Сменная втулка с поворотной фиксацией для проведения операций бурения и заканчивания скважины через трубную колонну
Изобретение относится к устройствам для защиты обсадных труб при осуществлении технологических операций в скважине, требующих вращения скважинного инструмента. Техническим результатом является повышение эффективности работы и установки защитного устройства в целом. Защитное устройство содержит защитную втулку и фиксирующий элемент для избирательного зацепления защитной втулки со скважинным инструментом с предотвращением вращения. Защитная втулка включает в себя верхний элемент, на нижнем конце которого выполнено шлицевое соединение, и нижний элемент, на нижнем конце которого выполнен фиксирующий элемент в виде группы упругих упоров (цанг) для зацепления со скважинным инструментом. 18 з.п. ф-лы, 7 ил.
Сведения о приоритете
По данной заявке испрашивается приоритет по дате подачи заявки US 60/539, 396 от 27 января 2004 г.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к защитным приспособлениям для каналов уплотнений или других чувствительных участков труб, через которые осуществляется бурение или другие процедуры заканчивания, которые предусматривают вращение инструмента.
Уровень техники
В настоящее время вращательное движение в трубных колоннах имеет место при использовании бурильной колонны. Другие операции заканчивания также могут включать в себя вращение. Многие типы приспособлений, которые являются частью трубной колонны, содержат внутренние каналы уплотнений или другие чувствительные участки, которые могут быть повреждены биением в трубе вращающейся колонны. Ранее предлагались различные решения этой проблемы. В одном устройстве каналы уплотнений углубляли, чтобы биение колонны или спуск и проход из отверстия каната не повреждало такой канал уплотнения. Пример подобного устройства приведен в патенте US 5865255. Углубление каналов уплотнений дополнительно требует оборудования, позволяющего расширять уплотнения добавочного инструмента, введенного в трубу и предназначенного для уплотнения относительно канала.
Делались попытки наложить защитные втулки на канал уплотнения, но проблема состоит в том, что они не обладали поворотной фиксацией, и биение бурильной колонны, проходящей через трубы, приводящее к соприкосновению с такой защитной втулкой, либо вызывало ее эрозию, либо приводило к такому нагреву защитной втулки от вращения, что она сплавлялась с каналом уплотнения. Это приводит к разрушению канала уплотнения, причем защитная втулка фактически становится несъемной.
Проблема, которую не решали предыдущие конструкции, состояла в том, чтобы изготовить съемную защитную втулку с поворотной фиксацией (фиксацией от вращения), простую для установки перед проводимой через колонну операцией, и столь же простую для снятия после такой операции, когда необходим доступ к отверстию уплотнения. В предпочтительном варианте осуществления этого изобретения, описанном ниже, для решения этой проблемы предлагается втулка, которая просто надевается и снимается и фиксируется по месту от вращения.
Следующие патенты, в общем, относятся к использованию внутренних каналов уплотнений и уплотняющих средств для них: US 1762211, US 2751235, US 2754136, US 3244424, US 4899816, US 5180008 и US 6024172.
Специалисты в данной области техники смогут лучше понять различные варианты осуществления изобретения на основе приведенного ниже описания предпочтительных вариантов осуществления и чертежей, а также формулы изобретения, определяющей его полный объем.
Краткое изложение сущности изобретения
Для решения задачи по преодолению описанных выше недостатков уровня техники в настоящем изобретении предлагается защитная втулка, которую можно вставить через трубу и зафиксировать таким образом, чтобы предотвратить вращение. В конце проводимой через трубы операции, включающей в себя вращательное движение, втулку можно удалить с колонны, которую ранее протянули через эту втулку.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение поясняется на примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые элементы конструкции обозначены аналогичными позициями и на которых представлено:
фиг.1 - внешний вид защитной втулки в положении спуска,
фиг.2 - вид в сечении защитной втулки на фиг.1,
фиг.3 - внешний вид защитной втулки в зафиксированном положении,
фиг.4 - вид в сечении фиг.3, для ясности показанный с удаленной внутренней колонной и с защитной втулкой в положении, в котором ее можно удалить,
фиг.5 - детальный вид упоров в зафиксированном и полностью закрепленном положении, которое также показано на фиг.3,
фиг.6 - детальный вид одного из упоров,
фиг.7 - вид изнутри трубы, в которой монтируется защитная втулка, показывающий продольные канавки, обеспечивающие блокировку при вращении.
Описание предпочтительных вариантов изобретения
На фиг.1 представлено устройство защитной втулки 10, установленной на переходнике 12, который является частью, проходящей через трубную колонну (не показана). Устройство защитной втулки 10 включает верхний элемент 14, который зафиксирован на переходнике 12 срезным штифтом 16 для проведения спусковой операции. Верхний элемент 14 снабжен на нижнем конце 18 шлицевым соединением, образованным чередующимися пальцам 20 и зазорами 22 между ними. Далее имеется нижний элемент 24, включающий верхний конец 26, снабженный зубцами с пальцами 28, разделенными зазорами 30. Нижний элемент 24 снабженный группой гибких упоров (цанг) 32, которые включают в себя продольно ориентированные прутья 34, показанные на фиг.6, для обеспечения сопротивления вращению. Эти упоры 32 предпочтительно изготовлены как одно целое с нижним элементом 24, а за счет пары продольных прорезей 36 и 38 упоры 32 могут сгибаться внутрь во время спуска и выдвигаться наружу при опоре на внутреннюю втулку 40, как показано на фиг.4. Внутренняя втулка 40 скреплена с верхним элементом 14 резьбой 42, как показано на фиг.2.
Во время спуска упоры 32 не имеют опоры, так как внутренняя втулка 40 находится над ними. Упоры 32 могут свободно отклоняться внутрь при продвижении переходника 12. На фиг.7 показан детальный вид внутренней части трубчатого тела 44. При этом показано одна из нескольких сборок, но специалистам будет понятно, что имеется одна такая сборка по фиг.7 для каждого упора 32. Наклонные поверхности 46 и 48 меняют ориентацию и направление соответствующего упора 32 в продольном направлении прохода 50 в трубчатом теле 44. Когда упоры 32, соответственно, ударяют в нижнюю часть 52 в трубчатом теле 44, нижний элемент 24 не двигается. Дополнительно приложенный вес приводит к поломке срезного штифта 16. В этот момент верхний элемент 14 схватывается с его внутренней втулкой 40 по мере того, как пальцы 20 перемещаются в зазоры 30, а пальцы 28 входят в зазоры 22. Когда верхний элемент 14 полностью переместился вниз, он фиксируется от вращения с нижним элементом 24. В то же самое время внутренняя втулка 40 переместилась вниз и фиксируется по мере того, как пружинное (разрезное) кольцо 54 совмещается с канавкой 56. Нижний конец внутренней втулки 40 снабжен пальцами 60, которые защелкиваются в выемку 62 внутри упоров 32, как показано на фиг.5. В этом положении устройство втулки 10 будет установлено с поворотной фиксацией.
На фиг.2 показан выступ 64 на переходнике 12, который входит в зацепление с выступом 66 на внутренней втулке 40. Когда переходник 12 перемещается вверх и эти выступы входят в зацепление, внутренняя втулка 40 поднимается по отношению к нижнему элементу 24, который еще прижат к трубчатому телу 44 упорами 32. Движение вверх внутренней втулки 40 разгружает упоры 32, по мере того, как пружинное кольцо 54 выступает из канавки 56. В конечном итоге выступ 68 во внутренней втулке 40 захватывает выступ 70 на нижнем элементе 24, что приводит к выдвижению нижнего элемента 24 из трубчатого тела 44. Специалистам будет понятно, что нижний элемент 24 может содержать удлинительный элемент 72, присоединенный посредством резьбы 74 для удлинения, например, в скважинный предохранительный клапан, чтобы перекрыть каналы уплотнений над и под расходной трубой. Скважинный предохранительный клапан не показан. Посредством устройства защитной втулки 10 может быть защищен и другой тип оборудования (скважинного инструмента).
Поворотную фиксацию можно осуществить уже только за счет наличия и ориентации прутьев 34 на упорах 32. В альтернативном варианте осуществления упоры 32 могут проходить в продольные проходы 50 для достижения поворотной фиксации. В другом варианте осуществления эти средства могут быть использованы в комбинации. Зубчатое зацепления является одним из вариантов обеспечения поворотной фиксации в предпочтительном варианте осуществления, который позволяет застопоривать упоры 32 на месте, а затем поворотно фиксировать часть устройства, которое смещается для достижения фиксации. В этом случае внутренняя втулка 40, которая является частью устройства, по всей вероятности, непосредственно соприкасающейся с внутренней поворотной колонной, поворотно фиксируется за счет зубчатого контакта с нижним элементом 24, который, в свою очередь, зафиксирован на трубчатом теле 44 таким образом, чтобы предотвратить вращение. Компоненты, соединенные резьбой, например резьбой 74, могут иметь необходимую ориентацию резьбы, чтобы она не развинтилась при соударении с внутренней вращающейся колонной, когда устройство втулки установлено на месте. Другой особенностью этого устройства является то, что упоры 32 при опоре на втулку 40 зафиксированы в этом положении благодаря взаимодействию с пружинным кольцом 54 в канавке 56. Если извлечение переходника 12 не приводит к разблокированию устройства втулки 10, предусмотрена шейка для захвата ловильным инструментом 76, помогающая извлечь устройство при отдельном спуске в отверстие.
Приведенное выше описание настоящего изобретения является иллюстративным и поясняющим, и в показанные конструкции могут быть внесены различные изменения, охватываемые объемом настоящего изобретения.
1. Защитное устройство для имеющего продольную ось поверхности скважинного инструмента, такой, как поверхность канала уплотнения, содержащее защитную втулку и фиксирующий элемент для избирательного зацепления защитной втулки со скважинным инструментом с предотвращением вращения защитной втулки и поверхности скважинного инструмента относительно друг друга.
2. Устройство по п.1, в котором фиксирующий элемент содержит прутья для зацепления скважинного инструмента.
3. Устройство по п.2, в котором указанные прутья ориентированы в основном параллельно продольной оси поверхности скважинного инструмента.
4. Устройство по п.2, в котором фиксирующий элемент выполнен с возможностью входа в гнездо в скважинном инструменте с предотвращением вращения защитной втулки.
5. Устройство по п.1, дополнительно содержащее приводной элемент, предназначенный для выборочного приведения в действие фиксирующего элемента и имеющий возможность фиксации от вращения с защитной втулкой.
6. Устройство по п.5, в котором фиксирующий элемент установлен с возможностью предотвращения его продвижения при сцеплении с ограничителем перемещения на скважинном инструменте, вследствие чего приводной элемент перемещается относительно фиксирующего элемента, обеспечивая фиксацию от вращения защитной втулки на скважинном инструменте.
7. Устройство по п.6, в котором приводной элемент и защитная втулка зафиксированы от вращения посредством, по меньшей мере, одного выступа, входящего в зацепление с, по меньшей мере, одной выемкой.
8. Устройство по п.7, в котором фиксирующий элемент содержит, по меньшей мере, одну цангу, причем приводной элемент расположен с возможностью отсутствия контакта с цангой, допуская ее изгиб, при спусковой операции и с возможностью перемещения вследствие приведения в действие указанного приводного элемента вплотную к цанге с обеспечением удержания защитной втулки против воздействия на нее вращательного движения.
9. Устройство по п.8, в котором приводной элемент разъемно защелкивается на защитной втулке при удержании цанги.
10. Устройство по п.8, в котором приводной элемент разъемно защелкивается на скважинном инструменте при удержании цанги.
11. Устройство по п.8, в котором приводной элемент дополнительно содержит первое место зацепления для облегчения его перемещения в положение, в котором цанга не удерживается.
12. Устройство по п.11, в котором защитная втулка содержит второе место зацепления для контакта с приводным элементом, когда цанга не удерживается для удаления защитной втулки.
13. Устройство по п.5, дополнительно содержащее оправку для крепления защитной втулки, приводного элемента и фиксирующего элемента для размещения в скважинном инструменте, причем оправка установлена с возможностью совместного перемещения вместе с защитной втулкой и фиксирующим элементом, пока фиксирующий элемент может продвигаться без дальнейшего соприкосновения со скважинным инструментом, вследствие чего оправка продвигает приводной элемент по отношению к защитной втулке для привода фиксирующего элемента и фиксации от вращения защитной втулки на скважинном инструменте.
14. Устройство по п.13, в котором продвижение приводного элемента в продольном направлении посредством оправки фиксирует от вращения приводной элемент на защитной втулке.
15. Устройство по п.14, в котором при фиксации приводного элемента на защитной втулке он расцепляется от оправки, а фиксирующий элемент содержит, по меньшей мере, одну цангу, соединенную с защитной втулкой, причем приводной элемент удерживает цангу для зацепления со скважинным инструментом для фиксации защитной втулки от вращения.
16. Устройство по п.15, в котором цанга содержит прутья, ориентированные в основном параллельно продольной оси поверхности скважинного инструмента для зацепления скважинного инструмента.
17. Устройство по п.15, в котором цанга выполнена с возможностью входа в гнездо в скважинном инструменте с предотвращением вращения защитной втулки.
18. Устройство по п.14, в котором защитная втулка и приводной элемент имеют зубчатое зацепление для их избирательного сцепления и фиксации от вращения.
19. Устройство по п.18, в котором приводной элемент установлен с возможностью перемещения и расцепления фиксирующего элемента и последующего зацепления защитной втулки для ее удаления из скважинного инструмента.
