Патент на изобретение №2398949

(54) ОРИЕНТАТОР ГИБКОЙ ТРУБЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства скважин с боковыми стволами и может быть использовано в качестве поворотного ориентирующего устройства в забойных компоновках при ремонте многоствольных скважин, проведении различных технологических операций в боковых стволах скважин. Ориентатор гибкой трубы содержит сборный корпус с канавками на стенке, в котором размещены полый нажимной элемент с кулачками, выполненными с возможностью взаимодействия с канавками на стенке сборного корпуса, возвратная пружина нажимного элемента, полый поворотный шпиндель, две полые зубчатые полумуфты, выполненные с возможностью взаимодействия между собой, одна из которых размещена в верхней части полого поворотного шпинделя, а возвратная пружина нажимного элемента обеспечивает их разомкнутое положение. Нажимной элемент выполнен в виде подвижной втулки со сквозными окнами и винтовыми шлицами, кулачки закреплены на осях в сквозных окнах и выполнены в виде двуплечих рычагов, одно плечо которых размещено в полости втулки с возможностью ее перекрытия до размера меньшего, чем диаметр гибкой трубы, а второе – в канавках на стенке сборного корпуса, выполненных прямолинейными. Вторая зубчатая полумуфта снабжена винтовыми шлицами, находящимися в зацепление с винтовыми шлицами подвижной втулки. В стенке сборного корпуса выполнены углубления, сообщающиеся с нижней частью прямолинейных канавок. Поворотный корпус жестко закреплен на нижней части поворотного шпинделя. Ниже сборного корпуса расположен поворотный корпус с продольным окном и отклоняющим элементом. Изобретение позволяет повысить надежность работы ориентатора гибкой трубы. 3 ил.

Изобретение относится к области строительства скважин с боковыми стволами, оно может быть использовано в качестве поворотного ориентирующего устройства в забойных компоновках при ремонте многоствольных скважин, проведении различных технологических операций в боковых стволах скважин.

Известно устройство для доставки объекта в боковой ствол многоствольной скважины /RU 2142559, МГЖ Е21В 47/01, 1999.12.10/, содержащее транспортирующий орган с механизмом изменения направления движения, стопорно-блокирующий механизм, соединенный с механизмом поиска и разъединения, который имеет двуплечий рычаг, подпружиненный шток, замок разъединения и взаимодействующие наклонные плоскости, верхняя из которых жестко связана с механизмом изменения направления движения, а нижняя – с корпусом подпружиненного штока.

Недостатком данного устройства является сложность его конструкции, снижающая надежность работы устройства, а также ограниченность сферы применения, т.к. не позволяет его использовать для направления гибкой трубы колтюбинга в боковой ствол при проведении технологических операций по освоению и ремонту боковых стволов.

Известен также ориентатор /RU 2284402, МПК Е21В 7/08, 2006.09.27/, содержащий сборный корпус, размещенные в нем поршень с пустотелым штоком с наружными прямыми, зацепленными со сборным корпусом, и винтовыми шлицами, возвратную пружину в подпоршневой полости, связанной посредством разделительного элемента с буферной полостью, соединенной дренажным окном с закорпусным пространством, шпиндель с полым валом, кинематически связанным с пустотелым штоком храповой муфтой, состоящей из верхней подвижной, находящейся в зацеплении с винтовыми шлицами, и нижней неподвижной, закрепленной в сборном корпусе, обойм, выполненных с возможностью зацепления с храповым зубчатым венцом полого вала посредством подпружиненных храповых фиксаторов. Храповые фиксаторы выполнены в виде пластин, установленных с возможностью ограниченного углового перемещения в глухих клинообразных тангенциальных гнездах с цилиндрическим дном, пружины которых размещены в глухих отверстиях, выполненных в обоймах, подпоршневая полость разделена на две полуполости, соединенные друг с другом дроссельным каналом, образованным зазором между внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями неподвижной обоймы и полого вала шпинделя, разделительный элемент выполнен в виде кольцевого поршня, взаимодействующего с пружиной сжатия, размещенной в буферной полости.

Недостатком данного ориентатора является сложность и ненадежность его конструкции, особенно храповой муфты. Использование ориентатора в качестве поворотного устройства в забойных компоновках при ремонте многоствольных скважин затруднено из-за проблем с созданием перепада давления для обеспечения перемещения поршня, т.к. полость пустотелого штока должна быть открыта для прохода гибкой трубы колтюбинга в боковой ствол скважины.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является ориентатор гибкой трубы /BY 3870 U, МПК Е21В 7/04, 2007.01.29/, содержащий сборный корпус, в котором размещены полый поршень, возвратная пружина поршня, поворотный шпиндель, храповый венец, зубцы которого фиксируются собачками. На поршне выполнены кулачки, взаимодействующие с винтовыми канавками, выполненными на стенке сборного корпуса, внутренний диаметр полого поршня больше диаметра ориентируемой гибкой трубы на величину щелевого зазора, обеспечивающего необходимый перепад давления между зонами, расположенными над и под поршнем, содержит две зубчатые полумуфты, устроенные с возможностью взаимодействия между собой, одна из которых размещена в нижней части поршня, а другая – в верхней части поворотного шпинделя, а возвратная пружина поршня обеспечивает их разомкнутое положение, дополнительную возвратную пружину, обеспечивающую возврат поворотного шпинделя в верхнее исходное положение, шлицевую муфту, кинематически связанную с нижней частью поворотного шпинделя посредством устроенных на нем шлиц и установленную в нижней части сборного корпуса посредством резьбовой втулки, на нижнем торце которой устроена храповая полумуфта, собачки которой взаимодействуют с зубцами храпового венца, устроенного на теле шлицевой муфты, поворотный корпус с закрепленной на его внутренней стенке рессорой и продольным окном, устроенным напротив рессоры, причем верхняя часть поворотного корпуса соединена с нижней частью шлицевой муфты.

Недостатком этого ориентатора является сложность конструкции и его низкая надежность работы, особенно то обстоятельство, что для создания необходимого перепада давления над и под поршнем щелевой зазор между гибкой трубой и внутренним диаметром полого поршня должен быть минимальным, а это создает предпосылки к прихвату гибкой трубы колтюбинга при проходе ее через ориентатор, особенно при попадании в щелевой зазор загрязнений во время проведения технологических операций в боковых стволах скважины. Дополнительно во время проведения промывок и обработок химреагентами бокового ствола скважины обратный поток жидкости, выносящий из скважины загрязнения и продукты реакции, кроме того, что забьет щелевой зазор, для его выхода потребуется дополнительно установка на НКТ 1, над ориентатором, циркуляционного клапана, что еще больше усложняет конструкцию и снижает надежность работы.

Выполнение канавок на стенке сборного корпуса винтовыми ведет к тому, что поршень вместо прямолинейного движения совершает одновременно поворот вокруг своей оси, а силы, действующие на возвратную пружину, не только сжимают ее, но и стремятся ее повернуть, что неблагоприятно сказывается на надежности работы поршня, пружины и ориентатора в целом.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности работы ориентатора гибкой трубы за счет упрощения конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в ориентаторе гибкой трубы, содержащем сборный корпус с канавками на стенке, в котором размещены полый нажимной элемент с кулачками, выполненными с возможностью взаимодействия с канавками на стенке сборного корпуса, возвратная пружина нажимного элемента, полый поворотный шпиндель, две полые зубчатые полумуфты, выполненные с возможностью взаимодействия между собой, одна из которых размещена в верхней части полого поворотного шпинделя, а возвратная пружина нажимного элемента обеспечивает их разомкнутое положение, расположенный ниже сборного корпуса поворотный корпус с продольным окном и отклоняющим элементом, согласно изобретению нажимной элемент выполнен в виде подвижной втулки со сквозными окнами и винтовыми шлицами, кулачки закреплены на осях в сквозных окнах и выполнены в виде двуплечих рычагов, одно плечо которых размещено в полости втулки с возможностью ее перекрытия до размера меньшего, чем диаметр гибкой трубы, а второе – в канавках на стенке сборного корпуса, выполненных прямолинейными, вторая зубчатая полумуфта снабжена винтовыми шлицами, находящимися в зацеплении с винтовыми шлицами подвижной втулки, в стенке сборного корпуса выполнены углубления, сообщающиеся с нижней частью прямолинейных канавок, а поворотный корпус жестко закреплен на нижней части поворотного шпинделя.

Заявленное изобретение представлено на следующих чертежах: на фиг. 1 изображен разрез ориентатора, на фиг. 2 – разрез ориентатора с проходящей через него гибкой трубой, на фиг. 3 – вид А-А на фиг. 2.

На колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 закреплен сборный корпус 2 ориентатора гибкой колтюбинговой трубы 3, в котором размещена подвижная втулка 4 со сквозными окнами 5 и винтовыми шлицами 6. Вдоль стенки сборного корпуса 2 выполнены прямые канавки 7, внизу которых изготовлены углубления 8. В сквозных окнах 5 на осях 9 закреплены кулачки 10, одни из плеч которых размещены в прямых канавках 7, а вторые плечи выступают в полость 11 подвижной втулки 4. Между уступом сборного корпуса 2 и выполненным на подвижной втулке 4 буртиком расположена возвратная пружина 12. Ниже подвижной втулки 4 в сборном корпусе 2 размещен полый поворотный шпиндель 13, а между ними находятся две полые зубчатые полумуфты 14 и 15, в исходном положении под воздействием возвратной пружины 12 находящиеся в разомкнутом (разъединенном) состоянии, причем зубчатая полумуфта 15 размещена в верхней части полого поворотного шпинделя 13. На зубчатой полумуфте 14 нарезаны винтовые шлицы 16, входящие в зацепление с винтовыми шлицами 6 подвижной втулки 4.

К нижней части поворотного шпинделя 13 жестко закреплен поворотный корпус 17, в нем выполнено продольное окно 18, напротив которого расположен отклоняющий элемент 19.

Вся компоновка ориентатора располагается внутри обсадной колонны 20, а поворотный корпус 17 с отклоняющим элементом 19 – напротив бокового ствола 21.

Ориентатор работает следующим образом.

После сборки компоновки и спуска ее на насосно-компрессорных трубах 1 до размещения поворотного корпуса 17 напротив входа в боковой ствол 21, координаты которого определены по результатам геофизических исследований, в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 спускают гибкую трубу 3 колтюбинга.

Дойдя до подвижной втулки 4, гибкая труба 3 гарантированно упирается в плечи кулачков 10, перекрывающих полость 11 втулки 4 до размера меньшего, чем диаметр гибкой трубы 3. При дальнейшем движении гибкой трубы 3 на кулачки 10, закрепленные на осях 9 в сквозных окнах 5 подвижной втулки 4, разгружается часть ее веса, под действием которого подвижная втулка 4 перемещается вниз, сжимая возвратную пружину 12.

Кулачки 10, в данный момент, провернуться на осях 9 не имеют возможности, т.к. их вторые плечи упирается в дно канавки 7, выполненные прямыми, и скользят по ним, а подвижная втулка 4, соответственно, движется вниз прямолинейно. При этом винтовые шлицы 6 подвижной втулки 4 кинематически взаимодействуют с винтовыми шлицами 16 зубчатой полумуфты 14, заставляя последнюю поворачиваться со смещением вниз до зацепления с зубчатой полумуфтой 15. После зацепления зубчатых полумуфт 14 и 15 происходит дальнейший поворот совместно с поворотным шпинделем 13 и жестко закрепленным на нем поворотным корпусом 17.

Поворот происходит до тех пор, пока скользящие в прямых канавках 7 плечи кулачков 10 не попадут в конце хода в сообщенные с прямыми канавками 7 углубления 8. При этом кулачки 10 поворачиваются на своих осях 9 и входят в углубление 8, пропуская вниз гибкую трубу 3, которая проходит через полые зубчатые полумуфты 14 и 15, полый поворотный шпиндель 13 и попадает в поворотный корпус 17, взаимодействуя с отклоняющим элементом 19, направляется через продольное окно 18 в боковой ствол 21.

Если же гибкая труба 3 не попала в боковой ствол 21, то она упирается в стенку обсадной колонны 20 и в этот момент происходит ее разгрузка, что фиксируется показаниями гидравлического индикатора веса (ГИВ), расположенного на устье скважины (не показан). Оператор ставит метку на гибкой трубе 3 и приподнимает ее до выхода из механизма ориентации (на 1-2 метра).

При подъеме трубы после освобождения кулачков 10 (подъема низа трубы выше их) втулка 4 под действием возвратной пружины 12 поднимается вверх, при этом кулачки 10, упираясь в уступ углубления 8, поворачиваются на осях 9 и входят в канавки 7, скользя по ним и обеспечивая прямолинейное движение подвижной втулке 4. Одновременно с этим на винтовых шлицах 6 втулки 4 поднимается вверх зубчатая полумуфта 14, выходя из зацепления с полумуфтой 15. Зубчатая

полумуфта 14 поднимается до упора верхним торцом в выступ корпуса 2, после этого она под действием продолжающей подниматься втулки 4 свободно поворачивается в обратную сторону. За счет разъединения зубчатых полумуфт 14 и 15 поворотный шпиндель 13 и связанный с ним поворотный корпус 17 поворот в обратную сторону не совершают и остаются в прежнем повернутом положении. Втулка 4 под действием возвратной пружины 12 поднимается вверх до упора верхним торцом в корпус 2.

После этого производится спуск колтюбинговой трубы 3 и частичная разгрузка ее на кулачки 10. Происходит проворот механизма на следующую позицию. При прохождении ранее поставленной метки оператор следит за показаниями ГИВа. Если в этот момент не произошло уменьшение веса, то есть разгрузка гибкой трубы 3 отсутствует, значит поворота корпуса 17 оказалось достаточно, и гибкая труба 3 вошла в боковой ствол 21 скважины.

Если же при спуске колтюбинговой трубы 3 опять произошла ее разгрузка, ГИВ показал уменьшение нагрузки, значит гибкая труба 3 уперлась в стенку обсадной колонны 20. Производится еще одна операция по повороту корпуса 17. Операции повторяются до тех пор, пока колтюбинговая труба 3 не войдет в боковой ствол 21 скважины.

Величина дискретного угла поворота шпинделя 13 и корпуса 17 определяется геометрическими параметрами винтовых шлицов 6 и 16 и ходом подвижной втулки 4.

Выполнение нажимного элемента в виде подвижной втулки 4 с кулачками 10, закрепленными на осях 9 в сквозных окнах 5 и выполненными в виде двуплечих рычагов, одно плечо которых размещено в полости 11 подвижной втулки 4 с возможностью ее перекрытия до размера меньшего, чем наружный диаметр гибкой трубы 3, а второе – в канавках 7 на стенке сборного корпуса 2, позволило упростить конструкцию привода поворотного шпинделя 13 и поворотного корпуса 17 и обеспечить достаточный зазор между гибкой трубой 3 и внутренним диаметром подвижной втулки 4 для исключения прихвата гибкой трубы 3 в ориентаторе, а также обеспечить циркуляцию рабочей жидкости при проведении технологических операций в боковых стволах скважины, что, в свою очередь, повышает надежность работы ориентатора.

Снабжение второй полумуфты 14 винтовыми шлицами 16, входящими в зацепление с винтовыми шлицами 6 подвижной втулки 4, изготовление углублений в стенке сборного корпуса 2, сообщенных с канавками 7, а также жесткое закрепление поворотного корпуса 17 на поворотном шпинделе 13 позволило также упростить конструкцию ориентатора и повысить надежность его работы. Выполнение канавок 7 на стенке сборного корпуса 2 прямыми позволило исключить перемещение подвижной втулки 4 с одновременным поворотом и, соответственно, улучшить условия работы возвратной пружины 12, что также повышает надежность работы ориентатора.

Формула изобретения

Ориентатор гибкой трубы, содержащий сборный корпус с канавками на стенке, в котором размещены полый нажимной элемент с кулачками, выполненными с возможностью взаимодействия с канавками на стенке сборного корпуса, возвратная пружина нажимного элемента, полый поворотный шпиндель, две полые зубчатые полумуфты, выполненные с возможностью взаимодействия между собой, одна из которых размещена в верхней части полого поворотного шпинделя, а возвратная пружина нажимного элемента обеспечивает их разомкнутое положение, расположенный ниже сборного корпуса поворотный корпус с продольным окном и отклоняющим элементом, отличающийся тем, что нажимной элемент выполнен в виде подвижной втулки со сквозными окнами и винтовыми шлицами, кулачки закреплены на осях в сквозных окнах и выполнены в виде двуплечих рычагов, одно плечо которых размещено в полости втулки с возможностью ее перекрытия до размера, меньшего, чем диаметр гибкой трубы, а второе – в канавках на стенке сборного корпуса, выполненных прямолинейными, вторая зубчатая полумуфта снабжена винтовыми шлицами, находящимися в зацеплении с винтовыми шлицами подвижной втулки, в стенке сборного корпуса выполнены углубления, сообщающиеся с нижней частью прямолинейных канавок, а поворотный корпус жестко закреплен на нижней части поворотного шпинделя.

РИСУНКИ