скважинное ловильное устройство

Формула изобретения

1. Скважинное ловильное устройство, включающее полый корпус, шаровые захватные элементы, соединенные с корпусом гибкими звеньями, установленный в полости корпуса и подпружиненный относительного него тарированной пружиной шток с центрирующим конусом, связанный с размещенным на устье скважины грузоподъемным механизмом канатной подвеской, и размещенную на корпусе с возможностью осевого перемещения разъемную по продольной оси посыльную втулку с крышкой, направляющим конусом для взаимодействия с шаровыми захватными элементами, осевым каналом для канатной подвески и узлом торможения, отличающееся тем, что крышка посыльной втулки выполнена со сквозными каналами, а узел торможения ее выполнен в виде клапанов, размещенных в сквозных каналах крышки.

2. Скважинное ловильное устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый клапан выполнен в виде подпружиненного в осевом направлении стержня с буртом и конической наружной поверхностью, вершина которой направлена в сторону устья скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к ловильным устройствам, предназначенным для ликвидации аварии, преимущественно, с муфтовыми и фланцевыми соединениями бурильных труб в скважинах большого диаметра.

Известно скважинное ловильное устройство, включающее корпус с шаровыми захватными элементами, соединенными с корпусом гибкими звеньями, подвижный шток, узел фиксации в виде шарового затвора, запорное кольцо с направляющей посыльной втулкой и узел освобождения (см. авторское свидетельство СССР № 1153038, кл. Е21В 31/18, 1983).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и необходимость спуска ловителя на бурильных трубах. Это ведет к удорожанию проводимых работ и значительным затратам времени на проведение спускоподъемных операций.

Известно также скважинное ловильное устройство, включающее полый корпус, шаровые захватные элементы, соединенные с корпусом гибкими звеньями, установленный в полости корпуса и подпружиненный относительного него тарированной пружиной шток с центрирующим конусом и связанный с размещенным на устье скважины грузоподъемным механизмом канатной подвеской и размещенную на корпусе с возможностью осевого перемещения посыльную втулку с направляющим конусом для взаимодействия с шаровыми захватными элементами и крышкой с осевым каналом для канатной подвески (см. авт. св-во СССР № 1613578, кл. Е21В 31/18, 1988 г.).

К недостаткам указанного устройства следует отнести сложность сборки и не технологичность его применения, приводящая к осложнениям, возникающим при его использовании в скважинах, пробуренных в породах, склонных к обвалу. Эти недостатки связаны с высокой скоростью спуска посыльной втулки и трудоемкостью ее монтажа на канатной подвеске.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является скважинное ловильное устройство, включающее полый корпус, шаровые захватные элементы, соединенные с корпусом гибкими звеньями, установленный в полости корпуса и подпружиненный относительно него тарированной пружиной шток с центрирующим конусом, связанный с размещенным на устье скважины грузоподъемным механизмом канатной подвеской, и размещенную на корпусе с возможностью осевого перемещения разъемную по продольной оси посыльную втулку с крышкой, направляющим конусом для взаимодействия с шаровыми захватными элементами, осевым каналом для канатной подвески и узлом торможения (см. патент РФ № 2251613, кл. Е21В 31/18, 2005 г.).

К недостаткам прототипа следует отнести сложность ручного регулирования скорости спуска посыльной втулки, связанную с необходимостью постоянного слежения за работой лебедки, а также с получением сигнала о скорости перемещения втулки с определенным опозданием, что может привести в определенных условиях, особенно при бурении по мягким породам, к осложнениям. Другим недостатком известного устройства является определенная сложность конструкции, связанная с использованием в качестве узла торможения криволинейного участка на крышке посыльной втулки.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является обеспечение плавного спуска в скважину посыльной втулки путем автоматического регулирования скорости ее спуска и упрощение конструкции устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном ловильном устройстве, включающем полый корпус, шаровые захватные элементы, соединенные с корпусом гибкими звеньями, установленный в полости корпуса и подпружиненный относительно него тарированной пружиной шток с центрирующим конусом, связанный с размещенным на устье скважины грузоподъемным механизмом канатной подвеской, и размещенную на корпусе с возможностью осевого перемещения разъемную по продольной оси посыльную втулку с крышкой, направляющим конусом для взаимодействия с шаровыми захватными элементами, осевым каналом для канатной подвески и узлом торможения, согласно изобретению крышка посыльной втулки выполнена со сквозными каналами, а узел торможения ее выполнен в виде клапанов, размещенных в сквозных каналах крышки.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что каждый клапан выполнен в виде подпружиненного в осевом направлении полого стержня с буртом и конической наружной поверхностью, вершина которой направлена в сторону устья скважины, при этом пружина установлена между буртом стержня и крышкой посыльной втулки.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображено предложенное ловильное устройство в рабочем положении (продольный разрез)

Скважинное ловильное устройство включает полый корпус 1с шаровыми захватными элементами 6, закрепленными в его нижней части посредством гибких элементов 15. В полости корпуса 1 установлен шток 4 с буртом 16 и направляющим конусом 5. Между корпусом 1 и штоком 4 установлена тарированная пружина сжатия 3, а шток 4 через канатный замок 17 связан с канатной подвеской 9, закрепленной на грузоподъемном механизме, находящемся на устье скважины. Устройство включает также посыльную втулку 2, выполненную разъемной по своей продольной диаметральной оси и с конусной поверхностью 7 на нижнем торце. Разъемные части посыльной втулки 2 снабжены крепежными элементами 8 для фиксации втулки 2 в сборе после укладки канатной подвески 9 в продольном канале втулки 2. Последняя имеет крышку 18 со сквозными каналами 19, в которых размещены клапаны, образующие узел торможения для посыльной втулки 2. Каждый клапан выполнен в виде подпружиненного пружиной сжатия 12 полого стержня 10 с буртом 14 и конической наружной поверхностью, вершина которой направлена в сторону устья скважины, при этом пружина 12 установлена между буртом 14 стержня 10 и крышкой 18 посыльной втулки 2. Каждый клапан фиксируется относительно посыльной втулки 2 гайкой 11, вместе с которой клапан может перемещаться в осевом направлении. При этом характеристика тарированной пружины 3 выбрана таким образом, что расстояние между центром шаров 6 и началом конусной поверхности 7 на втулке 2 в собранном для работы состоянии соответствует деформации пружины 3 от величины приложенной к канатной подвеске 9 нагрузки, при которой происходит отсоединение ловителя от аварийной бурильной колонны.

При использовании посыльной втулки 2 с утолщенной крышкой 18, например, со сдвоенными стенками, возможен вариант использования клапанов с цилиндрической наружной поверхностью, а сквозных каналов 19 в крышке 18 - конической формы, вершины которых направлены в сторону устья скважины (не показан). В этом случае при увеличении скорости спуска посыльной втулки 2 достигается тот же эффект торможения за счет перекрытия сечения конических сквозных каналов 19.

Ловильное устройство работает следующим образом. Устройство опускают в скважину на канатной подвеске 9 (например, на канате лебедки буровой установки). При этом втулка 2 остается на устье скважины. При совмещении в скважине корпуса 1 устройства с муфтой 13 аварийная колонна центрируется конусом 5 штока 4 по оси скважины. При этом захватные элементы 6 опускаются ниже муфты 13. После этого на устье скважины на канатной подвеске 9 устанавливается посыльная втулка 2, разъемные части ее соединяются крепежными элементами 8, и по канатной подвеске 9 она сбрасывается вниз. При спуске втулки 2 по канатной подвеске 9 скорость ее регулируется автоматически клапанами. В случае увеличения скорости спуска клапаны перемещаются в осевом направлении, сжимая пружины 12. При этом коническая поверхность клапана перекрывает сквозной канал в крышке 18 и тем самым увеличивает площадь контакта втулки 2 со скважинной жидкостью, что приводит к торможению втулки 2. Этому способствует также и реактивная струя жидкости, выбрасываемая через полые стержни 10. При уменьшении скорости спуска втулки 2 пружины 12 разжимаются, открывая сквозные каналы 19 в крышке 18, и втулка вновь начинает увеличивать скорость спуска. Путем подбора жесткости пружин 12 можно обеспечить заданную скорость спуска втулки 2 без вредных последствий как для стенок скважины, так и для спущенного в скважину устройства. При достижении аварийной колонны втулка 2 располагается на канатном замке 17 и своей нижней конической частью 7 фиксирует шаровые элементы 6 под нижним торцом муфты 13. После этого канатной подвеске 9 сообщают натяжение, при котором шток 4 перемещается вверх и через пружину 7 поднимает корпус 1 с оставленной в скважине аварийной колонной. При этом цилиндрическая часть внутренней поверхности втулки 2 блокирует радиальное перемещение шаровых элементов 6.

В случае прихвата бурового снаряда в скважине, когда усилие для его подъема превышает заданное усилие в тарированной пружине 3, последняя при натяжении канатной подвески 9 продолжает сжиматься, а шток 4 и втулка 2 продолжают перемещаться вверх. При этом после определенного «хода» тарированной пружины 3 нижняя часть втулки 2 оказывается выше шаровых элементов 6. В результате шаровые элементы 6 оказываются разблокированными и перемещаются в радиальном направлении, а устройство свободно поднимается вверх.

Применение предложенного ловильного устройства позволяет уменьшить затраты на проведение спускоподъемных операций, повысить безопасность проводимых аварийных работ и эффективность ликвидации аварий в скважинах, пробуренных по породам, склонным к обвалам. Кроме того, исключение криволинейного участка в посыльной втулке 2 позволяет упростить технологию изготовления устройства. В целом это снижает затраты на устранение аварий.