УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ТВЕРДЫХ ПРОБОК

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для разбуривания и промывки твердых пробок на забое скважины, в том числе, создаваемых проппантом после проведения гидроразрыва пласта.
Известно устройство - устройство для бурения скважин (А.с. СССР №1229298, МПК Е21В 10/36 от 01.04.1983 г.), содержащее соосно расположенные патрубки с рыхлителями на нижних концах. Патрубки связаны между собой посредством винтового поворотного приспособления, выполненного в виде двух-заходной винтовой канавки, угол подъема которой больше угла трения. На наружной поверхности внутреннего патрубка и шаров, которые закладываются в винтовые канавки и фиксируются в них и гнездах наружного патрубка пробками. На верхнем конце патрубка установлен массивный корпус, в котором смонтирована смесительная камера эрлифта. В верхнюю крышку корпуса вмонтированы выходной трубопровод и гибкий трубопровод для подачи сжатого воздуха в эрлифт. Устройство подвешено на канате буровой лебедки.
Недостатки устройства:
- Необходимости подвода сжатого воздуха для осуществления подъема жидкости с помощью эрлифта.
- Низкая надежность винтового поворотного устройства, состоящего из заходной винтовой канавки, по которым ходят шары, зафиксированные пробками.
- Внутренний проходной канал для подъема разбуриваемой породы выполнен с малым объемом, что значительно уменьшает производительность промывки твердой пробки.
- Низкая ремонтопригодность элементов устройства, в связи с большими нагрузками на породоразрушающий инструмент при ударных воздействиях и больших усилий трения на поверхностях элементов.
Известно устройство - устройство для очистки забоев буровых скважин (патент РФ №50594 МПК Е21В 37/10 от 05.09.2005), содержащее соосно расположенные верхний и нижний патрубки с буровой коронкой на нижнем патрубке и с колонной насосно-компрессорных труб - на верхнем, соединенной с ним переводником. В верхнем патрубке радиально размещены направляющие штыри с выступающими внутрь патрубка участками, взаимодействующими с винтовыми пазами на соединительном патрубке. Количество штырей соответствует количеству пазов, угол наклона которых превышает угол трения стали о сталь. Перемещение верхнего патрубка обеспечивает поворот нижнего патрубка (по часовой стрелке). Для удерживания нижнего патрубка в достигнутом положении служит возвратная пружина. Полость буровой коронки перекрыта плитой с гнездом под обратный клапан и гидромониторными насадками вокруг него.
Недостатки устройства:
- Конструктивная сложность.
- Низка ремонтопригодность в связи с уменьшением прочности элементов устройства, контактирующих с парафином, а также в связи со сложностью замены элементов при выходе их из строя.
- Наличие открытой пружины в проходном канале способствует сбою в работе устройства, за счет забивания ее продуктами разрушения остатков парафина.
- Вращательное движения реализуется через штыри, взаимодействующие с винтовыми пазами на соединительном патрубке - что при больших нагрузках должно привести к их разрушению. Это ведет к снижению эффективности и ремонтопригодности устройства.
Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности признаков является - устройство для разбуривания уплотненной пробки в скважине (патент РФ №162846 МПК Е21В 37/00 от 11.12.2015 г.), содержащее последовательно соединенные средство приложения осевой силы, винтовой не самотормозящий механизм и породоразрушающий инструмент. Винтовой не самотормозящий механизм содержит ведущее звено - полый цилиндрический вал, соединенный со средством приложения осевой силы, например, колонной НКТ, или колонной бурильных труб, или гибкой трубой, посредством муфты и ведомое звено - полый цилиндрический корпус, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси. Полый цилиндрический вал и полый цилиндрический корпус представляют собой винтовую пару. При этом на наружной поверхности полого цилиндрического вала выполнены ограничители хода, которые предназначены для ограничения хода полого цилиндрического вала от осевого перемещения вверх или вниз. В средней части наружной поверхности полого цилиндрического вала выполнены витки. Внутренняя полость полого цилиндрического вала служит для обеспечения циркуляции промывочной жидкости при разбуривании уплотненной пробки. В верхней и нижней частях полого цилиндрического корпуса размещены уплотнительные кольца. В средней части внутренней поверхности полого цилиндрического корпуса выполнены витки. Внутренняя полость полого цилиндрического корпуса заполнена смазкой, например, солидолом. В нижней части полого цилиндрического корпуса закреплен, посредством переводника породоразрушающий инструмент. В качестве винтового не самотормозящего механизма могут быть использованы винтовые передачи с малым трением скольжения или винтовые передачи качения.
Недостатками прототипа:
- Усложнена система компоновки устройства.
- Снижена ремонтопригодность, т.к. устройство металлоемко, и в случае износа ведомого звена винтового несамотормозящего механизма - потребуется замена сложного по конструкции корпуса.
- Малый объем внутреннего проходного канала, что уменьшает производительность промывки твердой пробки.
- Породоразрушающий инструмент выполнен с зубьями, рассчитанными на трение, что ограничивает эффективность разбуривания независимо от свойств материала пробки, к примеру, с одной стороны - вязких или вязкоупругих пробок, или с другой стороны, наоборот высокопрочных твердых пробок.
Задача полезной модели - увеличение эффективности разбуривания и производительности промывки твердой пробки, с повышением ремонтопригодности и удешевлением замены основных узлов устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для ликвидации твердых пробок, содержащее последовательно соединенные переводник, винтовой несамотормозящий механизм, включающий ведущее звено - винтовой полый вал и ведомое звено, породоразрушающий инструмент, жестко закрепленный в нижней части корпуса устройства, уплотнения, согласно изобретению, в качестве ведомого звена использована компоновка, состоящая из полого корпуса, жестко соединенного с накидной крышкой, фиксирующей осевое положение полой гайкой, выполненной с винтовой канавкой, контактирующей с винтовым полым валом, образуя винтовую пару, при этом гайка выполнена с шипами на нижней торцевой поверхности, которые вставлены в пазы, выполненные на верхней торцевой части корпуса, а на наружной поверхности гайки установлено уплотнительное кольцо, в нижней части полого вала жестко закреплена втулка, на наружной поверхности которой установлено уплотнительное кольцо, полый породоразрушающий инструмент выполнен с остроконечными зубьями.
Существует вариант, в котором дополнительно установлены стопорные винты для фиксации резьбовых соединений.
Сопоставительный анализ с прототипом заявляемого устройства показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых существенных признаков и новой взаимосвязью элементов:
В отличие от прототипа:
Остроконечные твердые зубья в породоразрушающем инструменте работают на излом/внедрение в корку твердой пробки, с последующим размалыванием твердой породы. Что ведет к увеличению эффективности разбуривания.
Уменьшение линии контакта винтового несамотормозящего механизма приводит к уменьшению потерь на трение, что ведет к увеличению КПД и уменьшает вероятность заклинивания движения всего устройства. Что ведет к увеличению эффективности разбуривания.
Ведущее звено винтового несамотормозящего механизма - винтовой полый вал, выполнено без цилиндрического участка, что позволяет увеличить диаметр внутреннего проходного канала. Что ведет к увеличению производительности промывки твердой пробки.
Ведомое звено винтового несамотормозящего механизма выполнено разборным и состоит из корпуса, накидной крышки и зафиксированной между ними гайки. Что в случае необходимости, позволяет произвести простую замену изношенной гайки. Тогда как, в прототипе потребуется замена всего корпуса в случае износа винтовой пары.
Наличие стопорных винтов дополнительно увеличивают надежность крепления основных узлов конструкции.
Заявленное устройство обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. соответствует всем критериям полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении применяются недефицитные материалы и известные технологии.
На фиг. 1. Показано схематично - устройство в собранном состоянии, разрез.
На фиг. 2 Показано схематично - гайка
На фиг. 3 Показано схематично - втулка
На фиг. 4 Показано схематично - корпус
На фиг. 5 Показано схематично устройство в скважине - этапы движения
а) в исходном положении
б) в положении втянутого вала
Устройство содержит (Фиг. 1) переводник (1), винтовой несамотормозящий механизм, включающий ведущее звено - полый вал (2) и ведомое звено - гайка (3), накидная крышка (4) и корпус (5), втулку (6) и породоразрушающий инструмент (7).
Переводник (1), предназначен для соединения устройства с колонной труб, жестко соединен с валом (2). Винтовой несамотормозящий механизм выполнен с винтовой поверхностью большого шага, обеспечивающей сводное вращение гайки (3) по валу (2). Передача крутящего момента от гайки (3) на корпус (5) обеспечена соединением шип-паз. Шипы (8) выполнены на гайке (3) (Фиг. 2). Пазы (9) выполнены в корпусе (5) (Фиг. 4). Накидная крышка (4) ограничивает осевое движение гайки (3) и жестко соединена с корпусом (5). Вал (2) в нижней части жестко соединен с втулкой (6), ограничивающей ход вала. На корпусе гайки (3) и втулки (6) выполнены проточки, с установленными в них угоютнительные кольцами (10) и (11), обеспечивающие снижение силы трения при поступательно-вращательном движении. На гайке (3) выполнена проточка (12) (Фиг. 2). На втулке (6) выполнена проточка (13) (Фиг. 3). Для циркуляции промывочной жидкости в переводнике (1) выполнено центральное отверстие (14), в полом вале (2) - отверстие (15), а в породоразрушающем инструменте (7) - отверстие (16). Для разбуривание твердых пробок породоразрушающий инструмент (7) жестко соединен с корпусом (5) и выполнен с остроконечными зубьями (17).
Для особо уплотненных твердых пробок существует вариант, в котором для дополнительной фиксации резьбовых соединений установлены стопорные винты (18, 19, 20 и 21).
Устройство работает следующим образом:
После проведения ГРП (гидроразрыва пласта), устройство спускается в скважину на колонне труб. Включается интенсивная обратная промывка. При обратной промывке промывочная жидкость нагнетается в затрубное пространство, а размытая порода поднимается по внутреннему каналу колонны труб. В подвешенном состоянии вал (2) устройства вытянут, а породоразрушающий инструмент (7) находится в крайнем нижнем положении (Фиг. 5а). При опоре породоразрушающего инструмента (7) на жесткую корку и создании на валу (2) нагрузки (Фиг. 5б), он движется вниз, за счет винтовой поверхности с большим шагом проворачивает корпус (5) устройства, создавая крутящий момент на породоразрушающем инструменте (7). Твердые остроконечные зубья (17) породоразрушающего инструмента (7) внедряются в твердую корку проппанта, и при дальнейшем совершении поступательно-вращательного движения устройства происходит размалывание твердой породы, которая поднимается жидкостью на поверхность по внутреннему каналу колонны труб. Последующим подъемом колонны на длину вала и созданием нагрузки, повторяем операцию до полного разрушения твердой корки и продолжаем промывку свободного проппанта.
Заявленная полезная модель - устройство для ликвидации твердых пробок по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:
- Заявляемое устройство повышает эффективность разбуривания, за счет применения остроконечных твердых зубьев в породоразрушающем инструменте и уменьшении линии контакта винтового несамотормозящего механизма
- Заявляемое устройство повышает производительность промывки твердой пробки, за счет увеличения диаметра внутреннего проходного канала в ведущем звене винтового несамотормозящего механизма - винтовой полый вал.
- Заявляемое устройство повышает ремонтопригодность и удешевляет замену элементов, за счет того, что ведомое звено винтового несамотормозящего механизма выполнено разборным. Что позволяет произвести замену только изношенной гайки.