УСТЬЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСВОБОЖДЕНИЯ КОЛОННЫ ТРУБ ИЗ СКВАЖИНЫ
WELL HEAD DEVICE FOR TUBING STRING RELEASE FROM WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устьевым устройствам для освобождения аварийной колонны труб, прихваченной в скважине.
Известна устьевая установка генерации и передачи акустической энергии для освобождения прихваченной колонны труб в буровой скважине (US 4429743, Е21В 37/08; Е21В 41/00, опубл. 07.02.1974 г.), включающая орбитальный массовый генератор, предназначенный для генерации акустической энергии с резонатором, соединенный на устье с колонной труб, подъемник и демпфер, установленный между генератором и подъемником и выполненный в виде поршневого вертикального амортизатора, заполненного жидкостью или газожидкостной смесью.
Недостатками данной устьевой установки являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, высокая стоимость изготовления и металлоемкость (орбитальный массовый генератор предназначен для генерации акустической энергии с резонатором).
Наиболее близким по технической сущности является устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины (патент US 3500908, Е21В 37/08; Е21В 41/00, опубл. 07.02.1974 г.), включающее демпфер, установленный между подъемником и генератором вертикальных импульсов, который снизу соединен с колонной труб, причем демпфер выполнен в виде верхней и нижней горизонтальных пластин с вертикальными телескопически вставленными друг в друга цилиндром и штоком, между упорами которых установлены пружины, а генератор вертикальных импульсов выполнен в виде установленных в корпусе пар соединенных вертикальных зубчатых колес со смещенным центром тяжести, подобранных так, что при вращении зубчатых колес их суммарный импульс был направлен по оси колонны труб.
Недостатками данной устьевой установки являются:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
во-вторых, высокая точность изготовления зубчатых колес, напрямую влияющая на дороговизну устройства в изготовлении, в обратном случае может произойти заклинивание зубчатых колес в процессе работы;
в-третьих, усилие по оси колонны, создаваемое на прихваченную колонну труб равнозначно по усилию вверх и вниз, что снижает эффективность извлечения прихваченной колонны труб из скважины.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, снижение стоимости его изготовления, снижение металлоемкости, а также увеличение усилий, направленных вверх.
Поставленная задача решается устьевым устройством для освобождения колонны труб из скважины, включающим демпфер, установленный между подъемником и генератором вертикальных импульсов, который снизу соединен с колонной труб.
Новым является то, что демпфер выполнен в виде пары вертикального герметичного цилиндра с поршнем, внутренняя полость которого заполнена газом, а генератор вертикальных импульсов выполнен в виде трубчатого корпуса, соединенного сверху с демпфером, а снизу - с колонной труб, с установленными сверху дополнительным цилиндром с кольцевым поршнем, взаимодействующим снизу с кольцевым подпружиненным вверх от нижнего упора грузом, который выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения по трубчатому корпусу и взаимодействия снизу при перемещении вверх с дополнительным цилиндром, причем надпоршневая полость дополнительного цилиндра выполнена с возможностью сообщения с насосом, оснащенным буферной емкостью, через распределитель, состоящий из двухкамерного цилиндрического корпуса и с вращающейся от привода перегородкой, оснащенной вырезом, при этом первая камера сообщена со второй камерой каналом, с выходом насоса и надпоршневой полостью дополнительного цилиндра, а вторая - с буферной емкостью насоса, причем перегородка выполнена с возможностью герметичного перекрытия канала цилиндрического корпуса и периодического при вращении сообщения ее выреза с этим каналом.
Новым также является то, что величина выреза перегородки по окружности подбирается в зависимости от необходимого вибрационного воздействия, так как она обратно пропорциональна величине перемещения груза вниз под действием кольцевого поршня, перемещаемого под воздействием насоса.
На фиг.1 изображено предлагаемое устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины в продольном разрезе.
На фиг.2 изображено сечение А-А распределителя.
Устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины (не показано) включает демпфер 1 (см. фиг.1), установленный между подъемником 2 (условно показан крюкоблок) и генератором вертикальных импульсов 3.
Демпфер 1 выполнен в виде пары вертикального герметичного цилиндра 4 с герметично вставленным в него поршнем 5, внутренняя полость 6 которого заполнена газом (например, азотом под давлением 30,0 МПа).
Генератор вертикальных импульсов 3 выполнен в виде трубчатого корпуса 7, соединенного сверху с поршнем демпфера 1.
На генератор вертикальных импульсов 3 сверху установлен дополнительный цилиндр 8, в который герметично вставлен кольцевой поршень 9, взаимодействующий снизу с кольцевым подпружиненным вверх посредством пружины 10 от нижнего упора 11 трубчатого корпуса 7 грузом 12, который выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения по трубчатому корпусу 7 и взаимодействия снизу при перемещении вверх с дополнительным цилиндром 8. Сверху трубчатый корпус 7 посредством дополнительного цилиндра соединен с поршнем 5 демпфера 1.
Снизу трубчатый корпус 7 генератор вертикальных импульсов 3 посредством тройника 13 соединен с колонной труб 14. Надпоршневая полость 15 дополнительного цилиндра 8 выполнена с возможностью сообщения с насосом 16.
Насос 16 оснащен буферной емкостью 17, через распределитель 18, состоящий из двухкамерного цилиндрического корпуса 19 со стенкой 20' и с вращающейся от привода перегородкой 20 (см. фиг.1 и 2), оснащенной вырезом 2. Первая камера 22 сообщена со второй камерой 23 каналом 24, выполненным в стенке 20', с выходом насоса 16 и надпоршневой полостью 15 дополнительного цилиндра посредством гидравлической линии 25. Вторая камера 23 распределителя 18 сообщена с буферной емкостью 17 насоса 16. Перегородка 20 выполнена с возможностью герметичного перекрытия канала цилиндрического корпуса 19 распределителя 18 и периодического при вращении сообщения ее выреза 21 с каналом 24.
Величина (геометрические размеры) выреза 21 перегородки 20 по окружности подбирается в зависимости от необходимого усилия вибрационного воздействия, так как она обратно пропорциональна величине перемещения груза 12 вниз под действием кольцевого поршня 9, перемещаемого под воздействием насоса 16.
Устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины работает следующим образом.
Устройство собирают на устье скважины, как показано на чертеже, после чего с помощью подъемника 2 производят натяжку устройства и соответственно прихваченной в скважине колоны труб 14.
Распределитель 18 приводится в действие с помощью двигателя 26 (любой известной конструкции), который передает вращательное движение через вал 27 и шпонку 28 перегородке 20, имеющей вырез 21. Приводят в действие насос 16, который может быть любой известной конструкции, например, такой, который показан на чертеже.
В процессе вращения перегородки 20 происходит нагнетание рабочей жидкости (например, технической воды) насосом 16 в распределитель 18 (см. фиг.1), при этом в момент, когда перегородка 20 герметично перекрывает канал 24 цилиндрического корпуса 19 распределителя 18, первая камера 22 распределителя 18 гидравлически сообщается с выходом насоса 16 и надпоршневой полостью 15 дополнительного цилиндра 8 посредством гидравлической линии 25. В результате поток рабочей жидкости под действием давления нагнетания насоса 16 через первую камеру 22 распределителя 18 устремляется по гидравлической линии 25 в надпоршневую полостью 15 дополнительного цилиндра 8.
В результате кольцевой поршень 9 под действием гидравлического давления, создаваемого насосом 16 в надпоршневой полости 15, перемещается вниз относительно остающихся неподвижными трубчатого корпуса 7 генератора вертикальных импульсов 3 и дополнительного цилиндра 8, воздействуя на груз 12, который одновременно с кольцевым поршнем также перемещается вниз относительно трубчатого корпуса 7 генератора вертикальных импульсов 3, сжимая пружину 10, упертую в упор 11.
Сжатие пружины 10 и соответственно перемещение вниз кольцевого поршня 9 и груза 12 происходит до тех пор, пока перегородка 20 своим вырезом 21 (см. фиг.2) не сообщится со второй камерой 23 посредством канала 24, при этом вторая камера 23 распределителя 18 (см. фиг.2) сообщится с буферной емкостью 17 насоса 16, при этом рабочая жидкость под давлением, создаваемым насосом 16, будет перетекать через распределитель 18 и сбрасываться в буферную емкость 17.
В результате давление в надпоршневой полости 15 дополнительного цилиндра 8 падает и за счет возвратной силы пружины 10 кольцевой поршень 9 вместе с грузом 12 резко перемещается вверх относительно остающихся неподвижными трубчатого корпуса 7 генератора вертикальных импульсов 3 и дополнительного цилиндра 8, при этом происходит удар верхнего торца 23 груза 13 о нижний торец дополнительного цилиндра 8, который передает вверх ударное усилие на поршень 5 демпфера 1, а поскольку дополнительный гидроцилиндр 8 жестко соединен с прихваченной колонной труб 14 посредством трубчатого корпуса 7 генератора вертикальных импульсов 3 и тройника 13, то происходит резкий рывок (удар, направленный вверх) прихваченной колонны труб 14 вверх.
Поскольку сверху дополнительный цилиндр 8 жестко соединен с поршнем 5 и внутренняя полость 6 цилиндра 4 демпфера 1 заполнена газом, то происходит гашение ударного усилия вверх, воспринимаемого подъемником 2. Таким образом, происходит один цикл работы устьевого устройства для освобождения колонны труб из скважины.
В дальнейшем цикл повторяется, как описано выше, и количество ударов, направленных вверх (рывков, прихваченной колонны труб 14), соответствует количеству оборотов перегородки 20, приводимого в движение двигателем 26 посредством вала 27 и шпонки 28 (см. фиг.2).
При необходимости в любой момент при освобождении при наличии циркуляции можно произвести промывку прихваченной колонны труб 14 посредством тройника 13.
Предлагаемое устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины имеет простую конструкцию и сравнительно с прототипом дешево в изготовлении и имеет меньшую металлоемкость, при этом конструкция устройства позволяет значительно увеличить усилия, направленные вверх по оси колонны труб, что повышает эффективность извлечения прихваченной колонны труб в скважине.