Ориентатор гибкой трубы

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Производственное объединение Белоруснефть(72) Авторы Родионов Вячеслав Иванович Демяненко Николай Александрович Чайка Валерий Павлович Пысенков Виктор Геннадьевич Серебренников Антон Валерьевич Семенков Василий Сергеевич Третьяков Дмитрий Леонидович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Производственное объединение Белоруснефть(57) Ориентатор гибкой трубы, содержащий сборный корпус с канавками на стенке, в котором размещены полый нажимной элемент с кулачками, выполненными с возможностью взаимодействия с канавками на стенке сборного корпуса, возвратная пружина нажимного элемента, полый поворотный шпиндель, две полые зубчатые полумуфты, выполненные с возможностью взаимодействия между собой, одна из которых размещена в нижней части 14493 1 2011.06.30 нажимного элемента, а другая размещена в верхней части полого поворотного шпинделя,при этом возвратная пружина нажимного элемента обеспечивает их разомкнутое положение а также расположенный ниже сборного корпуса поворотный корпус, выполненный с продольным окном и расположенным напротив окна отклоняющим элементом, отличающийся тем, что поворотный корпус жестко закреплен на нижней части поворотного шпинделя нажимной элемент выполнен в виде подвижной втулки со сквозными окнами,при этом на подвижной втулке и зубчатой полумуфте выполнены винтовые шлицы, обеспечивающие установку зубчатой полумуфты на подвижной втулке и их кинематическое взаимодействие кулачки закреплены на осях в соответствующих сквозных окнах и выполнены в виде двуплечих рычагов, одно плечо которых размещено в полости подвижной втулки с возможностью ее перекрытия до размера меньше диаметра гибкой трубы, а второе плечо размещено в соответствующей канавке, причем каждая канавка выполнена прямолинейной, а на стенке сборного корпуса выполнены углубления, каждое из которых сообщается с нижней частью соответствующей канавки. Изобретение относится к области строительства скважин с боковыми стволами, оно может быть использовано в качестве поворотного ориентирующего устройства в забойных компоновках при ремонте многоствольных скважин, проведении различных технологических операций в боковых стволах скважин. Известно устройство для доставки объекта в боковой ствол многоствольной скважины 2142559, МПК 21 47/01, 1999.12.10, содержащее транспортирующий орган с механизмом изменения направления движения, стопорно-блокирующий механизм, соединенный с механизмом поиска и разъединения, который имеет двуплечий рычаг,подпружиненный шток, замок разъединения и взаимодействующие наклонные плоскости,верхняя из которых жестко связана с механизмом изменения направления движения, а нижняя - с корпусом подпружиненного штока. Недостатком данного устройства является сложность его конструкции, снижающая надежность работы устройства, а также ограниченность сферы применения, т.к. не позволяет его использовать для направления гибкой трубы колтюбинга в боковой ствол при проведении технологических операций по освоению и ремонту боковых стволов. Известен также ориентатор 2284402, МПК 21 7/08, 2006.09.27, содержащий сборный корпус, размещенные в нем поршень с пустотелым штоком с наружными прямыми, зацепленными со сборным корпусом, и винтовыми шлицами, возвратную пружину в подпоршневой полости, связанной посредством разделительного элемента с буферной полостью, соединенной дренажным окном с закорпусным пространством, шпиндель с полым валом, кинематически связанным с пустотелым штоком храповой муфтой, состоящей из верхней подвижной, находящейся в зацеплении с винтовыми шлицами, и нижней неподвижной, закрепленной в сборном корпусе, обойм, выполненных с возможностью зацепления с храповым зубчатым венцом полого вала посредством подпружиненных храповых фиксаторов. Храповые фиксаторы выполнены в виде пластин, установленных с возможностью ограниченного углового перемещения в глухих клинообразных тангенциальных гнездах с цилиндрическим дном, пружины которых размещены в глухих отверстиях, выполненных в обоймах, подпоршневая полость разделена на две полуполости, соединенные друг с другом дроссельным каналом, образованным зазором между внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями неподвижной обоймы и полого вала шпинделя, разделительный элемент выполнен в виде кольцевого поршня, взаимодействующего с пружиной сжатия, размещенной в буферной полости. Недостатками данного ориентатора являются сложность и ненадежность его конструкции, особенно храповой муфты. Использование ориентатора в качестве поворотного 2 14493 1 2011.06.30 устройства в забойных компоновках при ремонте многоствольных скважин затруднено изза проблем с созданием перепада давления для обеспечения перемещения поршня, т.к. полость пустотелого штока должна быть открыта для прохода гибкой трубы колтюбинга в боковой ствол скважины. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является ориентатор гибкой трубы 3870 , МПК 21 7/04, 2007.01.29, содержащий сборный корпус, в котором размещены полый поршень, возвратная пружина поршня, поворотный шпиндель, храповый венец, зубцы которого фиксируются собачками. На поршне выполнены кулачки, взаимодействующие с винтовыми канавками, выполненными на стенке сборного корпуса, внутренний диаметр полого поршня больше диаметра ориентируемой гибкой трубы на величину щелевого зазора, обеспечивающего необходимый перепад давления между зонами, расположенными над и под поршнем, содержит две зубчатые полумуфты, устроенные с возможностью взаимодействия между собой, одна из которых размещена в нижней части поршня, а другая - в верхней части поворотного шпинделя, а возвратная пружина поршня обеспечивает их разомкнутое положение дополнительную возвратную пружину, обеспечивающую возврат поворотного шпинделя в верхнее исходное положение шлицевую муфту, кинематически связанную с нижней частью поворотного шпинделя посредством устроенных на нем шлиц и установленную в нижней части сборного корпуса посредством резьбовой втулки, на нижнем торце которой устроена храповая полумуфта, собачки которой взаимодействуют с зубцами храпового венца, устроенного на теле шлицевой муфты, поворотный корпус с закрепленной на его внутренней стенке рессорой и продольным окном, устроенным напротив рессоры, причем верхняя часть поворотного корпуса соединена с нижней частью шлицевой муфты. Недостатками этого ориентатора являются сложность конструкции и его низкая надежность работы, особенно то обстоятельство, что для создания необходимого перепада давления над и под поршнем щелевой зазор между гибкой трубой и внутренним диаметром полого поршня должен быть минимальным, а это создает предпосылки к прихвату гибкой трубы колтюбинга при проходе ее через ориентатор, особенно при попадании в щелевой зазор загрязнений во время проведения технологических операций в боковых стволах скважины. Дополнительно во время проведения промывок и обработок химреагентами бокового ствола скважины обратный поток жидкости, выносящий из скважины загрязнения и продукты реакции, кроме того, что забьет щелевой зазор, для его выхода потребуется дополнительно установка на НКТ 1, над ориентатором, циркуляционного клапана, что еще больше усложняет конструкцию и снижает надежность работы. Выполнение канавок на стенке сборного корпуса винтовыми ведет к тому, что поршень вместо прямолинейного движения совершает одновременно поворот вокруг своей оси, а силы, действующие на возвратную пружину, не только сжимают ее, но и стремятся ее повернуть, что неблагоприятно сказывается на надежности работы поршня, пружины и ориентатора в целом. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности работы ориентатора гибкой трубы за счет упрощения конструкции. Поставленная задача решается за счет того, что в ориентаторе гибкой трубы, содержащем сборный корпус с канавками на стенке, в котором размещены полый нажимной элемент с кулачками, выполненными с возможностью взаимодействия с канавками на стенке сборного корпуса, возвратная пружина нажимного элемента, полый поворотный шпиндель, две полые зубчатые полумуфты, выполненные с возможностью взаимодействия между собой, одна из которых размещена в нижней части нажимного элемента, а другая размещена в верхней части полого поворотного шпинделя, при этом возвратная пружина нажимного элемента обеспечивает их разомкнутое положение, а также расположенный ниже сборного корпуса поворотный корпус, выполненный с продольным окном и расположенным напротив окна отклоняющим элементом, согласно изобретению, пово 3 14493 1 2011.06.30 ротный корпус жестко закреплен на нижней части поворотного шпинделя нажимной элемент выполнен в виде подвижной втулки со сквозными окнами, при этом на подвижной втулке и зубчатой полумуфте выполнены винтовые шлицы, обеспечивающие установку зубчатой полумуфты на подвижной втулке и их кинематическое взаимодействие, кулачки закреплены на осях в соответствующих сквозных окнах и выполнены в виде двуплечих рычагов, одно плечо которых размещено в полости подвижной втулки с возможностью ее перекрытия до размера меньше диаметра гибкой трубы, а второе плечо размещено в соответствующей канавке, причем каждая канавка выполнена прямолинейной а на стенке сборного корпуса выполнены углубления, каждое из которых сообщается с нижней частью соответствующей канавки. Заявленное изобретение представлено на следующих чертежах на фиг. 1 изображен разрез ориентатора, на фиг. 2 - разрез ориентатора с проходящей через него гибкой трубой, на фиг. 3 - вид - на фиг. 2. На колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 закреплен сборный корпус 2 ориентатора гибкой колтюбинговой трубы 3, в котором размещена подвижная втулка 4 со сквозными окнами 5 и винтовыми шлицами 6. Вдоль стенки сборного корпуса 2 выполнены прямолинейные канавки 7, внизу которых изготовлены углубления 8. В соответствующих сквозных окнах 5 на осях 9 закреплены кулачки 10, выполненные в виде двуплечих рычагов, одно плечо которых размещено в соответствующей прямолинейной канавке 7, а второе плечо размещено в полости 11 подвижной втулки 4. Между уступом сборного корпуса 2 и выполненным на подвижной втулке 4 буртиком расположена возвратная пружина 12. Ниже подвижной втулки 4 в сборном корпусе 2 размещен полый поворотный шпиндель 13, а между ними находятся две полые зубчатые полумуфты 14 и 15, в исходном положении под воздействием возвратной пружины 12 находящиеся в разомкнутом(разъединенном) состоянии, причем зубчатая полумуфта 15 размещена в верхней части полого поворотного шпинделя 13. На зубчатой полумуфте 14 нарезаны винтовые шлицы 16, обеспечивающие установку зубчатой полумуфты 14 на подвижной втулке 4 и их кинематическое взаимодействие за счет того, что винтовые шлицы 16 входят в зацепление с винтовыми шлицами 6 подвижной втулки 4. На нижней части поворотного шпинделя 13 жестко закреплен поворотный корпус 17,в нем выполнено продольное окно 18, напротив которого расположен отклоняющий элемент 19. Вся компоновка ориентатора располагается внутри обсадной колонны 20, а поворотный корпус 17 с отклоняющим элементом 19 - напротив бокового ствола 21. Ориентатор работает следующим образом. После сборки компоновки и спуска ее на насосно-компрессорных трубах 1 до размещения поворотного корпуса 17 напротив входа в боковой ствол 21, координаты которого определены по результатам геофизических исследований, в колонну насоснокомпрессорных труб (НКТ) 1 спускают гибкую трубу 3 колтюбинга. Дойдя до подвижной втулки 4, гибкая труба 3 гарантированно упирается в плечи кулачков 10, перекрывающих полость 11 втулки 4 до размера меньше диаметра гибкой трубы 3. При дальнейшем движении гибкой трубы 3 на кулачки 10, закрепленные на осях 9 в сквозных окнах 5 подвижной втулки 4, разгружается часть ее веса, под действием которого подвижная втулка 4 перемещается вниз, сжимая возвратную пружину 12. Кулачки 10 в данный момент провернуться на осях 9 не имеют возможности, т.к. их вторые плечи упираются в дно канавок 7, выполненных прямолинейными, и скользят по ним, а подвижная втулка 4, соответственно, движется вниз прямолинейно. При этом винтовые шлицы 6 подвижной втулки 4 кинематически взаимодействуют с винтовыми шлицами 16 зубчатой полумуфты 14, заставляя последнюю поворачиваться со смещением вниз до зацепления с зубчатой полумуфтой 15. После зацепления зубчатых полумуфт 14 и 14493 1 2011.06.30 15 происходит дальнейший поворот совместно с поворотным шпинделем 13 и жестко закрепленным на нем поворотным корпусом 17. Поворот происходит до тех пор, пока скользящие в канавках 7 плечи кулачков 10 не попадут в конце хода в сообщенные с канавками 7 углубления 8. При этом кулачки 10 поворачиваются на своих осях 9 и входят в углубление 8, пропуская вниз гибкую трубу 3,которая проходит через полые зубчатые полумуфты 14 и 15, полый поворотный шпиндель 13 и попадает в поворотный корпус 17, взаимодействуя с отклоняющим элементом 19, а затем направляется через продольное окно 18 в боковой ствол 21. Если же гибкая труба 3 не попала в боковой ствол 21, то она упирается в стенку обсадной колонны 20, и в этот момент происходит ее разгрузка, что фиксируется показаниями гидравлического индикатора веса (ГИВ), расположенного на устье скважины (на фигуре не показан). Оператор ставит метку на гибкой трубе 3 и приподнимает ее до выхода из механизма ориентации (на 1-2 метра). При подъеме трубы после освобождения кулачков 10 (подъема низа трубы выше их) втулка 4 под действием возвратной пружины 12 поднимается вверх, при этом кулачки 10,упираясь в уступ углубления 8, поворачиваются на осях 9 и входят в канавки 7, скользя по ним и обеспечивая прямолинейное движение подвижной втулке 4. Одновременно с этим на винтовых шлицах 6 втулки 4 поднимается вверх зубчатая полумуфта 14, выходя из зацепления с полумуфтой 15. Зубчатая полумуфта 14 поднимается до упора верхним торцом в выступ корпуса 2, после этого она под действием продолжающей подниматься втулки 4 свободно поворачивается в обратную сторону. За счет разъединения зубчатых полумуфт 14 и 15 поворотный шпиндель 13 и связанный с ним поворотный корпус 17 поворот в обратную сторону не совершают и остаются в прежнем повернутом положении. Втулка 4 под действием возвратной пружины 12 поднимается вверх до упора верхним торцом в корпус 2. После этого производится спуск колтюбинговой трубы 3 и частичная разгрузка ее на кулачки 10. Происходит проворот механизма на следующую позицию. При прохождении ранее поставленной метки оператор следит за показаниями ГИВа. Если в этот момент не произошло уменьшение веса, то есть разгрузка гибкой трубы 3 отсутствует, значит, поворота корпуса 17 оказалось достаточно, и гибкая труба 3 вошла в боковой ствол 21 скважины. Если же при спуске колтюбинговой трубы 3 опять произошла ее разгрузка, ГИВ показал уменьшение нагрузки, значит, гибкая труба 3 уперлась в стенку обсадной колонны 20. Производится еще одна операция по повороту корпуса 17. Операции повторяются до тех пор, пока колтюбинговая труба 3 не войдет в боковой ствол 21 скважины. Величина дискретного угла поворота шпинделя 13 и корпуса 17 определяется геометрическими параметрами винтовых шлицов 6 и 16 и ходом подвижной втулки 4. Выполнение нажимного элемента в виде подвижной втулки 4 с кулачками 10, закрепленными на осях 9 в сквозных окнах 5 и выполненными в виде двуплечих рычагов, одно плечо которых размещено в полости 11 подвижной втулки 4 с возможностью ее перекрытия до размера меньше наружного диаметра гибкой трубы 3, а второе - в канавках 7 на стенке сборного корпуса 2, позволило упростить конструкцию привода поворотного шпинделя 13 и поворотного корпуса 17 и обеспечить достаточный зазор между гибкой трубой 3 и внутренним диаметром подвижной втулки 4 для исключения прихвата гибкой трубы 3 в ориентаторе, а также обеспечить циркуляцию рабочей жидкости при проведении технологических операций в боковых стволах скважины, что, в свою очередь, повышает надежность работы ориентатора. Снабжение второй полумуфты 14 винтовыми шлицами 16, входящими в зацепление с винтовыми шлицами 6 подвижной втулки 4, изготовление углублений в стенке сборного корпуса 2, сообщенных с канавками 7, а также жесткое закрепление поворотного корпуса 17 на поворотном шпинделе 13 позволило также упростить конструкцию ориентатора и повысить надежность его работы. Выполнение канавок 7 на стенке сборного корпуса 2 5 14493 1 2011.06.30 прямолинейными позволило исключить перемещение подвижной втулки 4 с одновременным поворотом и, соответственно, улучшить условия работы возвратной пружины 12, что также повышает надежность работы ориентатора. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6