устройство для расширения труб в скважине

Формула изобретения

1. Устройство для расширения труб в скважине, включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики с осями с возможностью ограниченного радиального перемещения, гидравлический кольцевой поршень, вставленный в центральный канал корпуса с возможностью продольного перемещения вниз и подпружиненный вверх, при этом поршень оснащен наружной конической поверхностью, расширяющейся вверх и взаимодействующей изнутри с роликами, которые снабжены расширяющей и калибрующей наружными поверхностями, отличающееся тем, что кольцевой поршень выполнен сборным, состоящим из нижней упорной втулки, опирающейся на пружину, и верхнего конусного вала, вставленного в центральный канал корпуса с возможностью вращения, при этом конусная поверхность вала выполнена из двух участков, нижний из которых выполнен с возможностью взаимодействия с расширяющей поверхностью ролика, а верхний, выполненный с большим углом, - с калибрующей поверхностью ролика в крайнем нижнем положении поршня, при этом внутри конусного вала установлена сменная насадка с калиброванным отверстием.

2. Устройство для расширения труб в скважине по п.1, отличающееся тем, что нижний участок конусного вала и ролики выполнены и установлены таким образом, что центральные оси роликов, конусного вала и образующие расширяющих поверхностей роликов и образующие конусного вала сходятся в одной точке.

3. Устройство для расширения труб в скважине по пп.1 и 2, отличающееся тем, что углубления корпуса под ролики выполнены таким образом, что верх каждого ролика смещен по окружности вперед по ходу вращения корпуса относительно низа ролика.

Описание изобретения к патенту

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

Известно «Устройство для развальцовки труб в скважине» (патент РФ № 2392415, МПК E21B 29/10, опубл. Бюл. № 17 от 20.06.2010 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики, установленные на осях, нижние концы которых установлены в опорах, размещенных в корпусе в шарнирах с возможностью поворота их в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и роликов, а верхние концы закреплены в радиальных проточках корпуса с возможностью ограниченного перемещения наружу, а в центральном канале корпуса размещен подпружиненный в осевом направлении гидравлический кольцевой поршень с толкателем, имеющим наружную конусную поверхность, причем ролики по наружной поверхности оснащены выборками, а толкатель размещен снизу поршня с возможностью вращения и взаимодействия изнутри с наружной поверхностью роликов своей конусной поверхностью, имеющей выступы под выборки роликов.

Недостатками данного устройства являются:

- низкое качество расширяемых труб, так как ролики устройства снабжены выборками - на внутренней поверхности расширяемых труб образуются выступы, кроме того, возможно закусывание роликов и толкателя и, как следствие, их заклинивание;

- сложность изготовления и высокая металлоемкость из-за наличия сопрягаемых деталей, к которым предъявляется высокая точность изготовления, таких как выборки роликов, выступы на толкателе, оси, шарниры;

- ролики устройства имеют недостаточную прочность, так как выполнены со сквозными отверстиями под оси и имеют выборки, которые являются концентраторами напряжений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для развальцовки труб в скважине» (патент ПМ № 58155, МПК E21B 29/10, опубл. Бюл. № 31 от 10.11.2006 г.), включающее корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики с осями, а в центральном канале корпуса размещен гидравлический поршень, подпружиненный в осевом направлении, при этом ролики жестко соединены с осями, верхние и нижние концы которых установлены в корпусе с возможностью вращения и ограниченного осевого перемещения, причем поршень выполнен коническим с возможностью взаимодействия с поверхностью роликов.

Недостатками данного устройства являются:

- возможность заклинивания поршня в рабочем положении и, как следствие, возникновение аварийной ситуации из-за обратной конусности калибрующей поверхности роликов и малой конусности поршня, а также из-за большой длины роликов, контактирующих снаружи с расширяемой трубой, а изнутри зажимающих поршень в рабочем положении;

- проскальзывание роликов относительно внутренней поверхности расширяемой трубы при подаче устройства с вращением вниз, так как ролики не смещены относительно поршня, а выполнены с ним соосно.

Техническими задачами предполагаемого изобретения являются создание надежной и технологичной в работе конструкции за счет исключения заклинивания устройства в рабочем положении, а также повышение работоспособности устройства, эффективности расширения труб и продолжительности работы развальцевателя до ремонта.

Техническая задача решается устройством для расширения труб в скважине, включающим корпус с центральным каналом, резьбами для соединения со скважинным оборудованием и углублениями на наружной поверхности, в которых размещены ролики с осями с возможностью ограниченного радиального перемещения, гидравлический кольцевой поршень, вставленный в центральный канал корпуса с возможностью продольного перемещения вниз и подпружиненный вверх, при этом поршень оснащен наружной конической поверхностью, расширяющейся вверх и взаимодействующей изнутри с роликами, которые снабжены расширяющей и калибрующей наружными поверхностями.

Новым является то, что кольцевой поршень выполнен сборным, состоящим из нижней упорной втулки, опирающейся на пружину, и верхнего конусного вала, вставленного в центральный канал корпуса с возможностью вращения, при этом конусная поверхность вала выполнена их двух участков, нижний из которых выполнен с возможностью взаимодействия с расширяющей поверхностью ролика, а верхний, выполненный с большим углом, - с калибрующей поверхностью ролика в крайнем нижнем положении поршня, при этом внутри конусного вала установлена сменная насадка с калиброванным отверстием.

Новым является также то, что нижний участок конусного вала и ролики выполнены и установлены таким образом, что центральные оси роликов, конусного вала и образующие расширяющих поверхностей роликов и образующие конусного вала сходятся в одной точке.

Новым является также то, что углубления корпуса под ролики выполнены таким образом, что верх каждого ролика смещен по окружности вперед по ходу вращения корпуса относительно низа ролика.

На фиг.1 показано устройство в исходном положении;

на фиг.2 - устройство в рабочем положении;

на фиг.3 - фрагмент вида А.

Устройство для расширения труб в скважине (на черт. не показаны), включающее корпус 1 (см. фиг.1) с центральным каналом 2, резьбами 3 и 4 для соединения со скважинным оборудованием (на черт. не показано) и углублениями 5 на наружной поверхности 6, в которых размещены ролики 7 с осями 8 с возможностью ограниченного радиального перемещения. Гидравлический кольцевой поршень 9 вставлен в центральный канал 2 корпуса 1 с возможностью продольного перемещения вниз и подпружинен вверх пружиной 10. Кольцевой поршень 9 выполнен сборным, состоящим из нижней упорной втулки 11, опирающейся на пружину 10, и верхнего конусного вала 12, вставленного в центральный канал 2 корпуса 1 с возможностью вращения. Конусная поверхность вала 12 выполнена из двух участков, нижний 13 из которых выполнен с возможностью взаимодействия с расширяющей поверхностью 14 ролика 7. Верхний конусный участок 15 вала 12 выполнен с большим углом и взаимодействует с калибрующей поверхностью 16 ролика 7 в крайнем нижнем положении поршня 9. Для создания перепада давления внутри конусного вала 12 установлена сменная насадка 17 с калиброванным отверстием 18.

Для исключения проскальзывания при вращении роликов 7 (см. фиг.2) относительно вала 12 нижний участок 13 конусного вала 12 и ролики 7 могут быть выполнены таким образом, что центральные оси 19 роликов 7, центральная ось 20 конусного вала 12 и образующие расширяющих поверхностей 21 роликов 7 и образующие 22 конусного вала 12 сходятся в одной точке.

Для исключения проскальзывания роликов 7 (см. фиг.3) относительно внутренней поверхности расширяемой трубы (на черт. не показана) при подаче устройства вниз с вращением, углубления 5 корпуса 1 под ролики 7 выполнены таким образом, что верх 23 каждого ролика 7 смещен по окружности вперед по ходу вращения корпуса 1 относительно низа 24 ролика 7.

Устройство работает следующим образом.

В скважину в интервал установки на колонне труб (на фиг. не показана) спускают расширяемые трубы (на фиг. не показаны), в которых создают избыточное давление, предварительно прижимая их к стенкам скважины или к обсадной колонне (на фиг. не показаны). Далее устройство в сборе при помощи резьб 3 (см. фиг.1) и 4 корпуса 1 соединяют со скважинным оборудованием и спускают на колонне труб (на фиг. не показаны) в скважину до интервала установки расширяемых труб. При этом колонна труб заполняется скважинной жидкостью через центральный канал 2 корпуса 1. По достижении устройством верхнего конца расширяемых труб колонну труб (на фиг. не показаны) начинают вращать при одновременном создании осевой нагрузки и промывки полости труб и устройства закачкой жидкости. При этом под действием перепада давления на насадке 17 (см. фиг.2) конусный вал 12, воздействуя на нижнюю упорную втулку 11 и сжимая пружину 10, перемещается вниз до упора, и взаимодействуя конусной поверхностью нижнего участка 13 изнутри с расширяемой поверхностью 14 роликов 7 и выводит ролики 7 в рабочее положение. Ролики 7, вращаясь в углублениях 5 корпуса 1, взаимодействуют с расширяемой трубой, которую по всей длине расширяют калибрующей поверхностью 16. По достижении нижнего конца расширяемой трубы, при выходе роликов 7 из трубы, верхний конусный участок 15, взаимодействуя с калибрующими поверхностями 16 роликов 7, поддерживает ролики 7 в рабочем положении. Благодаря этому, после развальцовки отсутствует местное концевое сужение, что обеспечивает установку расширяемых труб без сужений и, как следствие, свободное прохождение бурильного инструмента через расширенные трубы.

По окончании развальцовывания подачу жидкости прекращают, при этом конусный вал 12 с упорной втулкой 11 под воздействием пружины 10 поднимается вверх в транспортное положение, при этом диаметр, описанный вокруг роликов 7 устройства, становится меньше, что обеспечивает свободный выход устройства из развальцованной трубы. При возникновении нештатной ситуации, например поломке пружины 10, заклинивание конусного вала 12 не происходит, так как ролики 7, воздействуя расширяющей поверхностью 14, выталкивают конусный вал 12 в транспортное положение.

Благодаря тому, что нижний участок 13 конусного вала 12 (см. фиг.2) и ролики 7 могут быть выполнены и установлены таким образом, что центральные оси 19 роликов 7, ось 20 конусного вала 12 и образующие расширяющих поверхностей 21 роликов 7 и образующие 22 конусного вала 12 сходятся в одной точке исключается проскальзывание роликов 7 относительно нижнего участка конусного вала 12.

Благодаря тому, что углубления 5 (см. фиг.3) корпуса 1 под ролики 7 могут быть выполнены таким образом, что верх 23 каждого ролика 7 смещен по окружности вперед по ходу вращения корпуса 1 относительно низа 24 ролика 7 исключено проскальзывание роликов 7 относительно внутренней поверхности расширяемой трубы (на черт. не показана) при подаче устройства вниз с вращением.

Предлагаемая конструкция устройства для расширения труб в скважине является надежной и технологичной в работе конструкцией за счет исключения заклинивания устройства в рабочем положении, а также повышения работоспособности устройства, эффективности расширения труб и продолжительности работы развальцевателя до ремонта благодаря исключению скольжения между валом, роликами и вальцуемой трубой.