Скважинный магнитный извлекатель

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к инструментам, применяемым при бурении скважин различного диаметра для очистки забоя и при ремонтно-восстановительных работах для извлечения металлических отходов из ствола скважины.
Металлический мусор, возникает в результате различных скважинных операций и накапливается в стволах скважин во время добычи нефти и газа. Этот металлический мусор присутствует в скважинной жидкости, состоит, как правило, из обломков деталей скважинного оборудования и крошечной металлической стружки и может являться причиной одной из самых распространенных аварийных ситуаций - механического прихвата скважинного оборудования, приносящего большие убытки нефтедобывающим предприятиям.
В настоящее время широко известны погружные скважинные инструменты, содержащие различные конструкции магнитных систем, работа которых основана на притягивании к намагниченным поверхностям металлических предметов. Эффективность таких скважинных инструментов определяется количеством собранного металлического мусора за одну спуско-подъемную операцию.
Из уровня техники известен магнитный ловитель, предназначенный для извлечения металлических предметов из буровых скважин (патент РФ на изобретение №2213300, публ. 27.09.2003, бюл. №17). Магнитный ловитель содержит корпус в форме сегмента пустотелого цилиндра. На внутренней поверхности сегмента установлена магнитная система, имеющая в поперечном сечении серповидную форму и состоящая из двух продольных магнитопроводов, выполненных из ферромагнитной стали. Между продольными магнитопроводами размещена кассета из немагнитного материала, в которой расположены постоянные магниты, размещенные полюсами к продольным магнитопроводам и выполненные из сплава редкоземельных элементов. После сборки магнитного ловителя между продольными магнитопроводами вдоль корпуса образуется магнитное поле. Магнитный ловитель крепится на штанге и опускается в скважину для извлечения металлического предмета, например, металлической трубы. При вращении магнитного ловителя извлекаемый предмет "оттирается" ловителем от стенки скважины и попадает боковой поверхностью в зону действия магнитного поля вдоль всей магнитной системы. После этого ловитель извлекают вместе с предметом из скважины.
Недостатком известного магнитного ловителя является то, что он используется для сбора только единичных крупных металлических предметов, преимущественно цилиндрической формы, из-за малой площади контактной поверхности, образованного вокруг нее магнитного поля с высокой напряженностью. Как правило, такие магнитные ловители не компонуются с другим технологическим оборудованием и являются самостоятельным элементом.
Наиболее близким техническим решением к заявленному для патентования является изобретение по патенту US 6491117 (публ. 10 декабря 2002 года) «Устройство для извлечения металлического мусора из ствола скважины».
Устройство для извлечения металлического мусора из ствола скважины, содержит цилиндрический корпус с центральным сквозным отверстием, магнитные узлы, разнесенные в продольном направлении по длине корпуса инструмента. Каждый магнитный узел содержит магнитные сборки, разнесенные вокруг внешней окружности корпуса инструмента. Кроме того, каждый магнитный узел имеет внешнюю поверхность, определяющую область осаждения первичного мусора. Каждая сборка каждого магнитного узла, содержит удлиненный магнитный элемент, расположенный в продольном направлении от магнитного элемента другой сборки другого магнитного узла, закрепленного на корпусе инструмента не коаксиально друг другу. Каждый магнитный узел содержит вкладыш магнита. Каждый вкладыш магнита закреплен в углублении, образованном в корпусе инструмента. Каждая сборка магнитного узла снабжена защитным элементом, выступающим за контур корпуса. Поверхность углублений корпуса между магнитными узлами является областью для осаждения металлического мусора. Эта область ограничена магнитным узлом и защитным элементом соседнего магнитного узла.
Магнитный узел содержит съемный магнитный элемент, закрепленный в углублении корпуса устройства.
При вращении устройства в стволе скважины металлический мусор притягивается магнитами и оседает на открытых поверхностях корпуса, скапливаясь на магнитных поверхностях и в областях между магнитными узлами. При заполнении поверхностей металлическим мусором, устройство извлекается на поверхность.
Основным недостатком устройства для извлечения металлического мусора из ствола скважины по патенту US 6491117 является конструкция магнитных сборок, при которой рабочая поверхность магнитов направлена оппозитно стволу скважины, образуя кольцевой зазор, заполненный сильным магнитным полем. При таком расположении магнитов и соответствующей направленности магнитного поля, мелкий металлический мусор может скапливаться в узком кольцевом зазоре вблизи нижней части корпуса. В случае притяжения крупных металлических предметов, возникает риск их сдвигу и утере из-за трения о внутреннюю стенку скважины.
Задачей полезной модели является создание надежного скважинного инструмента для извлечения металлического мусора из скважины.
Технический результат заключается в использовании магнитной системы, конструкция которой обеспечивает эффективное удаление мелкого и крупного металлического мусора за одну спуско-подъемную операцию.
Технический результат достигается тем, что скважинный магнитный извлекатель, содержит полый цилиндрический корпус с углублениями и, по меньшей мере, один магнитный узел, в составе постоянного магнита, закрепленного в корпусе с помощью планки. Скважинный магнитный извлекатель отличается от известного устройства тем, что каждый постоянный магнит в каждом магнитном узле обеспечивает магнитное поле напряженностью, которая отличается от напряженности магнитного поля, создаваемого другими магнитами. Кроме того, магниты и магнитные узлы установлены таким образом, чтобы создать внешнее магнитное поле, напряженность которого постепенно увеличивается до максимального уровня, соответствующего напряженности магнитного поля самого верхнего магнита.
Металлический мусор, оказавшись вблизи нижнего магнитного узла, начинает притягиваться к магнитным поверхностям и под воздействием магнитного поля большей напряженности продвигается вверх к магниту, создающему магнитное поле максимальной напряженности. Наиболее крупные обломки прижимаются к поверхностям магнитов, а более мелкий металлический мусор (стружка, крошка, опилки), притягивается и прижимается к намагниченным поверхностям корпуса, заполняя весь объем углублений.
На фиг. 1 представлен общий вид скважинного магнитного ловителя; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3 - разрез по Б-Б; на фиг. 4 - продольный разрез одного магнитного узла
Скважинный магнитный извлекатель содержит полый цилиндрический корпус 1, на внешней поверхности которого выполнены продольные углубления 2 с образованием ребер 3, в каждом из которых выполнены, по меньшей мере, по два сквозных отверстия 4 удлиненной формы (фиг. 2 и 4). В ребрах 3 корпуса 1 организованы магнитные узлы, которые представляют собой съемные цилиндрические магниты 5, установленные в сквозных отверстиях 4. С одной стороны магниты 5 упираются в выступ 6, а с другой стопорятся с помощью накладных элементов 7, например, в виде пластины, в которой выполнены отверстия 8, размер которых соответствует размеру магнитов 5 (фиг. 1 и 3). Накладные элементы 7 крепятся к корпусу 1 с помощью крепежных элементов 9. В скважинном магнитном ловителе может быть организовано несколько магнитных узлов, например, на фиг. 2 - магнитные узлы: «а», «b», «с».
При подаче в центральный канал 10 корпуса 1 жидкости промывки по затрубному пространству происходит активное движение скважинной жидкости, возникающие при этом вихревые потоки, вызывают циркуляцию мусора вблизи магнитных узлов, что способствует более активному движению металлического мусора вдоль силовых линий магнитного поля, и в конечном итоге, приводит к эффективной очистке скважины. Кроме того, промывка через центральный канал 10 дает возможность производить очистку скважины не только от металлических фрагментов, но и от неметаллических, песок, проппант, асфальто-парафинистые отложения - вымыванием их из скважины обратной циркуляцией нагнетанием жидкости по затрубному пространству.