устройство для расширения труб в скважине

Формула изобретения

Устройство для расширения труб в скважине, включающее корпус с центральным каналом, муфтовым и ниппельным концами для соединения со скважинным оборудованием и продольными углублениями, в которых размещены ролики со сферической поверхностью, установленные равномерно по окружности и ступенчато на перпендикулярных к оси корпуса осях, закрепленных в сепараторе, который снабжен отверстиями под ролики и выполнен подпружиненным вниз с возможностью ограниченного верхним и нижним упорами продольного перемещения относительно корпуса, причем диаметры окружностей, описанных вокруг роликов в каждой ступени, уменьшаются сверху вниз, отличающееся тем, что корпус выполнен ступенчатым с расширениями вверху и с возможностью взаимодействия с сепаратором и с роликами при перемещении сепаратора вверх, а внутренние отверстия роликов под оси выполнены с большим диаметром относительно соответствующих осей, при этом нижний упор изготовлен в виде цилиндра, выполненного с возможностью продольного ограниченного перемещения вверх относительно корпуса, кольцевое расширение которого выполнено в виде поршня, вставленного в цилиндр, причем внутреннее пространство между цилиндром и поршнем сообщено с центральным каналом корпуса.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к бурению и капитальному ремонту скважин и предназначено, в частности, для расширения (раскатывания) труб при их установке в скважине.

Известно устройство для установки профильного перекрывателя в скважине (патент RU № 2249090, C1 Е21В 29/10, опубл. бюлл. № 9 от 27.03.2005 г.), содержащее последовательно соединенные дорнирующие узлы, имеющие корпуса с центральным проходным каналом и плашки, взаимодействующие посредством толкателей со штоками, которые расположены в центральном канале.

Недостатками устройства являются невозможность работы на скважинах небольшой глубины и недолговечность работы из-за потери диаметра вследствие интенсивного износа при трении скольжения.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является устройство для расширения труб в скважине (патент RU 63852 U1 МПК Е21В 29/10, опубл. бюлл. № 16 от 10.06.2007 г.), содержащее корпус с центральным каналом, муфтовым и ниппельным концами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями, в которых размещены ролики со сферической поверхностью, установленные равномерно по окружности и ступенчато на перпендикулярных к оси корпуса осях, причем диаметры окружностей, описанных вокруг роликов, в каждой ступени уменьшаются сверху вниз, при этом углубления корпуса выполнены продольными, параллельными оси корпуса и взаимодействующими с расположенными в ступенях друг над другом роликами, жестко соединенными с осями, которые снаружи закреплены сепаратором, снабженным отверстиями под ролики, причем сепаратор выполнен подпружиненным вниз с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно корпуса.

Недостатками устройства являются невозможность расширения труб в расширенном участке за пределы диаметра скважины, то есть без уменьшения проходного сечения скважины, а также сложность в изготовлении продольных канавок по всей длине рабочего хода корпуса, требующего специальных станков при большом рабочем ходе. Данное устройство начинает расширять диаметр скважины при контакте роликов с поверхностью зауженного участка скважины, то есть процесс расширения является неуправляемым.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения устройства на скважинах, требующих сохранения проходного сечения, а также упрощение конструкции с возможностью контроля за процессом расширения труб в скважине и экономии материальных, энергетических и финансовых затрат при работе на скважинах и в процессе изготовления устройства.

Поставленная техническая задача решается устройством для расширения труб в скважине, включающим корпус с центральным каналом, муфтовым и ниппельным концами для соединения со скважинным оборудованием и продольными углублениями, в которых размещены ролики со сферической поверхностью, установленные равномерно по окружности и ступенчато на перпендикулярных к оси корпуса осях, закрепленных в сепараторе, который снабжен отверстиями под ролики и выполнен подпружиненным вниз с возможностью ограниченного верхним и нижним упорами продольного перемещения относительно корпуса, причем диаметры окружностей, описанных вокруг роликов, в каждой ступени уменьшаются сверху вниз.

Новым является то, что корпус выполнен ступенчатым с расширениями вверху, выполненным с возможностью взаимодействия с сепаратором и с роликами при перемещении сепаратора вверх, а внутренние отверстия роликов под оси выполнены большим диаметром соответствующих осей, при этом нижний упор изготовлен в виде цилиндра, выполненного с возможностью продольного ограниченного перемещения вверх относительно корпуса, кольцевое расширение которого изготовлено в виде поршня, вставленного в цилиндр, причем внутреннее пространство между цилиндром и поршнем сообщено с центральным каналом корпуса.

На фиг.1 изображено устройство во время расширения трубы с продольным разрезом, на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1, на фиг.3 изображено устройство в транспортном положении с продольным разрезом, на фиг.4 - разрез по Б-Б фиг.3.

Устройство для расширения труб в скважине состоит из корпуса 1 (фиг.1), имеющего увеличенный (рабочий) диаметр 2 (фиг.2), уменьшенный (транспортный) диаметр 3 (фиг.4) и ограничитель 4 (фиг.1), служащий для ограничения движения вверх сепаратора 5, в котором жестко расположены оси 6 (фиг.2), на которых находятся ролики 7 с возможностью вращения и ограниченного перемещения в пределах разности внутреннего диаметра 8 ролика 7 и наружного диаметра 9 оси 6. Сепаратор 5 подпружинен вниз пружиной 10, упирающейся в верхний упор 11 корпуса 1. В нижней части устройства находится нижний упор 12, имеющий цилиндр 13, образующий выступом 14 поршневую полость 15, сообщающуюся с центральным каналом 16 посредством отверстия 17 корпуса 1, при этом на нижнем конце нижнего упора имеется внутренний выступ 18.

Устройство работает следующим образом. Корпус устройства для расширения труб в скважине присоединяют с помощью резьбы (не показана) к колонне труб (не показаны) и спускают в скважину, где необходимо расширить трубы 19. Под воздействием сжатой пружины 10, которая одним концом упирается в верхний упор 11 корпуса 1, а другим концом перемещает сепаратор 5 в зону уменьшенного диаметра 3 (фиг.4) корпуса 1 и нижний упор 12 (фиг.1) в нижнюю часть корпуса 1, при этом изменяется диаметр описанной окружности вокруг роликов 7, перемещающихся в пазах сепаратора 5 в пределах разности внутреннего диаметра 8 ролика 7 и наружного диаметра 9 оси 6 и касающихся поверхности уменьшенного транспортного диаметра 3 (фиг.4), обеспечивается свободное перемещение устройства по стволу скважины. Далее по центральному каналу 16 (фиг.1) через отверстие 17 под давлением подается жидкость в поршневую полость 15, образованную цилиндром 13 нижнего упора 12 и выступом 14 корпуса 1, которая перемещает упор 12 и сепаратор 5 с роликами 7 вверх по корпусу 1, сжимая пружину 10, пока внутренний выступ 18 не упрется в торец корпуса 1. Перемещение упора 12 обеспечивает нахождение сепаратора 5 с роликами 7 в зоне увеличенного (рабочего) диаметра 2 корпуса 1, при этом ролики 7 обеспечивают постепенное увеличение описанного диаметра по поперечным сечениям снизу вверх. Подача колонны труб (не показаны) вниз обеспечивает заход нижних рядов роликов 7 в расширяемую трубу 19 и дальнейшее качение роликов 7 между поверхностью увеличенного диаметра 2 корпуса 1 и внутренней поверхностью расширяемой трубы 19, а так как диаметры окружностей, описанных вокруг роликов 7, в каждой ступени увеличиваются снизу вверх, то происходит непрерывное ступенчатое расширение трубы 19. Максимальное сжатие пружины 10 происходит при упоре сепаратора 5 в ограничитель 4. Далее начинают подъем корпуса 1 до выхода верхних рядов роликов 6 из расширяемой трубы, при этом под действием пружины 10 сепаратор 5 с роликами 7 перемещается в транспортное положение при отсутствии избыточного давления в поршневой полости 15 и центральном канале 16. Дальнейшее расширение трубы 19 производят спуском устройства до нерасширенного участка трубы 19 созданием избыточного давления в поршневой полости 15 через центральный канал 16 и т.д., повторяя рабочий цикл.

Устройство для расширения труб позволяет расширить область применения устройства на скважинах, требующих сохранения проходного сечения, а также упрощает конструкцию устройства, при этом повышается надежность, качество и осуществляется контроль за процессом расширения труб в скважине при уменьшении материальных, энергетических и финансовых затрат при работе на скважинах и в процессе изготовления устройства.