Устройство для извлечения оборудования из устья нефтяной скважины

Устройство для извлечения оборудования из устья нефтяной скважины

Реферат

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для извлечения оборудования из устья нефтяной скважины. Инструмент для извлечения оборудования устья скважины имеет несколько шарнирных зацепляющих рычагов. Инструмент выполнен с возможностью установки на головке оборудования устья скважины. Сила, приложенная к инструменту для подъема его из головки оборудования устья скважины, может использоваться для возбуждения рычагов для вхождения в зацепление с наружным профилем на головке оборудования устья скважины и для предотвращения отделения инструмента от головки оборудования устья скважины. 5 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к устройствам для извлечения оборудования из устья нефтяной скважины.

В открытом море, когда одно место эксплуатации должно быть оставлено и буровая установка транспортирована в другое место, оборудование устья скважины и по крайней мере девять футов (три метра) обсадных труб, лежащих ниже дна моря, должны быть извлечены.

Обычно устройства для извлечения оборудования устья скважины конструируются с возможностью размещения в оборудовании устья скважины и обсадной трубе и блокирования на внутренней резьбе внутри оборудования устья скважины. После того, как обсадная труба отрезана режущим механизмом, расположенным ниже устройства, устройство используется для извлечения оборудования устья скважины, где устройство взаимодействует с оборудованием устья скважины внутри.

Один из основных недостатков этого предшествующего устройства в том, что оно наносит, как считается, внутреннее повреждение оборудованию устья скважин [1-3].

В соответствии с настоящим изобретением устройство для извлечения оборудования устья скважины содержит корпус, средство замка и возбудитель средства замка, причем устройство таково, что когда к устройству приложена сила для отделения его от оборудования устья скважины, возбудитель принуждает средство замка взаимодействовать с наружным профилем оборудования устья скважины так, что устройство остается в зацеплении с оборудованием устья скважины.

Устройство также содержит вал, который проходит через корпус, может вращаться относительно корпуса так, что вал способен нести режущий механизм.

Изобретение устраняет проблемы и недостатки предшествующего устройства, благодаря созданию возможности устройству взаимодействовать с наружным профилем оборудования устья скважины в противоположность взаимодействию внутри оборудования устья скважины.

Средство замка содержит рычаг зацепления, который может шарнирно поворачиваться между отцепленным положением, при котором рычаг зацепления отцеплен от наружного профиля оборудования устья скважины, и сцепленным положением, при котором рычаг зацепления сцеплен с наружным профилем оборудования устья скважины. Средство замка также содержит средство смещения для смещения рычага зацепления в расцепленное положение.

В предпочтительном варианте реализации возбудитель содержит квадратный заплечик, который взаимодействует с рычагом зацепления, когда возбуждается для шарнирного вращения рычага под действием средства смещения в сцепленное положение. Альтернативно возбудитель может содержать ползун вместо квадратного заплечика.

Режущий механизм, соединенный с валом, является обычной фрезой радиального действия. В одном примере изобретения фреза приводится в действие, когда к устройству приложена сила для вытягивания оборудования устья скважины из скважины, т.е. оборудование (обсадная труба) устья скважины разрезается в "растяжении". Однако, во втором примере фреза приводится в действие, когда к устройству приложена сила, чтобы толкать устройство в сторону оборудования устья скважины, т.е. когда оборудование (обсадная труба) устья скважины разрешается в "сжатии".

В предпочитаемом варианте реализации устройство также содержит средство отцепления для предотвращения возбуждения возбудителя средства замка и обеспечения возможности устройству вытягивать оборудование устья скважины, если сила тяги, приложенная к устройству, недостаточна для извлечения оборудования устья скважины. В одном примере средство расцепления содержит замок, который может зацепляться для предотвращения возбуждения возбудителя, чтобы обеспечить силу, приложенную к устройству в направлении в сторону из устья скважины, которая не возбуждает возбудитель. Во втором примере средство расцепления содержит замок и взаимодействующую выемку, которая может быть несоосно выравненной, чтобы предотвращать возбуждение возбудителя.

В одном примере режущий механизм используется совместно с обычным морским вертлюгом, соединенным с валом, для обеспечения возможности валу вращаться в кожухе, когда средство замка остается неподвижным относительно оборудования устья скважины. Во втором примере устройство содержит подшипники для обеспечения валу возможности вращаться в кожухе, когда средство замка остается неподвижным относительно оборудования устья скважины.

На фиг. 1 изображено устройство для извлечения оборудования устья скважины; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - то же, что на фиг.1, вариант; на фиг. 6 - средства сцепления и расцепления; на фиг.7 - разрез Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - схема предлагаемого устройства при использовании.

На фиг.1 показаны головка 1 оборудования устья скважины и инструмент 2 для извлечения оборудования устья скважины, который соединен с головкой 1 оборудования устья скважины посредством трех зацепляющих рычагов 3 (из которых показан только один). Зацепляющий рычаг 3 соединяется с наружным профилем 4 головки 1 оборудования устья скважины.

Зацепляющие рычаги 3 смонтированы в защитной юбке 5 посредством шарнира 6. Шарнир 6 дает возможность зацепляющим рычагам 3 шарнирно поворачиваться из сцепленного положения, при котором они сцепляются с головкой 1 оборудования устья скважины, в расцепленное положение (фиг.1). Зацепляющий рычаг 3 смещается в сторону расцепленного положения посредством спиральной пружины 50.

Наверху защитной юбки 5 и над зацепляющим рычагом 3 смонтирован верхний кожух 7. Юбка 5 привинчена болтами к верхнему кожуху 7 и отделена от верхнего кожуха несколькими прокладками (не показаны), расположенными по периферии вокруг инструмента 2 между смежными рычагами 3. На верхнем конце верхнего кожуха 7 находится охватываемая секция 8 разъединяемого соединителя. Соответствующая охватывающая секция 9 разъединяемого соединителя образует часть верхнего кожуха 10 вала.

Охватывающая секция 9 (фиг.3) разъединяемого соединителя имеет две охватывающие взаимодействующие секции 19, которые взаимодействуют с двумя охватываемыми взаимодействующими секциями 12 (фиг.4) для соединения с возможностью разъединения верхнего кожуха 10 вала с верхним кожухом 7. Охватываемые взаимодействующие секции 12, каждая, содержат заплечик 13 и доступ (вход) 14. Заплечик 13 ограничивает относительное вращательное движение между охватывающими взаимодействующими секциями 19 и охватываемыми взаимодействующими секциями 12 после того, как охватывающие взаимодействующие секции 19 вставлены в доступ 14 в охватываемых секциях 12.

Каждая из охватывающих взаимодействующих секций 19 располагается диаметрально противоположно друг другу и разнесена под углами 100^о так, что каждая охватывающая взаимодействующая секция 19 охватывает угол 80^о. Аналогичным образом (фиг. 4) охватываемые взаимодействующие секции 12 расположены диаметрально противоположно друг против друга и разнесены под углом 85^о так, что каждая охватываемая взаимодействующая секция 12 охватывает угол 95^о. Угол, охватываемый каждой охватываемой взаимодействующей секцией 12 от доступа 14 до стопорного заплечика 13 составляет 80^о. Поэтому, когда охватываемая секция 8 полностью окружена охватывающей секцией 9, охватывающие взаимодействующие секции 19 полностью перекрывают охватываемые взаимодействующие секции 12 и запираются между доступом 14 и стопорным заплечиком 13.

На валу 11 смонтирован квадратный заплечик 15, который смонтирован на валу 11 с помощью подшипников 16. Подшипники 16 могут быть бронзовыми подшипниковыми вкладышами или альтернативно - радиальными заливными подшипниками. Квадратный заплечик 15 соединен с нижним кожухом 17 вала посредством набора бронзовых упорных подшипников 18. Бронзовые упорные подшипники 18 и подшипники 16 обеспечивают возможность нижнему кожуху 17 вала и валу 11 вращаться относительно квадратного заплечика 15 так, что квадратный заплечик 15 остается неподвижным относительно зацепляющих рычагов 3, защитной юбки 5 и верхнего кожуха 7, когда верхний кожух 7 не соединен с верхним кожухом 10 вала посредством разъединительного соединителя.

Верхний кожух 10 вала и нижний кожух 17 вала соединены с валом 11 посредством режущих устройств 20 без заднего хода и с двойным креплением (фиг. 2).

Устройство 20 содержит две секции 21, 22 и крепежную шпильку 30, которые помещаются в сквозном отверстии 23 в нижнем кожухе 17 вала. Секция 21 имеет резьбовую секцию 24 шпильки, которая ввинчивается в отверстие 25 с квадратной резьбой в секции 22.

Каждое режущее устройство 20 входит в контакт с выемкой 26 (фиг.1, 2), образованной в валу 11. Это обеспечивает условие, что кожухи 10, 17 вала вращаются с валом 11, когда вал 11 вращается. Так как режущее устройство имеет двойное крепление, то имеется очень незначительная вероятность, что какой-либо кожух 10 или 17 вала отсоединится от вала 11.

При использовании верхний кожух 10 вала соединяется с верхним кожухом 7 посредством схватываемых и охватывающих секций 8, 9 разъемного соединителя. Инструмент 2 извлечения оборудования устья скважины затем опускается на головку 1 оборудования устья скважины так, что нижний кожух 17 и вал 11 входят в центр головки 1 оборудования устья скважины, и так, что защитная юбка 5 опоясывает верхнюю часть головки 1 оборудования устья скважины, и зацепляющие рычаги 3, которые смещены в расцепленное положение пружиной 50, проходят по боковым сторонам головки 1 оборудования устья скважины.

Тогда вал 11 вращается против часовой стрелки на 80^о так, что охватывающие взаимодействующие секции 19 отцепляются от охватываемых взаимодействующих секций 12. Вал 11 затем подтягивается вверх, и это принуждает верхний кожух 10 вала отсоединиться от верхнего кожуха 7. Это также подтягивает нижний кожух 17 вала вверх, который в свою очередь толкает квадратный заплечик 15 вверх напротив взаимодействующей поверхности 27 зацепляющего рычага 3. Это принуждает зацепляющий рычаг 3 поворачиваться вокруг оси шарнира 6 против действия смещения пружины 50 так, что зацепляющий рычаг 3 зацепляется с наружным профилем головки 1 оборудования устья скважины. Когда это происходит, вал 11 может быть вытянут вверх до требуемого вытягивания для разрезания без инструмента 2, отделяя от головки 1 оборудования устья скважины.

Когда требуемое вытягивание достигнуто, тогда вал 11 вращается, чтобы привести в действие обычное режущее устройство (не показано), которое соединено с нижней частью вала 11. Режущее устройство разрезает обсадную трубу, на которой покоится головка оборудования устья скважины. Когда режущее устройство разрезало обсадную трубу, вращение вала 11 прекращается и вал 11 вытягивается далее, чтобы вытянуть головку 1 оборудования устья скважины со дня моря и отрезанную обсадную трубу посредством зацепляющих рычагов 3.

В некоторых случаях невозможно извлечь головку 1 оборудования устья скважины даже после того, как режущее устройство разрезало обсадную трубу. В этом случае необходимо иметь возможность удалять инструмент 2 путем отцепления его от головки 1 оборудования устья скважины. Это достигается путем толкания вала 11 вниз так, что квадратный заплечик 15 перемещается вниз и дает возможность пружине 50 шарнирно повернуть зацепляющий рычаг 3 в расцепленное положение, показанное пунктиром. Охватывающая секция 9 и охватываемая секция 8 разъемного соединителя тогда повторно сцепляются так, что верхний кожух 10 вала соединяется с верхним кожухом 7 инструмента 2. Это дает возможность валу 11 вытягиваться вверх без того, чтобы квадратный заплечик 15 двигался и принуждал зацепляющие рычаги 3 перемещаться в зацепляющее положение. Поэтому инструмент может быть извлечен из головки 1 оборудования устья скважины, если извлечение самой головки оборудования устья скважины невозможно.

Устройство, показанное на фиг.5, аналогично устройству, показанному на фиг. 1, и одинаковые цифровые позиции обозначают эквивалентные части/детали устройства. Основное отличие устройства, показанного на фиг.5, в том, что оно выполнено с возможностью разрезания обсадной трубы в рабочем режиме сжатия в противоположность режиму растяжения. В этом примере изобретения квадратный заплечик 15 образует часть наружного вала 41 (фиг.8), фреза 60 и стабилизатор 67 соединены с нижним концом внутреннего приводного вала 68, который расположен соосно валу 41. Приводной вал 68 вращается в валу 41 посредством обычного морского вертлюжного устройства 65, которое соединено с колонной труб 66, которая проходит вверх до платформы буровой вышки (не показано). Морское вертлюжное устройство 65 взаимодействует с верхним концом вала 41, когда подъемное устройство сжимается, чтобы вал 41 мог оставаться неподвижным относительно зацепляющих рычагов 3, когда внутренний приводной вал 68 вращается.

Дополнительно прокладки 55 (фиг.5) отделяют юбку 5 от верхнего кожуха 7 и через которые болты 56 проходят для скрепления болтами юбки 5 с верхним кожухом 7.

Для облегчения зацепления и расцепления квадратного заплечика 15 на наружной поверхности квадратного заплечика 15 образовано три шпонки 28, и взаимодействующие канавки 35, 36 образованы в кожухе 29 основного тела и упорном переходнике 31 соответственно инструмента 2 (фиг. 6, 7). Упорный переходник 31 прикреплен к валу 41, и канавки 36 в упорном переходнике 31 всегда находятся в зацеплении с соответствующими шпонками 28. Вращение вала 41 в направлении против часовой стрелки принуждает квадратный заплечик 15 и тем самым шпонки 28 вращаться так, что они могут выравниваться с соответствующими канавками 35 в кожухе основного тела. Когда шпонки 28 выравнены с канавками 35, вал 41 и квадратный заплечик 15 могут перемещаться вверх в положение, показанное на фиг. 5, при котором квадратный заплечик 15 шарнирно поворачивает зацепляющие рычаги 3 в зацепляющее положение смежно со смещающим действием пружины 50.

Если вал 41 затем толкается вниз так, что верхняя кромка 37 шпонок 28 находится ниже нижней кромки кожуха 29 основного тела, вал 41 и квадратный заплечик 15 могут вращаться относительно кожуха 29 основного тела, чтобы вывести из выравненного состояния в невыравненное шпонки 28 с канавками 35 для предотвращения квадратного заплечика 15 перемещаться вверх, чтобы активизировать зацепляющие рычаги 3. Это дает возможность извлечь инструмент из головки оборудования устья скважины. Кожух 29 основного тела также имеет выступ 51 на своей нижней кромке, смежной с каждой канавкой 35. Выступы 51 образуют положительный стопор в отношении выравнивания и невыравниванию шпонок 28 с канавками 35. Дополнительно также предусмотрена канавка 52 смежно с каждым выступом 51, которая взаимодействует с верхней кромкой каждой шпонки 28 для содействия предотвращения шпонок 28 от вибрирования в выравненном положении с канавками 35 в течение опускания инструмента на головку 1 оборудования устья скважины. Это побуждало бы квадратный заплечик 15 подниматься и шарнирно поворачивать рычаги в зацепляющее положение преждевременно. Если это случается, инструмент 2 не будет правильно сцепляться с головкой 1 оборудования устья скважины.

При использовании (фиг.8) инструмент 2 опускается на головку 1 оборудования устья скважины и приводной вал нажимается вниз так, что фреза 60 может быть возбуждена через морской вертлюг 65, который взаимодействует с валом 41, чтобы отрезать обсадную трубу 61. После того, как обсадная труба разрезана фрезой 60, вращение приводного вала прекращается, и вал 41 вращается, чтобы выравнить шпонки 28 с канавками 35 так, что квадратный заплечик 15 может перемещаться вверх для шарнирного поворачивания зацепляющих рычагов 3 в зацепляющее положение. Когда это положение достигнуто, натяжение вверх на валу 41 может быть увеличено, как это требуется, чтобы вытянуть головку 1 оборудования устья скважины со дна 62 моря.

Если по какой-либо причине головка 1 оборудования устья скважины не становится отсоединенной, тогда вал 41 толкается вниз, чтобы отсоединить квадратный заплечик 15 от зацепляющих рычагов 3 и дать возможность пружине 50 шарнирно повернуть зацепляющие рычаги в расцепленное положение. Вал 41 вращается, чтобы привести в невыравненное положение шпонки 28 и канавки 35. Верхняя кромка 37 шпонки 28 тогда предотвращается от перемещения вверх посредством нижней кромки кожуха 29 основного тела, и тем самым квадратный заплечик 15 предотвращается от перемещения вверх и шарнирного поворачивания зацепляющих рычагов 3 в зацепляющее положение, когда вал 11 вытягивается вверх. Это дает возможность вытягивать вал 41 вверх без зацепления рычагами 3 внешнего профиля 4 головки 1 оборудования устья скважины так, что инструмент 2 может быть извлечен из устья скважины, когда невозможно извлечь головку оборудования устья скважины после разрезания обсадной трубы.

Изобретение имеет преимущество в том, что нет необходимости прилагать силу к внутренней части головки 1 оборудования устья скважины, тем самым устраняется повреждение внутренней части головки оборудования устья скважины, благодаря приложению силы только к наружной части головки 1 оборудования устья скважины посредством зацепляющих рычагов 3.

Описанные выше конкретные примеры относятся к головке оборудования устья скважины типа "Камерон". Однако путем соответствующего регулирования зацепляющих секций зацепляющих рычагов 3 устройство может быть модифицировано для возможности зацепления наружного профиля любой головки оборудования устья скважины. Также, в случае головок оборудования устья скважины, которые имеют меньший наружный диаметр, могут вставляться объемные прокладки на внутренней стороне юбки 5 для предотвращения движения инструмента 2, когда он в зацеплении с головкой оборудования устья скважины меньшего наружного диаметра.

Три зацепляющих рычага 3 располагаются под углами 120^о друг от друга по периферии инструмента 2, что дает оптимальное распределение тянущих/растягивающих сил между головкой 1 оборудования устья скважины и каждым зацепляющим рычагом 3.

Хотя предлагаемое устройство содержит режущий инструмент, устройство может использоваться без режущего инструмента, как простое устройство замка головки оборудования устья скважины.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ИЗ УСТЬЯ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ, содержащее корпус и замковый механизм с приводом, отличающееся тем, что замковый механизм установлен с возможностью зацепления с наружной поверхностью головки оборудования устья скважины и выполнен с зацепляющим рычагом, расположенным с возможностью перемещения между положением зацепления с наружной поверхностью головки и его расцепленным положением с ней, средством смещения зацепляющего рычага в расцепленное положение и расцепляющим средством для отключения привода при воздействии на устройство в процессе извлечения его из головки оборудования устья скважины.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зацепляющий рычаг установлен с возможностью шарнирного вращения между зацепляющим и расцепляющим положениями.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что привод замкового механизма выполнен с поверхностью для взаимодействия с зацепляющим рычагом при его шарнирном повороте в положение зацепления при преодолении действия средства смещения.

4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что поверхность привода замкового механизма выполнена в виде квадратного заплечика.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что оно имеет вал, размещенный в корпусе с возможностью вращения относительно последнего.

6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что вал выполнен с закрепленным на ней режущим средством.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8