого усилия (допускаемой по величине несущей способности размягченной в допустимых пределах полиэтиленовой трубы) с обязательным предварительным размягчением полиэтиленовой трубы в допустимых пределах;
- обеспечить плавное вхождение в смятую часть полиэтиленовой трубы путем заострения передней конусной части вращающегося металлического корпуса с распыливанием горячей гидрожидкости через систему распылителей в наклонных стенках заостренной передней части.