СКВАЖИННЫЙ ТРУБОРЕЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
DOWNHOLE PIPE CUTTING TOOL

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к скважинному труборезному инструменту, предназначенному для погружения в обсадную колонну, расположенную в стволе скважины и отделения верхней части обсадной колонны от нижней части обсадной колонны путем разрезания обсадной колонны изнутри, причем инструмент вытянут в продольном направлении и содержит корпус инструмента, имеющий первую часть корпуса и вторую часть корпуса; режущий кронштейн, соединенный с возможностью поворота с первой частью корпуса и имеющий режущую кромку в первом конце, причем упомянутый кронштейн выполнен с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса инструмента; узел активации кронштейна для перемещения режущего кронштейна между втянутым положением и выдвинутым положением; и вращаемый вал, расположенный во второй части корпуса и соединенный с первой частью корпуса для обеспечения вращения режущего кронштейна. Кроме того, изобретение относится к скважинной системе, содержащей скважинный труборезный инструмент согласно изобретению и приводной модуль, предназначенный для продвижения скважинного труборезного инструмента вперед в обсадной колонне.
Уровень техники
После выполнения бурения, ствола скважины в скважину опускают обсадную колонну или хвостовик обсадной колонны путем погружения собранной колонны обсадных труб. Во время данного процесса иногда обсадная колонна застревает в скважине вследствие местного обрушения ствола вокруг обсадной колонны, в результате обсадная колонна не может быть дальше погружена в скважину. Для определения участка обрушения в обсадную колонну опускают каротажный инструмент. После обнаружения участка обрушения вводят в действие перфорирующий пистолет для перфорирования данного участка с тем, чтобы освободить обсадную колонну. При невозможности освобождения обсадную колонну отрезают непосредственно выше обрушенного участка.
Обсадная колонна может быть отрезана посредством взрывчатых веществ, что является опасным, поэтому существует необходимость в решении, предусматривающем механическое отделение верхней обсадной колонны от нижней обсадной колонны без застревания.
Раскрытие изобретения
Задачей данного изобретения является полное или частичное устранение вышеуказанных недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, задачей данного изобретения является создание улучшенного скважинного инструмента, выполненного с возможностью выполнять отрезание верхней части обсадной колонны без использования взрывчатых веществ.
Вышеуказанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и свойства, очевидные из нижеследующего описания, выполнены благодаря техническому решению согласно данному изобретению посредством скважинного труборезного инструмента, предназначенного для погружения в обсадную колонну или буровую трубу в стволе скважины, и отделения верхней части обсадной колонны от нижней части обсадной колонны путем разрезания обсадной колонны изнутри, причем инструмент вытянут в продольном направлении и содержит:
- корпус инструмента, имеющий первую часть корпуса и вторую часть корпуса;
- режущий кронштейн, соединенный с возможностью поворота с первой частью корпуса и имеющий режущую кромку в первом конце, причем упомянутый кронштейн выполнен с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса инструмента:
- узел активации кронштейна, предназначенный для перемещения режущего кронштейна между втянутым положением и выдвинутым положением: и
- вращаемый вал, расположенный во второй части корпуса и соединенный с первой частью корпуса для обеспечения вращения режущего кронштейна:
причем узел активации кронштейна содержит;
- корпус поршня, расположенный в первой части корпуса и содержащий камера поршня; и
- поршневой элемент, расположенный внутри камеры поршня и находящийся во взаимодействии с режущим кронштейном для перемещения режущего кронштейна между втянутым положением и выдвинутым положением, причем поршневой элемент выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении скважинного инструмента и имеет первую поверхность поршня и вторую поверхность поршня, при этом поршневой элемент выполнен с возможностью прикладывать  беспечивающее выдвижение усилие к режущему кронштейну путем приложения гидравлического давления к первой поверхности поршня и перемещения поршня в первом направлении.
Соответственно, может быть получена возможность отделения верхней части обсадной колонны от нижней части обсадной колонны путем разрезания обсадной колонны изнутри без использования взрывчатых веществ.
В варианте осуществления первая часть корпуса и вторая часть корпуса могут быть соединены с возможностью вращения, при этом вращаемый вал может быть расположен с возможностью вращения во второй части корпуса и соединен с первой частью корпуса для обеспечения вращения первого корпуса и режущего кронштейна относительно второй части корпуса.
Под кронштейном, выполненным с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением понимается втянутое положение и выдвинутое положение относительно осевого расположения корпуса инструмента.
В другом варианте осуществления изобретения скважинный труборезный инструмент может быть погружаемым в обсадную колонну в скважине посредством кабеля или посредством трубопровода, например колонны гибких труб, или буровой трубы.
Кроме того, скважинный труборезный инструмент может представлять собой кабельный инструмент, погружаемый в скважину посредством кабеля.
В одном варианте осуществления изобретения камера поршня может быть разделена на первую секцию камеры и вторую секцию камеры, при этом гидравлическое давление, действующее на первую поверхность поршня и перемещающее поршень в первом направлении, может прикладываться в первой секции камеры.
В другом варианте осуществления изобретения гидравлическое давление может прикладываться во второй секции камеры для перемещения поршня во втором направлении, противоположном первому направлению.
В еще одном варианте осуществления изобретения камера может быть разделена поршнем.
Кроме того, камера может быть разделена перегородкой корпуса поршня, через которую проходит поршневой элемент.
Помимо этого, вторая камера может иметь канал, обеспечивающий вхождение скважинной текучей среды во вторую камеру при перемещении поршневого элемента в первом направлении.
Дополнительно в канале может быть расположен клапан. Кроме того, в первой части корпуса может быть расположен пружинный элемент, прикладывающий усилие пружины для перемещения поршневого элемента во втором направлении, противоположном первому направлению.
Помимо этого, указанный пружинный элемент может быть расположен во второй секции камеры.
Дополнительно пружинный элемент может представлять собой цилиндрическую пружину, окружающую части поршневого элемента.
В одном варианте осуществления изобретения поршневой элемент может иметь углубление, взаимодействующее со вторым концом режущего кронштейна.
Также углубление может представлять собой круговое углубление.
В одном варианте осуществления изобретения поршневой элемент может быть расположен коаксиально в корпусе инструмента.
В другом варианте осуществления изобретения режущий кронштейн может выдвигаться в радиальном направлении из корпуса инструмента.
В еще одном варианте осуществления изобретения скважинный труборезный инструмент может содержать множество режущих кронштейнов, предпочтительно три режущих кронштейна.
Кроме того, скважинный труборезный инструмент согласно изобретению может содержать секцию анкерного крепления, предназначенную для анкерного крепления второй части корпуса в обсадной колонне.
Помимо этого, секция анкерного крепления может активироваться гидравлическим способом.
В одном варианте осуществления изобретения режущий кронштейн в поперечном сечении может иметь кромку, образующую самую дальнюю от центра точку кронштейна, когда кронштейн находится в выдвинутом положении, при этом режущая кромка может быть расположена у кромки режущего кронштейна, образуя кромку режущего кронштейна.
В другом варианте осуществления изобретения инструмент может содержать поворотное соединение, расположенное между первой частью корпуса и второй частью корпуса.
Также, скважинный труборезный инструмент согласно изобретению может содержать редукторную секцию.
Дополнительно, скважинный труборезный инструмент согласно изобретению может содержать вращательный модуль, например электрический двигатель или лопастное колесо с гидравлическим приводом.
Скважинный труборезный инструмент может дополнительно содержать редукторную секцию.
В одном варианте осуществления изобретения редукторная секция может быть расположена между вращательным модулем и режущим кронштейном.
Кроме того, редукторная секция может быть расположена между вращательным модулем и вращаемым валом.
Помимо этого, редукторная секция может быть расположена между вращаемым валом и режущим кронштейном.
В одном варианте осуществления изобретения режущий кронштейн может иметь L-образную форму, образующую пяточную часть, и может быть соединен с возможностью поворота вокруг точки поворота, расположенной в пяточной части.
Дополнительно, режущий кронштейн может иметь центральную ось и совершать вращение вокруг центральной оси.
Помимо этого, режущий кронштейн может совершать вращение вокруг продольной оси инструмента, а также вокруг центральной оси.
Кроме того, режущий кронштейн может содержать наружный рукав, через который проходит вал кронштейна, причем вал кронштейна присоединен к вращаемому валу и прикреплен к вращаемой режущей головке для передачи вращательного усилия к режущей головке.
Благодаря наличию вращаемой режущей головки на режущем кронштейне, перемещаемом вдоль внутренней поверхности обсадной колонны или буровой трубы, режущая головка выполняет операцию, которую можно назвать как попутное фрезерование. Такое решение улучшает способность скважинного труборезного инструмента прорезать обсадную колонну или бурильную трубу. Кроме того, такое решение уменьшает вероятность возникновения потери скорости скважинного труборезного инструмента, если режущий кронштейн застревает, или происходит его заедание во время прорезания обсадной колонны или бурильной трубы. Это обусловлено тем, что движение резания обеспечивается не только благодаря вращению режущего кронштейна вокруг центральной оси скважинного труборезного инструмента, но также и благодаря вращению режущей головки самого режущего кронштейна. Таким образом, режущая головка может совершать вращение при скорости, отличной от скорости режущего кронштейна, что уменьшает вероятность снижения скорости вращения режущего кронштейна вокруг центральной оси инструмента.
В одном варианте осуществления изобретения режущая кромка может быть выполнена на режущей головке.
Скважинный труборезный инструмент может дополнительно содержать редукторный узел, выполненный в первой части корпуса, при этом вращаемый вал присоединен к первой шестерне редукторного узла, а вал кронштейна присоединен ко второй шестерне редукторного узла с обеспечением тем самым передачи вращательного усилия от вращаемого вала к режущей головке через вал кронштейна.
В одном варианте осуществления изобретения передаточное отношение редукторного узла может быть равно 1:1.
Кроме того, редукторный узел может представлять собой планетарный редуктор, при этом вращаемый вал присоединен к центральной шестерне редукторного узла, а вал кронштейна присоединен к планетарной шестерне редукторного узла, с обеспечением тем самым передачи вращательного усилия от вращаемого вала к режущей головке через вал кронштейна.
Помимо этого, вал кронштейна может содержать первую часть вала и вторую часть вала, взаимосвязанные двойным карданным шарниром для передачи вращательного усилия от первой части вала ко второй части вала.
Дополнительно, первая часть вала и вторая часть вала могут быть соединены посредством универсального шарнира.
Скважинный труборезный инструмент может дополнительно содержать вращаемый рукав, выполненный вокруг вращаемого вала, причем первая часть корпуса приводится во вращение посредством вращаемого рукава.
Помимо этого, двигатель может обеспечивать вращение вращаемого вала и вращаемого рукава.
В другом варианте осуществления изобретения режущая кромка может содержать множество режущих пластин.
В еще одном варианте осуществления изобретения режущая кромка выполнена из карбида вольфрама.
Дополнительно режущие пластины могут быть расположены по меньшей мере слоями.
Кроме того, скважинный труборезный инструмент согласно изобретению может содержать насос для создания гидравлического давления, причем насос расположен с возможностью вращения внутри корпуса инструмента с обеспечением тем самым вращения гидравлического насоса наряду с первой частью корпуса и режущим кронштейном.
В варианте осуществления изобретения скважинный труборезный инструмент может дополнительно содержать насос для создания гидравлического давления для перемещения режущего кронштейна между втянутым положением и выдвинутым положением, при этом насос расположен внутри корпуса инструмента.
Кроме того, скважинный труборезный инструмент может содержать насос для создания гидравлического давления для перемещения режущего кронштейна между втянутым положением и выдвинутым положением, при этом насос расположен внутри второго корпуса инструмента.
Помимо этого, скважинный труборезный инструмент может содержать насос, расположенный в инструменте, для создания гидравлического давления для перемещения режущего кронштейна между втянутым положением и выдвинутым положением, и содержащий двигатель, расположенный в инструменте, для приведения в действие насоса и обеспечения вращения вращаемого вала, причем двигатель получает электроэнергию через кабель.
Кроме того, скважинный труборезный инструмент может дополнительно содержать секцию анкерного крепления для анкерного крепления второй части корпуса в обсадной колонне.
Дополнительно, секция анкерного крепления может содержать два соединенных с возможностью поворота анкерных кронштейнов, причем один анкерный кронштейн соединен с возможностью поворота со второй частью корпуса, а второй анкерный кронштейн соединен с возможностью поворота с рукавом поршня, который выполнен с возможностью скольжения внутри второй части корпуса.
Наконец, анкерные кронштейны могут иметь зазубренный конец, обращенный к внутренней поверхности обсадной колонны при выдвинутом положении.
Помимо этого, насос может приводиться в действие посредством электрического двигателя, получающего электроэнергию через кабель.
Кроме того, корпус инструмента может содержать каналы для соединения с возможностью передачи текучей среды насоса и камеры поршня.
Наконец, изобретение относится к скважинной системе, содержащей:
- скважинный труборезный инструмент согласно изобретению; и
- приводной модуль, предназначенный для продвижения скважинного труборезного инструмента вперед в обсадной колонне.
В варианте осуществления изобретения приводной модуль может представлять собой самодвижущийся модуль, выполненный с возможностью собственного продвижения и продвижения скважинного труборезного инструмента вперед в скважине.
Кроме того, приводной модуль может содержать колеса, расположенные на колесных кронштейнах, выполненных с возможностью выдвижения из корпуса инструмента так, что колеса входят в контакт с внутренней поверхностью скважины.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые не ограничительные варианты осуществления изобретения, и на которых:
на фиг. 1 показана скважинная система, содержащая скважинный труборезный инструмент,
на фиг. 2 изображен вид в поперечном разрезе скважинного труборезного инструмента, в котором режущий кронштейн расположен в его выдвинутом положении,
на фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе другого варианта осуществления скважинного труборезного инструмента, в котором режущий кронштейн расположен в его выдвинутом положении,
на фиг. 4 изображен вид в поперечном разрезе другого варианта осуществления скважинного труборезного инструмента, в котором режущий кронштейн расположен в его выдвинутом положении,
на фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе другого варианта осуществления скважинного труборезного инструмента, содержащего вращаемую режущую головку, и
на фиг. 6 изображен вид в поперечном разрезе секции анкерного крепления скважинного труборезного инструмента.
Все чертежи являются очень схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для объяснения данного изобретения, другие части не показаны или показаны без объяснения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан скважинный труборезный инструмент 1, предназначенный для погружения в обсадную колонну 2 или бурильную трубу 2, расположенную в скважине 3, в случае, если обсадная колонна или бурильная труба застряла в скважине. Погружение инструмента выполняют для отделения верхней части 4 от нижней части 5 обсадной колонны или бурильной трубы путем разрезания обсадной колонны изнутри посредством режущей кромки 10, расположенной на выдвинутом режущем кронштейне 9. Как показано на фиг. 1, скважинный труборезный инструмент 1, содержащийся в скважинной системе, имеющей секцию 19 электроники для управления подачей электричества перед его направлением к вращательному модулю, например электрическому двигателю 20, приводящему в действие гидравлический насос 21. Скважинная система дополнительно содержит секцию 22 анкерного крепления и редукторную секцию 23. Скважинный труборезный инструмент 1 погружают в обсадную колонну, при этом анкерная секция 22 скважинной системы активируется гидравлическим способом для анкерного крепления второй части 8 корпуса инструмента системы относительно обсадной колонны 2. Двигатель получает электроэнергию через кабель 24 и секцию 19 электроники и приводит в действие насос, а также вращает вращаемый вал 12, предназначенный для вращения режущего кронштейна 9 для отделения верхней части 4 от нижней части 5 обсадной колонны 2. Таким образом, скважинный труборезный инструмент 1 погружают в скважину или обсадную колонну посредством только кабеля, например, вместе с линией энергоснабжения другого типа, например волоконно-оптической линией, а не посредством трубопровода, например, колонны гибких труб, бурильной трубы или подобной им системы трубопроводов.
Как показано на фиг. 2, скважинный труборезный инструмент 1 содержит корпус 6 инструмента, имеющий первую часть 7 корпуса и вторую часть 8 корпуса, и режущий кронштейн 9, соединенный с возможностью поворота с первой частью корпуса и имеющий режущую кромку 10 на первом конце. Кронштейн выполнен с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса инструмента. На фиг. 2 кронштейн показан в его выдвинутом положении. Инструмент дополнительно содержит узел 11 активации кронштейна, предназначенный для перемещения режущего кронштейна 9 между втянутым положением и выдвинутым положением. Вращаемый вал 12, проходит через вторую часть 8 корпуса и соединен с первой частью корпуса, и образует ее часть, для обеспечения вращения режущего кронштейна.
Узел 11 активации кронштейна содержит корпус 13 поршня, расположенный в первой части 7 корпуса и содержащий камеру 14 поршня. Поршневой элемент 15 расположен внутри камеры поршня и взаимодействует с режущим кронштейном 9 с обеспечением тем самым перемещения режущего кронштейна 9 между втянутым положением и выдвинутым положением. Поршневой элемент 15 выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении скважинного труборезного инструмента и имеет первую поверхность 16 поршня и вторую поверхность 17 поршня. Гидравлическая текучая среда из насоса нагнетается в первую секцию 25 камеры 14 через первый канал 18 для текучей среды с приложением тем самым гидравлического давления на первую поверхность 16 поршня, при этом поршень перемещается в первом направлении с приложением обеспечивающего выдвижение усилия на режущий кронштейн 9.
Когда режущий кронштейн выдвинут для прижатия к внутренней поверхности обсадной колонны или бурильной трубы и одновременно приведен во вращение посредством двигателя через вращаемый вал, то режущая кромка 10 может выполнять сквозное разрезание обсадной колонны или бурильной трубы. Соответственно, достигается возможность отделения верхней части обсадной колонны от нижней части обсадной колонны путем разрезания обсадной колонны изнутри без использования взрывчатых веществ.
Как показано на фиг. 2, вращаемый вал 12 обеспечивает подачу текучей среды к первой секции 25 камеры 14. Текучая среда, поступающая из насоса, подается к валу 12 через круговое углубление 27, соединенное с возможностью передачи текучей среды со вторым каналом 28 для текучей среды, расположенным во второй части 8 корпуса. Таким образом, текучая среда, поступающая из второго канала 28 для текучей среды, распределяется в круговом углублении 27 так, что во время вращения насос всегда обеспечивает подачу текучей среды под давлением в первый канал 18 для текучей среды вращаемого вала 12. Круговое углубление 27 с обеих сторон уплотнено посредством круговых уплотнений 29, например, уплотнительными кольцами.
Поршневой элемент 15 перемещается в продольном направлении инструмента 1 внутри камеры поршня и разделяет камеру на первую секцию 25 камеры и вторую секцию 26 камеры. Когда поршневой элемент перемещается в первом направлении, то происходит сжатие пружинного элемента 40, примыкающего ко второй поверхности 17 поршня, противоположной первой поверхности 16 поршня. Так как происходит сжатие пружинного элемента, а также второй секции поршня, то текучая среда, находящаяся в ней, выходит через четвертый канал 44, соединенный с возможностью передачи текучей среды с первым каналом 18. Таким образом, пружинный элемент, представляющий собой цилиндрическую пружину, окружающую часть поршневого элемента, расположенного во второй секции 26 камеры, сжимается между второй поверхностью 17 поршня и камерой 14 поршня. Поршневой элемент имеет первый конец 30, выходящий из корпуса 13 поршня и взаимодействующий с режущим кронштейном за счет наличия кругового углубления 31, в которое проходит второй конец 32 режущего кронштейна. Второй конец режущего кронштейна закруглен для возможности совершать вращение в углублении. Режущий кронштейн соединен с первым корпусом с возможностью поворота вокруг точки 33 поворота. Другим, вторым концом 34 поршневого элемента поршневой элемент проходит в вал 12. При перемещении поршневого элемента в первом направлении образуется промежуток 45 между вторым концом 34 поршневого элемента и валом. Данный промежуток 45 связан с возможностью передачи текучей среды со скважинной текучей средой через третий канал 35, показанный пунктирной линией. Таким образом, поршень не должен преодолевать давления среды, окружающей инструмент в скважине. Второй конец 34 поршневого элемента снабжен двумя круговыми уплотнениями 36 для изоляции камеры поршня от грязной скважинной текучей среды.
Когда процесс резания завершен и обсадная колонна или бурильная труба разделена на верхнюю и нижнюю часть, то к первому каналу больше не прикладывается гидравлическое давление от насоса, при этом пружинный элемент продвигает поршневой элемент 15 во втором направлении, противоположном первому направлению вдоль продольного направления 37 инструмента, как показано на фиг. 2.
В поперечном разрезе видно, что режущий кронштейн имеет кромку 38, образующую крайнюю точку кронштейна, когда кронштейн находится в его выдвинутом положении, при этом режущая кромка 10 расположена у данной кромки и образует кромку, так что режущая кромка представляет собой первую часть режущего кронштейна, которая примыкает к внутренней поверхности обсадной колонны или бурильной трубы. Таким образом, можно выполнить разделение изнутри обсадной колонны или бурильной трубы. Как показано в поперечном разрезе на фиг. 2, режущий кронштейн перемещается таким образом из втянутого положения, в котором первая часть 39 кронштейна расположена, по существу, параллельно продольному направлению инструмента, к выдвинутому положению, в котором первая часть 39 кронштейна расположена под углом х к продольному направлению инструмента. Соответственно, режущий кронштейн выдвигается в радиальном направлении из кругового корпуса инструмента. Как показано в виде в поперечном разрезе на фиг. 2, режущий кронштейн имеет L-образную форму, образующую пяточную часть 50, и соединен с возможностью поворота вокруг точки 33 поворота, расположенной в пяточной части. Таким образом, режущий кронштейн имеет первый конец с режущей кромкой и второй конец, взаимодействующий с поршневым элементом. Между первым и вторым концами, в точке поворота, через отверстие 42 в режущем кронштейне проходит штырь 41.
На чертежах с иллюстративно целью показано, что скважный труборезный инструмент содержит только один режущий кронштейн. Однако в другом варианте осуществления инструмент имеет три режущих кронштейна, расположенных под углом 120° относительно друг друга.
Поршневой элемент расположен, по существу, коаксиально в корпусе инструмента и имеет два круговых уплотнения 43, например кольцевые уплотнения.
Как показано на фиг. 3, поршневой элемент разделяет камеру поршня на первую секцию камеры и вторую секцию камеры, однако, камера также разделена перегородкой 46 корпуса поршня, через которую проходит поршневой элемент. Камера разделена на третью секцию 47 камеры, в которой расположен пружинный элемент. Таким образом, пружинный элемент сжат между перегородкой 46 и второй частью 48 поршня, расположенной в конце части поршня, проходящей через перегородку 46.
Как показано на фиг. 3, гидравлическое давление прикладывается во второй секции камеры через четвертый канал 44 с перемещением поршневого элемента во втором направлении, противоположном первому направлению. Таким образом, пружинный элемент служит в качестве меры предосторожности, если инструмент выйдет из строя, при этом, когда пружинный элемент продвигает режущий кронштейн внутрь к его втянутому положению, то гидравлическое давление больше не прикладывается, и инструмент может быть извлечен из скважины.
Как показано на фиг. 3, режущая кромка снабжена множеством режущих пластин так, что при износе одной пластины следующая пластина будет готова для дальнейшего врезания в стенку обсадной колонны или буровой трубы.
Как показано на фиг. 4, камера поршня разделена перегородкой 46 корпуса поршня на первую секцию 25 камеры и вторую секцию 26 камеры, при этом поршневой элемент проходит через перегородку. Поршневой элемент имеет первую часть 50 поршня, расположенную с одной стороны перегородки 46, и вторую часть 48 поршня, расположенную с другой стороны перегородки 46. Первая часть поршневого элемента и перегородка 46 вместе с корпусом поршня образуют первую секцию 25 камеры, а вторая часть поршневого элемента и перегородка 46 вместе с корпусом поршня образуют вторую секцию 26 поршня. Пружинный элемент 40 расположен во второй секции камеры и, соответственно, сжат между перегородкой 46 и второй частью 48 поршня.
На фиг. 5 показан другой вариант осуществления скважинного труборезного инструмента 1. Как и в вышеописанных вариантах, скважинный труборезный инструмент 1 содержит корпус 6 инструмента, имеющий первую часть 7 корпуса и вторую часть 8 корпуса, и режущий кронштейн 9, соединенный с возможностью поворота с первой частью корпуса и имеющий режущую кромку 10 на первом конце. Кронштейн 9 выполнен с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса инструмента. Данный вариант осуществления изобретения отличается от вышеописанных вариантов тем, что режущий кронштейн 9 содержит вращаемую режущую головку 110, выполненную с возможностью вращения вокруг центральной оси 51 режущего кронштейна, Таким образом, режущий кронштейн 9 приводится во вращение вокруг центральной оси 52 скважинного труборезного инструмента и вытянут в продольном направлении 37 скважинного труборезного инструмента 1 с одновременным вращением режущей головки 110. Соответственно, режущий кронштейн 9 приводится во вращение при одной скорости вращения вокруг центральной оси 52 скважинного труборезного инструмента, а режущая головка приводится во вращение при другой скорости вращения вокруг центральной оси 51 режущего кронштейна. Таким образом, режущая головка приводится во вращение вокруг ее собственной центральной оси 51 с одновременным вращением вокруг центральной оси 52 инструмента.
Для вращения вращаемой режущей головки 110 скважинный труборезный инструмент 1 содержит вращаемый вал 12, приводимый во вращение посредством двигателя 20. Вращаемый вал 12 проходит через вторую часть 8 корпуса и первую часть 7 корпуса, при этом в первой части корпуса вращаемый вал обеспечивает передачу крутящего момента к редукторному узлу 53 с обеспечением тем самым вращения вращаемой режущей головки. Для перемещения режущего кронштейна 9 между втянутым положением и выдвинутым положением скважинный труборезный инструмент 1 содержит узел 111 активации кронштейна.
Редукторный узел содержит первую шестерню 531, вращаемую вращаемым валом 12, и вторую шестерню 532, к которой присоединена вращающаяся режущая головка 110, При приведении вращаемым валом во вращение первой шестерни 531 вторая шестерня 532 совершает вращение вокруг ее собственной оси для приведения во вращение вращаемой режущей головки 100. Вращение режущего кронштейна 9 вокруг центральной оси 52 скважинного труборезного инструмента обеспечивается посредством вращения первой части 7 корпуса. Соответственно, вторая часть 8 корпуса удерживается в неподвижном состоянии во время вращения первой части 7 корпуса. Первая часть 7 корпуса приводится во вращение посредством вращаемого рукава 54, выполненного вокруг вращаемого вала 12. При этом двигатель 20 обеспечивает вращение вращаемого рукава 54. Взаимное вращение вращаемого вала и вращаемого рукава адаптировано для обеспечения необходимого вращения режущего кронштейна 9 вкруг его собственной оси 51, а также вокруг центральной оси 52 скважинного труборезного инструмента.
В одном варианте осуществления изобретения количество зубьев на первой шестерне и на второй шестерне редукторного узла является одинаковым, так что его передаточное отношение равно 1:1. В альтернативном варианте, количество зубьев на второй шестерне может превышать количество зубьев на первой шестерне с обеспечением тем самым понижающей передачи.
В альтернативном варианте осуществления изобретения редукторный узел может представлять собой планетарный редуктор, содержащий центральную шестерню 531, вращаемую вращаемым валом 12, и планетарную шестерню 532, к которой присоединена вращаемая режущая головка 110. Когда центральная шестерня 531 приводится во вращение вращаемым валом, то планетарная шестерня 532 совершает вращение вкруг ее собственной оси для приведения во вращение вращаемой режущей головки 100. Зубчатая передача между вращаемым валом и режущим кронштейном может быть выполнена несколькими другими способами без выхода за пределы объема правовой охраны изобретения.
Режущий кронштейн 9 содержит наружный рукав 56 и вал 57 кронштейна, соединенный с вращаемой режущей головкой, расположенной внутри наружного рукава для передачи вращающего момента от второй шестерни 532 к вращаемой режущей головке. Вращаемая режущая головка снабжена режущей кромкой 10. Режущий кронштейн вторым концом, противоположным режущей кромке, соединен с возможностью вращения с первой частью 7 корпуса посредством шарового шарнира 133. Вал 57 кронштейна выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси 51 и содержит первую часть 571 вала и вторую часть 572 вала. Первая часть 571 вала присоединена ко второй шестерне редукторного узла и, таким образом, вращается соответственно. Кроме того, первая часть 571 вала присоединена ко второй части 572 вала посредством двойного карданного шарнира 573 для передачи вращательного усилия от одной части вала к другой, когда режущий кронштейн находится в выдвинутом положении. В еще одном варианте осуществления изобретения первая часть вала может быть, как альтернативный вариант, присоединена ко второй части вала посредством одинарного карданного шарнира, известного также как универсальный шарнир, U-образный шарнир и так далее. Таким образом, когда режущий кронштейн перемещается в выдвинутое положение, то вращательное усилие передается от второй шестерни через вал кронштейнов к вращаемой режущей головке.
Узел 111 активации кронштейна содержит корпус 113 поршня, расположенный в первой части 7 корпуса и содержащий камеру 114 поршня. Поршневой элемент 115 расположен внутри камеры поршня и взаимодействует с активационным элементом 55, адаптированным для перемещения режущего кронштейна 9 между втянутым положением и выдвинутым положением. Поршневой элемент 115 выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении скважинного труборезного инструмента и имеет первую поверхность 116 поршня. В камеру 114 через первый канал 118 для текучей среды из гидравлического насоса 21 нагнетают гидравлическую текучую среду, создающую гидравлическое давление на первую поверхность 116 поршня. Поршень перемещается в первом направлении, и поршневой элемент создает обеспечивающее выдвижение усилие на режущий кронштейн 9. Когда поршневой элемент перемещается в первом направлении, то пружинный элемент 140, примыкающий к активационному элементу 55, подвергается сжатию. Для втягивания режущего кронштейна из выдвинутого положения (показанного пунктирной линией) прекращают подачу гидравлической текучей среды в камеру 114 поршня, при этом пружинный элемент 140 продвигает поршневой элемент 115 во втором направлении, противоположном первому направлению, вдоль продольного направления 37 инструмента.
Пружинный элемент 140 также может быть расположен внутри корпуса 113 поршня, обеспечивая тем самым усилие, втягивающее режущий кронштейн. Когда поршневой элемент перемещается в первом направлении, то пружинный элемент 140 подвергается сжатию в корпусе поршня. Для втягивания режущего кронштейна из выдвинутого положения подачу гидравлической текучей среды к камере 114 поршня прекращают, при этом пружинный элемент 140 продвигает поршневой элемент 115 во втором направлении, противоположном первому направлению, вдоль продольного направления 37 инструмента.
В альтернативном варианте, во второй части 8 корпуса предусмотрен гидравлический насос 21, прикрепленный к вращаемому рукаву 54 с обеспечением тем самым вращения гидравлического насоса вместе с вращаемым рукавом, при этом первая часть 7 корпуса и режущий кронштейн совершают вращение относительно центральной оси 52 скважинного труборезного инструмента.
Как показано на фиг. 5, активационный элемент 115 имеет форму L-образного профиля, первый конец 551 которого взаимодействует с выточкой 561 в наружном рукаве режущего кронштейна 9. Первый конец 551 активационного элемента закруглен для возможности вращения выточки 561 вокруг первого конца 551, когда режущий кронштейн перемещается в выдвинутое положение. Специалисту в области техники очевидно, что узел активации кронштейна может быть сконструирован с использованием различных других принципов без выхода за пределы объема правовой охраны данного изобретения. Активационный элемент может быть адаптирован для обеспечения перемещения режущего кронштейна только из втянутого положения в выдвинутое положение. Соответственно, пружинный элемент 140 может быть адаптирован для создания втягивающего усилия, приложенного непосредственно к режущему кронштейну для перемещения режущего кронштейна из выдвинутого положения к втянутому положению.
Таким образом, когда режущий кронштейн находится в выдвинутом положении и прижат к внутренней поверхности обсадной колонны или буровой трубы, то одновременное вращение режущего кронштейна вокруг оси 52 и вращаемой режущей головки вокруг оси 51 обеспечивает возможность разрезания обсадной колонны или буровой трубы. Таким образом, первая часть обсадной колонны или буровой трубы, расположенной выше режущей головки, отделяется от второй части обсадной колонны или буровой трубы, расположенной ниже режущей головки.
В другом варианте осуществления изобретения скважинный труборезный инструмент 1 может содержать более одного режущего кронштейна, например три режущих кронштейна выполненных с возможностью выдвижения из корпуса инструмента вдоль его периферии. В данном варианте осуществления изобретения каждый из режущих кронштейнов прикреплен к планетарной шестерне планетарного редуктора, при этом режущие кронштейны приводятся во вращение посредством центральной шестерни. Соответственно, скважинный труборезный инструмент 1 содержит три активационных элемента 115, выполненных с возможностью перемещения каждого режущего кронштейна между втянутым положением и выдвинутым положением.
На фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе альтернативного варианта реализации секции 22 анкерного крепления, отличной от секции анкерного крепления, показанной на фиг. 1, предназначенной для анкерного крепления второй части 8 корпуса инструмента относительно обсадной колонны 2. Система 22 анкерного крепления содержит множество анкеров 221, которые могут быть выдвинуты из второй части 8 корпуса, как показано на фиг. 6. Каждый из анкеров 221 содержит два анкерных кронштейна 222, 223, соединенных с возможностью поворота у первой точки 230 поворота. При этом первый анкерный кронштейн 222 соединен с возможностью поворота со второй частью 8 корпуса у второй точки 231 поворота, а второй анкерный кронштейн 223 соединен с возможностью поворота с рукавом 224 поршня, выполненным в отверстии 226 во второй части 8 корпуса вокруг вращаемого вала 12. Таким образом, рукав 224 поршня представляет собой кольцевой поршень. Рукав 224 поршня находится под воздействием пружинного элемента 225, служащего в качестве системы безопасности, обеспечивающей втягивание множества анкеров 221 для возможности извлечения инструмента в случае нарушения электропитания или возникновения другой поломки. Как показано на фиг. 6, анкеры 221 находятся в выдвинутом положении, при этом пружинный элемент 225 сжат рукавом поршня, продвинутым в первом направлении от режущего кронштейна гидравлической текучей средой, подаваемой под давлением к камере 228 поршня и воздействующей тем самым на поверхность 227 поршня рукава 224 поршня. При прекращении подачи гидравлической текучей среды давление, действующее на поверхность 227 поршня, уменьшается, при этом пружинный элемент смещает рукав поршня во втором направлении, противоположном первому направлению с обеспечением тем самым втягивания анкеров 221.
Подачу гидравлической текучей среды, смещающей рукав 224, обеспечивает гидравлическая система, обособленная от гидравлической системы, используемой для создания гидравлического давления для перемещения режущего кронштейна между втянутым положением и выдвинутым положением. При использовании двух обособленных гидравлических систем режущий кронштейн и анкеры могут приводиться в действие независимо друг от друга. Например, режущий кронштейн может быть втянут при возникновении проблем во время процесса резания, не оказывая при этом влияния на положение скважинного труборезного инструмента в скважине. Таким образом, скважинный труборезный инструмент остается в неподвижном состоянии в скважине, и для продолжения прерванной процедуры резания режущий кронштейн может быть выдвинут снова.
Если скважинный труборезный инструмент не может быть удержан в неподвижном состоянии во время втягивания режущего кронштейна, то возникает затруднение в определении исходного положения резания, при этом процедуру резания приходится начинать заново в новом положении. При необходимости начинать процедуру резания заново режущая кромка или резцы на выдвижном кронштейне могут истираться слишком сильно для того, чтобы режущий инструмент мог прорезать насквозь обсадную колонну в новом положении, соответственно, инструмент должен быть выведен из скважины для замены режущей кромки, режущей пластины или резцов режущего кронштейна, чтобы обеспечить возможность для прорезания всей обсадной колонны насквозь.
Для гарантии того, что скважинный труборезный инструмент не останется закрепленным в скважине вследствие нарушения электропитания или неисправности одной из гидравлических систем, гидравлическая система секции анкерного крепления содержит датчик времени, обеспечивающий регулирование подачи гидравлической текучей среды к камере 228 поршня. Когда режущий кронштейн втянут, то датчик времени регистрирует время истечения срока. В зависимости от конкретных рабочих параметров датчик времени может быть установлен для втягивание анкеров в любое время после втягивания режущего кронштейна, предпочтительно через 15-180 минут, более предпочтительно через 30-60 минут после втягивания режущего кронштейна. По истечении заданного времени датчик времени активирует клапан, регулирующий давление в камере 228 поршня. По мере активации клапана давление в камере поршня падает, и поршневой элемент 225 обеспечивает смещение рукава поршня для втягивания анкеров. Регулирующий клапан содержит аккумулятор, который может обеспечивать питание для активации клапана в случае отключения электроэнергии от режущего инструмента.
Анкерный кронштейн 222 имеет торцевую поверхность, обращенную к внутренней поверхности обсадной колонны, когда кронштейн находится в выдвинутом положении, снабженную зубцами для улучшения взаимодействия кронштейна 222 с внутренней поверхностью обсадной колонны.
Труборезный инструмент содержит второй насос для приведения в действия обособленной гидравлической системы для активации системы анкерного крепления. Таким образом, вал, вокруг которого вытянут рукав поршня, может иметь канал для текучей среды для подачи текучей среды для выдвижения режущего кронштейна.
Режущая кромка или режущая пластина выполнена из любого подходящего материала, например из карбида вольфрама.
Скважинная система может дополнительно содержать приводной модуль, например скважинный трактор, для продвижения скважинного труборезного инструмента вперед в обсадной колонне, как показано на фиг. 1. Приводной модуль содержит колеса 60, расположенные на колесных кронштейнах 61, выполненных с возможностью выдвижения из корпуса инструмента так, что колеса 60 входят в контакт с внутренней поверхностью 62 обсадной колонны 2.
Пружинный элемент 40 может представлять собой элемент любого типа, прикладывающий усилие пружины ко второй поверхности 17 поршня, например цилиндрическую пружину, винтовую пружину, сильфон, спиральную, пластинчатую, пневматическую или тарельчатую пружину. Тип пружины может использоваться для расчета подходящего усилия пружины, оказываемого на поршневой элемент, например постоянного усилия пружины или усилия пружины, которое увеличивается во время выдвижения кронштейна так, чтобы у крайнего положения кронштейна было получено наибольшее усилие пружины.
Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемый в скважине для добычи нефти или природного газа.
Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газового состава, присутствующий в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяного состава, например сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.
Хотя изобретение описано на примере предпочтительных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.