RU2191247C1

RU2191247C1 - Outside spear

Info

Publication number: RU2191247C1
Application number: RU2001107762A
Authority: RU
Inventors: Х.И. Акчурин; Ю.Г. Вагапов; С.Ю. Вагапов; Р.Р. Ашимов
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Азимут"
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: oil producing industry, particularly, fishing tools for well workover. SUBSTANCE: outside spear has body with windows between which stops are accommodated. Collet unit includes blades with projections having bevels and installated in body windows. Collet turning mechanism consists of bushing having recesses with bevels engageable with pin rigidly connected to body. Projections of collet blades have longitudinal teeth engageable with external surface of body of pipe to be caught. Conjugated surfaces on body stops and projections of collet blades are inclined at an angle to body axis. Said surfaces in body cross-section form profile excluding tangential displacement of ocntacting stops of body and collet blade projections. Torque is reliably transmitted from working string to fishing pipes through spear for lifting emergency pipes by parts, by turning them in their thread connection. EFFECT: improved mechanical properties. 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к ловильному инструменту для капитального ремонта скважины. The invention relates to the oil industry, in particular to a fishing tool for overhaul of a well.

Известны наружные труболовки, включающие корпус со спиральной конической внутренней поверхностью, в котором установлен захватный элемент, наружная поверхность которого имеет такую же спиральную коническую поверхность, а внутренняя поверхность снабжена насечками. В указанных труболовках захват ловимой трубы производится за счет заклинивания захватного элемента между конической спиральной внутренней поверхностью корпуса и наружной цилиндрической поверхностью трубы или ее муфты [1]. Outer tubes are known including a housing with a spiral conical inner surface, in which a gripping element is installed, the outer surface of which has the same spiral conical surface, and the inner surface is provided with notches. In these tubes, the capture of the caught pipe is carried out by jamming the gripping element between the conical spiral inner surface of the body and the outer cylindrical surface of the pipe or its sleeve [1].

Недостатком известного устройства является сложность приемов работы с ним в скважинных условиях, что, в частности, заключается в том, что для раскливания его захватного элемента при освобождении ловимой трубы необходимо производить удары рабочей колонны по корпусу устройства, а также осуществлять поворот корпуса с помощью рабочей колонны. Указанные операции в глубоких и наклонных скважинах трудно контролировать и выполнять, поэтому указанные ударные нагрузки рекомендуется выполнять с помощью яссов, установленных специально для этих целей на рабочей колонне, что в свою очередь усложняет конструкцию последней [2] . Указанный недостаток - трудность расклинивания захватного элемента - известного устройства объясняется тем, что в нем осевое усилие от рабочей колонны к ловимой трубе передается через наружную цилиндрическую поверхность последней, уже заклиненной в захватном элементе труболовки, в результате чего для обеспечения необходимой грузоподъемности (не менее нескольких десятков тонн) ловимая труба должна зажиматься радиальными силами, достигающими также десятков тонн. Поскольку указанные радиальные силы от захватного элемента труболовки воспринимаются ее корпусом, между ними, т. е. в сопрягаемых поверхностях корпуса и захватного элемента, создается значительная осевая сила трения, затрудняющая расклинивание устройства при его освобождении от ловимого объекта, чем и обуславливаются указанные выше недостатки известной труболовки. A disadvantage of the known device is the complexity of the methods of working with it in borehole conditions, which, in particular, consists in the fact that for splitting its gripping element when releasing the catch pipe, it is necessary to strike the working string over the housing of the device and also rotate the housing using the working string . The indicated operations in deep and deviated wells are difficult to control and perform, therefore, it is recommended to perform the indicated shock loads with the help of jars installed specially for these purposes on the working string, which in turn complicates the design of the latter [2]. The indicated drawback - the difficulty of wedging the gripping element - of the known device is explained by the fact that in it the axial force is transmitted from the working column to the catch pipe through the outer cylindrical surface of the last tube already stuck in the gripping element, as a result of which, to provide the necessary load capacity (at least several tens tons) the catch pipe must be clamped by radial forces reaching also tens of tons. Since the indicated radial forces from the gripping element of the tube are perceived by its body, between them, i.e., in the mating surfaces of the body and the gripping element, a significant axial friction force is created, which makes it difficult to wedge the device when it is released from the catch object, which causes the above-mentioned disadvantages of the known hoses.

Наиболее близкой к заявляемой труболовке по технической сущности является наружная труболовка, содержащая корпус с окнами, между которыми размещены упоры, подпружиненный узел цанги, включающий перья с бобышками, установленные в окнах, а также втулку, на которой выполнены пазы со скосами, в которых подвижно установлен палец, жестко связанный с корпусом. Втулка, взаимодействующая с пальцем, образует механизм поворота узла цанги, у которого шаг поворота равен половине угла между окнами [3]. Closest to the claimed tube in technical essence is an outer tube containing a case with windows, between which stops are placed, a spring-loaded collet assembly, including feathers with bosses installed in the windows, and also a sleeve on which grooves are made with bevels in which it is movably mounted finger rigidly connected to the body. The sleeve interacting with the finger forms the rotation mechanism of the collet assembly, in which the rotation step is equal to half the angle between the windows [3].

Захват в данном устройстве происходит посадкой торца муфты ловимой трубы на бобышки перьев цанги, находящиеся на упорах, выполненных внутри корпуса. Таким образом, в рассматриваемой конструкции осевая рабочая нагрузка от корпуса ловителя к ловимой трубе передается без заклинивания последней, благодаря чему указанная труболовка свободна от названного выше недостатка аналога, т.е. обеспечивает освобождение захваченной колонны без приложения ударных нагрузок корпуса устройства и без его вращения. Однако названная труболовка имеет недостаток, заключающийся в том, что она не позволяет поднимать ловимую колонну по частям путем отворота в резьбовых соединениях, т.к. из-за отсутствия заклинивания между устройством и ловимой трубой последняя свободно может вращаться относительно корпуса и цанги труболовки, в результате чего от рабочей колонны к ловимым трубам невозможно передавать крутящий момент, необходимый для отвинчивания резьбовых соединений ловимой колонны. The capture in this device occurs by landing the end face of the coupling of the catch pipe on the bosses of the feathers of the collet, located on the stops made inside the case. Thus, in the design under consideration, the axial working load from the trap body to the catch pipe is transmitted without jamming the latter, so that the specified tube is free from the analogue drawback mentioned above, i.e. provides release of the captured column without the application of shock loads of the device body and without its rotation. However, the named tube has the disadvantage that it does not allow to lift the catch column in parts by means of a lapel in threaded connections, because due to the absence of jamming between the device and the catch pipe, the latter can freely rotate relative to the body and collet of the tube, as a result of which it is impossible to transmit the torque necessary to unscrew the threaded joints of the catch string from the working string to the catch pipes.

Технической задачей изобретения является обеспечение передачи крутящего момента от рабочей колонны к ловимым трубам через труболовку для подъема аварийных труб по частям путем отворота их в резьбовых соединениях. An object of the invention is to provide torque transmission from the work string to the catch pipes through the tube for lifting emergency pipes in parts by turning them in threaded connections.

Поставленная задача достигается тем, что в труболовке наружной, содержащей корпус с окнами, между которыми размещены упоры, узел цанги, включающий перья с выступами со скосами, установленными в окнах, механизм поворота цанги, состоящий из втулки, на которой выполнены пазы со скосами, взаимодействующие с пальцем, жестко связанным с корпусом, выступы перьев цанги снабжены продольными зубьями, взаимодействующими с наружной поверхностью тела ловимой трубы, а сопрягаемые поверхности на упорах корпуса и выступы перьев цанги выполнены наклонными под углом к оси корпуса, причем указанные поверхности в поперечном сечении корпуса образуют профиль, исключающий тангенциальное смещение контактирующих элементов. This object is achieved by the fact that in the outer tube containing the case with windows, between which the stops are located, a collet assembly, including feathers with protrusions with bevels installed in the windows, a collet turning mechanism, consisting of a sleeve on which grooves with bevels are made interacting with a finger rigidly connected to the body, the protrusions of the collet feathers are provided with longitudinal teeth interacting with the outer surface of the body of the catch pipe, and the mating surfaces on the stops of the body and the protrusions of the collet feathers are inclined at an angle to the axis of the housing, and these surfaces in the cross section of the housing form a profile, eliminating the tangential displacement of the contacting elements.

В заявленном устройстве осевая нагрузка от рабочей колонны труб к ловимым трубам передается по силовой цепочке "корпус - упоры корпуса - выступы перьев, цанги - торец муфты ловимой трубы". Передача крутящего момента от рабочей колонны труб к ловимым трубам происходит по цепочке, которая в конце, т. е. в части воздействия на ловимую трубу, отличается от указанной выше, а именно происходит через звенья "корпус - упоры корпуса - выступы перьев цанги с продольными внутренними зубьями - наружная цилиндрическая поверхность тела ловимой трубы". Благодаря указанному разделению функций по передаче осевой нагрузки от функций по передаче крутящего момента, в заявленном устройстве отпадает надобность применять для зажима трубы в цанге больших радиальных сил. Дело в том, что для передачи только крутящего момента, необходимого для отворота аварийных труб, требуемая радиальная сила захвата трубы составляет лишь величину, примерно на один порядок меньшую, чем нужно было бы в случае передачи через указанную контактную пару осевой силы, равной полной грузоподъемности устройства. По указанной причине в заявленном устройстве угол наклона поверхностей сопряжения между перьями цанги и упорами корпуса становится возможным выполнить значительно большим, чем в аналоге, в результате чего для его освобождения требуется существенно меньшая осевая сила, что позволяет обходиться без яссов в компоновке рабочей колонны и дает возможность прибегать к опасным ударам в процессе освобождения труболовки. In the claimed device, the axial load from the working string of pipes to the catch pipes is transmitted along the power chain "housing - housing stops - feathers, collets - end face of the coupling of the fishing pipe". The transmission of torque from the working string of pipes to the catch pipes takes place along a chain, which at the end, that is, in terms of the impact on the catch pipe, differs from the above, namely through the links "body - body stops - protrusions of collet feathers with longitudinal internal teeth - the outer cylindrical surface of the body of the caught pipe. " Due to the specified separation of the functions for transmitting axial load from the functions for transmitting torque, the claimed device eliminates the need to use large radial forces to clamp the pipe in the collet. The fact is that in order to transmit only the torque necessary for opening the emergency pipes, the required radial gripping force of the pipe is only one order less than would be necessary if the axial force equal to the full load capacity of the device were transmitted through the specified contact pair . For this reason, in the inventive device, the angle of inclination of the mating surfaces between the feathers of the collet and the stops of the body can be made much larger than in the analogue, as a result of which significantly less axial force is required to release it, which makes it possible to dispense with jars in the layout of the working column and makes to resort to dangerous blows in the process of releasing the pipe.

Таким образом, заявляемое устройство объединяет достоинства аналога и прототипа - сохраняя легкость и простоту освобождения, присущее прототипу, имеет возможность передачи крутящего момента к ловимым трубам, что свойственно аналогу. Такой результат достигнут благодаря разделению функций по передаче осевого усилия от функции по передаче крутящего момента корпуса устройства через захватный элемент к ловимой колонне. Из источников, имеющихся в нашем распоряжении, нам неизвестна конструкция труболовки, работающая по указанному принципу действия, поэтому, на наш взгляд, описанное решение отвечает критерию "изобретательский уровень". Thus, the inventive device combines the advantages of an analogue and a prototype - while maintaining the ease and simplicity of release inherent in the prototype, it has the ability to transmit torque to the catch pipes, which is characteristic of the analogue. This result is achieved due to the separation of the functions of transmitting axial force from the function of transmitting the torque of the device body through the gripping element to the fishing column. From the sources at our disposal, we do not know the design of the tube working according to the indicated principle of operation, therefore, in our opinion, the described solution meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 изображена труболовка наружная в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - развертка пазов шагового механизма поворота, механизма захвата-освобождения; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - местный вид В на фиг.1, после захвата ловимой трубы. In FIG. 1 shows an outer tube in a transport position, a longitudinal section; figure 2 is a scan of the grooves of the stepping rotation mechanism, the capture-release mechanism; in FIG. 3 - section aa in figure 1; figure 4 is a section bB in figure 1; figure 5 - local view In figure 1, after the capture of the catch pipe.

Труболовка наружная состоит из корпуса 1, в котором установлена подвижно цанга 2 с перьями 3, жестко связанная с втулкой 4 механизма захвата-освобождения. В свою очередь втулка 4 фиксирована относительно корпуса 1 с помощью винта 5. В нижней части корпуса 1 выполнены окна 6, между которыми размещены упорные бурты 7 с наклонными поверхностями. The outer tube consists of a housing 1, in which a collet 2 with feathers 3 is movably mounted, rigidly connected to the sleeve 4 of the gripping-releasing mechanism. In turn, the sleeve 4 is fixed relative to the housing 1 by means of a screw 5. In the lower part of the housing 1, windows 6 are made, between which stop collars 7 with inclined surfaces are placed.

На наружной поверхности втулки 4 выполнены пазы 8, с которыми взаимодействует палец 9, жестко связанный с корпусом 1. Верхние и нижние пазы 8 смещены относительно друг друга в вертикальной плоскости, причем концы выступов 10 между пазами 8 выполнены со скосами 11. On the outer surface of the sleeve 4, grooves 8 are made, with which a finger 9 interacts, rigidly connected with the housing 1. The upper and lower grooves 8 are offset relative to each other in a vertical plane, and the ends of the protrusions 10 between the grooves 8 are made with bevels 11.

Труболовка крепится к колонне рабочих труб 12 и при спуске захватывает муфту 13 ловимой колонны 14. The tube is attached to the column of working pipes 12 and during descent captures the clutch 13 of the fishing column 14.

Устройство работает следующим образом: труболовка спускается в скважину на колонне рабочих труб 12. При этом в транспортном положении перья 3 цанги 2 расположены в окнах 6 корпуса 1, благодаря чему муфта 13 ловимой колонны 14 беспрепятственно входит во внутреннюю полость корпуса 1 труболовки. При дальнейшем движении труболовки вниз верхний торец муфты 13, упираясь в цангу 2, срезает винт 5 и перемещает перья 3 в цанге 2 выше буртов 7. При этом перья 3 выпрямляются в пределах упругой деформации и входят во внутреннюю полость корпуса 1, сжимаясь в радиальном направлении и обеспечивая последующий захват ловимой колонны выступами "а" перьев 3 под нижний торец муфты 13. Вместе с перьями 3 цанги 2 вверх относительно корпуса 1 движется и втулка 4 механизма захвата-освобождения. При этом палец 9 попадает из верхнего паза 8 в соответствующий нижний паз, причем при прохождении через соответствующий скос 11 происходит проворот втулки 4 относительно корпуса 1 на угол α/4. Дальнейшие движения труболовки вниз относительно ловимой колонны 14 ограничиваются моментом упора поверхности "в" втулки 4 в поверхность "г" корпуса 1, чем предотвращается возможность срезания пальца 9 от веса рабочей колонны 12. После упора поверхности "г" в поверхность "в", что отмечается на поверхности, уменьшаем нагрузку на элеваторе, приподнимаем рабочую колонну 12 вверх. При этом корпус 1 начинает двигаться вверх относительно втулки 4. Далее аналогично предыдущему этапу палец 9 также перемещается, но уже вверх и попадает из нижнего паза 8 в соответствующий верхний паз 8 также с поворотом на угол α/4. Таким образом, в процессе движения рабочей колонны 12 вниз до упора и затем вверх втулка 4, а с нею и цанга 2 с перьями 3 проворачивается на угол α/2.
Следовательно, в корпусе 1 перья 3 становятся между окнами 6 выше буртов 7. При последующем движении корпуса 1 вверх выступы "а" перьев 3 поверхностью "б" упираются в упорные бурты 7, а далее выступы "а" подводятся под нижний торец муфты 13 ловимой колонны. В последующем при натяжении растягивающее усилие от рабочей колонны 12 передается нижнему торцу муфты 13 через бурт 7 корпуса 1 и соответствующие поверхности выступа "а" цанг 3.The device operates as follows: the tube goes down into the well on the column of working pipes 12. In this transport position, the feathers 3 of the collet 2 are located in the windows 6 of the housing 1, so that the clutch 13 of the fishing column 14 freely enters the internal cavity of the housing 1 of the tube. With the further movement of the tube downward, the upper end of the sleeve 13, abutting the collet 2, cuts off the screw 5 and moves the feathers 3 in the collet 2 above the shoulders 7. In this case, the feathers 3 are straightened within the elastic deformation and enter the inner cavity of the housing 1, compressing in the radial direction and providing the subsequent capture of the caught column by the protrusions "a" of the feathers 3 under the lower end of the sleeve 13. Together with the feathers 3 of the collet 2, the sleeve 4 of the capture-release mechanism also moves upward relative to the housing 1. When this finger 9 falls from the upper groove 8 into the corresponding lower groove, and when passing through the corresponding bevel 11, the sleeve 4 is rotated relative to the housing 1 by an angle α / 4. Further downward movement of the tubing relative to the catch column 14 is limited by the moment of abutment of the surface "in" the sleeve 4 into the surface "g" of the housing 1, which prevents the possibility of cutting the finger 9 from the weight of the working column 12. After the abutment of the surface "g" in the surface "in", which marked on the surface, reduce the load on the elevator, raise the working column 12 up. In this case, the housing 1 begins to move upward relative to the sleeve 4. Next, similarly to the previous step, the finger 9 also moves, but already upward and falls from the lower groove 8 into the corresponding upper groove 8 also with rotation through the angle α / 4. Thus, in the process of movement of the working column 12 down to the stop and then up, the sleeve 4, and with it the collet 2 with feathers 3 is rotated through an angle α / 2.
Therefore, in case 1, feathers 3 become between the windows 6 above the shoulders 7. With the subsequent movement of the housing 1 upwards, the protrusions “a” of the feathers 3 with the surface “b” abut against the stop collars 7, and then the protrusions “a” are brought under the lower end of the clutch 13 the columns. Subsequently, under tension, the tensile force from the working column 12 is transmitted to the lower end of the coupling 13 through the shoulder 7 of the housing 1 and the corresponding surfaces of the protrusion "a" of the collet 3.

В процессе нагружения торцом муфты 13 ловимой трубы 14 выступов "а" последние своими профильными цилиндрическими поверхностями - желобами упорных буртов 7 корпуса 1, в результате чего происходит захват тела трубы 14 зубьями "з" выступов "а". В таком положении предлагаемая труболовка обеспечивает возможность отворачивать захваченную колонну труб 14. Для этого необходимо дать на нее некоторое осевое натяжение через рабочую колонну 12 (около 3 тонн) с целью получения радиальных сил прижима зубьев "з" бобышек "а" к поверхности тела трубы 14, которые обеспечивают тангенциальную силу сцепления между ними, достаточную для передачи крутящего момента от корпуса 1 к колонне 14, необходимого для отвинчивания ее резьбового соединения. При этом благодаря контакту между буртом 7 и выступом "а", выполненному в поперечном сечении в форме цилиндрического желоба, исключается их взаимное тангенциальное смещение под действием прилагаемого крутящего момента. In the process of loading the end of the sleeve 13 of the fishing pipe 14 of the protrusions “a”, the latter with their profile cylindrical surfaces - grooves of the thrust collars 7 of the housing 1, as a result of which the body of the pipe 14 is gripped by the teeth 14 of the “z” of the protrusions “a”. In this position, the proposed tube provides the ability to turn the captured pipe string 14. To do this, it is necessary to give it some axial tension through the working string 12 (about 3 tons) in order to obtain radial forces of the teeth “z” of the bosses “a” to the surface of the pipe body 14 which provide tangential adhesion between them, sufficient to transmit torque from the housing 1 to the column 14, necessary to unscrew its threaded connection. Moreover, due to the contact between the shoulder 7 and the protrusion "a", made in cross section in the form of a cylindrical groove, their mutual tangential displacement under the action of the applied torque is excluded.

В случае, когда необходимо освободить колонну ловимых труб 14, производится небольшое опускание колонны 12 вниз, а затем подъем вверх. При этом аналогично предыдущему описанному процессу произойдет поворот втулки 4 и цанги 2 с перьями 3 относительно корпуса 1 на угол α/2. При последующем подъеме рабочей колонны 12 вверх перья 3 уже попадают в окна 6 корпуса 1, и тем самым открывается беспрепятственный выход муфты 13 ловимой колонны 14 из корпуса 1 - происходит освобождение колоны 14. In the case when it is necessary to free the column of catch pipes 14, a small lowering of the column 12 is made down, and then rise up. In this case, similarly to the previous described process, the sleeve 4 and the collet 2 with feathers 3 rotate relative to the housing 1 by an angle α / 2. With the subsequent lifting of the working column 12 up, the feathers 3 already fall into the windows 6 of the housing 1, and thereby the unhindered exit of the coupling 13 of the fishing column 14 from the housing 1 is opened - the column 14 is released.

Источники информации
1. Гасанов А.П. Аварийно-восстановительные работы в нефтяных и газовых скважинах. Москва, Недра, 1987.Sources of information
1. Hasanov A.P. Disaster recovery work in oil and gas wells. Moscow, Nedra, 1987.

2. Кэмп Г. Ловильные работы в нефтяных скважинах. Пер. с англ.. Недра, Москва, 1990. 2. Camp G. Fishing operations in oil wells. Per. with English. Nedra, Moscow, 1990.

3. Патент РФ 2086751, кл. Е 21 В 31/20, Бюл. 22, 1997. 3. RF patent 2086751, cl. E 21 V 31/20, Bull. 22, 1997.

Claims

An outer tube containing a case with windows between which the stops are located, a collet assembly, including feathers with protrusions with bevels installed in the windows, a collet turning mechanism, consisting of a sleeve on which grooves with bevels are made, interacting with a finger rigidly connected to the case characterized in that the protrusions of the collet feathers are provided with longitudinal teeth interacting with the outer surface of the body of the catch pipe, and the mating surfaces on the body stops and the protrusions of the collet feathers are inclined at an acute angle to the axis and the housing, and these surfaces in the cross section of the housing form a profile, eliminating the tangential displacement of the contacting stops of the housing and the protrusions of the feathers of the collet.