RU2365736C1

RU2365736C1 - Device for cutting of pipes in well

Info

Publication number: RU2365736C1
Application number: RU2008109581/03A
Authority: RU
Inventors: Степан Васильевич Гнатив (RU); Степан Васильевич Гнатив; Геннадий Федорович Бойко (RU); Геннадий Федорович Бойко
Original assignee: Степан Васильевич Гнатив; Геннадий Федорович Бойко
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2009-08-27

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: invention is related to oil and gas industry, in particular, to restoration and repair of wells. Device comprises hollow split body, in radial slots of which cutters are installed with the possibility of rotation on axes, as well as stepped piston with channels and pusher. Cutters are arranged in the form of double-arm levers, axes of which are located in their middle part. Arms have slot and end cutting edges, lengths of which are proportional and correlated to body diametre, and with their internal profiled surfaces are connected to profiled surface of piston end part, which is arranged in the form of pusher. Fishing neck of piston is connected to pusher via stem, which is functionally designed to limit travel and fixation of opposite levers. Body is equipped with fitting seat for interaction with piston stop cone.

EFFECT: technological resources are expanded due to provision of reliability and maximum depth of cut-in.

4 dwg

Description

Изобретение относится к восстановлению и ремонту скважин путем резки колонны обсадных труб и последующим подъемом их из скважины.The invention relates to the restoration and repair of wells by cutting a casing string and their subsequent lifting from the well.

Известно устройство для резки труб в скважине, описанное в патенте РФ №2012771, кл. Е21В 29/00, опубл. 1994. Корпус устройства жестко связан с переводником для соединения с колонной труб и трубкой-фильтром. В окнах корпуса установлены резцы, шарнирно связанные с корпусом через их подвеску. Резцы подпружинены относительно корпуса пружинами. Внутри корпуса расположен подпружиненный пружиной относительно упорного кольца с каналами для прохождения циркулирующей жидкости жестко связанный с конусом поршень с периферийными отверстиями. Привод резцов и вариатор, выполненный в виде стакана с радиальными каналами, смонтированы в цилиндре с глухой пробкой и монтажными углублениями, установленными под резцами.A device for cutting pipes in a well, described in the patent of the Russian Federation No. 2012771, class. ЕВВ 29/00, publ. 1994. The housing of the device is rigidly connected to the sub to connect with the pipe string and filter tube. Cutters are mounted in the windows of the body, pivotally connected to the body through their suspension. Cutters are spring-loaded relative to the housing by springs. A piston with peripheral openings rigidly connected to the cone is located spring-loaded with a spring relative to the thrust ring with channels for the passage of circulating fluid. The drive of the cutters and the variator, made in the form of a glass with radial channels, are mounted in a cylinder with a blind plug and mounting recesses installed under the cutters.

Известное устройство имеет малый выход ножей и предназначено для резки одной колонны.The known device has a small knife exit and is intended for cutting one column.

Известно устройство для резки труб (см. патент РФ №2080969, кл. B23D 21/14, 1997), содержащее разъемный полый корпус, в нижней части которого размещена жестко соединенная с ним упорная плита с осевым отверстием. В корпусе выполнены каналы и радиальные пазы, в которых установлены на осях с возможностью поворота относительно корпуса резцы. В корпусе размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ступенчатый поршень с центральным каналом и радиальными каналами, выполненными между центральным каналом и кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью меньшей ступени поршня. В цилиндрической расточке корпуса размещен толкатель, жестко соединенный со ступенчатым хвостовиком, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения в отверстии. На хвостовике размещена с возможностью взаимодействия с толкателем и опорной плитой пружина. Для производства работ устройство навинчивают на бурильную трубу, монтируют колонну труб и опускают ее на заданную глубину. При вращении колонны труб в трубный канал под давлением подают рабочую жидкость. Жидкость из трубного канала поступает в центральный канал, затем по радиальным каналам попадает в кольцевую полость, через каналы выходит из корпуса в межтрубное пространство и по нему поднимается к устью скважины. При этом поршень движется вниз и своим торцом нажимает на резцы, заставляя их поворачиваться вокруг осей, резцы выходят из радиальных пазов, воздействуют на толкатель, который перемещается вместе со ступенчатым хвостовиком в осевом отверстии. Толкатель, перемещаясь, сжимает пружину, которая другим концом упирается в упорную плиту. Процесс резания начинается при касании резцов внутренней поверхности отрезаемой обсадной трубы. По мере внедрения в отрезаемую трубу резцы поворачиваются относительно корпуса на больший угол, постепенно сжимая пружину через толкатель. Сжатая пружина после остановки насосов отжимает толкатель вверх, резцы, поворачиваясь, входят в радиальные пазы корпуса, а поршень поднимается в верхнее положение.A device for cutting pipes (see RF patent No. 2080969, class B23D 21/14, 1997), containing a detachable hollow body, in the lower part of which is placed a rigidly connected thrust plate with an axial hole. In the housing, channels and radial grooves are made, in which cutters are mounted on the axles with the possibility of rotation relative to the housing. A step piston with a central channel and radial channels made between the central channel and the annular cavity formed by the inner surface of the housing and the outer surface of the lower piston stage is arranged with a reciprocating movement. In the cylindrical bore of the housing there is a pusher rigidly connected to a stepped shank installed with the possibility of reciprocating movement in the hole. A spring is placed on the shank with the possibility of interaction with the pusher and the base plate. For work, the device is screwed onto the drill pipe, the pipe string is mounted and lowered to a predetermined depth. When the column of pipes rotates, a working fluid is supplied into the pipe channel under pressure. The fluid from the pipe channel enters the central channel, then through the radial channels it enters the annular cavity, through the channels it leaves the body into the annulus and rises through it to the wellhead. In this case, the piston moves downward and presses the cutters with its end, forcing them to rotate around the axes, the cutters come out of the radial grooves, act on the pusher, which moves with the stepped shank in the axial hole. The pusher, moving, compresses the spring, which at the other end abuts against the thrust plate. The cutting process begins when the cutters touch the inner surface of the cut casing. As they are introduced into the cut pipe, the cutters rotate relative to the housing by a larger angle, gradually compressing the spring through the pusher. A compressed spring, after stopping the pumps, pushes the pusher up, the cutters, turning, enter the radial grooves of the housing, and the piston rises to the upper position.

Используемые в настоящее время известные устройства для резки труб в скважине позволяют вырезать одну колонну диаметром не более 250 мм. Однако стандартным размером обсадных колонн нефтяных и газовых скважин является диаметр 245 мм. С учетом смещения одной колонны труб относительно другой максимальное значение этого параметра составляет 280 мм, которое определяет требования к режущим устройствам. Известное устройство предназначено для резки труб при аварии и не позволяет при проходке вниз произвести резку двух колонн одновременно. Конструкция устройства позволяет производить работу снизу вверх, однако при подъеме вверх положение полного раскрытия резцов не контролируется. При максимальном раскрытии резцов нагрузки на оси увеличиваются, а резцы, полностью вышедшие из корпуса, могут погнуться или сломаться. При незначительном изгибе резца он не войдет в паз, что повлечет за собой аварийную ситуацию. Кроме того, выходу ножей при повторном резе может препятствовать стружка, вероятность попадания которой в полость, где расположена пружина, не исключена. Наличие в устройстве пружины увеличивает колебания жидкости, искажает нагрузки, но нагрузка на резцы также не контролируется. Недостатком известного устройства является небольшая длина режущих кромок резцов и ограниченный размер врезания.Well-known devices for cutting pipes in a well currently used allow one column to be cut with a diameter of not more than 250 mm. However, the standard size of the casing strings of oil and gas wells is a diameter of 245 mm. Given the displacement of one pipe string relative to another, the maximum value of this parameter is 280 mm, which determines the requirements for cutting devices. The known device is designed for cutting pipes in an accident and does not allow when driving down to cut two columns at the same time. The design of the device allows you to work from the bottom up, however, when lifting up, the position of the full disclosure of the incisors is not controlled. With the maximum opening of the incisors, the loads on the axles increase, and the incisors that have completely left the body may bend or break. With a slight bending of the cutter, it will not go into the groove, which will entail an emergency. In addition, the exit of the knives during repeated cutting may be prevented by shavings, the likelihood of which falls into the cavity where the spring is located, is not excluded. The presence of a spring in the device increases fluid vibrations, distorts the load, but the load on the cutters is also not controlled. A disadvantage of the known device is the small length of the cutting edges of the cutters and the limited size of the cut.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого решения, - расширение технологических возможностей устройства за счет обеспечения надежности и максимальной глубины врезания для прохода двух колонн одновременно.The technical result achieved by using the proposed solution is the expansion of the technological capabilities of the device by ensuring reliability and maximum depth of cut for the passage of two columns simultaneously.

Для достижения указанного технического результата в известном устройстве для резки труб, которое содержит ступенчатый поршень с каналами, толкатель и установленные на осях в радиальных пазах полого разъемного корпуса резцы, согласно изобретению резцы выполнены в виде двуплечих рычагов, оси которых размещены в средней их части, а плечи, имеющие прорезную и торцовую режущие кромки, длины которых пропорциональны и соотнесены с диаметром корпуса, внутренними фасонными поверхностями связаны с фасонной поверхностью концевой части поршня, выполненной в виде толкателя, с которым через шток, функционально предназначенный для ограничения хода и фиксации противоположных плеч рычагов, связана ловильная шейка поршня, при этом корпус оснащен посадочным седлом для взаимодействия с запорным конусом поршня.To achieve the specified technical result in the known device for cutting pipes, which contains a stepped piston with channels, a pusher and cutters mounted on the axes in the radial grooves of the hollow detachable housing, according to the invention, the cutters are made in the form of two-arm levers, the axes of which are placed in their middle part, shoulders having a slotted and end cutting edges, the lengths of which are proportional and correlated with the diameter of the housing, the inner contoured surfaces are connected with the contoured surface of the piston end part, in complements a pusher, which through a rod, operable to limit travel and fixation of opposed lever arms, connected fishing neck of the piston, wherein the housing is equipped with a mounting seat for interaction with a locking taper piston.

Техническое решение позволяет обеспечить безаварийную работу устройства. Исключен резкий скачок давления, возрастание давления происходит равномерно за счет уменьшения зазора перед посадкой запорного конуса поршня. Резцы при этом раскрываются постепенно. Для предотвращения износа корпуса и его промывки предусмотрена конусная посадка седла, которое легко заменить по сравнению с дорогостоящим корпусом и повысить долговечность всего устройства. В заявляемой конструкции исключена возможность повреждения тела резца, так как резец находится в корпусе и при постепенном выдвижении резца из корпуса открываются только режущие его части, тем самым исключается возможность возникновения аварийных ситуаций. В заявляемом техническом решении для жесткости резцов и предотвращения их излома при нагрузках предусмотрена возможность фиксации противоположных плеч рычагов на шток, функционально предназначенный для ограничения хода резцов. Максимальная устойчивость резцов в рабочем положении обеспечивается, когда при раскрытии резцов их полусферы, упираясь друг в друга, охватывают шток. Однако небольшой зазор между полусферами в этот момент позволяет снять суммарные нагрузки со штока, увеличить запас прочности и обеспечить равномерность работы резцов. Повышению надежности способствует положение осей в средней части резцов, выполненных в виде двуплечих рычагов. Создание дополнительного по сравнению с прототипом плеча позволяет распределить нагрузку на резцах. Радиальные нагрузки испытывают резцы, воспринимают стенки корпуса, а на оси приходятся только вертикальные нагрузки. Ловильная шейка с калиброванным отверстием предусмотрена для аварийного подъема поршня при его закусывании с помощью тросового оборудования. Для упрощения конструкции и повышения ее надежности толкатель совмещен с поршнем. Устройство отличается большим выдвижением режущих инструментов. При диаметре корпуса 148 мм устройство способно обеспечить выход резцов до 280 мм, что соответствует диаметру двух колонн даже при их смещении относительно друг друга. В случае необходимости вырезания одной колонны резцы устанавливают с вылетом до 220 мм при диаметре устройства 148 мм. Для большой проходки достаточно осуществить проход резцами, предназначенными для резки одной колонны, а затем пройти резцами с большим вылетом для двух колонн.The technical solution allows for trouble-free operation of the device. A sharp jump in pressure is excluded, the increase in pressure occurs evenly due to a decrease in the gap before landing of the piston locking cone. In this case, the incisors open gradually. To prevent body wear and flushing, a tapered seat is provided, which is easy to replace compared to an expensive body and increase the durability of the entire device. In the claimed design, the possibility of damage to the body of the cutter is excluded, since the cutter is located in the housing and with the gradual extension of the cutter from the housing only its cutting parts are opened, thereby eliminating the possibility of emergency situations. In the claimed technical solution for the rigidity of the incisors and prevention of kinks under loads, it is possible to fix the opposite arms of the levers on the rod, functionally designed to limit the progress of the incisors. The maximum stability of the incisors in the working position is ensured when, when the incisors open, their hemispheres, abutting against each other, cover the stock. However, a small gap between the hemispheres at this moment allows you to remove the total load from the rod, increase the margin of safety and ensure the uniformity of the incisors. Increasing reliability contributes to the position of the axes in the middle of the incisors made in the form of two shoulders levers. Creating an additional shoulder compared to the prototype allows you to distribute the load on the incisors. Cutters experience radial loads, perceive the walls of the case, and only vertical loads fall on the axis. A fishing neck with a calibrated hole is provided for emergency lifting of the piston when it is bitten using cable equipment. To simplify the design and increase its reliability, the pusher is combined with the piston. The device has a large extension of cutting tools. With a case diameter of 148 mm, the device is capable of providing an output of cutters up to 280 mm, which corresponds to the diameter of two columns even when they are offset relative to each other. If it is necessary to cut one column, the cutters are installed with a reach of up to 220 mm with a device diameter of 148 mm. For large penetration, it is sufficient to make a passage with cutters designed to cut one column, and then go with cutters with a large overhang for two columns.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено устройство для резки труб; на фиг.2 - то же в положении полного раскрытия резцов; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a device for cutting pipes; figure 2 is the same in the position of the full disclosure of the incisors; figure 3 is a section aa in figure 2; figure 4 is a section bB in figure 2.

Устройство для резки труб содержит разъемный корпус 1 с каналом 2. В радиальных пазах 3 корпуса 1 на осях 4 установлены с возможностью поворота относительно корпуса резцы 5. С возможностью возвратно-поступательного перемещения в корпусе 1 размещен ступенчатый поршень 6 с центральным каналом 7. Поршень 6 радиальными каналами 8 разделен на две ступени, из которых большая пропускная ступень поршня 6 на входе оснащена ловильной шейкой 9 с калиброванным отверстием 10, а меньшая связана с посадочным седлом 11, которое размещено в верхней части корпуса 1 для взаимодействия с запорным конусом пропускной ступени. У поршня 6 шток 12 выполнен с толкателем на конце. Ловильная шейка 9 через шток 12 поршня 6 связана с толкателем. Резцы 5 выполнены в виде двуплечих рычагов, плечи которых с внешней стороны имеют прорезную режущую кромку 13 и торцевую режущую кромку 14. Резцы 5 внутренними фасонными поверхностями связаны с фасонной поверхностью толкателя. Оси 4 резцов 5 размещены в средней части рычагов, а длины их плеч пропорциональны и соотнесены с диаметром корпуса 1.A device for cutting pipes contains a detachable housing 1 with a channel 2. In the radial grooves 3 of the housing 1 on the axles 4 are mounted with the possibility of rotation relative to the housing of the cutters 5. With the possibility of reciprocating movement in the housing 1 is a stepped piston 6 with a central channel 7. Piston 6 radial channels 8 is divided into two stages, of which the large passage step of the piston 6 at the inlet is equipped with a fishing neck 9 with a calibrated hole 10, and the smaller one is connected with the landing seat 11, which is located in the upper part of the housing 1 to interact with the shut-off cone of the access stage. The piston 6 rod 12 is made with a pusher at the end. The fishing neck 9 through the rod 12 of the piston 6 is connected with the pusher. The cutters 5 are made in the form of two shoulders levers, the shoulders of which on the outside have a slotted cutting edge 13 and an end cutting edge 14. The cutters 5 are connected by an inner shaped surface to the shaped surface of the pusher. The axis 4 of the cutters 5 are located in the middle part of the levers, and the lengths of their shoulders are proportional and correlated with the diameter of the housing 1.

Устройство работает следующим образом. Смонтированную колонну труб с предварительно навинченным на бурильную трубу устройством для резки опускают в скважину на заданную глубину. При вращении колонны труб под давлением подают рабочую жидкость в трубный канал 2. Из трубного канала 2 жидкость поступает в центральный канал 7 поршня 6 через калиброванное отверстие 10, при этом часть рабочей жидкости попадает в каналы между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью большой и малой ступеней поршня, а оттуда через радиальные каналы 8 поршня 6 также поступает в центральный канал 7. Давление жидкости воздействует на поршень 6, который движется вниз и своим толкателем нажимает на резцы 5, которые за счет поворота вокруг осей 4 выходят из радиальных пазов 3 корпуса 1. При этом резцы 5 прорезными режущими кромками 13 врезаются в колонну. Поршень 6 движется вниз по мере дальнейшего врезания в колонну резцов 5 до их полного раскрытия. Когда поршень 6 запорным конусом пропускной ступени достигнет поверхности посадочного седла 11, прекращается подача жидкости через радиальные каналы 8, о чем свидетельствует возросшее при постоянном объеме прокачиваемой жидкости давление в трубах. В этот момент выход резцов 5 соответствует максимальному значению, т.е. они полностью вышли из корпуса, вырезав окно в трубах. В положении максимального выхода резцов циркуляция жидкости осуществляется через калиброванное отверстие 10 и в процессе работы устройства в течение некоторого времени вырезанная зона расширяется. После этого давление выравнивают и начинают проходку вниз. При движении вниз колонны с устройством для резки труб торцевой режущей кромкой 14 резцов 5 осуществляется фрезерование труб в скважине, в результате чего за один проход на расстоянии 1,5-2 м ликвидируется часть обсадной колонны. Об износе торцевой режущей поверхности 14 резцов 5 свидетельствует снижение скорости проходки, колонну бурильных труб с устройством для резки необходимо поднять вверх. В процессе поднятия колонны бурильных труб резцы 5 в раскрытом состоянии выходят из рабочей зоны, прорезной режущей кромкой 13 упираются в ту часть обсадной колонны, которая не была вырезана ранее. При этом резцы 5 внутренней фасонной поверхностью воздействуют на фасонную поверхность толкателя и выталкивают вверх поршень 6. Освобождая шток 12 поршня 6, резцы 5, складываясь, входят в радиальные пазы 3 корпуса 1 и занимают исходное положение. Устройство извлекается из скважины, после этого, если необходимо, производится ремонт или замена резцов.The device operates as follows. The mounted pipe string with the cutting device previously screwed onto the drill pipe is lowered into the well to a predetermined depth. When the pipe string is rotated under pressure, the working fluid is supplied to the pipe channel 2. From the pipe channel 2, the liquid enters the central channel 7 of the piston 6 through a calibrated hole 10, while part of the working fluid enters the channels between the inner surface of the housing and the outer surface of the large and small steps piston, and from there through the radial channels 8 of the piston 6 also enters the central channel 7. The pressure of the liquid acts on the piston 6, which moves down and presses the cutters 5 with its pusher, which the circle of axes 4 comes out of the radial grooves 3 of the housing 1. In this case, the cutters 5 with slotted cutting edges 13 cut into the column. The piston 6 moves downward as it further plunges into the column of cutters 5 until they are fully opened. When the piston 6 by the locking cone of the access stage reaches the surface of the seat saddle 11, the flow of fluid through the radial channels 8 is stopped, as evidenced by the increased pressure in the pipes with a constant volume of pumped fluid. At this moment, the output of cutters 5 corresponds to the maximum value, i.e. they completely left the case, carving a window in the pipes. In the position of the maximum exit of the cutters, the fluid is circulated through the calibrated hole 10 and during operation of the device for some time the cut-out zone expands. After that, the pressure is equalized and the sinking begins. When moving down the string with a device for cutting pipes with an end cutting edge of 14 cutters 5, pipes are milled in the well, as a result of which a part of the casing string is eliminated in one pass at a distance of 1.5-2 m. The wear of the end cutting surface of 14 cutters 5 is indicated by a decrease in the penetration rate, the drill pipe string with the cutting device must be raised up. In the process of raising the drill pipe string, the cutters 5 in the open state exit the working area, the notched cutting edge 13 abuts against that part of the casing string that has not been previously cut. In this case, the cutters 5 with the inner contoured surface act on the shaped surface of the pusher and push up the piston 6. Releasing the piston rod 12, the cutters 5, folding, enter the radial grooves 3 of the housing 1 and occupy the initial position. The device is removed from the well, after which, if necessary, repair or replacement of the cutters is performed.

Claims

Устройство для резки труб в скважинах, содержащее полый разъемный корпус, в радиальных пазах которого с возможностью поворота на осях установлены резцы, ступенчатый поршень с каналами и толкатель, отличающееся тем, что резцы выполнены в виде двуплечих рычагов, оси которых размещены в средней их части, а плечи, имеющие прорезную и торцовую режущие кромки, длины которых пропорциональны и соотнесены с диаметром корпуса, внутренними фасонными поверхностями связаны с фасонной поверхностью концевой части поршня, выполненной в виде толкателя, с которым через шток, функционально предназначенный для ограничения хода и фиксации противоположных плеч рычагов, связана ловильная шейка поршня, при этом корпус оснащен посадочным седлом для взаимодействия с запорным конусом поршня. A device for cutting pipes in wells, containing a hollow detachable body, in the radial grooves of which rotary cutters are mounted on the axes, a stepped piston with channels and a pusher, characterized in that the cutters are made in the form of two-arm levers, the axes of which are located in their middle part, and shoulders having a slotted and end cutting edges, the lengths of which are proportional and correlated with the diameter of the housing, the inner shaped surfaces are connected with the shaped surface of the end part of the piston, made in the form of a pusher, through which rod operable to limit travel and fixation of opposed lever arms, connected fishing neck of the piston, wherein the housing is equipped with a mounting seat for interaction with a locking taper piston.