разъединительное устройство

Формула изобретения

1. Разъединительное устройство, содержащее корпус, соединенный с ним посредством левой резьбы с предохранительным приспособлением переходник, узел для разрушения зоны прихвата, включающий радиальные каналы для сообщения полости устройства с затрубным пространством и размещенную в полости корпуса с возможностью перекрытия радиальных каналов узла разрушения подвижную в осевом направлении втулку с проточкой на наружной поверхности, седлом под бросовый клапан и фиксатором перемещения, отличающееся тем, что радиальные каналы для сообщения полости устройства с затрубным пространством выполнены в корпусе, узел разрушения зоны прихвата выполнен в виде гидромониторных насадок, установленных в радиальных каналах корпуса, и фрезерной коронки, жестко соединенной с корпусом и размещенной над насадками с возможностью взаимодействия с их выходными торцами, бросовый клапан выполнен из разрушаемого или деформируемого материала, а втулка снабжена стопором в виде пружины с опорным элементом, при этом опорный элемент зафиксирован от осевого перемещения относительно переходника, а пружина установлена между опорным элементом и втулкой.

2. Разъединительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что предохранительное приспособление выполнено в виде шлицевого соединения, образованного шпонками или шлицами на наружной поверхности втулки и совмещенными с продольными пазами на внутренней поверхности корпуса и переходника.

3. Разъединительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что втулка выполнена ступенчатой формы с винтовой нарезкой на наружной поверхности ступени меньшего диаметра под пружину, при этом втулка соединена с пружиной разъемно.

4. Разъединительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходная часть каналов гидромониторных насадок удалена от оси корпуса на расстояние, меньшее большего радиуса фрезерной коронки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к противоаварийному инструменту, а именно к разъединительным устройствам, предназначенным для отсоединения свободной части колонны труб от прихваченного в скважине снаряда, например забойного двигателя, колонкового снаряда и т.д.

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 N 438774, кл. Е 21 В 17/06, 1973 г.)

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и как следствие этого - малая надежность в работе и оставление в скважине значительного количества деталей после разъединения колонны.

Известен также отсоединитель, включающий корпус с радиальными каналами, переходники, закрепленный с корпусом посредством узла соединения с предохранительным приспособлением, размещенную в полости корпуса с возможностью перекрытия его радиальных каналов подвижную в осевом направлении втулку с седлом под бросовый клапан, стопором и фиксатором перемещения (см. авт. св. СССР 732484, кл. Е 21 В 17/06, 1977 г.). К недостаткам этого устройства следует отнести малую надежность в работе, связанную со сложностью его конструкции и возможностью деформации элементов передачи крутящего момента из-за их ограниченных размеров, что может в некоторых случаях полностью исключить разъединение устройства.

Другим недостатком устройства является необходимость левого вращения колонны с целью освобождения свободной части колонны от прихваченной, что далеко не всегда приводит к разъединению колонны в заданном месте. Кроме того, известное устройство после спуска клапана в скважину требует обязательного подъема колонны на поверхность, что значительно увеличивает непроизводительные затраты времени и резко снижает эффективность освобождения колонны.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является разъединительное устройство, содержащее корпус с радиальными каналами, переходник, соединенный с корпусом посредством левой резьбы с предохранительным приспособлением, размещенную в полости корпуса с возможностью перекрытия его радиальных каналов подвижную в осевом направлении втулку с проточкой на наружной поверхности, седлом и фиксатором перемещения, и узел для размыва зоны прихвата (см. патент РФ 2058471, кл. Е 21 В 17/06, 1996 г.)

Данное устройство благодаря наличию узла размыва зоны прихвата и выполнению предохранительного приспособления в виде эксцентрика, что позволяет передавать значительный крутящий момент, в ряде случаев имеет более высокую надежность и эффективность в работе. Этому способствует также и то, что по сравнению с аналогом 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 эффективность работы узла размыва зоны прихвата, что связано с возможностью закупорки радиальных каналов корпуса шламом еще в процессе бурения. Другим его недостатком является возможность заклинивания эксцентрика, особенно при передаче на бурильный вал значительного крутящего момента, что обычно и сопровождает процесс ликвидации аварий. Еще одним недостатком прототипа является необходимость подъема бурильной колонны после сбрасывания клапана, причем даже в тех случаях, когда удается размыть шламовую пробку. Это значительно увеличивает непроизводительные затраты времени на дополнительное проведение спуско-подъемных операций.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение надежности и эффективности работы разъединительного устройства, упрощение технологии его эксплуатации, а также сокращение непроизводительных затрат времени.

Указанная техническая задача решается тем, что в разъединительном устройстве, содержащем корпус, соединенный с ним посредством левой резьбы с предохранительным приспособлением переходник, узел для разрушения зоны прихвата, радиальные каналы для сообщения полости устройства с затрубным пространством и размещенную в полости корпуса с возможностью перекрытия радиальных каналов узла разрушения подвижную в осевом направлении втулку с проточкой на наружной поверхности, седлом под бросовый клапан и фиксатором перемещения, согласно изобретению радиальные каналы для сообщения полости устройства с затрубным пространством выполнены в корпусе, узел разрушения зоны прихвата выполнен в виде гидромониторных насадок, установленных в радиальных каналах корпуса, и фрезерной коронки, жестко соединенной с корпусом и размещенной над насадками с возможностью взаимодействия с их выходными торцами, бросовый клапан выполнен из разрушаемого или деформируемого материала, а втулка снабжена стопором в виде пружины с опорным элементом, при этом опорный элемент зафиксирован от осевого перемещения относительно переходника, а пружина установлена между опорным элементом и втулкой.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- предохранительное приспособление выполнено в виде шлицевого соединения, образованного шпонками или шлицами на наружной поверхности втулки и совмещенными с продольными пазами на внутренней поверхности корпуса и переходника;

- втулка выполнена ступенчатой формы с винтовой нарезкой на наружной поверхности ступени меньшего диаметра под пружину, соединенной с втулкой разъемно;

- выходная часть каналов гидромониторных насадок удалена от оси корпуса на расстояние, меньшее большего радиуса фрезерной коронки.

Выполнение узла разрушения зоны прихвата в виде гидромониторных насадок и фрезерной коронки позволяет более эффективно разрушать шламовую пробку благодаря совместному механическому и гидравлическому воздействию вооружения фрезерной коронки и скоростного потока струи жидкости. Выполнение же бросового клапана из разрушаемого материала, а стопора втулки в виде пружины сжатия с опорным элементом повышает эффективность работы устройства за счет исключения подъема колонны труб в тех случаях, когда успешным оказалась операция по разрушению зоны прихвата. В этом случае предложенное устройство позволяет продолжить нормальный процесс бурения. Выполнение предохранительного приспособления в виде шлицевого соединения повышает надежность работы разъединителя благодаря его гарантированному срабатыванию. Схема размещения элементов узла разрушения зоны прихвата и стопора втулки, а также конструктивное выполнение последнего обеспечивает упрощение технологии изготовления устройства и исключает оставление каких-либо его элементов в скважине, кроме нижнего переходника.

Изобретение поясняется чертежом, на котором на фиг.1 изображен общий вид разъединительного устройства в продольном разрезе; на фиг.2 и 3 - сечение А-А на фиг.1 (варианты выполнения предохранительного приспособления).

Разъединительное устройство содержит корпус 1 с радиальными каналами 2а и 2б, переходник 3, соединенный с корпусом 1 посредством левой резьбы 4 с предохранительным приспособлением, втулку 5 с седлом под бросовый клапан 6, стопором и фиксатором перемещения 7 и узел разрушения зоны прихвата. Втулка 5 установлена в полости корпуса 1 и переходника с возможностью осевого перемещения и перекрытия радиальных каналов 2а и 2б и выполнена с кольцевой проточкой 8 под фиксатор перемещения 7. Нижняя часть втулки 5 имеет ступенчатую форму, на ступени большего диаметра которой выполнены шлицы 9 (фиг.2) или закреплены шпонки 10 (фиг.3), а на ступени меньшего диаметра - винтовую нарезку 11. В верхней части втулки 5 размещено уплотнительное кольцо 12 и выполнена кольцевая проточка 13 для фиксации втулки от выпадения на забой скважины после срабатывания устройства.

Бросовый клапан 6 может быть выполнен из разрушаемого материала, например в виде стеклянного шара, который разрушается дополнительным бросовым элементом, например, Т-образным металлическим стержнем малого диаметра, хвостовик которого удерживает стержень от падения на забой скважины (не показан). Другим вариантом выполнения клапана 6 может быть использование материала, который легко растворяется слабым раствором кислоты. В качестве такого материала может использоваться смесь кальцита с наполнителем в виде связующего, например дебутилфтолата или другого пластификатора. Также возможен вариант выполнения клапана из деформируемого материала с небольшим удельным весом, например резины.

Стопор втулки 5 для удержания ее в исходном положении выполнен в виде пружины 14 с опорным элементом, например в виде диска 15, зафиксированного от осевого перемещения относительно переходника 3 любым известным способом, например винтами (не показаны) или установкой диска 15 между торцами переходника 3 и уступом бурового снаряда 16. Пружина 14 при этом установлена между диском 15 и втулкой 5 и закреплена с ней разъемно, например, посредством винтовой нарезки 11.

Узел разрушения зоны прихвата образован фрезерной коронкой 17 с зубьями 18, жестко закрепленной с корпусом 1 любым известным способом, например посредством шпонки, резьбы или кулачкового соединения, и гидромониторными насадками 19, установленными в промывочных каналах 2а и зафиксированных от выпадения торцом фрезерной коронки 17, установленной с возможностью взаимодействия с выходными торцами насадок 19. Наружный диаметр фрезерной коронки 17 должен быть больше диаметра окружности, на которой расположены выходные торцы насадок 19, при этом осевые каналы насадок 19 ориентированы в сторону зубьев 18 фрезерной коронки, что предохраняет каналы насадок 19 от забивания шламом.

Предохранительное приспособление левой резьбы 4 может быть выполнено в виде шлицевого соединения (фиг.2), образованного шлицами 9 или шпонками 10 (фиг. 3) и совмещенными пазами 19 и 20 на внутренней поверхности соответственно корпуса 1 и переходника.

Фиксатор перемещения 7 втулки 5 служит для ее удержания от падения в скважину при подъеме бурильной колонны 21 после срабатывания разъединителя. Сам фиксатор может быть выполнен в виде подпружиненного стержня с определенным усилием срабатывания, регулируемым путем поджатия пружины стержня и глубиной проточки 8, выбираемой таким образом, чтобы при контакте стержня фиксатора 7 с верхней кромкой проточки 8 радиальные каналы 2а узла разрушения зоны прихвата были открыты.

В рабочем положении устройство размещается между бурильной колонной 21 и снарядом 16 и соединяется с ними посредством резьб 22 и 23 с правой нарезкой.

Принцип работы разъединителя заключается в следующем. В процессе работы бурового инструмента крутящий момент от колонны 21 передается через корпус 1, предохранительное приспособление и переходник 3 на снаряд 16. При этом втулка 5 удерживается в исходном положении пружиной 14, размещенной между ее нижним торцом и опорным элементом 15. Усилие срабатывания втулки 5 регулируется любым известным способом, например установкой между пружиной 14 и опорным элементом 15 шайб калиброванной толщины. В случае прихвата снаряда 16 забрасывают клапан 6, который перекрывает проходное сечение втулки 5. Под давлением промывочной жидкости втулка 5, преодолевая сопротивление пружины 14, опускается вниз и открывает радиальные каналы 2а и 2б. При этом втулка 5 от дальнейшего перемещения вниз удерживается фиксатором 7, который входит в контакт с верхним торцом кольцевой проточки 8 втулки 5. В этом положении шлицы 9 не выходят из зацепления с корпусом 1. Промывочная жидкость через каналы 2а и 2б направляется в затрубное пространство для разрушения зоны прихвата, чему способствует оснащение каналов 2а гидромониторными насадками 19.

При возможности проворота бурильной колонны 21 зона прихвата разрушается также и фрезерной коронкой 17, зубья которой оказывают механическое воздействие на породу. Кроме того, меняя давление на втулку 5, промывочную жидкость можно подавать через определенное количество каналов, например только через каналы 2а. При этом резко возрастает скорость истечения промывочной жидкости и тем самым увеличивается эффективность разрушения шламовой пробки, а следовательно, и вероятность освобождения инструмента от прихвата. В случае размыва шламовой пробки (зоны прихвата) и освобождения прихваченного снаряда проводят операцию по удалению клапана 6. При использовании клапана из растворимого материала в полость колонны закачивают раствор кислоты, который растворяет пластификатор и тем самым разрушает клапан 6 и освобождает центральный канал втулки 5.

При использовании клапана из хрупкого материала разрушение его осуществляют другим бросовым элементом, например Т-образным стержнем малого диаметра. При использовании клапана из упругого материала с небольшим удельным весом для его удаления может быть использована обратная промывка. После удаления клапана 6 втулка 5 под действием пружины 14 занимает исходное положение, перекрывая радиальные каналы 2а и 2б, что позволяет продолжить процесс бурения.

В случае невозможности освобождения инструмента повышают давление промывочной жидкости до срабатывания фиксатора 7 и разблокировки предохранительного приспособления, т.е. до выхода шлицев 9 или шпонок 10 из зацепления с корпусом 1. После этого путем вращения бурильной колонны 21 вправо разъединяют корпус 1 с переходником 3 по левой резьбе 4. При этом втулка 5 удерживается от падения на забой фиксатором 7, который входит своим стержнем в кольцевую проточку 13. Таким образом, при подъеме свободной части колонны одновременно поднимают все элементы разъединителя за исключением переходника и опорного элемента 15. При подъеме колонны промывочная жидкость, находящаяся в ее полости, выливается в скважину через открытые радиальные каналы 2а и 2б.

Применение предложенного разъединителя благодаря повышению надежности и эффективности его работы позволит значительно снизить материальные и финансовые затраты на проведение работ, связанных с ликвидацией прихватов бурильных колонн.