Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ ТРУБ НА УСТЬЕ ФОНТАНИРУЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для резки труб со снятием заходной фаски в конце реза на наружной поверхности трубы на фонтанирующем устье скважины, в том числе горящего, а также при резке труб над фланцами колонных и промежуточных колонных головок при проведения ремонтно-восстановительных работ на устье.

Известно устройство по патенту РФ №212877, Е21В 29/08, В23 21/04, 1999 г., бюл. №9, состоящее из корпуса, хомута, основного зубчатого колеса, резцедержателя и гидропривода. Устройство снабжено механизмом подачи инструмента со скоростью, заданной конфигурацией профильного кольца переменной по окружности высоты, механизмом ускоренного принудительного отвода резцедержателя и механизмом настойки глубины реза. Основное зубчатое колесо выполнено с прорезью, соответствующей прорези корпуса, и имеет расчетное количество отверстий для вариантности установки резцедержателя. Конструкция хомута обеспечивает его монтаж на отрезаемой трубе с необходимой соосностью путем затяжки одной гайкой.

Однако данное устройство имеет следующие недостатки:

- имеет большие габариты и вес;

- при резке труб с толщиной стенки более 10 мм происходит заклинивание режущей части отрезного резца в теле трубы;

- сложность и трудоемкость замены отрезного резца, в случае скола его режущей кромки при резке труб на горящем устье фонтанирующей скважины, вызывает необходимость длительного пребывания оперативного персонала в зоне воздействия высокой температуры, так как при необходимости резки трубы на фонтанирующей скважине, с содержанием в скважинной среде сероводорода, фонтанирующую струю искусственно поджигают в целях предотвращения отравляющего воздействия на окружающую среду, в связи с тем что он является одним из токсичных сильнодействующих веществ. В этом случае длительное пребывание в зоне воздействия высокой температуры лиц оперативного персонала сопряжено с высоким риском для их здоровья и жизни;

- конструкция устройства не позволяет выполнять резку труб над фланцами колонных и промежуточных колонных головок при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины.

Известно также устройство по патенту РФ №2353482, 08.10.2007 г., содержащее узел крепления режущего инструмента с приводом его вращения в виде двигателя с планетарным редуктором и механизм подачи режущего инструмента. Узел крепления режущего инструмента выполнен в виде кольцевого неподвижного корпуса с опорами, внутри которого смонтирован вращающийся элемент с жестко установленными на нем двумя резцедержателями, на одном из которых закреплен отрезной резец, а на другом - резец для формирования сварочной фаски. Механизм подачи резцов выполнен в виде установленного на подшипниках храпового колеса, изготовленного за одно целое с винтом подачи ползуна для установки одного из резцов. На кольцевом неподвижном корпусе жестко закреплен упор в виде зуба, повторяющего профиль зуба храпового колеса. Упор имеет возможность поворота винта для радиальной подачи ползуна резцедержателя при повороте храпового колеса на один зуб.

Однако известное устройство также обладает существенными недостатками:

- неразъемные кольцевой неподвижный корпус с опорами и размещенными в них ползунами, выполненными за одно целое с опорными башмаками, повторяющими профиль трубы по образующей для центрирования трубы относительно устройства, и вращающийся элемент, расположенный внутри неподвижного корпуса, не позволяют смонтировать устройство на трубу фонтанирующего устья скважины, а также трубы различных диаметров;

- расположение привода вращения инструмента и конструкция опор устройства не позволяют выполнять резку труб над фланцами колонных и промежуточных колонных головок при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины.

Целью изобретения является техническое решение, реализация которого позволит:

- уменьшить габариты и вес устройства;

- выполнять монтаж устройства на трубу фонтанирующего устья скважины, в том числе на трубы различных диаметров для их резки;

- гарантированно выполнять резку труб с толщиной стенки более 10 мм со снятием заходной фаски в конце реза на наружной поверхности трубы;

- с удобством и оперативно выполнять замену режущего инструмента в случае скола его режущих кромок при резке труб на устье горящей фонтанирующей скважины;

- выполнять резку труб над фланцами колонных и промежуточных колонных головок при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины.

Поставленная цель достигается устройством для резки труб на устье фонтанирующей скважины, содержащим станину со столом, привод вращения и два механизма подачи режущего инструмента:

- станина, выполненная в виде кольцевого неподвижного корпуса, внутри которого в четырех радиальных расточках корпуса и его прямоугольных вертикальных выборках, расположенных по периметру центрального отверстия корпуса и соосно с расточками, размещены четыре опоры, выполненные ответно расточкам и выборкам корпуса, оснащенные регулировочными винтами, призматическими упорами с крестообразным рифлением на рабочей поверхности и проставками, обеспечивающими крепление устройства для резки труб различных диаметров, а сверху вращающийся на роликах, размещенных на подшипниках качения эксцентричных осей станины стол, выполненный за одно целое с зубчатым венцом внешнего зубчатого соединения;

- станина и стол выполнены разъемными с возможностью разъединения и соединения их половин при совмещении плоскости разъема стола с плоскостью разъема станины с фиксацией их совмещенного положения с помощью четырех фиксирующих винтов, размещенных в половинах стола, путем ввода их конусных частей в глухие отверстия обеих половин станины, цилиндрических штифтов - осей замков, жестко закрепленных штифтами в отверстиях, расположенных диаметрально в торцах разъема стола, выполненных в осях замков трапецеидальных выборок и воздействующих на их грани конусов винтов замков, размещенных в планках и закрепленных на выступах разъема стола, а также четырех откидных болтов, размещенных попарно с центрирующими штифтами между ними в диаметрально расположенных проушинах, выполненных на наружной диаметральной поверхности кольцевого неподвижного корпуса станины в плоскости его разъема;

- привод вращения включает в себя два диаметрально расположенных гидромотора, корпусы которых оснащены оголовками с квадратными выступами, а их валы - насадками с квадратными валами и размещенных, в зависимости от вида выполняемых работ на устье скважины, оголовками на скрепленных с половинами станины с выполненными ответно выступам оголовков квадратными выборками корпусах, оснащенных паразитными зубчатыми колесами, входящими в зацепление с зубчатым венцом стола и диаметрально с размещенными соосно выборкам корпусов ведущими шестернями с выполненными ответно валам насадок квадратными отверстиями, снизу корпусов или сверху, причем одноименные рабочие напорные и дренажные полости соединены между собой трубопроводами, скрепленными планками и оснащенными напорными элементами быстроразъемного соединения муфтой и штекером;

- каждый из двух механизмов подачи режущего инструмента оснащен двумя типами салазок и державок с резцовыми вставками, на одном из которых в его салазках размещена державка с вставкой резцово-отрезной, а на другом - державка с вставкой резцово-фасочной для увеличения ширины реза с целью исключения заклинивания резцово-отрезной вставки при увеличении глубины реза в теле трубы и снятия заходной фаски в конце реза на наружной поверхности трубы, причем первый тип салазок с державками, закрепленными в соединениях типа «ласточкин хвост» салазок, в комплекте с резцовыми вставками, закрепленными в прямоугольных отверстиях державок в верхней их части, обеспечивают резку труб на устье фонтанирующей скважины, второй тип салазок с державками прямоугольного сечения, выполненными с поворотом сечения вниз на 90° и закрепленными в прямоугольных выборках салазок, в комплекте с резцовыми вставками, закрепленными в прямоугольных отверстиях державок в нижней их части, обеспечивают резку труб над фланцами колонных и промежуточных колонных головок;

- зоны перемещения салазок и вращения звездочек винтов подачи механизмов подачи режущего инструмента оснащены кожухами для защиты соответственно от разлетающейся в процессе резки трубы стружки и воздействия упругой струи воды, орошающей устройство при резке трубы на горящем фонтанирующем устье скважины, причем кожухи выполнены из тонколистовой стали гнутого профиля, ограждающего зоны перемещения салазок и вращения звездочек;

- салазки и державки механизмов подачи режущего инструмента, используемые при резке трубы со снятием фаски на фонтанирующем устье скважины, оборудованы соответственно зажимными винтами с рычагами и рукоятками, позволяющими с удобством и оперативно выполнять замену державок с резцовыми вставками в случае скола их режущих кромок в процессе резания, причем рукоятки выполнены в виде стержней.

Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 показаны общие виды спереди и сверху соответственно устройства, оборудованного для резки труб на устье фонтанирующей скважины, на фиг.3 и 4 показаны общие виды спереди и сверху соответственно устройства, оборудованного для резки труб при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины, на фиг.5 и 6 - станина со столом, виды сверху и по сечению А-А на виде сверху соответственно, на фиг.7, 8, 9, 10 и 11 - сечения Б-Б, В-В, Г-Г, Д-Д и Е-Е соответственно станины со столом на виде сверху (фиг.5), на фиг.12 и 13 - одна половина привода вращения в разрезе и вид его сверху по сечению К-К соответственно, на фиг.14 и 15 - механизм подачи режущего инструмента, оборудованный салазками и державками для резки труб на устье фонтанирующей скважины, по сечению Ж-Ж на виде сверху фиг.2 и вид спереди соответственно, и на фиг.16 и 17 - механизм подачи режущего инструмента, оборудованный салазками и державками для резки труб при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины, по сечению И-И на виде сверху фиг.4 и вид спереди соответственно.

Устройство состоит из следующих основных узлов:

- станины со столом 1;

- привода вращения 2;

- двух механизмов подачи режущего инструмента 3.

Станина со столом включает в себя станину 4, выполненную в виде кольцевого неподвижного корпуса, внутри которого снизу, в четырех расточках «а» корпуса и его прямоугольных вертикальных выборках «б», расположенных равномерно по периметру центрального отверстия корпуса и соосно с его расточками «а», размещены четыре опоры 5, оснащенные регулировочными винтами 49 и призматическими упорами 6 с крестообразным рифлением на рабочей поверхности, а также проставками 7, обеспечивающими крепление устройства для резки труб различных диаметров, а сверху смонтирован вращающийся на роликах 8, размещенных на подшипниках качения 9 эксцентричных осей 10 станины 4, стол 11, выполненный за одно целое с зубчатым венцом «в» внешнего зубчатого зацепления. Станина 4 и стол 11 выполнены разъемными с возможностью разъединения и соединения их половин при совмещении плоскости разъема стола с плоскостью разъема станины за счет фиксации их совмещенного положения с помощью четырех фиксирующих винтов 47, размещенных в половинах стола, путем ввода их конусных частей в глухие отверстия «и» обеих половин станины и цилиндрических штифтов 12 - осей замков, жестко закрепленных штифтами 48 в отверстиях, расположенных диаметрально в торцах разъема стола с выполненными в осях замков трапецеидальными выборками «г» и воздействующих на их грани конусов винтов 13 замков, размещенных в планках 14, закрепленных на выступах «д» разъема стола, а также четырех откидных болтов 15, размещенных попарно с центрирующими штифтами 16 между ними в диаметрально расположенных проушинах «е», выполненных на наружной диаметральной поверхности кольцевого неподвижного корпуса станины в плоскости его разъема.

Привод вращения включает в себя два диаметрально расположенных гидромотора 17, корпусы которых оснащены с квадратными выступами оголовками 18, а их валы - насадками 19 с квадратными валами и размещенными оголовками на скрепленных со станиной 4 корпусах 20 с выполненными сверху и снизу квадратными выборками, оснащенных паразитными зубчатыми колесами 21, ведущими шестернями 22 с квадратными отверстиями «ж», либо снизу скрепленных со станиной корпусов 20 - при резке труб на устье фонтанирующей скважины, либо сверху - при резке труб над фланцами колонных и промежуточных колонных головок при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины. Одноименные рабочие напорные и дренажные полости гидромоторов соединены между собой трубопроводами 23, 24 и 25, скрепленными планками 46. Напорные трубопроводы оснащены элементами быстроразборного соединения муфтой 26 и штекером 27.

Механизмы подачи режущего инструмента состоят из сменных: салазок 28 и 29; державок 30 и 31 с вставками резцово-отрезной 32 и резцово-фасочной 33, обеспечивающими резку труб и снятие заходной фаски в конце реза на наружной поверхности трубы на фонтанирующем устье скважины и на высоте 95 мм и выше над фланцами колонных и промежуточных колонных головок при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины; установленного в разъемной стойке 35 в подшипнике качения 36 винта подачи 34, скрепленного со звездочкой 37 и сочлененного с гайкой 38, размещенной в салазках 28 и 29, а также упора 39, выполненного в форме зуба и закрепленного на разъемной станине 4 и обеспечивающего при вращении стола 11 поворот винта подачи 34 звездочкой 37 на один зуб при каждом обороте стола 11 для радиальной подачи салазок с державками в комплекте с резцовыми вставками. При этом режущая кромка резцово-фасочной вставки расположена выше на 1...2 мм режущей кромки резцово-отрезной вставки для увеличения ширины реза с целью исключения заклинивания резцово-отрезной вставки при увеличении глубины реза в теле трубы, а зоны перемещения салазок и вращения звездочек винтов подачи оснащены кожухами 40, 41, 42 и 43 для защиты соответственно от разлетающейся в процессе резания стружки и воздействия упругой струи воды, орошающей устройство при резке трубы на горящем фонтанирующем устье. Кроме того:

- салазки 28 оборудованы зажимными винтами 44 с рычагами 45, обеспечивающими крепление державок 30 в салазках 28 в соединениях типа «ласточкин хвост», а державки 30 также оборудованы рукоятками 52, что позволят с удобством и оперативно выполнять замену державок с резцовыми вставками в случае скола их режущих кромок при резке трубы на горящем фонтанирующем устье скважины;

- державки 31 прямоугольного сечения выполнены с поворотом сечения вниз на 90°, что обеспечивает возможность резки труб на высоте 95 мм над фланцами колонных и промежуточных колонных головок. При этом резцовые вставки крепятся в державках их прямоугольных отверстиях «л» и «м», расположенных соответственно в верхней части державок 30 и в нижней повернутой части державок 31. Крепление резцовых вставок в нижней части державок 31 позволят выполнять резку труб над фланцами при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины.

Устройство для резки труб на устье фонтанирующей скважины используют следующим образом.

Вначале на устье, оборудованном трубой, условный диаметр которой равен условному диаметру трубы фонтанирующего устья скважины, устройство в сборе согласно фиг.1 и 2 с зафиксированными винтами 47 половинами стола относительно половин станины с помощью регулировочных винтов 49 опор 5 устанавливают и центрируют его посредством призматических упоров 6 относительно наружной поверхности трубы на некотором расстоянии от торца трубы. Поочередно, освободив крепление державок 30 в салазках 28, поворотом винтов 44 с помощью рычагов 45, переведя их из наклонного положения в вертикальное, перемещают державки с резцовыми вставками вплотную к наружной поверхности трубы через пластину толщиной 2 мм, закрепляют державки в салазках поворотом рычагов 45 из вертикального положения в наклонное и удаляют пластину. После чего, освободив крепление оголовков 18 гидромоторов путем вывинчивания винтов 50 из засверловок оголовков, демонтируют гидромоторы, соединенные трубопроводами, из корпусов 20. Удерживая грузоподъемным механизмом устройство за рым-болты, ввинченные в стол, раскрепляют:

- крепление призматических упоров 6 с наружной поверхностью трубы поворотом каждого из четырех регулировочных винтов 49 строго на один оборот по часовой стрелке;

- разъемные части стола вывинчиванием конусов винтов 13 замков из трапецеидальных выборок «г» штифтов 12 - осей замков и винтов 51 планок 14 из резьбовых отверстий, размещенных в выступах «д» половин стола;

- разъемные части станины отвинчиванием гаек откидных болтов 15 и поворотом их вокруг оси на угол не менее 90°.

После чего разъединяют половины станины, с размещенными и зафиксированными в них винтами 47 половинами стола 11.

Далее, на оголовок фонтанирующей трубы на устье скважины монтируется хомут установочный на определенном расстоянии «Н» от места ее отрезания до базовой площадки «А» установочного хомута, на которой размещают половины станины с размещенными в них половинами стола, соединяют разъемные части устройства в одно целое и скрепляют:

- половины стола путем ввинчивания конусов винтов 13 замков в трапецеидальные выборки «г» штифтов 12 - осей замков и винтов 51, размещенных в планках 14, в резьбовые отверстия выступов «д» половин стола;

- половины станины поворотом откидных болтов 15 вокруг их осей в проушинах и затяжкой гаек откидных болтов. После чего закрепляют станину посредством призматических упоров 6 на наружной поверхности трубы путем вращения каждого из четырех регулировочных винтов 49 против часовой стрелки строго на один оборот и монтируют гидромоторы, соединенные трубопроводами, оголовками 18 в корпусы 20 снизу и крепят их в корпусах 20 винтами 50. Вывинчивают конусные части четырех винтов 47 стола из глухих отверстий «и» обеих половин станины и подсоединяют к трубопроводам 23, 24 и 25 привода устройства рукава гидростанции напорные, оснащенные элементами быстроразборного соединения (штекером и муфтой) и дренажный. С пульта управления гидростанции, включив гидромоторы на вращение резцовых вставок по часовой стрелке, выполняют отрезание трубы со снятием заходной фаски, выключают вращение гидромоторов и отсоединяют рукава гидростанции от трубопроводов устройства.

Демонтаж устройства с фонтанирующей трубы выполняется в следующей последовательности:

- освободив крепление оголовков 18, демонтируют гидромоторы в сборе со стальными трубопроводами из корпусов 20;

- вращая вручную стол за рукоятки 52 и державки 30 совмещают плоскость разъема стола с плоскостью разъема станины и фиксируют совмещенные плоскости разъема стола и станины ввинчиванием конусных частей винтов 47 стола в глухие отверстия «и» обеих половин станины и раскрепляют:

- крепление призматических упоров 6 с наружной поверхностью трубы поворотом удлиненных регулировочных винтов 49 по часовой стрелке на один оборот;

- разъемные части стола вывинчиванием конусов винтов 13 замков из трапецеидальных выборок «г» штифтов 12 - осей замков и винтов 51 планок 14 из резьбовых отверстий, размещенных в выступах «д» половин стола;

- разъемные части станины отвинчиванием гаек откидных болтов 15 и поворотом их вокруг оси на угол не менее 90°.

После чего разъединяют половины станины, с размещенными и зафиксированными в них половинами стола, удаляют их с хомута установочного и демонтируют хомут с трубы.

Устройство для резки труб при ремонтно-восстановительных работах на устье скважины используют следующим способом.

Устройство в сборе согласно фиг.3 и 4 с помощью грузоподъемного механизма устанавливается станиной непосредственно на фланец колонной головки или промежуточной колонной головки в случае, если резка трубы над фланцем требуется на высоте 95 мм либо на фланец - проставку соответствующей толщины, размещенный (на фиг.3 не приведен) на фланце колонной головки, если резка трубы над фланцем требуется на большей высоте.

С помощью регулировочных винтов 49 центрируют станину устройства посредством призматических опор 6 относительно наружной поверхности трубы и закрепляют устройство на ней.

Вывинчивают конусные части винтов 47 из глухих отверстий «и» обеих половин станины и подсоединяют к стальным трубопроводам 23, 24 и 25 привода устройства рукава гидростанции напорные, оснащенные элементами быстроразъемного соединения (штекером и муфтой) и дренажный.

С пульта управления гидростанции, кратковременно включив гидромоторы на вращение резцовых вставок по часовой стрелке, выводят их из зоны расположения гидромоторов, обеспечивая свободный доступ к квадратам «к» винтов 34 механизмов подачи режущего инструмента. Вращая винты 34 за их квадраты «к», перемещают державки 31 с резцовыми вставками до касания режущих кромок резцовых вставок пластины толщиной 2 мм, приложенной к наружной поверхности трубы, и удаляют пластину. Далее, включив гидромоторы на вращение резцовых вставок, по часовой стрелке выполняют отрезание трубы со снятием фаски, выключают вращение гидромоторов и удаляют отрезанную часть трубы. После чего отсоединяют рукава гидростанции от трубопроводов устройства, отводят призматические упоры 6 от наружной поверхности вращением регулировочных винтов 49 по часовой стрелке каждого на два оборота не менее и демонтируют устройство с фланца колонной головки.

Устройство изготовлено и испытано в цеховых и полевых условиях на Оренбургском газоконденсатном месторождении при ремонтно-восстановительных работах на устье скважин и на фонтанирующем устье испытательного полигона УТЦ «Досанг».

Источники информации

1. «Устройство для резки труб», патент на изобретение №2128277, 27.03.1999 г.

2. «Устройство для резки труб», описание изобретения к патенту, 27.04.2009 г.