РАЗВАЛЬЦЕВАТЕЛЬ-КАЛИБРАТОР
EXPANDER-CALIBRATOR

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено, в частности, для развальцовывания и калибрования профильных труб при их установке в скважинах.
Известно «Устройство для развальцовки труб в скважине» (патент РФ №2235849, Е21В 29/10, опубл. Бюл. №25 от 10.09.2004 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики, установленные на осях, верхние концы которых закреплены в корпусе разъемно, а нижние установлены в опорах, размещенных в корпусе с помощью шарниров с возможностью поворота их в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и роликов, верхние концы осей роликов установлены в корпусе с радиальным зазором, а в центральном канале корпуса размещен гидравлический кольцевой поршень, подпружиненный в осевом направлении и имеющий толкатели, взаимодействующие с верхними концами осей роликов, при этом величина радиального зазора между корпусом и верхними концами осей роликов приблизительно равна разности диаметра скважины и внутреннего диаметра трубы после ее развальцовки.
Недостатками данного устройства являются:
- высокие требования к точности изготовления и взаимному расположению толкателей и осей роликов, т.к. ролики после вывода их в рабочее положение должны находиться на одной описанной окружности;
- узкие калибрующие поверхности роликов, обусловленные конструкцией устройства, что вынуждает развальцовывать трубы с малой скоростью подачи инструмента и увеличивает временные затраты;
- высокая вероятность создания аварийной ситуации связанная с заклиниванием во время подъема устройства из скважины, т.к. оси роликов не имеют жесткой фиксации в транспортном положении и устройство может цепляться за стенки скважины частями роликов.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является «Устройство для развальцовки труб» (патент РФ на полезную модель №65554, Е21В 29/10, опубл. Бюл. №22 от 10.08.2007 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики, установленные на осях и выполненные наборными из установленных расширяющимися последовательно вверх и бесступенчато друг над другом цилиндров с фасками, нижний конец оси соединен с корпусом с возможностью поворота в радиальной плоскости, а верхний конец оси выполнен с возможностью ограниченного перемещения внутрь, при этом верхний конец оси взаимодействует с толкателем, который выполнен в виде подпружиненного снизу вверх кольцевого поршня, герметично размещенного в корпусе с возможностью осевого перемещения, причем надпоршневая полость кольцевого поршня сообщена с центральным каналом.
Недостатками этого устройства являются:
- узкие калибрующие поверхности роликов, обусловленные конструкцией устройства, что вынуждает развальцовывать трубы с малой скоростью подачи инструмента и увеличивает временные затраты;
- высокая вероятность создания аварийной ситуации, связанная с заклиниванием во время подъема устройства из скважины, т.к. оси роликов не имеют жесткой фиксации в транспортном положении и устройство может цепляться за стенки скважины частями роликов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение установки профильного перекрывателя гарантированно впотай, уменьшение осевой нагрузки при калибровании, исключение аварийных ситуаций, увеличение ресурса и повышение надежности при работе и спуско-подъемных операциях устройства.
Техническая задача решается развальцевателем-калибратором, включающим корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики, установленные на осях и выполненные в виде цилиндров с фасками, верхние концы осей выполнены с возможностью ограниченного перемещения наружу при взаимодействии с конусной поверхностью кольцевого поршня, подпружиненного вверх и установленного в центральном канале корпуса с возможностью осевого перемещения, причем нижние концы осей вставлены во втулки.
Новым является то, что втулки вставлены в корпус с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу, причем втулки и верхние концы осей подпружинены внутрь корпуса, при этом кольцевой поршень снизу оснащен штоком, между штоком и центральным каналом ниже углублений размещен нижний кольцевой поршень с верхней конусной поверхностью, взаимодействующей с втулками, причем кольцевой поршень подпружинен от нижнего кольцевого поршня, центральный канал корпуса снизу снабжен сужением проходного сечения.
Кроме того, оси могут располагаться в корпусе таким образом, что верх каждой оси смещен по окружности вперед по ходу вращения устройства относительно низа оси, а в местах контакта с роликами оси могут снабжаться износостойкими вставками. Также втулки и оси могут быть выполнены симметричными относительно своих осей.
На фиг.1 изображен развальцеватель-калибратор в транспортном положении (разрез), на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - развальцеватель-калибратор при развальцовке и калибровании труб в скважине.
Развальцеватель-калибратор (фиг.1) состоит из корпуса 1 с центральным каналом 2, резьб 3 для соединения со скважинным оборудованием и углублениями 4 на наружной поверхности, в которых размещены ролики 5, установленные на осях 6. Ролики 5 имеют цилиндрическую калибрующую поверхность 7 с заходными фасками 8. Верхние концы 9 осей 6 закреплены с помощью продольного выступа 10 в углублениях 4 корпуса 1 с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу при взаимодействии с конусной поверхностью 11 кольцевого поршня 12. Кольцевой поршень 12 выполнен, благодаря пружине 13, подпружиненным вверх и установлен в центральном канале 2 корпуса 1 с возможностью осевого перемещения. Нижние концы 14 осей 6 вставлены во втулки 15 так, что оси 6 с роликами 5 можно извлекать из втулок 15 в случае их замены.
При этом втулки 15 закреплены благодаря продольному выступу 16 в углублениях 4 корпуса 1 с возможностью ограниченного радиального перемещения наружу. Втулки 15 и верхние концы 9 осей 6, с целью гарантированного возврата роликов 5 в транспортное положение, подпружинены внутрь корпуса 1 с помощью пружин 17. Кольцевой поршень 12 снизу оснащен штоком 18, между ним и центральным каналом 2 корпуса 1 ниже углублений 4 размещен нижний кольцевой поршень 19 с верхней конусной поверхностью 20, взаимодействующей с втулками 15. Причем кольцевой поршень 12 с помощью пружины 13 подпружинен от нижнего кольцевого поршня 19. Центральный канал 2 корпуса 1 для обеспечения перепада давления, необходимого для перемещения поршней 12 и 19 при работе устройства, снизу снабжен сужением проходного сечения в виде насадки 21.
Кроме того, оси 6, с целью увеличения эффекта «ввинчивания» (внедрения роликов 5 (фиг.3) в раздаваемую трубу 22 (фиг.1) по винтовой линии), расположены в корпусе 1 (фиг.3) таким образом, что верхние концы 9 каждой оси 6 смещены на угол α по окружности вперед по ходу вращения устройства относительно нижних концов 14 осей 6. В местах контакта с роликами 5 (фиг.1) оси 6, с целью увеличения ресурса, снабжены износостойкими вставками 23. Для обеспечения повторного использования в случае неравномерного износа вставок 23 (изнашиваются, как правило, верхние стороны вставок 23, больше воспринимающие нагрузки от работающих роликов 5) втулки 15 и оси 6 выполнены симметричными относительно своих осей.
Развальцеватель-калибратор работает следующим образом.
В предварительно расширенный интервал 24 (зона осложнения бурения) скважины 25 спускают профильные трубы 22 и расширяют их созданием внутреннего гидравлического давления до прижатия их стенок к стенке расширенного участка 24 скважины 25. Затем устройство при помощи резьб 3 корпуса 1 соединяют с колонной бурильных труб (не показано), в составе с которыми спускают в скважину 25. По достижении устройством верхнего конца труб 22 (фиг.2) колонну бурильных труб начинают вращать при одновременном создании осевой нагрузки и промывки полости труб и устройства через центральный канал 2 корпуса 1 закачкой жидкости.
Под действием перепада давления, возникающего выше насадки 21, гидравлический кольцевой поршень 12, сжимая пружину 13, перемещается вниз и воздействует своей конусной поверхностью 11 на верхние концы 9 осей 6. Одновременно навстречу ему вдоль штока 18 под действием того же перепада давления выдвигается, преодолевая сопротивление пружины 13, нижний кольцевой поршень 19, который воздействует верхней конусной поверхностью 20 на втулку 15. При этом оси 6 с втулками 15 сжимая пружины 17 и выбирая зазоры 26 (фиг.1) и 27 перемещаются в пазах 4 (фиг.2) корпуса 1 устройства в радиальном направлении до взаимодействия с соответствующими им выступами 10 и 16, выводя ролики 5 в рабочее положение.
При дальнейшем вращении колонны бурильных труб происходит развальцовывание и калибрование благодаря внедрению заходных фасок 8, роликов 5 в недожатые гидравлическим давлением стенки профильных труб 22 и выправлению их до плотного прижатия к стенкам расширенного участка 24 скважины 25. При этом калибрующие поверхности 7 роликов 5, имеющие достаточную ширину, позволяют развальцовывать и калибровать трубы с большой скоростью подачи инструмента.
По окончании развальцовывания внутрискважинное давление стравливают и колонну бурильных труб с устройством поднимают из скважины. При этом гидравлические кольцевые поршни 12 и 19 под усилием пружины 13 расходятся в стороны от пазов 4 корпуса 1, а оси 6 и втулки 15 с роликами 5, благодаря усилиям пружин 17, соответственно возвращаются в транспортное положение, исключая случайные взаимодействия роликов 5 со стенками скважины 25, которые могут вызвать заклинивание устройства при подъеме.
Предлагаемый развальцеватель-калибратор, благодаря удлиненным калибрующим участкам роликов, обеспечивает более качественную развальцовку и установку профильного перекрывателя гарантированно впотай с уменьшением осевой нагрузки при калибровании. Благодаря тому, что оси роликов снабжены износостойкими вставками и выполнены симметричными относительно своих осей, ресурс устройства увеличивается многократно, а смещение осей роликов на определенный угол исключает проскальзывание роликов в вальцуемой трубе. Кроме того, благодаря наличию возвратных пружин на осях и втулках вальцующих роликов, которые позволяют жестко фиксировать ролики в транспортном положении, исключаются аварийные ситуации при подъеме устройства из скважины.