РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОЛОННЫ ТРУБ В СКВАЖИНЕ
DISCONNECTING DEVICE OF STRING IN WELL

Изобретение относится к противоаварийному инструменту, используемому в области бурения и эксплуатации скважин различного назначения, а именно к разъединительным устройствам гидромеханического действия, предназначенным для отсоединения свободной части колонны труб от прихваченной в скважине.
Известен разъединитель колонны труб в скважине, включающий телескопически соединенные корпус и шпиндель, подвижную полую втулку со сквозными окнами, ступенчатыми по высоте, фиксирующие вкладыши с наклонным выступом-зацепом в верхней части для взаимодействия с верхними торцами нижней части окон подвижной втулки и скошенными нижними торцами для взаимодействия с нижним торцом нижней части окон подвижной втулки, и бросовый запорный орган (Авт. свид. СССР №1477895, Е21В 17/06, опубл. 07.05.89, БИ №17).
Недостатком известного устройства является его ненадежность при разъединении колонны труб из-за сложности конструкции взаимодействующих между собой сквозных ступенчатых окон полой втулки и ответных выступов-зацепов фиксирующих вкладышей - даже при незначительном смещении втулки возможно заклинивание вкладышей.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является разъединительное устройство бурильной колонны, содержащее телескопически соединенные муфту и корпус, бросовый шар, фиксаторы в виде клиновидных составных вкладышей, размещенные соответственно в окнах муфты и проточках корпуса. Внутри муфты установлен подвижный полый поршень, наружная поверхность которого выполнена конусной для взаимодействия с фиксирующими элементами. Поршень зафиксирован в исходном положении от осевого перемещения срезным штифтом, а между муфтой и поршнем установлены уплотнительные кольца (Авт. свид. СССР №1062370, Е21В 17/06, oпубл. 23.12.83, БИ №47).
Недостатком известного разъединительного устройства является ограниченная область его применения, связанная с невозможностью использования при добыче нефти и при насосной эксплуатации скважин, так как это устройство может работать только с жидкостями высокой вязкости (буровые растворы). Если рабочим агентом является вода или нефтегазовая смесь, то разъединение устройства будет затруднено из-за прекращения движения поршня в связи с тем, что рабочий агент попадает в полость, где расположены составные вкладыши до того, как они выйдут из зацепления. Кроме того, действие избыточного давления рабочего агента способствует увеличению утечек по зазорам устройства, в связи с чем затруднено разъединение, что снижает надежность устройства.
Задачей изобретения является повышение надежности и расширение области применения устройства.
Поставленная задача решается тем, что в разъединительном устройстве колонны труб в скважине, содержащем телескопически соединенные муфту и корпус, фиксаторы, размещенные соответственно в окнах муфты и проточках корпуса, установленный внутри муфты подвижный полый поршень, зафиксированный в исходном положении от осевого перемещения стопорным элементом, уплотнительные кольца между муфтой и поршнем и бросовый шар, в муфте выполнены сквозные отверстия для циркуляции жидкости, перекрытые в транспортном положении поршнем или поршнем и корпусом, уплотнительные кольца установлены между верхним торцом поршня и отверстиями для циркуляции жидкости, поршень имеет выступ для фиксации фиксаторов в окнах муфты и расположенную над выступом проточку для освобождения фиксаторов из зацепления с корпусом при движении верхнего торца поршня до уплотнительных колец.
При этом стопорный элемент может быть выполнен в виде упругого кольцевого элемента, расположенного в проточке муфты.
Кроме того, стопорный элемент может быть выполнен в виде срезных элементов.
Выполнение в муфте сквозных отверстий для циркуляции жидкости позволяет осуществлять слив жидкости при подъеме, снижая тем самым поднимаемый вес и предотвращая вероятность отрыва поднимаемой части, что повышает надежность устройства.
Перекрытие сквозных отверстий в транспортном положении поршнем или поршнем и корпусом предотвращает попадание жидкости в разъединительное устройство, тем самым повышая надежность устройства.
Установка уплотнительных колец между верхним торцом поршня и отверстиями для циркуляции жидкости предотвращает попадание рабочего агента даже с низкой плотностью в разъединяемые части устройства до того момента, когда поршень дойдет до положения, при котором фиксаторы выйдут из зацепления, что увеличивает надежность устройства и позволяет использовать при эксплуатации скважин, расширяя область применения устройства.
Выступ на поршне для фиксации фиксаторов в окнах муфты предотвращает преждевременное расцепление фиксаторов с корпусом, а расположенная над выступом проточка для освобождения фиксаторов из зацепления с корпусом при движении верхнего торца поршня до уплотнительных колец создает условия разъединения корпуса и муфты еще до того, как жидкость попадет в отверстия для циркуляции, и, соответственно, нет необходимости в затрате усилий на расцепление фиксаторов. Это обеспечивает надежность соединения частей устройства в транспортном положении и надежность его рассоединения.
Выполнение стопорного элемента в виде упругого кольцевого элемента, расположенного в проточке муфты, или в виде срезных элементов обеспечивает возможность движения поршня под действием давления со стороны нагнетаемой жидкости и повышает надежность работы устройства.
На фиг.1 показано предлагаемое устройство с отверстиями для циркуляции жидкости, перекрытыми в транспортном положении поршнем, общий вид; на фиг.2 - то же, в момент рассоединения; на фиг.3, то же - корпус и муфта после рассоединения; на фиг.4 показан вариант предлагаемого устройства с отверстиями для циркуляции жидкости, перекрытыми в транспортном положении поршнем и корпусом; на фиг.5 - то же, в момент рассоединения; на фиг.6, то же - корпус и муфта после рассоединения.
Разъединительное устройство содержит корпус 1, телескопически соединенный с муфтой 2. В муфту 2 вставлен подвижный полый поршень 3 с седлом под бросовый шар 4. Поршень зафиксирован от осевого перемещения стопорным элементом в виде упругого кольцевого элемента 5, расположенного в проточке 6 муфты (на фиг.2) или в виде срезных элементов 7 (на фиг.4). В варианте, показанном на фиг.1, корпус 1 герметично соединен с муфтой 2 посредством уплотнительного элемента 8, а в варианте, показанном на фиг.4, корпус 1 герметично соединен с поршнем 3 посредством уплотнительного элемента 9. Корпус 1 имеет проточку 10, а в муфте выполнены окна 11 для размещения фиксаторов 12. Проточка 10 и фиксаторы 12 имеют скошенные торцы, обеспечивающие расцепление без заклинивания и предотвращающие возможность выпадения фиксаторов 12 наружу. В муфте 2 выполнены сквозные отверстия 13 для циркуляции жидкости после расцепления, перекрытые в транспортном положении поршнем 3 и корпусом 1 (на фиг.1) или поршнем 3 (на фиг.4). Между верхним торцом поршня 3 и отверстиями для циркуляции жидкости 13 установлено уплотнительное кольцо 14, герметизирующее соединение поршня 3 с муфтой 2. Поршень имеет выступ 15 для фиксации фиксаторов 12 в окнах 11 муфты и расположенную над выступом 15 проточку 16 для освобождения фиксаторов 12 из зацепления с корпусом 1 при движении верхнего торца поршня до уплотнительных колец 14. От перемещения вверх поршень 3 удерживается гайкой 17, вкручиваемой в муфту 2 (на фиг.1) или буртом 18 на внутренней поверхности муфты 2 (на фиг.4). Для того чтобы поршень 3 и бросовый шар 4 при подъеме не остались в корпусе 1, в варианте устройства, показанного на фиг.4, предусмотрен ограничитель 19.
Разъединительное устройство работает следующим образом.
В случае необходимости отсоединения свободной части колонны труб от прихваченной в скважине в колонну труб бросают бросовый шар 4, который устанавливается в седле поршня 3, который от перемещения вверх удерживается гайкой 17 (на фиг.1) или буртом 18 (на фиг.4). После этого в колонне нагнетанием жидкости создается давление, достаточное для того, чтобы бурт 20 на нижнем конце поршня 3 перескочил упругий кольцевой элемент 5, расположенный в проточке муфты 6 (на фиг.1), или верхний край проточки 16 срезал срезные элементы 7 (на фиг.4). Поршень 3 под действием давления начинает перемещаться вниз, при этом выступ 15 сдвигается с фиксаторов 12 и обеспечивает возможность их радиального перемещения из проточки 10 корпуса 1 через окна 11 в проточку 16 до того момента, как верхний торец поршня дойдет до уплотнительных колец 14. При этом корпус 1 освобождается от зацепления с муфтой 2. После этого натяжением колонны происходит расцепление муфты 2 и корпуса 1. Герметичность, обеспечиваемая уплотнительными элементами 8 (на фиг.1) и 9 (на фиг.4), нарушается. При натяжении открываются отверстия для циркуляции жидкости 13, что позволяет осуществлять слив жидкости при проведении подъемных операций. Ограничитель 19 (на фиг.4) при подъеме предотвращает выпадение поршня и бросового шара из муфты 2. На колонне после разъединения остаются все детали муфты, которые поднимают на поверхность. Дальнейшее извлечение аварийного оборудования производят стандартным ловильным инструментом для колонны труб.
Таким образом, предлагаемое разъединительное устройство позволяет расширить область его применения за счет обеспечения возможности работы с жидкостями различной плотности и повысить надежность разъединения колонны труб, прихваченных в скважине.