УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРЕЗАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЧАСТКА В КОЛОННЕ ТРУБ СКВАЖИНЫ
DEVICE FOR CUTTING PROCESS SECTION IN WELL TUBING STRING

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для вырезания технологических участков в колоннах труб скважин на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях.
При эксплуатации скважин с течением времени возникает необходимость проведения работ по вырезке технологических участков колонны труб скважины, например, при установке цементных мостов или при создании естественных флюидоупорных покрышек горных пород в процессе строительства, капитального ремонта, консервации и ликвидации скважин. Одним из распространенных вариантов создания технологического участка в колонне труб скважины является использование компоновки бурильного инструмента, в состав которой входит устройство для вырезания с выдвижными армированными резцами. При выполнении работ по вырезанию технологического участка в колонне труб скважины возникают многочисленные осложнения, в том числе заклинивание бурильного инструмента, деформация или слом резцов. Скопление металлической стружки, частиц цементного камня и шлама во внутренней полости устройства для вырезания и пазах, предназначенных для складывания резцов в транспортное положение, приводит к заклиниванию лопастей устройства для вырезания в рабочем положении и возникновению различного рода аварийных ситуаций, в результате которых длина технологического участка не достигает проектной величины, происходит рост временных и материальных затрат на ликвидацию аварийных ситуаций, что приводит к срыву графика выполнения работ на скважине.
Известно устройство для вырезания участка колонны труб в скважине (патент RU №2136841, МПК Е21В 29/00, опубл. 10.09.1999 г., бюл. №25), содержащее корпус с внутренним аксиальным проходом, внутреннюю оправку и подвижные резцы, выступающие радиально от корпуса, при этом внутренняя оправка установлена в корпусе перпендикулярно его аксиальной оси и жестко с ним связана, а каждый из резцов расположен во внутренней оправке и состоит из подвижных в осевом направлении охватывающих и охватываемых элементов, выполненных с возможностью телескопического движения, причем каждый элемент резца имеет ограничитель движения внутри оправки, ограничитель движения каждого элемента резца выполнен в виде уступа, рабочая поверхность элементов подвижных резцов имеет сферическую форму и армирована твердым сплавом.
Недостатками конструкции данного устройства являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- отсутствие возможности принудительного возврата резцов вырезающего устройства из рабочего положения в транспортное.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для вырезания участка колонны труб в скважине (патент RU №2110665, МПК Е21В 29/00, опубл. 10.05.1998 г., бюл. №13), содержащее корпус с пазами, в пазах шарнирно закреплены выдвижные резцы с возможностью взаимодействия с поршнем гидравлического привода, выполненного в виде полого цилиндра с буртом и оканчивающегося клиновой поверхностью, взаимодействие осуществляется в плоскости режущей кромки резцов, перпендикулярной оси устройства, а в плоскости выдвижения резцов в корпусе выполнены радиальные каналы, направленные в зону вырезания, выдвижные резцы фиксируются в крайнем выдвинутом и транспортном положениях за счет наличия верхней и нижней опорных плоскостей и пружины, установленной в канавке, выполненной в корпусе и выдвижных резцах в зоне их выдвижения.
Недостатками конструкции данного устройства являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- отсутствие возможности принудительного возврата резцов вырезающего устройства из рабочего положения в транспортное.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для вырезания технологического участка в колонне труб скважины в компоновке бурильного инструмента, позволяющего расширить технологические возможности и обеспечить безаварийное проведение работ по вырезанию технологических участков в колоннах труб скважин на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях при строительстве, капительном ремонте, консервации и ликвидации скважин.
Для решения указанной задачи в заявленном изобретении используются конструкция резцов и гидравлического привода, обеспечивающие принудительное возвращение резцов и штока привода из рабочего в транспортное положение, а также радиальное расположение и профиль продольных пазов в корпусе устройства в виде прямоугольной или равнобедренной трапеции, позволяющая минимизировать риски заклинивания деформированных резцов при перемещении и вращении бурильного инструмента в стволе скважины.
Технический результат изобретения выражается в увеличении производительности и управляемости бурильного инструмента, содержащего в компоновке устройство для вырезания технологического участка в колонне труб скважины, снижении рисков заклинивания оборудования в скважине и уменьшении продолжительности спуско-подъемных операций при проведении работ по вырезанию технологических участков в колоннах труб скважин.
Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 и фиг. 2 схематично представлено предлагаемое устройство для вырезания технологического участка в колонне труб скважин с резцами в транспортном и рабочем положении соответственно. Устройство для вырезания состоит из поршня 1 гидравлического привода, в состав которого входят полый шток 2 и шайба-винт 3, шарнирно закрепленных в корпусе устройства выдвижных резцов 4, армированных по площади рабочей поверхности, пружин 5, цилиндра «муфта-ниппель» 6, цилиндра «муфта-муфта» 7, цилиндра «ниппель-ниппель» 8, цилиндра «муфта-ниппель» 9. На фиг. 3 схематично представлен профиль пазов в корпусе устройства для вырезания, выполненный в виде прямоугольной трапеции для обеспечения возврата резцов, деформированных при вращении вправо, «по часовой стрелке», в транспортное положение по окончании проведения работ по вырезанию технологического участка в колонне труб. На фиг. 4 схематично представлен профиль пазов в корпусе устройства, выполненный в виде равнобедренной трапеции для обеспечения возврата резцов, деформированных при вращении вправо, «по часовой стрелке», и влево, «против часовой стрелки», в транспортное положение по окончании проведения работ по вырезанию технологического участка в колонне труб.
Устройство работает следующим образом. При проведении работ по вырезанию технологического участка в колонне труб скважины, в составе компоновки низа бурильной колонны монтируется предлагаемое устройство для вырезания. Бурильная колонна с вырезающим устройством спускается в скважину в заданный интервал, причем глубина расположения вырезающих резцов соответствует проектной глубине начала интервала вырезки. Для зарезания технологического участка, во внутреннее пространство колонны труб посредством прямой циркуляции осуществляется подача промывочной жидкости насосными агрегатами из емкостного парка. Промывочная жидкость может быть представлена буровым раствором или технической водой. Промывочная жидкость, поступающая через колонну бурильных труб, создает давление на входе устройства для вырезания и приводит в движение поршень 1, входящий в конструкцию гидравлического привода. Перемещение поршня 1 приводит в движение полый шток 2 вместе с шайбой-винтом 3. Поступательное перемещение штока 2 с выступами большего диаметра на внешней поверхности штока приводит в движение вырезающие резцы 4, армированные по площади рабочей поверхности, и выходу резцов 4 из продольных пазов корпуса устройства для вырезания, расположенных радиально с интервалом 90° или 120° по контуру устройства для вырезания. Посредством вращательного движения бурильной колонны осуществляется начало процесса зарезания колонны труб в скважине. Начало процесса зарезания фиксируется по росту крутящего момента бурильной колонны и давлению нагнетания промывочной жидкости, а также по выходу металлической стружки из скважины. Процесс зарезки колонны труб осуществляется до полного выхода резцов из корпуса устройства для вырезания. После прекращения подачи промывочной жидкости в бурильную колонну, шток возвращается в транспортное положение за счет разжимающего усилия пружин 5, установленных в корпусе устройства с противоположных концов штока 2, выступы большего диаметра на внешней поверхности штока способствуют принудительному возврату вырезающих резцов 4 в транспортное положение. Профиль продольных пазов в корпусе устройства для вырезания выполнен в виде прямоугольной или равнобедренной трапеции для обеспечения возврата резцов, деформированных при вращении вправо, «по часовой стрелке», или влево, «против часовой стрелки», в транспортное положение. В случае выхода из строя резцов осуществляется подъем бурильной колонны на дневную поверхность, ревизия инструмента и замена комплекта резцов с последующим повторным спуском бурильного инструмента в скважину и продолжением процесса вырезания технологического участка в колонне труб до величины, равной проектной длине технологического участка. Контроль вырезания технологического участка в колонне труб скважины осуществляется по количеству выхода металлической стружки, а также путем проведения геофизических исследований в интервале вырезания.
Таким образом, предлагаемое устройство для вырезания технологического участка в колонне труб скважины позволяет увеличить производительность и управляемость бурильного инструмента, содержащего в компоновке устройства для вырезания, снизить риски заклинивания оборудования в скважине и продолжительность спуско-подъемных операций при проведении работ по вырезанию технологических участков в колоннах труб скважин путем использования конструкции резцов и гидравлического привода, обеспечивающих принудительное возвращение резцов и штока привода из рабочего в транспортное положение, а также путем применения радиального расположения и профиля продольных пазов в корпусе устройства для вырезания в виде прямоугольной или равнобедренной трапеции.
Предлагаемое устройство для вырезания технологических участков в колоннах труб скважин позволяет расширить технологические возможности и обеспечить безаварийное проведение работ по вырезанию технологических участков в колоннах труб скважин на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях, выраженное в увеличении производительности и управляемости бурильного инструмента, снижении рисков возникновения аварий или инцидентов в скважине и уменьшении продолжительности проведения работ.