Разъединительное устройство

 

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройствам, предназначенным для отсоединения свободной части колонны труб от прихваченной в скважине. Разъединительное устройство включает корпус, верхний и нижний переходники, первый из которых соединен с корпусом посредством правой, а второй - посредством левой резьбы с узлом ее стопорения и выполнен с седлом под бросовый клапан, и размещенный в полости корпуса подвижный шток, зафиксированный в исходном положении от осевого перемещения и выполненный со ступенчатыми наружными и внутренними поверхностями. Ступень большего диаметра наружной поверхности штока расположена между верхней и нижней ступенями. Ступень большего диаметра внутренней полости штока имеет диаметр больше наружного диаметра верхней части штока. Узел стопорения выполнен в виде радиально установленных штифтов и взаимодействующих с ними подпружиненных втулок с резьбовыми пробками, установленных в совмещенных каналах корпуса и нижнего переходника. В исходном положении штифты ограничены от осевого перемещения нижней ступенью штока, а втулки - пробками. Торцы втулок, контактирующих со штифтами, выполнены выпуклой формы, например сферической, конической. Штифты и каналы под них выполнены ступенчатой формы. Узел стопорения размещен ниже левой резьбы. Ход поршня больше расстояния от нижнего торца поршня до оси штифтов. Нижний переходник выполнен на внутренней поверхности с резьбой под ловильный инструмент. Повышается надежность работы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к противоаварийному инструменту, а именно к разъединительным устройствам, предназначенным для отсоединения свободной части колонны труб от прихваченной в скважине.

Известно разъединительное устройство, включающее корпус, верхний и нижний переходники, последний из которых соединен с корпусом посредством левой резьбы и стопорных пальцев, и подвижный шток с поршнем, установленный в корпусе с возможностью взаимодействия со стопорными пальцами (см. авт. св. СССР №438774, кл. 21 В 17/06, 1973 г.).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и оставление в скважине значительного количества деталей после разъединения колонны.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является разъединительное устройство, включающее корпус, верхний и нижний переходники, первый из которых соединен с корпусом посредством правой, а второй - посредством левой резьбы с узлом ее стопорения и выполнен с седлом под бросовый клапан, и размещенный в полости корпуса подвижный шток, зафиксированный в исходном положении от осевого перемещения и выполненный со ступенчатыми наружными и внутренними поверхностями, ступень большего диаметра наружной поверхности которого расположена между верхним и нижним ступенями, а ступень большего диаметра внутренней полости имеет диаметр больше наружного диаметра верхней части штока (см. патент России №2002026, кл. Е 21 В 17/06, 1991 г.).

Данное устройство имеет более простую конструкцию по сравнению с аналогом и после его срабатывания в скважине остается только нижний переходник с клапаном, что значительно упрощает проведение дальнейших ловильных работ.

К отрицательным сторонам прототипа можно отнести недостаточную надежность из-за невозможности использования стопорных пальцев необходимого диаметра, что имеет особое значение при бурении скважин малого диаметра, а также определенную сложность изготовления, связанную с необходимостью точного совмещения осевых отверстий для стопорных пальцев трех сопрягаемых деталей: поршня, корпуса и нижнего переходника.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы и упрощение технологии изготовления разъединительного устройства.

Указанная техническая задача решается тем, что в разъединительном устройстве, включающем корпус, верхний и нижний переходники, первый из которых соединен с корпусом посредством правой, а второй - посредством левой резьбы с узлом ее стопорения и выполнен с седлом под бросовый клапан, и размещенный в полости корпуса подвижный шток, зафиксированный в исходном положении от осевого перемещения и выполненный со ступенчатыми наружными и внутренними поверхностями, ступень большего диаметра наружной поверхности которого расположена между верхним и нижним ступенями, а ступень большего диаметра внутренней полости штока имеет диаметр больше наружного диаметра верхней части штока, согласно изобретению, узел стопорения выполнен в виде радиально установленных штифтов и взаимодействующих с ними подпружиненных втулок с резьбовыми пробками, установленных в совмещенных каналах корпуса и нижнего переходника, при этом в исходном положении штифты ограничены от осевого перемещения нижней ступенью штока, а втулки - резьбовой пробкой.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что

- торцы втулок, контактирующих со штифтами, выполнены выпуклой формы, например сферической, конической и т.д.;

- штифты и каналы под них выполнены ступенчатой формы;

- узел стопорения размещен ниже левой резьбы, при этом ход поршня больше расстояния от нижнего торца поршня до продольной оси штифтов;

- нижний переходник выполнен на внутренней поверхности с резьбой под ловильный инструмент.

На фиг.1 изображен общий вид разъединительного устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел стопорения в увеличенном масштабе.

Разъединительное устройство содержит корпус 1, верхний и нижний переходники 2 и 3, шток 4 со ступенчатой наружной и внутренней поверхностями и узел фиксации. Корпус 1 выполнен с радиальными каналами 5, сообщающими надпоршневую полость 6 с затрубным пространством, сливными каналами 7, правой резьбой 8 для соединения с верхним переходником 2 и левой резьбой 9 для соединения с нижним переходником 3. Последний выполнен с седлом под бросовый клапан 10, радиальными каналами 11 и ловильной резьбой 12. Шток 4 выполнен с поршнями 13 и 14 разного диаметра, при этом поршень 13 большего диаметра размещен в полости корпуса 1, а поршень меньшего диаметра - в полости нижнего переходника 3. Шток 4 при спуске и работе инструмента зафиксирован от осевого перемещения вверх подпружиненными стопорами 15 и установлен с возможностью перекрытия радиальных сливных каналов 7 и 11, совмещенных между собой и образующих сигнальное приспособление для определения момента срабатывания разъединительного устройства. Узел стопорения левой резьбы 9 включает несколько штифтов 16 ступенчатой формы, количество которых выбирается в зависимости от передаваемого крутящего момента, и взаимодействующих с ними подпружиненных втулок 17 с резьбовыми пробками 18, размещенных в совмещенных каналах 19 и 20 ступенчатой формы соответственно корпуса 1 и нижнего переходника 3. При этом длина штифтов 16 выбирается больше толщины стенки нижнего переходника 3 в плоскости расположения узла стопорения, а длина ступени большого диаметра штифтов 16 должна быть меньше длины ступени большого диаметра канала 20, в котором штифт утапливается при срабатывании разъединительного устройства. При этом штифты 16 перемещаются в радиальных каналах 19 и 20 под действием втулок 17, опирающихся на пружины 21, усилие которых регулируется резьбовыми пробками 18. Вершина 22 подпружиненных втулок 17 имеет выпуклую форму, например в виде конуса, сферы и т.д. Сливные каналы 7, 11 и каналы 19 и 20 узла стопорения расположены в одной плоскости и могут быть выполнены одинаковыми, что позволит при необходимости использовать в зависимости от условий применения различное количество стопорных узлов. Узел стопорения расположен ниже левой резьбы 9, при этом расстояние h₁ между нижним торцом поршня 14 и плоскостью расположения узла стопорения выбирается меньше хода h₂ штока 4.

Монтаж устройства осуществляют в следующей последовательности. Вначале соединяют корпус 1 с нижним переходником 3 посредством левой резьбы 9 с совмещением их радиальных каналов 7 и 11 и 19 и 20. После этого устанавливают шток 4 и фиксируют его относительно корпуса 1 подпружиненными стопорами 15. После этого производят монтаж узлов стопорения и присоединяют верхний переходник 2. В собранном виде разъединительное устройство включают в состав компоновки бурового инструмента над турбобуром, колонковым снарядом или другой частью компоновки, имеющей наибольший диаметр. В процессе бурения крутящий момент передается через верхний переходник 2, корпус 1, штифты 16 и нижний переходник 3. В случае прихвата инструмента через колонну труб сбрасывают легко разрушаемый клапан 10, который перекрывает проходной канал нижнего переходника 3. Под давлением промывочной жидкости шток 4 с поршнями 13 и 14 поднимается вверх, вытесняя через каналы 5 находящуюся в надпоршневой полости 6 промывочную жидкость. После подъема поршня 14 на высоту – h₁ открываются совмещенные каналы 7 и 11, что фиксируется на поверхности резким падением давления и служит сигналом о срабатывании устройства. Одновременно с открытием каналов 7 и 11 происходит расфиксация корпуса 1 и нижнего переходника 3 штифтами 16, которые под действием подпружиненных втулок 17 смещаются в радиальном направлении и утапливаются в радиальных каналах 20 нижнего переходника 3. После этого вращением бурильной колонны вправо производят разъединение устройства по левой резьбе 9. При этом благодаря выполнению втулок 17 с выпуклой вершиной 22 обеспечивается свободное разъединение устройства и при разном ходе втулок 17. После разъединения колонны, что определяется уменьшением веса на крюке, все элементы устройства, кроме нижнего переходника 3 с штифтами 16 и клапаном 10, вместе с бурильной колонной поднимаются на поверхность.

Предложенная конструкция разъединителя позволяет использовать независимо от диаметра скважины стопорные штифты 16 необходимого диаметра, что гарантирует возможность передачи значительного крутящего момента без деформации штифтов 16 и тем самым повышает надежность работы устройства. Этому способствует и выполнение торцов штифтов 16 выпуклой формы, а каналов 19 и 20 ступенчатой формы, предохраняющих штифты 16 и втулки 17 от выпадения после разъединения колонны.

Расположение узла фиксации ниже левой резьбы 9 способствует уменьшению габаритов устройства, т.к. в этом случае разъединение устройства достигается при минимальном ходе поршня 14. Расположение узла фиксации и сливных каналов 7 и 11 в одной плоскости и одинаковое их выполнение позволяет регулировать в широких пределах величину передаваемого крутящего момента и одновременно получить сигнал о готовности устройства к разъединению. Наличие ловильной резьбы 12 в нижнем переходнике 3 позволяет осуществлять быстрое соединение с прихваченной частью бурильной колонны, спускаемой совместно с другими вспомогательными устройствами (яссами, вибраторами и т.д.) для ликвидации аварии.

Все это позволяет повысить надежность и эффективность работы разъединительного переходника.

Формула изобретения

1. Разъединительное устройство, включающее корпус, верхний и нижний переходники, первый из которых соединен с корпусом посредством правой, а второй - посредством левой резьбы с узлом её стопорения и выполнен с седлом под бросовый клапан, и размещенный в полости корпуса подвижный шток, зафиксированный в исходном положении от осевого перемещения и выполненный со ступенчатыми наружными и внутренними поверхностями, ступень большего диаметра наружной поверхности которого расположена между верхней и нижней ступенями, а ступень большего диаметра внутренней полости штока имеет диаметр больше наружного диаметра верхней части штока, отличающееся тем, что узел стопорения выполнен в виде радиально установленных штифтов и взаимодействующих с ними подпружиненных втулок с резьбовыми пробками, установленных в совмещенных каналах корпуса и нижнего переходника, при этом в исходном положении штифты ограничены от осевого перемещения нижней ступенью штока, а втулки - пробками.

2. Разъединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что торцы втулок, контактирующих со штифтами, выполнены выпуклой формы, например, сферической, конической и т.д.

3. Разъединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что штифты и каналы под них выполнены ступенчатой формы.

4. Разъединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что узел стопорения размещен ниже левой резьбы, при этом ход поршня больше расстояния от нижнего торца поршня до оси штифтов.

5. Разъединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что нижний переходник выполнен на внутренней поверхности с резьбой под ловильный инструмент.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4