Двигатель устройства для отворота труб

 

Изобретение относится к бурению скважин всех назначений, в частности к двигателям устройств, предназначенных для развинчивания и разрушения крутящим моментом аварийных бурильных колонн в скважинах, собранных из труб,-на резьбах любого направления. Целью изобретения является расширение технологических возможностей двигателя за счет обеспечения возможности его использования с более широким кругом узлов отворота с одновременным снижением металлоемкости двигателя и повышением надежности его работы в условиях зашламленной среды. Для этого двигатель содержит корпус и ствол, образующие друг с другом нагнетательные и реверсивные камеры, и установленный с возможностью вращения в стволе новый шток с системами каналов нагнетательной для связи в рабочем положении полости штока с нагнетательными камерами и для связи последних при реверсивном ходе со сливной полостью корпуса и реверсивной системой каналов для связи реверсивных камер с полостью штока при реверсивном ходе и для связи одной из реверсивных камер со сливной полостью корпуса при рабочем ходе. В стволе выполнен реверсивный канал для сообщения в исходном и рабочем положениях двигателя каждой из реверсивных камер корпуса посредством системы реверсивных каналов полого штока со сливной полостью корпуса и с возможностью сообщения при реверсивном ходе каждой из реверсивных камер корпуса с полостью штока. Такое выполнение позволяет сделать корпус герметичным. 16 ил, У Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 В 31/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4733177/03 (22) 02.08.89 (46) 15,09.91. Бюл. hh 34 (75) П.Л.Пшеничный (53) 622.248.13 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1125355, кл. Е 21 В 23/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1596067, кл. Е 21 В 31/00, 1989. (54) ДВИГАТЕЛЬ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОТВОРОТА ТРУБ (57) Изобретение относится к бурению скважин всех назначений, в частности к двигателям устройств, предназначенных для развинчивания и разрушения крутящим моментом аварийных бурильных колонн в скважинах, собранных иэ труб, на реэьбах любого направления. Целью изобретения является расширение технологических воэможностей двигателя эа счет обеспечения воэможности его использования с более широким кругом узлов отворота с одновременным снижением металлоемкости двигателя и повышением надежности его работы в усИзобретение относится к бурению скважин всех назначений, в частности к устройствам, предназначенным для развинчивания и разрушения крутящим моментом аварийных бурильных колонн в скважинах, собранных из труб, на реэьбах любого направления.

Целью изобретения является расширение технологических воэможностей двигателя путем его использования с более широким кругом узлов отворота с одновременным снижением металлоемкости двига„„Я „„1677251 А1 ловиях зашламленной среды. Для этого двигатель содержит корпус и ствол, образую-. щие друг с другом нагнетательные и реверсивные камеры. и установленный с возможностью вращения в стволе новый шток с системами каналов нагнетательной для связи в рабочем положении полости штока с нагнетательными камерами и для связи последних при реверсивном ходе со сливной полостью корпуса и реверсивной системой каналов для связи реверсивных камер с полостью штока при реверсивном ходе и для связи одной из реверсивным камер со сливной полостью корпуса при рабочем ходе. В стволе выполнен реверсивный канал для сообщения в исходном и рабочем положениях двигателя каждой из реверсивных камер корпуса посредством системы реверсивных каналов полого штока со сливной полостью корпуса и с возможностью сообщения при реверсивном ходе каждой из реверсивных камер корпуса с полостью штока, Такое выполнение позволяет сделать корпус герметичным. 16 ил, теля и повышением надежности его работы в условиях эашламленной среды, На фиг.1 изображен двигатель, вертикальный разрез (левее продольной оси стрелками показан путь энергоносителя для обеспечения рабочего движения поршней вниз; правее — стрелками показан путь отработавшего энергоносителя при движении поршней вниз); на фиг.2 — то же, правее продольной оси стрелками показан путь энергоносителя для обеспечения рабочего движения поршней вверх; левее — стрелками показан путь отработавшего энергоноси1677251

50 теля при движении поршней вверх; на фиг,3— разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 — разрез Б-Б на фиг,1; на фиг.5 — разрез В-В на фиг,1; на фиг.6- разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.7 — разрез Е-Е на фиг.1; на фиг.8 — разрез Ж-Ж на фиг.1; на фиг,9 — разрез И-И на фиг.1; на иг.10 — разрез К-К на фиг.2; на фиг.11— разрез Л-Jl на фиг.2; на фиг.12 — разрез M M ,на фиг.2; на,фиг.13 — разрез H H на фиг.2; на фиг.14 — разрез П-Г1 на фиг,2; на фиг.15— разрез Р-P на фиг.2; на фиг,16 — рарез С-С на фиг.2.

Двигатель (фиг.1 и 2) содержит полый корпус с установленными в его полости кольцевыми поршнями, т.е. состоящий, на пример, из трех или более цилиндров 1,0, 1.1, 1,2, последовательно состыкованных на реэьбах, традиционных муфтах или ниппелях. Корпус имеет в верхней части средство ля связи с якорем.

Количество цилиндров определяется расчетом в зависимости от величины по-! требной осевой силы, являющейся функ,цией крутящего момента, потребного для развинчивания или разрушения крутящим моментом аварийной колонны, Кинематическая схема и конструкция двигателя обеспе, чивают воэмох1ность создания любого, практически необходимого крутящего момента на труболове, что достигается компоновкой его соответствующим числом цилиндропоршневых пвр и давлением энергоносителя, поступающего в него, с учетом угла подъема винтовой линии винтогаечной пары механизма преобразования осевых движений во вращательные, с которым стыкуется двигатель.

На стыке цилиндров 1.0 и 1.1 встроена переборка 2.0 с уплотнением 3.0. На стыке цилиндров 1.1 и 1.2 встроена переборка 4.0 с уплотнением 5.0. На стыке цилиндра 1.0 и корпуса 6.0 якоря встроена крышка 7.0 с дугообразной золотниковой полостью 7.1 и каналом 7.2 (фиг.4), второй дугообразной золотниковой полостью 7.3 (фиг.5), дренажным каналом 7.4 и уплотнением 8.0.

На стыке цилиндра 1.2 и корпуса 9.0 со шлицами 9.1 встроена нижняя крышка 10.0 с золотниковым элементом 10,1 (фиг.9) и уплотнением 11 О.

В корпус встроен подвижный в осевом направлении полый ствол 12.0 (условно изображенный монолитным), снабженный кольцевыми поршнями: верхним 12,1, средним 12.2 и нижним 12.3, и имеющий каналы

12,4 и 12.5 (фиг.7), 12,6 и 12,7 (фиг.6), 12 8 (фиг.8).

Все поршни взаимодействуют со стенками цилиндров привулканиэированными к ним, например, реэинометаллическими эле5

45 ментами, что способствует увеличению долговечности цилиндропоршневых пар даже . при попадании в них зашламленной среды.

Нижний конец ствола 12.0, снабженный муфтой 13.0 с прямыми шлицами 14.0, стыкуется с верхним концом узла отворота труб—

"винта" (с углом подъема его винтовой линии более 45О, преобразователя осевых движений во вращательные не показанного).

Поршни nonoro ствола образуют с корпусом нагнетательные и реверсивные камеры.

В полости ствола установлен с воэможностью вращения полый шток 15.0 со средством для связи со спускоподъемным оборудованием в верхней части и двумя системами каналов: нагнетательной для связи полости штока с нагнетательными камерами корпуса при рабочем ходе и сливной полостью корпуса при реверсивном ходе и реверсивной системой каналов для связи одной иэ реверсивных камер со сливной полостью корпуса и с полостью штока при реверсивном ходе. Корпус выполнен герметичным, а в полом стволе выполнен реверсивный канал для сообщения в исходном и рабочем положениях двигателя каждой иэ реверсивн ых камер корпуса посредством системы реверсивных каналов полого штока со сливной полостью корпуса и возможностью сообщения при реверсивном ходе каждОй из реверсивным камер корпуса с полостью штока.

Кинематика двигателя ограничена двумя видами движения его деталей; вращением полого штока 15.0 в любом направлении, лишенного осевых движений относительно корпуса, и осевыми движениями полого ствола 12,0, снабженного поршнями двухстороннего действия и шлицевой муфтой

13,0, исключающей вращение поршневого блока действием преобразователя осевых движений.во вращательные, За один оборот полого штока, приводимого в действие вращением спасательной колонны, блок тандем поршней совершает два цикла: от верхней мертвой точки (BMT) до нижней (HMT).

В том случае, когда частота движений поршней окажется выше потребной, даже при вращении спасательной колонны на самой малой скорости вращения шпинделя бурового станка, к которому она подвешена, между спасательной колонной и двигателем встраивается понижающий редуктор.

Все поршни передают штоку одинаковые усилия при их движении от 8 MT до HMT и обратно. Этим свойством обеспечивается возможность стыковки двигателя с и реобра1677251

55 эователями направления осевых движений во вращательные, у которых осевой рабочий ход "винта" может быть любого направления или реверсивный, Число поршней определяется в зависимости от параметров скважины, аварийной колонны, состояния резьбовых соединений труб, иэ которых она собрана, угла подъема винтовой линии винтогаечной пары преобразователя направления осевых движений во вращательные и величины перепада давления энергоносителя, поступающего в двигатель по спасательной колонне до и после редукционного клапана.

Первый ход поршней и штока.

При поступлении профильтрованного жидкого или газообразного энергоносителя из спасательной колонны в полость 15,1 штока (фиг.1), левая сторона ее, движение преграждается редукционным клапаном

17.0, установленным на пружине 18,0 во втулке 19,0 и отрегулированным на расчетный перепад давления, В результате этого энергоноситель поступает через канал 15.2 нагнетательной системы каналов полого штока (фиг.1 и 4) в дугообразную золотнико. вую полость 7.1 и радиальный канал 7.2, заполняя надпорш невую полость 20.0 первого цилиндра, Затем по продольному дугообразному каналу 21.0(фиг.б) и радиальным каналам 12.4 и 12.5 (фиг,7) в верхние нагнетательные камеры 22.0 и 28,0(фиг.1) второго и третьего цилиндров, оказывает давление на поршни 12.1, 12.2, 12.3, которые вместе со стволом 12.0, редуктором смещаются до

HMT. После этого редукционный клапан

17.0 срабатывает и энергоноситель продолжает движение по каналу 15.1 для промывки скважины.

В период движения поршней от BMTдо

НМТ полый шток 15,0 проворачивается на

180, а среда, содержащаяся в реверсивных камерах 23.0, 24.0, 25.0 (фиг.1), правая сторона, вытесняется через радиальные каналы 12,6, 12,7 (фиг.6) и 12,8 (фиг.8) до сливной полости 26.0 (фиг.1) через реверсивный канал 27, каналы 15,4, 15.5, 15,6 реверсивной системы каналов штока 15 в дугообразную золотниковую полость 7,3 (фиг.5), а из нее по каналу 7.4 (фиг.4) через обратный клапан и полость 26 в полость скважины.

В период хода поршней от ВМТ до HMT попадание зашламленной скважинной среды в полости цилиндров исключено наличи-ем потока отработавшего энергоносителя из канала 7.4. Кроме того, для полной гарантии, исключающей зашламование цилиндров, на устье канала 7,4 может быть поставлен обратный клапан, который на чертеже не показан, Второй ход — обратный.

С поворотом полого штока 15.0 на 180 (фиг.2), правая сторона, энергоноситель из канала 15.3 реверсивной системы полого штока (фиг.t6) поступает в реверсивный канал 27.0, а затем по каналам 12.6 и 12,7 (фиг.13), 12.8 (фиг.16) соответственно поступает в ревесивные камеры 23.0, 24,0. 25.0, оказывает давление на поршни 12.1, 12,2, 12.3 и возвращает их в исходное положение вместе со стволом 12.0 с редукционным кла.паном 17.0-19.0 и муфтой 13,0, взаимодействующей своими прямыми шлицами 14.0 со шлицами 9.1 корпуса 9,70, исключая проворот крутящим моментом, возникающим в узле отворота труб. В этот момент канал

15.7 нагнетательной системы каналов штока

15.0 сообщает нагнетательные камеры со сливной полостью, В дальнейшем, при прохождении штока

15,0 и поступления через него рабочей среды, уже описанная работа двигателя продолжается до развинчивания резьбового соединения аварийной колонны„разрушения ее крутящим моментом, или среза предохранительного штифта на демпфере, встроенном между преобразователем осевых движений и труболовом.

Формула изобретения

Двигатель устройства для отворота труб, включающий полый корпус со средством для связи с якорем в верхней части и установленными в его полости кольцевыми поршнями, телескопически установленный в корпусе полый ствол со средством для связи с узлом отворота труб в нижней части и кольцевыми поршнями на наружной поверхности, образующими со стенками корпуса и его поршнями нагнетательные и реверсивные камеры, установленный с возможностью вращения в полости ствола полый шток со средством для связи со спускоподъемным оборудованием в верхней части и двумя системами каналов; нагнетательной для связи полости штока с нагнетательными камерами корпуса при рабочем ходе и сливной полостью корпуса при реверсивном ходе и реверсивной системой каналов для связи одной из реверсивных камер со сливной полостью корпуса и с полостью штока при реверсивном ходе, о тл ича ющий с ятем, что, с целью расширения технологических возможностей двигателя путем его использования с более широким кругом уэлса отворота с одновременным снижением металлоемкости двигзтеля и повышения надежности его работы в условиях зашламленной среды, корпус выполнен герметичным, а в створе выполнен

1677? 51 с3

7 (Т реверсивный канал для сооб(цения В исход" ном и рабочем положениях двигателя каждой из реве рсивных камер корпуса посредством системы реверсивных каналов полого штока со сливноЙ полостью корпуса и возможностью сообщения при реверсивном ходе каждой иэ реверсивных камер корпуса с полостью штока.

1677251

1677253

fg8fs

Р-К

Ф7

1У7

1677251

Л - г

Р-Р

f0f

Жд

SZ6

К28 фОЯ И

Составитель И.Левкова

Редактор М.Бандура Техред M.Ìîðréíòàë Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 3093 Тираж 340 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101