E21B31/06 с использованием магнитных средств E21B21/00 Способы и устройства для промывки буровых скважин, например с использованием отработанного воздуха двигателя
Патентообладатель(и):
Аношкин Анатолий Порфирьевич (RU)
Приоритеты:
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в процессе ремонта и бурения скважин. Устройство содержит полый корпус со скошенным рабочим концом, магнитную систему со сквозным осевым отверстием. Наружная поверхность корпуса выполнена в виде, по меньшей мере, одного круглого цилиндра. Ось присоединительной резьбы совпадает с осью наружных цилиндрических поверхностей. Ось всех остальных цилиндрических поверхностей внутренних элементов корпуса смещена относительно указанной выше оси на величину 1,0-3,0 мм в сторону, противоположную направлению на наиболее выступающую в продольном направлении скошенную часть конца корпуса. Магнитная система содержит стальной полый сердечник с наружным конусом и скошенным рабочим конусом и расположенный между корпусом и сердечником набор из секторов, выполненных из магнитно-жесткого материала. Скошенные рабочие концы корпуса и сердечника оснащены немагнитным защитным фланцем. Повышается эффективность, надежность, увеличивается срок службы. 2 з.п. ф-лы. 4 ил.
Формула изобретения
1. Промывочное перо, содержащее полый корпус со скошенным рабочим концом, резьбу для присоединения промывочного пера к колонне скважинных труб и магнитную систему со сквозным осевым отверстием, отличающееся тем, что наружная поверхность корпуса выполнена в виде, по меньшей мере, одного круглого цилиндра, причем, в случае выполнения наружной поверхности корпуса в виде двух круглых соосных цилиндров, цилиндр с рабочей стороны имеет сравнительно больший диаметр, ось присоединительной резьбы совпадает с осью наружных цилиндрических поверхностей, ось всех остальных круглых цилиндрических поверхностей внутренних элементов корпуса смещена относительно указанной выше оси наружных цилиндрических поверхностей на величину 1,0÷3,0 мм в сторону, противоположную направлению на наиболее выступающую в продольном направлении скошенную часть рабочего конца корпуса, а магнитная система содержит стальной полый сердечник с наружным конусом и скошенным рабочим концом и расположенный между корпусом и сердечником набор из секторов, выполненных из магнитно-жесткого материала, представляющий собой постоянный кольцевой магнит с радиальным направлением магнитных силовых линий, причем сердечник закреплен в корпусе при помощи немагнитных металлических крепежных элементов, скошенные рабочие концы корпуса и сердечника оснащены немагнитным защитным фланцем, а направления скосов рабочих концов указанных корпуса и сердечника совпадают.
2. Промывочное перо по п.1, отличающееся тем, что на выступе скошенной поверхности сердечника выполнена резьба для присоединения защитного фланца, прикрепленного также к корпусу, например, винтами.
3. Промывочное перо по п.1 или 2, отличающееся тем, что с тыльной стороны сердечника имеется наружная резьба, а немагнитные крепежные элементы сердечника выполнены в виде первой шайбы, втулки, второй шайбы, а также гайки и контргайки, навинчиваемых на резьбу указанного сердечника.
Описание изобретения к патенту
Устройство относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в процессе текущего и капитального ремонта нефтегазодобывающих скважин, а также при их бурении.
Известно промывочное перо (см., например, утвержденный отраслевой регламент «Временную инструкцию по гидропескоструйному методу перфорации и вскрытию пласта», ВНИИ, М., 1967, с.19, рис.11 [1]), содержащее отрезок трубы, один конец которого скошен, а другой снабжен резьбой для герметичного его присоединения к колонне скважинных труб.
Недостатком этого устройства является определенная ограниченность его возможностей, оно наделено одной лишь функцией размыва осевшего на забое шлама (осадка).
Наиболее близким к описываемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является промывочное перо, содержащее полый корпус в виде отрезка металлической трубы со скошенным рабочим концом, средство присоединения промывочного пера к колонне скважинных труб и магнитную систему (МС) со сквозным осевым отверстием, при этом форма нижнего конца основного кольца магнитной системы повторяет форму скошенного нижнего конца этого отрезка (см. патент РФ на полезную модель № 9883 от 29.10.98, МПК 6 E21B 21/14) [2].
Недостатками этого устройства являются низкий срок эксплуатации вследствие деформации при высоких нагрузках на наиболее выступающую часть корпуса, «кончик пера», отсутствия на поверхности скошенной части средства защиты магнитной системы (МС) от механических повреждений при работе промывочного пера на забое, а также относительно невысокая магнитная мощность МС вследствие незначительной массы магнитного материала, размещаемого внутри корпуса известного из [2] устройства.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в защите МС в плоскости торцовой скошенной части пера путем утолщения стенки выступающей части корпуса и использования немагнитного защитного фланца, а также в повышении магнитной мощности устройства за счет увеличения объема используемого набора секторов постоянных магнитов.
Указанный результат достигается за счет того, что в промывочном пере, содержащем полый корпус со скошенным рабочим концом, резьбу для присоединения промывочного пера к колонне скважинных труб и МС со сквозным осевым отверстием, наружная поверхность корпуса выполнена в виде по меньшей мере одного круглого цилиндра, причем, в случае выполнения наружной поверхности корпуса в виде двух круглых соосных цилиндров, цилиндр с рабочей стороны имеет сравнительно больший диаметр, ось присоединительной резьбы совпадает с осью наружных цилиндрических поверхностей, ось всех остальных круглых цилиндрических поверхностей внутренних элементов корпуса смещена относительно указанной выше оси наружных цилиндрических поверхностей на величину (1,0÷3,0) мм в сторону, противоположную направлению на наиболее выступающую в продольном направлении скошенную часть рабочего конца корпуса, а МС содержит стальной полый сердечник с наружным конусом и скошенным рабочим концом и расположенный между корпусом и сердечником набор из секторов, выполненных из магнитно-твердого материала, образующих постоянный кольцевой магнит с радиальным направлением магнитных силовых линий, причем сердечник закреплен в корпусе при помощи немагнитных металлических крепежных элементов. Скошенные рабочие концы корпуса и сердечника промывочного пера оснащены немагнитным защитным фланцем, а направления скосов рабочих концов указанных корпуса и сердечника совпадают. На выступе скошенной поверхности сердечника может быть выполнена резьба для присоединения защитного фланца, прикрепленного также к корпусу, например, винтами. С тыльной стороны сердечника промывочного пера может быть выполнена наружная резьба, а немагнитные крепежные элементы сердечника могут быть изготовлены в виде первой шайбы, втулки, второй шайбы, а также гайки и контргайки, навинчиваемых на резьбу указанного сердечника.
На фиг.1 показано описываемое перо, общий вид в разрезе для случая выполнения наружной поверхности корпуса ППА в виде двух круглых соосных цилиндров. На фиг.2 показан аналогичный разрез устройства для случая выполнения наружной поверхности корпуса ППА в виде одного круглого цилиндра. На фиг.3 приведен вид B на фиг.1 и 2. На фиг.4 показан пример использования ППА в процессе промывки скважины.
Описываемое устройство содержит магнитную систему (МС), присоединительную резьбу 2 и защитный фланец 14. МС включает стальной цилиндрический корпус 1 со скошенным рабочим концом, центральный магнитопровод в виде стального сердечника 3 с резьбой 4 и наружным конусом 20, сквозным осевым отверстием 5 и скошенным рабочим концом 6. Между корпусом и сердечником расположен набор 7 секторов, выполненных из магнитно-твердого материала на основе редкоземельных металлов, образующих постоянный кольцевой магнит с радиальным направлением магнитных силовых линий, с указанной на фиг.1 полярностью полюсов магнита N-S. Направления скосов рабочих концов указанных корпуса 1 и сердечника 3 совпадают. Корпус 1 выполняет функцию периферийного магнитопровода.
Присоединяемая часть корпуса 1 имеет резьбу 2 для присоединения корпуса к скважинной трубе 8 (фиг.4). Сердечник 3 вставлен внутрь корпуса и закреплен на нем при помощи немагнитных элементов: первой шайбы 9, втулки 10, второй шайбы 11, гайки 12 и контргайки 13, навинчиваемых на резьбу 4 сердечника 3. К скошенным концам корпуса и сердечника присоединен немагнитный защитный фланец 14. Этот фланец прикреплен к сердечнику с помощью резьбы 15, а к корпусу 1 — винтами 16, (фиг.3). Защитный фланец 14 служит для защиты МС от разрушения в процессе работы промывочного пера на забое 21, что повышает надежность работы ППА.
Основу конструкции корпуса 1 составляют две группы цилиндрических поверхностей, несоосных относительно друг друга, выполненных вокруг параллельных осей вращения 17 и 18. При этом ось 17 является осью всех наружных поверхностей, а также присоединительной резьбовой поверхности 2 и внутренней цилиндрической поверхности 23. Ось 18 является осью всех остальных внутренних цилиндрических поверхностей, она смещена относительно оси 17 на величину (1,0÷3,0) мм в сторону, противоположную направлению на наиболее выступающую в продольном направлении скошенную часть рабочего конца корпуса. Это предотвращает от разрушения за счет увеличения толщины стенки 19, именно этой части корпуса как наиболее подверженной предельным значениям осевых нагрузок. Тем самым, надежность устройства еще более повышается.
Принцип работы промывочного пера Аношкина А.П. (ППА) основан на размывании шлама струей промывочной жидкости, подаваемой насосами.
Устройство работает следующим образом (см. фиг.4). ППА при помощи резьбы 2 присоединяют к колонне 8 скважинных труб и спускают на забой скважины 22. На фиг.4 направление движения промывочной жидкости указано стрелкой. Направление движения жидкости может также меняться на противоположное. Во время промывки скважины струя промывочной жидкости размывает шлам и создает благоприятные условия для притягивания и захвата магнитной системой ППА различных ферромагнитных предметов, высвобождаемых из осадка. По окончании процесса промывки и извлечения ППА из скважины на скошенной части корпуса могут быть обнаружены извлеченные из скважины ранее оброненные предметы.
Примерами эффективного использования описанного устройства могут служить, например: промывка 6-7.12.2003 забоя скважины № 13462 нефтегазодобыващего управления «Альметьевскнефть». Из скважины с помощью описанного устройства был извлечен двухдюймовый патрубок скважинной трубы. 09.12.2003 с использованием промывочного пера Аношкина А.П. из скважины № 1053 нефтегазодобывающего управления «Елховнефть» (г.Альметьевск) были извлечены детали цепного ключа общим весом 3,5 кг, а 25.06.2006 из скважины № 9009, куст 37а, месторождения Мамонтовское (г.Нефтеюганск) была поднята часть «сухаря» от машинного ключа.
Таким образом, промывочное перо Аношкина А.П. является эффективным инструментом как для промывки ремонтируемых скважин от шлама, так и для извлечения на поверхность различных ферромагнитных предметов при высоких сроках эксплуатации ППА.
Источник
Техническая характеристика перьев типа П
Параметр
П-73
П-89
П-102
Наружный диаметр, мм
Наружный диаметр, мм
Наружный диаметр, мм
Длина, мм
320,1200
320, 1200
320,1200
Присоеди нительна я резьба по ГОСТ 633-80
Гладких НКТ 73
Гладких НКТ 89
Гладких НКТ 102
Перья выпускаются двух видов:
Рис. 10.93. Конструкции перьев
Пример обозначения оборудования:
П-73х89х320-2. Перо типа П вида 2 с присоединительной резьбой гладких труб НКТ 73, с наружным диаметром 89 мм и длиной 320 мм.
Комплексы очистки скважин типа КОС-02
Рис. 10.94. Схема комплекса КОС-02 для очистки скважин
Комплексы типа КОС-02 (табл. 10.50, табл. 10.51, рис. 10.94) предназначены для разбивания глинистых пробок и размельчения кусков породы фрезерами с последующим удалением с забоя измельченных фракций поршневым насосом.
Пример условного обозначения:
КОС-02х108. Комплекс типа КОС-02 с наружным диаметром 108 мм.
Технические характеристики комплексов КОС-02
Параметр
КОС-02х108
С-02х120
Наибольший крутящий момент, передаваемый комплексом, Нм, не более
Наибольшая осевая нагрузка на комплекс, кН, не более
Наибольший диаметр, мм
Колонна труб для спуска комплекса в скважину
БТ89
БТ89
Колонна труб для организации контейнера
НКТ 89
НКТ 102
Комплект поставки оборудования типа КОС-02
Комплект поставки
КОС-02х108
КОС-02Х120
Насос поршневой Переводники
НП-70 П-3-76х89;П-102х89
НП-95 П-3-7бх102;П-3-102х102
Клапаны обратные
КОТ-60; КОШ-40
КОТ-70; КОШ-50
Фрезер кольцевой Перо
2ФК-115/78 П-89х108×1200-2
1ФК-120/97 П-102x120x1200-2
Воронки
Воронка (табл. 10.52, рис. 10.95) представляет из себя устройство, облегчающее ввод торца колонны в аварийный инструмент.
Пример условного обозначения:
В-178-170/230. Воронка с резьбой 178 по ГОСТ 632-80 с минимальным внутренним диаметром 170 мм и наружным 230 мм.
Воронка типа В
Рис. 10.95. Конструкция воронки типа В
Технические характеристики воронок
Обозначение
Максимальный наружный диаметр мм
Минимальный внутренний диаметр мм
Присоединительная резьба
В-73-69/89
73 ГОСТ 633-80
B-89-75/114
89 ГОСТ 633-80
B-102-98/114
102 ГОСТ 633-80
B-102-98/132
102 ГОСТ 633-80
B-114-110/132
114 ГОСТ 633-80
B-127-119/140
127 ГОСТ 633-80
B-146-136/185
146 ГОСТ 633-80
B-146-136/205
146 ГОСТ 633-80
B-168-156/185
168 ГОСТ 633-80
B-168-156/205
168 ГОСТ 633-80
B-178-170/205
178 ГОСТ 633-80
Яссы гидромеханические типа ГМ.
Яссы гидромеханические типа ГМ (табл. 10.53, рис. 10.96) предназначены для создания ударных нагрузок при ликвидации аварий в скважине.
Технические характеристики яссов типа ГМ
Параметр
ГМ-95
ГМ-120
Наружный диаметр,мм
Внутренний диаметр,мм
Наибольшая сила удара,кН
Наибольший передаваемый крутящий момент,кНм
1,5
3,0
Наибольшая растягивающая нагрузка на открытый ясс,кН
Присоединительная резьба по ГОСТ 28487-90
3-76
3-88
Свободный ход штока ясса,мм
Масса,кг
Рис 10.96. Конструкция гидромеханического ясса
Конструкция яссов позволяет производить удары вверх, вниз или вверх и вниз.
Яссы имеют два режима работы :механический и гидромеханический, причём в последнем режиме рабочим давлением является давление промывочной жидкости.
Пример условного обозначения:
ГМ -95 .Ясс гидромеханический с наружным диаметром 95 мм
ГМ-95Л. Тоже с левой резьбой
К числу работ капитального ремонтa относятся работы по созданию каналов связи ствола скважины с пластом. Для этого применяют перфорацию (кумулятивную, пулевую, торпедную) обсадных колонн, а также гидропескоструйную.
Кумулятивный перфоратор
Кумулятивный заряд представляет собой шашку взрывчатого вещества, имеющего выемку, расположенную со стороны, противоположной месту детонации взрыва. Газы. образующиеся при взрыве такого заряда, движутся от поверхности выемки и встречаются на оси заряда, образуя мощную струю. Встречая на своем пути какую-либо преграду,эта струя выбивает в ней лунку глубиной, приблизительно равной диаметру заряда (рис. 10.97. а). Если выемку в кумулятивном заряде облицевать тонким слоем металла и поместить заряд на некотором расстоянии от преграды, то пробивное действие кумулятивного заряда резко усилится (рис. 10.97, 6).
Рис. 10.97. Действие комулятивного заряда
А- без облицовки; Б- с металлической облицовкой
Образующаяся при взрыве кумулятивного заряда металлическая струя движется по оси заряда с большой скоростью, достигающей 8000 м/с. При встрече с преградой она создает давление до 30000 МН/м 2 , чем и достигается ее большая пробивная сила.
Кумулятивные перфораторы применяются корпусные и бескорпусные. Корпусные перфораторы имеют герметически закрытый корпус, в котором помешаются группы зарядов. Такие перфораторы, так же как пулевые и снарядные, могут быть использованы многократно. В бескорпусных перфораторах каждый заряд закупоривается отдельно в индивидуальную герметическую оболочку, разрушающуюся при взрыве.
В кумулятивных перфораторах обеих конструкций заряды взрываются при помощи детонирующего шнура, а шнур в свою очередь взрывается от электродетонатора, присоединенного к кабелю, на котором перфоратор опускают в скважину.
Кумулятивный перфоратор собирается в гирлянду общейдлиной до 10 м с числом зарядов до ста и более.
Пулевой перфораторбывает селективный (выстрелы пулей проводятся поочередно) и залповый (одновременные выстрелы из группы стволов) (рис. 10.98). Применяют пули диаметром 11—12,7 мм. Диаметр перфоратора — 65, 80, 98 мм.
Торпедный перфораторотличается от пулевого тем, что заряжается не пулями, а снарядами замедленного действия. Снаряд торпедного перфоратора, пробив колонну и цементное кольцо, проникает на некоторую глубину в пласт и здесь разрывается, в результате чего в призабойной зоне скважины создаются каверны и трещины. На промыслах применяются торпедные перфораторы Колодяжного ТПК-22 и ТПК-32 (с диаметром снарядов 22 и 32 мм).
Рис. 10.98. Пулевой перфоратор залпового действия ППЗ
При выборе способа перфорации руководствуются следующими положениями. Пули и снаряды, пробивая обсадную колонну, сильно деформируют ее и вызывают образование трещин в колонне и цементном камне.
Кумулятивная перфорация характеризуется большой пробивной способностью в твердых и плотных преградах и не вызывает повреждений обсадных колонн и цементного кольца. Поэтому кумулятивную перфорацию целесообразно применять при твердых породах, снарядную — при относительно плотных и малопроницаемых породах, а пулевую перфорацию при неплотных породах и слабосцементированных песчаниках.
Торпедирование— взрывание зарядов взрывчатого вещества в скважинах для очистки призабойной зоны от посторонних предметов и улучшения притока нефти или газа на забое скважины.
Дефекты в эксплуатационной колонне обычно ликвидируют путем спуска дополнительной колонны в случае:
— невозможности ликвидации дефекта путем цементирования;
— наличия нескольких дефектов на разных глубинах;
— возможности спуска дополнительной обсадной колонны ниже места слома основной эксплуатационной колонны.
Дополнительные колонны спускают внутрь основной обсадной колонны с установок ее башмака ниже дефекта (выше эксплуатационного объекта или на забое). Иногда спускаемая колонна является промежуточной, т.е. перекрывает только интервал ствола с дефектом. Дополнительная колонна спускается в скважину с пакером или с последующим ее цементированием.
Если по техническим причинам не удается восстановить ствол скважины до забоя, то проводят операции по за резке и бурению второго ствола, которые заключаются в следующем:
— обследование состояния скважины;
— цементирование колонны и установку отклонителя на нужной глубине;
— вскрывание окна в обсадной колонне;
— забуривание второго ствола (до нужной глубины);
— проведение комплекса электрометрических работ;
— опускание колонны с последующим цементированием и опрессовкой;
— перфорирование колонны в зоне продуктивного горизонта.
Отклонитель— инструмент в виде плоского или желобообразного клина, спускаемый в скважину на бурильных трубах или кабеле (рис. 10.99). Предназначен для обеспечения необходимого отклонения райберов при вскрытии окна в колонне и бурового инструмента при бурении второго ствола.
Рис. 10.99. Конструктивная схема отклонителя
Отклонители также предназначены для обеспечения необходимого отклонения от оси основного ствола скважин при прорезании окна в эксплуатационной колонне, а также отклонения инструмента при бурении второго ствола. Отклонители работают при посадке на забой (естественный или искусственно созданный).
Отклонитель состоит из трех основных узлов: узла опоры и закрепления, клина-отклонителя 4 и спускного клина.
Узел опоры и закрепления позволяет посадить отклонитель на забой и закрепить его в эксплуатационной колонне при помощи трехплашечной системы, исключая возможность проворачивания отклонителя при зарезке окна и бурении второго ствола.
Клин-отклонитель имеет наклонную поверхность в виде желоба, задающего направление и увеличивающего площадь опоры режущего инструмента.
Спускной клин служит для спуска отклонителя в скважину.
Фиксация плашек 8 в утопленном положении обеспечивается плашкодержателем 7, соединенным с корпусом 6при помощи двух специальных винтов 9. Узел опоры и закрепления соединен с клином-отклонителем опорными поверхностями, скошенными под углом 30° и имеющими профиль поперечного сечения типа «ласточкина хвоста». Взаимному произвольному перемещению клина-отклонителя и узла опоры и закрепления препятствует специальный винт 5. Клин-отклонитель соединен со спускным клином при помощи двух болтов 3.
К спускному клину на резьбе прикреплен переводник для соединения с колонной бурильных труб. Отклонитель на колонне бурильных труб спускают в скважину и резко сажают на забой. При посадке происходит срез специальных винтов и болтов, в результате чего клин-отклонитель вместе с опорой остается в скважине, а освобожденный спускной клин поднимают на поверхность.
Удочки
Удочки нешарнирные типа У01-168, УК1-168, УООП1-168 и УОП1-168 (табл. 10.54, рис. 10.100) предназначены для извлечения из скважин тартального каната диаметром 19 мм и каротажного кабеля диаметром 22 мм в эксплуатационной колонне до 168 мм.
