устройство для развальцовки труб в скважине

Формула изобретения

Устройство для развальцовки труб в скважине, включающее корпус с центральным каналом и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики с осями, а в центральном канале корпуса размещен кольцевой поршень, подпружиненный в осевом направлении, а также резьбу для соединения со скважинным оборудованием, отличающееся тем, что ролики жестко соединены с осями, верхние и нижние концы которых установлены в корпусе с возможностью вращения и ограниченного радиального перемещения, при этом корпус выше углублений, в которых установлены ролики, снабжен внутренней кольцевой выборкой, в которую установлена цилиндрическая ступень, выполненная на наружной поверхности кольцевого поршня, при этом внутренняя поверхность корпуса и наружные поверхности кольцевого поршня и его цилиндрической ступени образуют гидравлическую камеру, сообщенную с внутренним пространством кольцевого поршня радиальными отверстиями, выполненными в кольцевом поршне, при этом корпус имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно кольцевого поршня, причем нижняя часть кольцевого поршня снабжена наружной конической поверхностью, имеющей возможность взаимодействия с поверхностью роликов, при этом резьба для соединения устройства со скважинным оборудованием выполнена на верхнем конце кольцевого поршня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению и капитальному ремонту скважин и предназначено, в частности для развальцовывания расширяемых устройств из расширяемых труб при установке их в скважинах.

Известно «Устройство для развальцовки труб» (патент RU №2191883, Е21В 29/10, опубл. Бюл. №30 от 27.10.02 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием, и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики, установленные на осях, верхние концы которых закреплены в корпусе разъемно, а нижние установлены в опорах, размещенных в корпусе с помощью шарниров с возможностью поворота их в плоскости, проходящей через геометрические оси корпуса и роликов.

Недостатком данного аналога являются:

- ограниченная возможность применения, так как внешний диаметр окружности, описываемый вокруг роликов, которые не регулируются по вылету, не может быть больше диаметра скважины;

- не исключена возможность аварийных ситуаций в виде заклинивания при спуске и подъеме устройства в горизонтальных скважинах и скважинах со сложным профилем, так как диаметр окружности, описываемый вокруг роликов, выбирают максимально приближенным к диаметру скважины;

- необходимы высокие осевые нагрузки в процессе развальцовки труб;

- высокие радиальные нагрузки непосредственно на оси, значительно сокращающие срок их службы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для развальцовки труб в скважине» (патент RU №2235849, Е21В 29/10, опубл. Бюл. №25 от 10.09.04 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики, установленные на осях, верхние концы которых закреплены в корпусе разъемно, а нижние установлены в опорах, при этом нижние концы осей установлены в опорах, размещенных в корпусе, с помощью шарниров с возможностью поворота их в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и роликов, верхние концы роликов установлены в корпусе с радиальным зазором, а в центральном канале корпуса размещен гидравлический кольцевой поршень, подпружиненный в осевом направлении и имеющий толкатели, взаимодействующие с верхними концами роликов.

Недостатками устройства являются:

- сложность изготовления и, как следствие, высокие материальные затраты на изготовление;

- необходимы высокие осевые нагрузки в процессе развальцовки труб;

- высокие радиальные нагрузки непосредственно на оси, значительно сокращающие срок их службы.

Технической задачей изобретения является снижение осевых нагрузок на корпус и радиальных нагрузок на оси роликов в процессе работы, а также упрощение конструкции устройства и, как следствие, снижение материальных затрат на изготовление, ремонт и эксплуатацию.

Техническая задача решается устройством для развальцовки труб в скважине, включающим корпус с центральным каналом и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики с осями, а в центральном канале корпуса размещен кольцевой поршень, подпружиненный в осевом направлении, а также резьбу для соединения со скважинным оборудованием.

Новым является то, что ролики жестко соединены с осями, верхние и нижние концы которых установлены в корпусе с возможностью вращения и ограниченного радиального перемещения, при этом корпус выше углублений, в которые установлены ролики снабжен внутренней кольцевой выборкой, в которую установлена цилиндрическая ступень, выполненная на наружной поверхности кольцевого поршня, при этом внутренняя поверхность корпуса и наружные поверхности кольцевого поршня и ее цилиндрической ступени образуют гидравлическую камеру, сообщенную с внутренним пространством кольцевого поршня радиальными отверстиями, выполненными в кольцевом поршне, причем корпус имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно кольцевого поршня, при этом нижняя часть кольцевого поршня снабжена наружной конической поверхностью, имеющей возможность взаимодействия изнутри с поверхностью роликов, причем резьба для соединения устройства со скважинным оборудованием выполнена на верхнем конце кольцевого поршня.

На чертеже изображено устройство с частичным продольным разрезом в транспортном положении.

Устройство для развальцовки труб в скважине содержит корпус 1 с центральным каналом 2 и углублениями 3 на наружной поверхности 4, в которых размещены ролики 5 с верхними 6 и нижними 6' осями. В центральном канале 2 корпуса 1 размещен кольцевой поршень 7, подпружиненный сверху в осевом направлении посредством пружины 8 относительно корпуса 1.

Ролики 5 жестко соединены с верхними 6 и нижними 6' осями, которые установлены в корпусе 1 с возможностью вращения и ограниченного радиального перемещения в пределах зазоров 9 и 9' соответственно. Корпус 1 выше углублений 4, в которые установлены ролики 5 снабжен внутренней кольцевой выборкой 10, в которую установлена цилиндрическая ступень 11, выполненная на наружной поверхности кольцевого поршня 7.

Внутренняя поверхность корпуса 1 и наружные поверхности кольцевого поршня 7 и ее цилиндрической ступени 11 образуют гидравлическую камеру 12. Гидравлическая камера 12 сообщена с внутренним пространством 13 кольцевого поршня 7 радиальными отверстиями 14, выполненными в кольцевом поршне 7. Корпус 1 имеет возможность осевого перемещения относительно кольцевого поршня 7. Нижняя часть кольцевого поршня 8 снабжена наружной конической поверхностью 15, имеющей возможность взаимодействия изнутри с поверхностью роликов 5. Пружина 8 зафиксирована от вращения в процессе работы посредством стопора 16, закрепленного к верхнему концу кольцевого поршня 7.

На верхнем конце кольцевого поршня 7 выполнена резьба 17 для соединения устройства со скважинным оборудованием (не показано).

С целью исключения несанкционированных перетоков жидкости в процессе работы устройства сопрягаемые поверхности снабжены уплотнительными элементами 18 и 19.

Устройство для развальцовки труб в скважине работает следующим образом.

В скважину (не показана) в интервал установки (не показан) спускают расширяемые трубы, в которых создают избыточное давление, предварительно прижимая их к стенкам или к обсадной колонне (не показаны) скважины. Далее устройство в сборе при помощи резьбы 17 (см. фигуру) соединяют со скважинным оборудованием и колонной труб (не показано).

Далее устройство на колонне труб спускают в скважину до интервала установки расширяемой трубы, при этом колонна труб заполняется скважинной жидкостью через внутреннее пространство 13 кольцевого поршня 7. По достижении устройством верхнего конца расширяемых труб колонну труб (не показана) начинают вращать при одновременном создании осевой нагрузки и промывки полости колонны труб и внутреннего пространства 13 (см. фигуру) кольцевого поршня 7 закачкой жидкости.

В процессе закачки жидкости последняя через радиальные отверстия 14 кольцевого поршня 7 попадает в гидравлическую камеру 12. Подачу жидкости в колонну труб и соответственно во внутреннее пространство 13 кольцевого поршня 7 увеличивают. В результате давление жидкости в гидравлической камере 12 повышается и корпус 1 с находящимися в нем роликами 5 перемещается вверх относительно находящегося неподвижно кольцевого поршня 7, при этом пружина 8 сжимается, а кольцевой поршень 7 своей цилиндрической ступенью 11 смещается вниз в пределах внутренней кольцевой выборки 10 корпуса 1.

В этот момент кольцевой поршень 7 своей наружной конической поверхностью 15, воздействуя на ролики 5, смещает последние радиально наружу в пределах зазоров 9 и 9' относительно корпуса 1. В результате ролики 5 занимают рабочее положение. Вращение колонны труб продолжают, при этом ролики 5, вращаясь в углублениях 4 корпуса 1, взаимодействуют с расширяемой трубой, которую по всей длине плотно и герметично прижимают к стенке скважины или к обсадной колонне. Ролики 5 взаимодействуют с конической поверхностью 15 кольцевого поршня 7, вращаясь вокруг своих верхней 6 и нижней 6' осей благодаря вращению кольцевого поршня 7, причем корпус 1 остается неподвижным.

По окончании развальцовывания промывку жидкости прекращают, и соответственно давление жидкости во внутреннем пространстве 13 кольцевого поршня 7 и гидравлической камере 12 резко снижается, при этом корпус 1 и находящиеся в нем ролики 5 за счет возвратной силы пружины 8 возвращаются в транспортное положение, при этом ролики 5 перемещаются вниз относительно конической поверхности 15 кольцевого поршня 7, а также смещаются радиально внутрь, занимая транспортное положение.

Благодаря тому, что ролики 5 в процессе раскатки расширяемой трубы взаимодействуют с конической поверхностью 15 кольцевого поршня 7, одновременно вращаясь в разных направлениях, при этом корпус 1 остается неподвижным, что обеспечивает снижение осевых нагрузок на корпус и радиальных нагрузок на оси роликов в процессе работы. Кроме того, устройство имеет простую конструкцию, что позволяет снизить материальные затраты на изготовление, ремонт и эксплуатацию.