Труболовка наружная

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к ловильному инструменту для капитального ремонта скважины. Труболовка наружная содержит корпус с окнами, между которыми размещены упоры. Узел цанги включает перья с выступами со скосами, установленными в окнах корпуса. Механизм поворота цанги состоит из втулки, на которой выполнены пазы со скосами, взаимодействующие с пальцем, жестко связанным с корпусом. Выступы перьев цанги снабжены продольными зубьями, взаимодействующими с наружной поверхностью тела ловимой трубы. Сопрягаемые поверхности на упорах корпуса и выступы перьев цанги выполнены наклонными под углом к оси корпуса. Указанные поверхности в поперечном сечении корпуса образуют профиль, исключающий тангенциальное смещение контактирующих упоров корпуса и выступов перьев цанги. Обеспечивается передача крутящего момента от рабочей колонны к ловильным трубам через труболовку для подъема аварийных труб по частям путем отворота их в резьбовых соединениях. 5 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к ловильному инструменту для капитального ремонта скважины.

Известны наружные труболовки, включающие корпус со спиральной конической внутренней поверхностью, в котором установлен захватный элемент, наружная поверхность которого имеет такую же спиральную коническую поверхность, а внутренняя поверхность снабжена насечками. В указанных труболовках захват ловимой трубы производится за счет заклинивания захватного элемента между конической спиральной внутренней поверхностью корпуса и наружной цилиндрической поверхностью трубы или ее муфты [1].

Недостатком известного устройства является сложность приемов работы с ним в скважинных условиях, что, в частности, заключается в том, что для раскливания его захватного элемента при освобождении ловимой трубы необходимо производить удары рабочей колонны по корпусу устройства, а также осуществлять поворот корпуса с помощью рабочей колонны. Указанные операции в глубоких и наклонных скважинах трудно контролировать и выполнять, поэтому указанные ударные нагрузки рекомендуется выполнять с помощью яссов, установленных специально для этих целей на рабочей колонне, что в свою очередь усложняет конструкцию последней [2]. Указанный недостаток - трудность расклинивания захватного элемента - известного устройства объясняется тем, что в нем осевое усилие от рабочей колонны к ловимой трубе передается через наружную цилиндрическую поверхность последней, уже заклиненной в захватном элементе труболовки, в результате чего для обеспечения необходимой грузоподъемности (не менее нескольких десятков тонн) ловимая труба должна зажиматься радиальными силами, достигающими также десятков тонн. Поскольку указанные радиальные силы от захватного элемента труболовки воспринимаются ее корпусом, между ними, т.е. в сопрягаемых поверхностях корпуса и захватного элемента, создается значительная осевая сила трения, затрудняющая расклинивание устройства при его освобождении от ловимого объекта, чем и обуславливаются указанные выше недостатки известной труболовки.

Наиболее близкой к заявляемой труболовке по технической сущности является наружная труболовка, содержащая корпус с окнами, между которыми размещены упоры, подпружиненный узел цанги, включающий перья с бобышками, установленные в окнах, а также втулку, на которой выполнены пазы со скосами, в которых подвижно установлен палец, жестко связанный с корпусом. Втулка, взаимодействующая с пальцем, образует механизм поворота узла цанги, у которого шаг поворота равен половине угла между окнами [3].

Захват в данном устройстве происходит посадкой торца муфты ловимой трубы на бобышки перьев цанги, находящиеся на упорах, выполненных внутри корпуса. Таким образом, в рассматриваемой конструкции осевая рабочая нагрузка от корпуса ловителя к ловимой трубе передается без заклинивания последней, благодаря чему указанная труболовка свободна от названного выше недостатка аналога, т.е. обеспечивает освобождение захваченной колонны без приложения ударных нагрузок корпуса устройства и без его вращения. Однако названная труболовка имеет недостаток, заключающийся в том, что она не позволяет поднимать ловимую колонну по частям путем отворота в резьбовых соединениях, т.к. из-за отсутствия заклинивания между устройством и ловимой трубой последняя свободно может вращаться относительно корпуса и цанги труболовки, в результате чего от рабочей колонны к ловимым трубам невозможно передавать крутящий момент, необходимый для отвинчивания резьбовых соединений ловимой колонны.

Технической задачей изобретения является обеспечение передачи крутящего момента от рабочей колонны к ловимым трубам через труболовку для подъема аварийных труб по частям путем отворота их в резьбовых соединениях.

Поставленная задача достигается тем, что в труболовке наружной, содержащей корпус с окнами, между которыми размещены упоры, узел цанги, включающий перья с выступами со скосами, установленными в окнах, механизм поворота цанги, состоящий из втулки, на которой выполнены пазы со скосами, взаимодействующие с пальцем, жестко связанным с корпусом, выступы перьев цанги снабжены продольными зубьями, взаимодействующими с наружной поверхностью тела ловимой трубы, а сопрягаемые поверхности на упорах корпуса и выступы перьев цанги выполнены наклонными под углом к оси корпуса, причем указанные поверхности в поперечном сечении корпуса образуют профиль, исключающий тангенциальное смещение контактирующих элементов.

В заявленном устройстве осевая нагрузка от рабочей колонны труб к ловимым трубам передается по силовой цепочке "корпус - упоры корпуса - выступы перьев, цанги - торец муфты ловимой трубы". Передача крутящего момента от рабочей колонны труб к ловимым трубам происходит по цепочке, которая в конце, т. е. в части воздействия на ловимую трубу, отличается от указанной выше, а именно происходит через звенья "корпус - упоры корпуса - выступы перьев цанги с продольными внутренними зубьями - наружная цилиндрическая поверхность тела ловимой трубы". Благодаря указанному разделению функций по передаче осевой нагрузки от функций по передаче крутящего момента, в заявленном устройстве отпадает надобность применять для зажима трубы в цанге больших радиальных сил. Дело в том, что для передачи только крутящего момента, необходимого для отворота аварийных труб, требуемая радиальная сила захвата трубы составляет лишь величину, примерно на один порядок меньшую, чем нужно было бы в случае передачи через указанную контактную пару осевой силы, равной полной грузоподъемности устройства. По указанной причине в заявленном устройстве угол наклона поверхностей сопряжения между перьями цанги и упорами корпуса становится возможным выполнить значительно большим, чем в аналоге, в результате чего для его освобождения требуется существенно меньшая осевая сила, что позволяет обходиться без яссов в компоновке рабочей колонны и дает возможность прибегать к опасным ударам в процессе освобождения труболовки.

Таким образом, заявляемое устройство объединяет достоинства аналога и прототипа - сохраняя легкость и простоту освобождения, присущее прототипу, имеет возможность передачи крутящего момента к ловимым трубам, что свойственно аналогу. Такой результат достигнут благодаря разделению функций по передаче осевого усилия от функции по передаче крутящего момента корпуса устройства через захватный элемент к ловимой колонне. Из источников, имеющихся в нашем распоряжении, нам неизвестна конструкция труболовки, работающая по указанному принципу действия, поэтому, на наш взгляд, описанное решение отвечает критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена труболовка наружная в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - развертка пазов шагового механизма поворота, механизма захвата-освобождения; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - местный вид В на фиг.1, после захвата ловимой трубы.

Труболовка наружная состоит из корпуса 1, в котором установлена подвижно цанга 2 с перьями 3, жестко связанная с втулкой 4 механизма захвата-освобождения. В свою очередь втулка 4 фиксирована относительно корпуса 1 с помощью винта 5. В нижней части корпуса 1 выполнены окна 6, между которыми размещены упорные бурты 7 с наклонными поверхностями.

На наружной поверхности втулки 4 выполнены пазы 8, с которыми взаимодействует палец 9, жестко связанный с корпусом 1. Верхние и нижние пазы 8 смещены относительно друг друга в вертикальной плоскости, причем концы выступов 10 между пазами 8 выполнены со скосами 11.

Труболовка крепится к колонне рабочих труб 12 и при спуске захватывает муфту 13 ловимой колонны 14.

Устройство работает следующим образом: труболовка спускается в скважину на колонне рабочих труб 12. При этом в транспортном положении перья 3 цанги 2 расположены в окнах 6 корпуса 1, благодаря чему муфта 13 ловимой колонны 14 беспрепятственно входит во внутреннюю полость корпуса 1 труболовки. При дальнейшем движении труболовки вниз верхний торец муфты 13, упираясь в цангу 2, срезает винт 5 и перемещает перья 3 в цанге 2 выше буртов 7. При этом перья 3 выпрямляются в пределах упругой деформации и входят во внутреннюю полость корпуса 1, сжимаясь в радиальном направлении и обеспечивая последующий захват ловимой колонны выступами "а" перьев 3 под нижний торец муфты 13. Вместе с перьями 3 цанги 2 вверх относительно корпуса 1 движется и втулка 4 механизма захвата-освобождения. При этом палец 9 попадает из верхнего паза 8 в соответствующий нижний паз, причем при прохождении через соответствующий скос 11 происходит проворот втулки 4 относительно корпуса 1 на угол α/4. Дальнейшие движения труболовки вниз относительно ловимой колонны 14 ограничиваются моментом упора поверхности "в" втулки 4 в поверхность "г" корпуса 1, чем предотвращается возможность срезания пальца 9 от веса рабочей колонны 12. После упора поверхности "г" в поверхность "в", что отмечается на поверхности, уменьшаем нагрузку на элеваторе, приподнимаем рабочую колонну 12 вверх. При этом корпус 1 начинает двигаться вверх относительно втулки 4. Далее аналогично предыдущему этапу палец 9 также перемещается, но уже вверх и попадает из нижнего паза 8 в соответствующий верхний паз 8 также с поворотом на угол α/4. Таким образом, в процессе движения рабочей колонны 12 вниз до упора и затем вверх втулка 4, а с нею и цанга 2 с перьями 3 проворачивается на угол α/2. Следовательно, в корпусе 1 перья 3 становятся между окнами 6 выше буртов 7. При последующем движении корпуса 1 вверх выступы "а" перьев 3 поверхностью "б" упираются в упорные бурты 7, а далее выступы "а" подводятся под нижний торец муфты 13 ловимой колонны. В последующем при натяжении растягивающее усилие от рабочей колонны 12 передается нижнему торцу муфты 13 через бурт 7 корпуса 1 и соответствующие поверхности выступа "а" цанг 3.

В процессе нагружения торцом муфты 13 ловимой трубы 14 выступов "а" последние своими профильными цилиндрическими поверхностями - желобами упорных буртов 7 корпуса 1, в результате чего происходит захват тела трубы 14 зубьями "з" выступов "а". В таком положении предлагаемая труболовка обеспечивает возможность отворачивать захваченную колонну труб 14. Для этого необходимо дать на нее некоторое осевое натяжение через рабочую колонну 12 (около 3 тонн) с целью получения радиальных сил прижима зубьев "з" бобышек "а" к поверхности тела трубы 14, которые обеспечивают тангенциальную силу сцепления между ними, достаточную для передачи крутящего момента от корпуса 1 к колонне 14, необходимого для отвинчивания ее резьбового соединения. При этом благодаря контакту между буртом 7 и выступом "а", выполненному в поперечном сечении в форме цилиндрического желоба, исключается их взаимное тангенциальное смещение под действием прилагаемого крутящего момента.

В случае, когда необходимо освободить колонну ловимых труб 14, производится небольшое опускание колонны 12 вниз, а затем подъем вверх. При этом аналогично предыдущему описанному процессу произойдет поворот втулки 4 и цанги 2 с перьями 3 относительно корпуса 1 на угол α/2. При последующем подъеме рабочей колонны 12 вверх перья 3 уже попадают в окна 6 корпуса 1, и тем самым открывается беспрепятственный выход муфты 13 ловимой колонны 14 из корпуса 1 - происходит освобождение колоны 14.

Источники информации 1. Гасанов А.П. Аварийно-восстановительные работы в нефтяных и газовых скважинах. Москва, Недра, 1987.

2. Кэмп Г. Ловильные работы в нефтяных скважинах. Пер. с англ.. Недра, Москва, 1990.

3. Патент РФ 2086751, кл. Е 21 В 31/20, Бюл. 22, 1997.

Формула изобретения

Труболовка наружная, содержащая корпус с окнами, между которыми размещены упоры, узел цанги, включающий перья с выступами со скосами, установленные в окнах, механизм поворота цанги, состоящий из втулки, на которой выполнены пазы со скосами, взаимодействующие с пальцем, жестко связанным с корпусом, отличающаяся тем, что выступы перьев цанги снабжены продольным зубьями, взаимодействующими с наружной поверхностью тела ловимой трубы, а сопрягаемые поверхности на упорах корпуса и выступы перьев цанги выполнены наклонными под острым углом к оси корпуса, причем указанные поверхности в поперечном сечении корпуса образуют профиль, исключающий тангенциальное смещение контактирующих упоров корпуса и выступов перьев цанги.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5