УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРЕЗАНИЯ УЧАСТКА КОЛОННЫ ТРУБ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности, в частности к резке обсадных колонн и создания в них технологических окон путем полного разрушения тела обсадной колонны (колонн) в заданном интервале в процессе бурения при забуривании дополнительных стволов, капитального ремонта скважин, извлечения колонн, при аварийных ситуациях и демонтаже, а также при создании флюидоупорных тампонажных покрышек при ликвидации скважин.
Известно устройство по А.С. СССР №717279 для резки труб в скважине, содержащее корпус с переводниками, внутри которого размещен привод резцов, выполненный в виде подпружиненного поршня со штоком, который установлен с возможностью взаимодействия с резцами, размещенными в радиальных каналах корпуса, шток выполнен с пазами, а привод резцов снабжен упругими элементами и втулкой, установленной на штоке, причем верхние концы упругих элементов жестко связаны с резцами, нижние размещены в пазах штока с возможностью взаимодействия с втулкой.
К недостаткам данного устройства относятся:
- невозможность определения окончания процесса отрезания колонны по устьевым параметрам промывочной жидкости;
- невозможность полного разрушения тела обсадной колонны (торцевания) в заданном интервале из-за конструкции резцов;
- ненадежность конструктивного решения возврата резцов в транспортное положение, так как вероятность слома одной из шести упругих пластин очень велика, что может привести к аварийной ситуации, из-за невозможности извлечь устройство из скважины.
Известно устройство для вырезания участка колонны труб в скважине по А.С. СССР. №1481375, включающее корпус с пазами и шарнирно установленными в них резцами с режущими кромками, размещенный в корпусе гидравлический привод перемещения резцов, выполненный в виде подпружиненного поршня со штоком, концевая часть наружной поверхности которого имеет форму клина для
взаимодействия с внутренней поверхностью резцов, снабжено дополнительными гидравлическими приводами перемещения резцов, выполненными аналогично основному, при этом основной и дополнительные приводы размещены под каждым из резцов с возможностью взаимодействия в рабочем положении клиновой наружной поверхности штока с поверхностью резца в плоскости режущей кромки последнего, перпендикулярно оси устройства, а каждый гидравлический привод перемещения резцов снабжен роликом, связанным с клиновой поверхностью штока посредством шарнира и установленным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью резца в крайнем выдвинутом положении последнего, причем ось шарнира ролика смещена относительно оси шарнира резца в сторону оси устройства.
К недостаткам устройства относятся:
- невозможность определения окончания процесса отрезания колонны по устьевым параметрам промывочной жидкости;
- отсутствует конструктивное решение принудительного возврата резцов в транспортное положение;
- ненадежность фиксации резцов при торцевании участка обсадной колонны труб.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемой полезной модели является устройство для вырезания участка колонны труб в скважине по патенту RU №2110665, содержащее корпус с пазами, шарнирно закрепленными в них выдвижными резцами, гидравлический привод, размещенный ниже выдвижных резцов с возможностью взаимодействия с поверхностью выдвижных резцов в плоскости режущей кромки последних, перпендикулярной оси устройства, а в корпусе в плоскости выдвижения резцов выполнены радиальные каналы, направленные в зону резания, выдвижные резцы выполнены с возможностью их фиксации в крайнем выдвинутом и транспортном положениях за счет наличия верхней и нижней опорных плоскостей и кольцевой пружины, установленной в канавке, выполненной в корпусе и выдвижных резцах в зоне их выдвижения, поршень гидравлического привода выполнен в виде полого цилиндра с буртом и оканчивается клиновой поверхностью, причем последняя имеет вырез для опорной плоскости резца.
Данное устройство имеет следующие недостатки:
- невозможность (фиксации) определения окончания процесса прорезания колонны (колонн) по устьевым параметрам (давление, расход) промывочной жидкости для перехода к процессу торцевания участка обсадных труб.
Это в большинстве случаев, особенно при работе с легированными колоннами повышенной прочности, приводит к резкому увеличению продолжительности работ, а зачастую и к аварийным ситуациям из-за загиба, поломки резцов и заклинки устройства, которым, не прорезав колонну, будут фрезеровать ее внутреннюю поверхность (изнутри), к чему данное устройство не предназначено;
- ненадежность конструктивного решения возврата резцов в транспортное положение.
Это обусловлено тем, что металлическая стружка в процессе торцевания неизбежно будет завиваться в спирали и скапливаться в зазорах движения резцов, даже при наличии промывочных каналов, заклинивая и препятствуя возвращению их в транспортное положение. Усилия кольцевой пружины, которые не могут превышать нескольких кг/с, в данном случае будут недостаточными, здесь необходимо усилие, превышающее несколько сот (100-300) кг/с;
- ненадежность фиксации резцов при торцевании участка обсадной колонны труб.
Это обусловлено тем, что при подаче промывочной жидкости существующими и обычно используемыми поршневыми насосными агрегатами всегда присутствует пульсация избыточного давления в напорных трубах, что приводит к вертикальным передвижениям подпружиненного поршня, а вместе с ним и клинового толкателя резцов. В этом случае, при торцевании колонны труб, на режущей кромке резцов возникают нестабильные, а вибропеременные нагрузки, что приводит к их быстрому износу и поломке.
Помимо этого, при аварийном прекращении подачи промывочной жидкости, резцы будут сдвигаться с торцевой поверхности и проваливаться во внутрь колонны труб с вытекающими отсюда негативными последствиями (увеличение продолжительности работ, аварийные ситуации).
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является расширение технологических возможностей устройства при повышении надежности его работы.
Технический результат достигается решением технической задачи, направленной на обеспечение определения момента окончания процесса прорезания колонны и надежности фиксации резцов при торцевании участка обсадной колонны.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известном устройстве, включающем корпус с пазами с шарнирно закрепленными в них выдвижными резцами, выполненными с возможностью фиксации в выдвинутом и транспортном положениях, узел выдвижения резцов, включающий поршень с клиновыми толкателями, расположенный ниже выдвижных резцов, радиальные цилиндрические каналы в корпусе устройства, узел возврата резцов и расположенная в нижней части устройства штуцер-насадка, клиновые толкатели выполнены с обратными шаровыми клапанами, узел принудительного возврата резцов в транспортное положение, расположен в верхней части устройства и включает поршень, упорную муфту и цилиндрические перепускные каналы, выполненные в корпусе устройства, вдоль оси корпуса выполнен телескопический канал для циркуляции рабочей жидкости, выдвижные резцы снабжены серьгами, прикрепленными к корпусу устройства и резцам при помощи цилиндрических осей, устройство снабжено также стопорным узлом, соединяющим верхнюю часть резцов с корпусом, выполненные в виде подпружиненного шарового фиксатора и винта.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами фиг.1, фиг.2, фиг.3.
Устройство состоит из корпуса 1 с пазами для шарнирного крепления в них выдвижных резцов 2. В нижней части устройства размещен узел выдвижения резцов, состоящий из фигурного цилиндрического основания 3, поршня 4, клиновых толкателей 5 и цилиндрических перепускных каналов 6. В верхней части устройства размещен узел для принудительного возврата резцов 2 в транспортное положение, включающий поршень 7, упорную муфту 8 и цилиндрические перепускные каналы 9, выполненные в корпусе устройства 1.
Вдоль оси корпуса 1 и цилиндрического основания 3 имеется телескопический канал 10 для циркуляции рабочей жидкости (раствора, технической воды и др.).
В нижней части цилиндрического основания 3 размещен съемный калиброванный штуцер-насадка 11.
Вылет резцов 2 с режущей поверхностью 14 и основная их фиксация в режиме торцевания обеспечивается серьгами 15. Серьги 15 крепятся к корпусу 1 (см. фиг.2) и резцам 2 при помощи цилиндрических осей 16 и 17.
Дополнительная фиксация резцов 2 от перемещения их вниз обеспечивается стопорным узлом (см. фиг.3), состоящим из шарового фиксатора 18, пружины 19 и винта 20.
Сущность предполагаемой полезной модели заключается в том, что включение в конструкцию серьги 15 и стопорного узла позволяет надежно фиксировать резцы 2 в крайне выдвинутом положении для торцевания колонны труб, даже при аварийном прекращении подачи промывочной жидкости и боковом давлении разрушаемой среды (цемента, породы и др.) за колонной.
Наличие в устройстве обратных шаровых клапанов 12 и промывочных каналов 13 позволяет получать на устье скважины надежный сигнал об окончании процесса отрезания колонны труб за счет резкого падения давления промывочной жидкости при неизменном ее расходе. Помимо этого каналы 13 и клапаны 12 обеспечивают расход через них промывочной жидкости достаточный для удаления металлической стружки из пазов устройства и самой скважины.
Поршни 4 и 7 служат для приведения устройства в рабочее положение при отрезании колонны труб, их торцевании и принудительного возврата резцов в транспортное положение.
Вырезание участка колонны труб в скважине осуществляют следующим образом.
Устройство посредством упорной муфты 8 жестко крепят к колонне напорных труб, спускают на заданную глубину и приводят во вращение посредством ротора бурового станка. При прокачивании через устройство промывочной жидкости последняя, проходя через отверстие калиброванного штуцера-насадки 11, создает перепад давления между внутренней частью
устройства и скважиной. Одновременно промывочная жидкость, проходя через перепускные каналы 6 создает (избыточное) давление на поршни 4, под действием которого они перемещаются вверх, а клиновые толкатели 5, жестко связанные с поршнями 4 выдвигают резцы 2 из пазов корпуса, которые прорезают стенку трубы. После того, как резцы 2 прорежут стенку трубы, поршни 4 с клиновыми толкателями 5 полностью раскроют резцы 2. При этом обратные шаровые клапаны 12 разместятся напротив промывочных каналов 13 корпуса 1 и большая часть промывочной жидкости начнет истекать через них в скважину, что в свою очередь приведет к резкому падению давления на устье до 3-10 МПа. Падение давления промывочной жидкости на устье, при ее неизменном расходе укажет на окончание процесса отрезания колонны труб, так как максимальный диаметр разлета резцов 2 будет больше чем диаметр прорезаемой колонны.
По окончании отрезания колонны переходят к процессу торцевания заданного участка труб путем создания вертикальной нагрузки на резцы 2 до 1-2 тонн, за счет частичной разгрузки веса напорных труб. При этом, резцы 2, удерживаемые серьгами 15, описывая дугу, перемещаются вверх, прочно упираются верхней частью в корпус устройства 1, тело поршня 7 и дополнительно фиксируются стопорным узлом (см. фиг.3). Подавая устройство вниз, производят торцевание труб до заданной глубины.
После окончания процесса торцевания останавливают ротор, скважину тщательно промывают от металлической стружки, приподнимают устройство на 0,2-0,5 м и создают обратный перепад давления на устройстве путем закачки промывочной жидкости и затрубное пространство скважины между напорной и обсадной колонной.
При прокачке промывочной жидкости в затрубное пространство обратные шаровые клапаны 12 закрываются и за счет штуцера насадки 11 внутри устройства обеспечивается меньшее давление, чем в скважине что приводит к перемещению вниз поршней 4 и 7, которые в свою очередь принудительно возвращают в транспортное положение клиновые толкатели 5 и резцы 2. При этом усилие, в зависимости от перепада давления, на них может достигать 2000 кг/с и более, что вполне достаточно для разрушения спиралевидной металлической стружки в отличие от прототипа.
Закрытие шаровых клапанов 12 регистрируется повышением устьевого затрубного давления промывочной жидкости до 3-10 МПа. После повышения давления на затрубном пространстве, для гарантии, производят прокачку промывочной жидкости еще в течение 5-10 минут, затем останавливают насосные агрегаты и извлекают напорную колонну труб вместе с устройством из скважины на поверхность.
Использование предлагаемой полезной модели дает следующие преимущества:
- появляется возможность определения окончания процесса отрезания колонны труб по устьевому давлению промывочной жидкости. Это позволит сократить продолжительность работ, избежать аварийные ситуации, связанные с провалом устройства во внутрь колонны труб, загибом резцов и заклинкой устройства, присутствующие при использовании прототипа;
- решена возможность надежного принудительного возврата резцов в транспортное положение, что в отличие от прототипа устраняет возможные осложнения (затяжки, подклинки) при извлечении устройства из скважины;
- повышена надежность фиксации резцов при торцевании участка обсадной колонны, что позволяет вести работы в скважинах обсаженных двумя и более колоннами.
При этом надежная фиксация резцов устраняет вибропеременные нагрузки, увеличивая этим срок службы резцов.
Ориентировочный экономический эффект от использования предлагаемого устройства, в зависимости от глубины проведения работ, конструкции скважины и механической прочности обсадных колонн составит от 0,5 до 2,0 млн. рублей.