Устройство для очистки скважины
WELL CLEANING DEVICE

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при очистке скважины  от забойного шлама и лома (частиц породы), песка, проппанта, мелких металлических и неметаллических предметов.
Известно  устройство для очистки скважин, содержащее корпус с присоединительной резьбой на концах, мусоросборник, фильтр  тонкой очистки   (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2 311 524, МПК E21B 27/00,  опубл. 27.11.2007).
Известное  устройство  содержит  два мусоросборника  одинаковой конструкции, выполненные в виде воронки и закрепленные к корпусу винтами. Верхний мусоросборник по геометрическим размерам выполнен большим, чем ниже расположенный. Внутри мусоросборников с зазором установлены мусороловители, выполненные по форме аналогично мусоросборникам и прикрепленные к корпусу винтами донной частью вверх. В зоне нижнего мусороловителя внутри корпуса установлено седло обратного клапана с трубчатым фильтром тонкой очистки, установленным с зазором относительно корпуса. В корпусе мусоросборника выполнены фильтрационные отверстия, сообщающие полости мусоросборников, а также отверстия, сообщающие полость корпуса с межтрубным пространством для слива жидкости из мусоросборников, а также из полости корпуса в процессе подъема устройства на поверхность. Наружные поверхности мусоросборников снабжены потоковращателями, выполненными в виде крыльев.
Известное устройство имеет ряд недостатков:
- малый (ограниченный) объём мусороловителя без возможности его увеличения, вследствие чего для полного очищения скважины необходимо несколько раз повторять очистку  с поднятием устройства на поверхность для опустошения мусороловителя, в результате происходит увеличение по времени очистки скважины и  удорожание процесса;
- отсутствие возможности работать в горизонтальных скважинах так как чашки мусороловителя открыты в верхней части и могут удерживать мусор только в вертикальном положении, так как при наклоне или в горизонтальном положении возможно выпадение захваченного мусора;
- отсутствие возможности производить очистку забоя скважины, так как необходимо осуществлять дополнительные манипуляции в виде возвратно-поступательных движений вниз и вверх по нескольку раз, что приводит к увеличению по времени и  удорожанию процесса очистки скважины.
- отсутствие возможности производить очистку непосредственно забоя скважины, так как забор мусора происходит выше нижнего конца устройства;
- отсутствие возможности производить промывку и очистку внутренних стенок скважины;
- отсутствие возможности известным устройством пробить, промыть пробку образованную мусором, песком или другим в скважине.
Кроме того известное устройство предназначено для очистки скважины только от плавающего мусора, что ограничивает возможности его применение и не обеспечивает полную очистку скважины.
Для очистки скважин разного диаметра в известном устройстве  необходимо ставить (заменять) чашки мусоросборника соответствующего диаметра, что удорожает очистку скважины.
Известно  устройство для очистки скважин от шлама, содержащее корпус с присоединительной резьбой на концах, мусоросборник, фильтр  тонкой очистки и центратор  (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2 700 382, МПК E21B 37/00,  опубл. 16.09.2019).
Известное устройство имеет ряд недостатков:
- малый (ограниченный) объём мусороловителя без возможности его увеличения, вследствие чего для полного очищения скважины необходимо несколько раз повторять очистку  с поднятием устройства на поверхность для опустошения мусороловителя, в результате происходит увеличение по времени очистки скважины и  удорожание процесса;
- отсутствие возможности работать в горизонтальных скважинах т.к. чашки мусороловителя открыты в верхней части и могут удерживать мусор только в вертикальном положении, так как при наклоне или в горизонтальном положении возможно выпадение захваченного мусора;
- отсутствие возможности осуществить циркуляцию жидкости для улучшения промывки и очистки скважины;
- отсутствие возможности производить очистку непосредственно забоя скважины, так как забор мусора происходит выше нижнего конца устройства;
- отсутствие возможности известным устройством пробить, промыть пробку, образованную мусором, песком или другим в скважине;
Кроме того, известное устройство предназначено для очистки скважины только от плавающего мусора, что ограничивает возможности его применение и не обеспечивает полную очистку скважины.
Для очистки скважин разного диаметра в известном устройстве для очистки скважины необходимо ставить воронку мусоросборника соответствующего диаметра, что удорожает очистку скважины.
Известно  устройство для очистки скважин от шлама, содержащее корпус с присоединительной резьбой для крепления корпуса и последующей доставки устройства в скважину, сопло для жидкости, подаваемой с поверхности земли, мусоросборник, фильтр и центраторы (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2 423 601, МПК E21B 37/00,  опубл. 10.07.2011).
Известное устройство по своей технической сущности более близко к заявляемому устройству, и может быть принято в качестве прототипа.
Недостатком известного устройства является  невозможность очистки непосредственно забоя скважины, так как забор мусора происходит значительно выше нижнего конца устройства.
Известным устройством невозможно пробить, промыть пробку, образованную мусором, песком и др. в скважине, так как устройство заканчивается глухой пробкой, а выход и забор жидкости происходит выше нижнего конца устройства.
Известное  устройство не позволяет засасывать мусор размером большим диаметра радиальных отверстий, выполненных в стенке корпуса устройства.
Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки скважины содержит  корпус с присоединительной резьбой для крепления на колонне технологических труб или колонне насосно-компрессорных труб  или колонне гибких насосно-компрессорных труб   и доставки устройства в скважину, приспособление для  подачи жидкости, поступающей с поверхности земли,  мусоросборник, фильтр  для очистки жидкости и центраторы, обеспечивающие ориентацию устройства в  поперечном положении относительно стенки  скважины, при этомприспособление для  подачи жидкости поступающей с поверхности земли выполнено в виде эжектора, снабженного  сменными соплами  и штуцерами, обеспечивающими различные рабочие сочетания расхода и давления потока проходящей через корпус устройства рабочей жидкости,  эжектор установлен  над секцией фильтров, предотвращающей  попадание в эжектор забойного  шлама и лома и соединенной с накопителем, который посредством клапана соединен с наконечником, выполненным со скосом для разрушения песочных или мусорных пробок  в скважине, при этом секция фильтров выполнена сборной, состоящей из  сетчатого фильтра  тонкой очистки, фильтра грубой очистки и магнитного фильтра,  обеспечивающего задерживание стального лома, накопитель выполнен в виде нескольких патрубков, соосно свинченных между собой с возможностью увеличения объёма, а клапан снабжен рабочими элементами, обеспечивающими прохождение потока рабочей жидкости со шламом только в одном направлении снизу вверх.  Рабочими элементы могут быть выполнены в виде лепестков, створок  или шариков.
Устройство для очистки скважины иллюстрировано чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 – продольное сечение устройства; на фиг. 3 – схема циркуляции рабочей жидкости.
Устройство для очистки скважины имеет секционный корпус, который  состоит из эжектора 1, секции фильтров 2, накопителя 3, клапана 4, центраторов верхнего 5 и 6 нижнего, наконечника 7.
Устройство в целом обеспечивает поступление рабочей жидкости в скважину с поверхности земли в межтрубное пространство (между наружной стенкой корпуса и стенкой скважины) и всасывание рабочей жидкости внутрь через наконечник 7 (нижний  конец) с выходом рабочей жидкости через секцию фильтров 2.
Приспособление для  подачи жидкости выполнено в виде эжектора 1, расположенного над секцией фильтров 2, и  содержит сопла 8 и штуцеры 9, выполненные сменными, что позволяет обеспечить настройку устройства на различные рабочие сочетания расхода и давления потока проходящей через устройство рабочей жидкости.
Секция фильтров 2 выполнена сборной и включает сетчатый фильтр 10 тонкой очистки, магнитный фильтр 11 для задерживания стального лома и фильтр  12 грубой очистки. Секция фильтров 2 предотвращает попадание  забойного  шлама и лома в эжектор 1, втянутых рабочей жидкостью, и удерживает их в накопителе 3, который расположен  ниже секции фильтров 2, пропускающей через себя только жидкость.
Секция фильтров 2  соединена посредством соединительной  муфты 13 с накопителем 3.
Накопитель 3 представляет собой определенное количество патрубков, соосно свинченных между собой для увеличения объёма выносимого шлама, и соединён посредством клапана 4 с нижним центратором  6.
Между накопителем 3 и наконечником 7 расположен клапан  4, обеспечивающий удержание от выпадения из  накопителя 3 вниз забойного  шлама и лома, втянутого в корпус устройства рабочей жидкостью. Клапан 4 может быть выполнен  с различными по типу рабочими элементами 14, например, лепестками, створками или шариком, обеспечивающими прохождение потока рабочей жидкости со шламом только в одном направлении, а именно  снизу вверх.
Центраторы 5 и 6, установленные в верхней и нижней  части устройства,  обеспечивают ориентацию устройства в диаметральном (поперечном) положении в скважине. Центраторы 5 и 6 позволяют корпусу устройства не касаться  внутренней поверхности обсадной трубы, обеспечивая более полное удаление с нее шлама при циркуляции жидкости.
Центратор 6 может быть выполнен заодно с наконечником 7.
Верхняя часть устройства содержит присоединительную резьбу 15 для  установки (крепления) устройства перед спуском его в скважину посредством резьбового соединения на колонне технологических труб или колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) или колонне гибких насосно-компрессорных труб (ГКНТ).
Заканчивается устройство наконечником со скосом для разрушения песочных или мусорных пробок  в скважине.
Устройство для очистки скважины работает следующим образом.
Устройство активируют подачей потока рабочей жидкости через НКТ или  ГКНТ, закачиваемой в колонну труб, на которой предварительно посредством присоединительной резьбы 15  закреплено устройство и спущено в скважину.
Когда поток рабочей жидкости, прокачиваемый через НКТ или  ГКНТ, выходит под давлением через сопла 8 эжектора 1,   в устройстве ниже  эжектора 1 создается разряжение, в результате чего,  в нижнюю часть устройства втягивается скважинный флюид, содержащий рабочую жидкость вместе с находящимся в скважине забойным шламом и ломом.
Затянутый внутрь корпуса устройства флюид проходит через клапан 4, накопитель 3,  и через фильтры 10, 11 и 12, которые не пускают мусор и шлам далее к соплам 8 эжектора 1. Тем самым, мусор остаётся в накопителе 3, а очищенная жидкость вновь поступает в эжектор 1, втягивается в сопла 8 эжектора 1 и выходит из них вместе с основным потоком рабочей жидкости. Затем поток  рабочей жидкости вновь рециркулирует вокруг нижней части устройства, проходя через клапанную секцию 4, накопитель 3, втягивается в сопла 8 эжектора 1 и выходит из сопел 8 эжектора 1. После прекращения подачи жидкости и её циркуляции рабочие элементы 14 клапана 4 под действием пружин или под собственным весом закрываются и не дают мусору и шламу выпасть из накопителя 3 (рабочие элементы на чертеже не показаны).
Со скважинным флюидом в устройство втягивается забойный шлам и лом, который попадает в накопитель 3 и накапливается в нём.
После окончания работ по очистке скважины  устройство поднимают на поверхность, разбирают и очищают от задержанного в нем шлама и лома, подавая внутрь фильтра 10 и 11  жидкость под давлением, необходимым для его очистки. Металлический мусор из магнитного фильтра 12 удаляют вручную.
Очистку накопителя 3 осуществляют путём его откручивания и извлечения из него шлама и лома.
Устройство производит сбор, накопление и, при подъеме устройства из скважины, вынос  забойного шлама и лома.
Преимуществами предлагаемого устройства являются:
- возможность работы устройства без каких-либо манипуляций с колонной труб для его активации;
- возможность работы в скважинах, в том числе с высокой степенью поглощения, за счёт закачиваемой с поверхности жидкости и её принудительной циркуляции;
- снижение вероятности прихвата устройства в скважине (застревании в мусоре в песке) за счет обеспечения постоянной циркуляции рабочей жидкости через устройство при его работе;
- возможность применения устройства с одним наружным диаметром корпуса в скважинах с различным внутренним диаметром  ( нет необходимости под каждый размер (диаметр) скважины изготавливать свой типоразмер устройства);
- возможность работы в горизонтальных или вертикальных скважинах за счёт выполнения накопителя мусора закрытым, предотвращающим (исключающим) самопроизвольное выпадение мусора из накопителя;
- возможность регулировки объёма накапливаемого и выносимого шлама габаритами  накопителя;
- возможность настройки устройства обеспечить расходом прокачиваемой жидкости различные рабочие режимы;
- возможность использования устройства для очистки непосредственно забоя скважины, за счет постоянной циркуляции жидкости,   поступающей из форсунок вниз, размывающих мусорную или песчаную пробку и дополнительно очищающих стенки скважины, и засасываемой нижним концом устройства вместе с мусором и грязью со стенок.