ГЛУБИННЫЙ ГИДРОДОМКРАТ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТОВ С ПЕРЕДАЧЕЙ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И АВАРИЙНЫМ ОТВОРОТОМ

Полезная модель относится к бурению и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин, предназначено для ликвидации прихватов и извлечения из обсаженных скважин насосно-компрессорных, бурильных труб и других прихваченных объектов.
Известен забойный гидродомкрат для ликвидации прихватов, содержащий силовые гидроцилиндры, корпус которых соединен с гидравлическим якорем и, выше, с ловильной колонной. Ствол домкрата включает квадратную штангу в ниппеле ответного профиля на корпусе, что позволяет производить передачу вращения на ловильный инструмент на всем ходе поршней гидроцилиндров. Для "перезарядки" домкрата прекращают нагнетание жидкости, сбрасывают давление и ловильную колонну с корпусом поднимают на длину хода поршней. Недостатком устройства, в частности, является то, что промывку скважины при спуске и на забое конструкция не предусматривает. (См. Композит - каталог нефтегазового оборудования, 1995-1996 гг. М., Топливо и Энергетика, т.2, стр.640).
Известен гидродомкрат для ликвидации прихватов (прототип), также содержащий силовые гидроцилиндры, корпус которых соединен с гидравлическим якорем и ловильной колонной. Ствол домкрата, включающий граненую штангу в ниппеле ответного профиля на корпусе, выполнен по всей длине пустотелым; граненая штанга соединена с переводником, в котором выполнено седло под шарик обратного клапана и установлен промывочный штуцер (патент РФ №2282708 от 11.01.05 г.)
Устройство обеспечивает возможность периодической промывки ствола скважины при спуске, на забое осевая струйная промывка через штуцер способствует очистке головы прихваченного объекта от осевшего песка и шлама, что должно повысить возможность успешного присоединения ловильного инструмента. После присоединения конструкция позволяет производить промывку через прихваченный объект (при проходимости его каналов).
Однако ликвидация прихватов инструмента в скважине - один из наиболее сложных и продолжительных процессов в капитальном ремонте. Кроме величины осевого усилия, развиваемого домкратом, успех операции во многом определяется рядом других качеств, которыми целесообразно наделить глубинный домкрат.
Назовем следующие:
- существующие домкраты применяют с освобождаемым ловильным инструментом для отсоединения при невозможности извлечения прихваченного объекта. Использование неосвобождаемого инструмента (колокол, метчик и др.) в ряде случаев предпочтительно, иногда необходимо, но может привести к усугублению аварии;
- при безуспешных попытках силовой ликвидации прихвата, после отсоединения и извлечения из скважины домкрата, в ряде случаев, несмотря на большую общую трудоемкость работ, в скважину спускается левый инструмент на трубах с левой резьбой и соответствующим приводом, с целью передачи большого крутящего момента через неосвобождаемый инструмент для отвинчивания по частям прихваченной колонны.
Как отмечалось, конструкция прототипа допускает (при наличии проходимости) циркуляцию через каналы прихваченного объекта, что может способствовать успеху. Однако такая промывка возможна только до посадки шарика в седло нижнего клапана, создания давления и осевого усилия в домкрате.
Очевидно, что возможность восстановления циркуляции через прихваченный объект после приложения осевых усилий, расхаживания, отбивки ротором, а также возможность, при необходимости, закачки в зону прихвата химических веществ (соляно-кислотных, нефтяных ванн и др) с последующими повторными нагружениями, значительно расширит список эффективных операций, выполняемых без отсоединения домкрата.
Задачей, поставленной перед полезной моделью, является создание гидродомкрата, наделенного рассмотренными выше качествами, путем соответствующих конструктивных и технологических решений.
Поставленная задача решается тем, что глубинный гидродомкрат для ликвидации прихватов насосно-компрессорных, бурильных труб, пакеров и других объектов в обсаженном стволе скважины, спускаемый в скважину на ловильной колонне бурильных труб, содержит гидравлический якорь, силовые гидроцилиндры, образующие корпус, и пустотелый ствол, включающий граненую штангу в ниппеле ответного профиля на корпусе и переводник со штуцером и шаровым клапаном.
Новым в устройстве является то, что в домкрате используются несущие резьбовые соединения с левой или правой резьбой, способные передавать крутящий момент, по величине и направлению соответствующий резьбе ловильной колонны труб. На стволе, между граненой штангой и переводником, установлены пустотелые ниппель и цилиндр, соединенные между собой резьбой, противоположной по направлению резьбам несущих соединений, которую блокирует подвижная в осевом направлении втулка,
размещенная внутри ниппеля и цилиндра и связанная с ними соединением, передающим требуемый крутящий момент.
Снаружи втулки, выше соединения (например, шлицевого или граненой формы) выполнен кольцевой уступ, соответствующий уступу в ниппеле, ограничивающему осевое перемещение втулки, а на верхнем торце - седло дополнительного шарового клапана, перекрывающего осевое отверстие. На нижнем торце втулки выполнен упругий элемент, сужающий диаметр ее осевого канала, а в седле шарового клапана установлена трубка с воронкой на входе. Упругий элемент, сужающий диаметр осевого канала втулки, может быть выполнен в виде тонкостенной трубки с эксцентрично изогнутыми внутрь упругими лепестками на конце, срезанными под углом.
Гидродомкрат иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 изображена схема общего вида домкрата, его компоновка; на фиг.2 - схемы узла аварийного, например, левого отворота и нижнего клапана в переводнике с блокированным обратным (правым) резьбовым соединением (фиг.2а) и этого же узла после разблокирования резьбы (фиг.2б).
На фиг.3 показана схема вымывания шарика из седла клапана нижнего переводника и на фиг.4 - схема домкрата после отсоединения основной его части от ловильного инструмента с нижним переводником и цилиндром.
Компоновка гидродомкрата включает следующие последовательно соединенные элементы, образующие корпус (фиг.1): сливной клапан 1, якорь 2 с выдвижными плашками 3, силовые гидроцилиндры 4, соединенные ниппелями 5 и содержащие поршни 6 на штоках 7, узел передачи крутящего момента и ограничения осевого хода ствола 8, включающий граненую штангу 9 и ниппель 10 с ответной поверхностью, закрепленный в корпусе. Для фиксации ствола 8 домкрата в корпусе в верхнем положении, при транспортировке и спуске в скважину, установлены срезные штифты 11.
В нижней части домкрата на стволе 8 расположены узел 12 аварийного отворота и нижний переводник 13 (фиг.2).
Узел 12 аварийного отворота установлен на утолщенной части граненой штанги 9 и состоит из ниппеля 14, цилиндра 15, втулки 16. Ниппель 14 соединен со штангой 9, например, левой цилиндрической резьбой, а правой резьбой с цилиндром 15, который ниже соединен левой резьбой с переводником 13. Внутри, в верхней части цилиндра 15 и в нижней части ниппеля 14 в свинченном состоянии, с одной установки нарезаны продольные пазы шлицевого соединения (сечение А-А фиг.2). Взаимодействует с ними нижняя часть втулки 16, имеющая ответную шлицевую поверхность удвоенной длины.
Шлицевое соединение деталей 14, 15, 16 "блокирует" правую резьбу, соединяющую ниппель 14 и цилиндр 15, обеспечивая надежную передачу левого крутящего момента на ловильный инструмент и, далее, на прихваченную колонну. Выше шлицевого соединения втулка 16 имеет два цилиндрических участка разных диаметров, образующие кольцевой уступ, а также имеет канавку под срезные штифты 17 на верхнем участке большего диаметра.
Штифты 17 фиксируют втулку 16 в ниппеле 14 в верхнем положении. В осевом отверстии втулки 16 выполнено седло под шарик 18; на нижнем торце втулки 16, в ее осевом отверстии, установлена тонкостенная трубка 19 с эксцентрично вогнутыми внутрь упругими лепестками на конце, уменьшающими проходной диаметр и срезанными под углом. В переводнике 13 выполнено осевое отверстие с седлом под шарик 20 меньшего диаметра, чем шарик 18 и штуцером 21. Над седлом под шарик 20 установлена трубка 22 с воронкой. Шарик 20 сбрасывается в бурильную колонну для перекрытия канала в стволе 8 перед созданием давления в домкрате. В переводнике 13 предусмотрено резервное радиальное отверстие, заглушенное пробкой 23.
Домкрат работает следующим образом. При спуске в скважину жидкость через пустотелый ствол 8 поступает в полость домкрата и колонну ловильную 24 бурильных труб. На любой глубине спуск может быть приостановлен, присоединена нагнетательная линия и через штуцер 21 произведена промывка скважины. При промывке повышенный перепад давления в домкрате прижимает плашки 3 якоря 2 к обсадной колонне, поэтому перемещать колонну в скважине в процессе промывки запрещается.
На забое струйная промывка через штуцер 21 может способствовать очистке головы прихваченного объекта от осевшего песка и шлама, повысить возможность успешного присоединения ловильного инструмента (не показан).
После присоединения в ряде случаев целесообразно предпринять попытку вызова циркуляции через каналы прихваченной колонны, что может облегчить ликвидацию прихвата. После завершения промывки производится натяжение инструмента, срезаются штифты 11, инструмент с корпусом домкрата поднимается вверх до упора. Создается усилие 5-15 т для проверки надежности присоединения ловильного инструмента. В ловильную колонну 24 сбрасывается шарик 20 для посадки в седло клапана переводника 13. Посадка может быть ускорена восстановлением циркуляции. Рост давления и прекращение циркуляции свидетельствуют о закрытии клапана.
Для ликвидации прихвата давление может повышаться до величины, предусмотренной в паспорте домкрата.
После выдержки (5 мин) давление медленно стравливается, по показаниям гидравлического индикатора веса оценивают изменение нагрузки на крюке, измеряется величина хода инструмента вверх (если произошло смещение прихваченного объекта). Производится очередное натяжение колонны ловильной 24, создается рабочее давление, выдержка, сброс давления, оценка величины смещения инструмента.
При значительном сопротивлении процесс может повторяться несколько раз до полной ликвидации прихвата.
Если под воздействием максимального усилия при достаточной выдержке прихват ликвидировать не удалось, могут быть предприняты попытки передачи на объект значительного левого крутящего момента, отбивки ротором, расхаживания инструмента с целью отвинчивания и последующего извлечения колонны по частям.
Естественно, что привод и гидродомкрат должны соответствовать по прочности крутящему моменту, допускаемому для используемой ловильной колонны бурильных труб.
В случае, когда первые попытки ликвидировать прихват не удались, но через прихваченную колонну имеется возможность циркуляции, может оказаться целесообразной химическая обработка интервала прихвата в скважине (закачка соляной кислоты, нефтяной ванны и т.п.) с последующим расхаживанием, отбивкой ротором и повторными приложениями осевой нагрузки.
Конструкция домкрата предусматривает возможность проведения таких технологических мероприятий.
Для этого необходимо удалить шарик 20 из клапана переводника 13 и восстановить циркуляцию через ловильную колонну 24 и прихваченные трубы.
Операция выполняется в следующей последовательности.
Обвязка переключается для обратной промывки. После включения насоса восходящая струя жидкости вымывает шарик из трубки 22. В результате взаимодействия со срезанными под углом и эксцентрично изогнутыми лепестками на суженном конце тонкостенной трубки 19 и воронкой трубки 22 поток с шариком 20 отклоняется в сторону (фиг.3) и тяжелый шарик 20, теряя скорость, падает на дно переводника 13.
Затем производится обработка интервала прихвата химреагентами. Для повторного включения домкрата в ловильную колонну 24 сбрасывается второй шарик 20, снова создается осевое усилие и производятся другие операции.
В случае неудачи бурильные трубы с гидродомкратом (основной его частью) извлекаются из скважины.
Операция по отсоединению домкрата начинается с вымывания шарика 20 из клапана переводника 13 и восстановления циркуляции.
Отметим, что для достижения цели достаточно обеспечить небольшую и непродолжительную струю восходящего потока в трубке 22.
В случае, когда полость прихваченных труб и скважина забиты шламом, для создания обратной циркуляции и такой струи достаточно продольных каналов в резьбах метчика, колокола, зазоров между плашками труболовки и др. элементов ловильного инструмента.
При необходимости может быть использован специально выполненный канал в переводнике 13 (после удаления пробки 23 перед спуском в скважину).
Далее обвязка переключается для прямой промывки, восстановлением циркуляции проверяется открытие канала в переводнике 13.
Затем в колонну 24 бросается шарик 18, перекрывающий канал во втулке 16; при создании достаточного перепада давления срезаются штифты 17. Втулка 16 смещается вниз до упора ее выступающей цилиндрической части в уступ, образованный торцами шлицов, нарезанных в ниппеле 14 (фиг.2а), из которых одновременно полностью выдвигаются шлицы, нарезанные на втулке 16 (фиг.2б). Снимается блокировка правой резьбы, соединяющей ниппель 14 и цилиндр 12. Левым вращением инструмента резьба развинчивается, основная часть домкрата извлекается из скважины. С ловильным иструментом остается переводник 13, цилиндр 12, форма и размеры которых выполнены удобными для осуществления дальнейших ловильных работ (фиг.4).
Перед подъемом из скважины ловильной колонны труб 24 с домкратом и освобожденным объектом (или без него) открывают шаровой сливной клапан 1 (фиг.1). Отметим, наконец, что наряду с основной конструкцией домкрата, имеющей левую несущую резьбу, может найти применение конструкция с правыми несущими резьбовыми соединениями и соответствующим узлом аварийного отворота, что отражено в формуле изобретения.
Такой домкрат позволит ликвидировать прихват левого ловильного инструмента или понадобится в случае, когда необходимо использовать правый неосвобождаемый ловильный инструмент.