СКВАЖИННЫЙ СКРЕПЕР

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована в устройствах для очистки обсадных труб, в частности от цементной корки, отложений гипса и парафина, песчаных пробок, которые образуются на внутренней поверхности обсадных труб.
В процессе бурения нефтяной скважины ее ствол оснащают стальной обсадной трубой, которую цементируют для обеспечения газонепроницаемого уплотнения между перекрывающимися трубами. Кроме того, цементируется зазор между обсадной трубой и пластом или горной породой, через которую пробуривается скважина.
Типичная практика цементирования требует, чтобы цемент закачивался с поверхности или с устья скважины вниз по колонне обсадных труб и перемещался через нижнюю часть обсадной трубы в кольцевой зазор между породой и обсадной трубой. Эта процедура может привести к загрязнению внутренней части стенки обсадной трубы скважины цементом.
Химические твердые и жидкие вещества, смазки и жидкости, используемые в процессе бурения, могут при смешении превращаться в липкое, вязкое и трудноудаляемое вещество, устойчивое к химической обработке, которое прилипает к стенке обсадной трубы.
Поскольку обсадная труба ствола скважины имеет стальные стенки, она может ржаветь и образовывать окалину.
Возникновение и накапливание загрязнений и мусора в обсадной трубе требует проведение регулярной очистки обсадных труб между бурением и завершением скважины, а так же после продолжительных периодов эксплуатации.
В настоящее время для очистки обсадных труб используются разные конструкции скважинных инструментов в виде скребков, щеток, магнитов и прочих улавливателей мусора.
Известно устройство для очистки скважины по патенту US 8511373 (публ. 20.04.2013 г.) Устройство представляет собой цилиндрическое скребковое устройство, которое встраивается в колонну НКТ. Устройство содержит оправку в виде цельной детали, верхняя и нижняя части которой выполнены с большим диаметром, чем средняя часть. На средней части оправки закреплена цилиндрическая разъемная втулка, на которой установлены подпружиненные скребки. Втулка закреплена на оправке с помощью разъемного стопорного кольца, запирающих профилей и стопорных болтов. Сверху и снизу средней части расположены игольчатые подшипники. Чистящие скребки расположены на внешней поверхности разъемной втулки по обе стороны стопорного кольца. Каждый последующий скребок закреплен под предыдущим с некоторым смещением и с образованием рядов в виде спиральных ребер. Отдельный чистящий скребок расположен в углублении, выполненном в удерживающей втулке, имеет базовую часть и удлиненный корпус с поперечными прямоугольными канавками. Скребок закреплен в выемках посредством участков базовой части, которые зацепляются за скошенные стенки углублений. На нижней поверхности каждого скребка выполнено углубление для установки пружины.
Основным недостатком известного устройства является сложность конструкции из-за наличия большого количества мелких элементов и их креплений, а также пружинных узлов. Кроме того, в выемках корпуса под скребками может скапливаться скважинный мусор: песок, мелкие частицы, который невозможно вымыть из этого пространства из-за отсутствия циркуляции жидкости в этой области. Это может блокировать пружинный узел и препятствовать складыванию скребков внутрь корпуса, что приводит к возникновению высокого риска прихвата инструмента в скважине.
В качестве прототипа выбран инструмент для очистки для очистки обсадной колонны внутри ствола скважины, представленный в патенте US 6530429 (публ. 11.03.2003 г.).
Инструмент установлен на колонне НКТ и содержит установленные помощью шарикоподшипников и соответствующего винта верхнюю и нижнюю втулки, которые ограничивают осевое перемещение инструмента вдоль колонны. В нижней втулке размещена муфта с зубцами. Благодаря шарикоподшипникам втулки не имеют вращательного движения или имеют незначительное вращательное движение, независящее от вращения колонны НКТ.
Инструмент дополнительно включает, по меньшей мере, один чистящий узел, на котором закреплены чистящие элементы, например, щетки или скребковые лезвия. Чистящий узел представляет собой цилиндрическое цевочное колесо, боковая поверхность которого снабжена удлиненными прорезями для обеспечения конструктивной гибкости. Зацепляясь зубцами, цевочное колесо взаимодействует с муфтой, которая удерживается на рабочей колонне срезным штифтом. Муфта с зубцами размещена в нижней втулке с образованием узкого зазора, который обеспечивает возможность радиального вращения цевочного колеса независимо от вращения колонны НКТ. Цевочное колесо может свободно вращаться относительно колонны НКТ, но в пределах, установленных зазором в верхней и нижней втулке.
При проведении очистки инструмент вместе с колонной НКТ продвигается вниз по стволу скважины, осуществляя воздействие чистящими элементами на стенки обсадной трубы, при этом цевочное колесо чистящего узла зацепляется за зубцы муфты и может оставаться неподвижным и не зависеть от вращения колонны НКТ.
Недостатками известного скважинного инструмента является, сложность конструкции из-за наличия большого количества разных элементов и их креплений. Также недостатком является возможность разрушения чистящего элемента - цевочного колеса с закрепленными на нем чистящими элементами, при значительных осевых нагрузках.
Кроме того, при такой конструкции инструмента затруднено вымывание мусора вблизи чистящих элементов, так как отсутствует возможность для циркуляции жидкости из-за отсутствия полости, обеспечивающей замкнутый тракт движения жидкости вокруг чистящих элементов. Скопление мусора, особенно в области чистящих элементов, может являться причиной прихватов скважинного инструмента, что повышает риск возникновения аварийной ситуации.
Задачей полезной модели является создание надежного и эффективного скважинного скрепера.
Техническим результатом является повышение качества очистки обсадной колонны.
Технический результат достигается тем, что скважинный скрепер, содержит верхний и нижний элементы для присоединения к НКТ, между которыми жестко установлен цилиндрический полый корпус, и рабочий узел с чистящим элементом в средней части. Рабочий узел представляет собой цилиндрическую втулку с переменным диаметром, снабженную сквозными продольными пазами. Средняя часть втулки является чистящим элементом с внешней поверхностью, выполненной в виде чередующихся кольцевых выступов и углублений трапецеидального профиля. Диаметр чистящего элемента превышает диаметр обсадной колонны.
Рабочий узел установлен на цилиндрическом полом корпусе с образованием кольцевой полости для подачи жидкости с целью промывки чистящего узла.
Продольные пазы в средней части рабочего узла выполнены в спиралевидной форме для обеспечения сплошного воздействия чистящего элемента по внутренней поверхности обсадной трубы.
Верхний и нижний элементы для присоединения к НКТ снабжены выступами для обеспечения центрирования устройства.
Выполнение рабочего узла в виде одной цельной втулки с переменным диаметром с чистящими элементами в виде чередующихся кольцевых выступов и углублений, что значительно упрощает конструкцию устройства, так как нет необходимости в сложных крепежных соединениях.
Кроме того, предложенный чистящий элемент в виде чередующихся кольцевых выступов и углублений и с диаметром, превышающим диаметр обсадной трубы, обеспечивает надежный контакт с ее внутренней поверхностью, что обеспечивает качественную очистку от мусора независимо от радиального перемещения колонны НКТ Продольные пазы не только обеспечивают гибкость конструкции, компенсируя излишний прижим чистящего элемента к обсадной трубе, и исключают возможные повреждения, но и участвуют в формировании тракта движения жидкости для промывки рабочего узла, что также повышает качество очистки.
Наклонное основание трапецеидального профиля кольцевых выступов чистящего узла, обращенное вверх, позволяет беспрепятственно извлекать устройство из скважины, исключая зацепы за неровности и конструктивные элементы обсадной трубы.
На фиг. 1 представлен общий вид скважинного скрепера; на фиг. 2 - осевой разрез по А-А; на фиг. 3 - радиальный разрез по Б-Б; на фиг. 4 - рабочий узел в формате 3D.
Скважинный скрепер предназначен для очистки внутренней поверхности обсадных труб 1 от различных отложений и механических примесей. Скрепер содержит верхний 3 и нижний 4 элементы для присоединения к НКТ 2, между которыми жестко установлен цилиндрический полый корпус 5. В качестве элементов для присоединения к НКТ могут использоваться переводники с муфтовыми или ниппельными концами. На цилиндрический корпус 5 установлен рабочий узел 6, который представляет собой втулку с переменным диаметром. Диаметр верхней и нижней частей рабочего узла 6 соответствуют диаметрам верхнего 3 и нижнего 4 элементов. Средняя часть рабочего узла 6 является чистящим элементом 7, выполнена с утолщением стенки и имеет диаметр, превышающий внутренний диаметр обсадной трубы 1 (фиг. 2). Чистящий элемент 7 снабжен продольными пазами 8, обеспечивающими рабочему узлу 6 конструктивную гибкость, которая предохраняет скрепер от повреждений при продвижении в обсадной трубе 1 и обеспечивает прижатие к ее внутренней поверхности (фиг. 2, фиг. 4). Фрагменты продольных пазов 8 в средней части рабочего узла 6 выполнены в спиралевидной форме для обеспечения сплошного воздействия чистящего элемента 7 на внутреннюю поверхность обсадной трубы 1. На внешней поверхности чистящего элемента 7 выполнены чередующиеся кольцевые выступы 9 и углубления 10 трапецеидального профиля, при этом наклонное основание 11 трапецеидального профиля выступов 9 является верхним. От осевого перемещения рабочий узел 6 удерживают верхний 3 и нижний 4 элементы для присоединения к НКТ, а от самопроизвольного отвинчивания элементов 3 и 4 от корпуса 5 удерживают фиксирующие элементы 12. Внутренний диаметр рабочего узла 6 превышает внешний диаметр корпуса 5 скрепера, что образует кольцевую полость 13, через которую при продвижении жидкости происходит вымывание мусора, образовавшегося при очистке. Верхний 3 и нижний 4 элементы для присоединения к НКТ снабжены выступами 14 для обеспечения центрирования устройства.
Устройство работает следующим образом
При спуске скважинного скрепера на колонне НКТ 2 и продвижении вниз по обсадной трубе 1 кольцевые выступы 9 плотно прижимаются к внутренней стенке обсадной трубы, вследствие чего возникает трение между соприкасающимися поверхностями. Сила трения частично компенсируется конструктивной гибкостью рабочего узла, что предотвращает повреждения обсадной колонны. При поступательном движении скрепера нижние кромки 15 кольцевых выступов 9 удаляют загрязнения с поверхности обсадной трубы, которые соскальзывают с верхней наклонной стенки 11 (фиг. 4). Для повышения качества и сокращения времени очистки дополнительно производят промывку рабочего узла 6, нагнетая с устья скважины промывочную жидкость в затрубное пространство. Промывочная жидкость, протекая по кольцевым углублениям 10 и проникая в продольные пазы 8, способствует удалению мусора с поверхности кольцевых выступов и через кольцевую полость 13, центральный канал 16 полого корпуса 5 выводит собранный мусор на поверхность.
Скважинный скрепер, в котором используется предложенная полезная модель, технологичен, так как имеет простую конструкцию, и надежен в эксплуатации. Кроме того, скважинный скрепер является устройством, обеспечивающим качественную очистку обсадных труб от мусора, так как чистящий узел обеспечивает не только сплошную обработку поверхности обсадной трубы, но и эффективное удаление мусора за счет промывки кольцевой полости между корпусом и рабочим узлом, что позволяет очищать больший объем за одну спускоподъемную операцию.