УСТРОЙСТВО ПРОТИВОПОДБРОСНОЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СКВАЖИНЕ

Предложение предназначено для использования в скважинах, например, эксплуатационных нефтегазовых, когда имеет место необходимость спуска на тяговом органе скважинного инструмента или прибора.
Во время производства работ, например, по очистке нефтегазодобывающих скважин от асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) очистным устройством (в качестве которого может быть использовано устройство очистки внутренней поверхности колонны труб в скважине от отложений, имеющее, по крайней мере, одну вращающуюся очистную головку с рабочими элементами) возникает вероятность подброса инструмента вверх из-за образования так называемого «поршня». Срезанные отложения забивают зазоры в очистной головке, и возникает поршневой эффект. Как следствие, создается аварийная обстановка, приводящая обычно к спутыванию и обрыву тягового органа (проволоки).
Известно устройство противоподбросное для использования в скважине, предотвращающее подброс инструмента - прибора в нефтяных и газовых скважинах, содержащее прибор, связанный кабельной головкой с кабелем и элемент тормозящего взаимодействия с колонной или насосно-компрессорной трубой выполненный в виде стержня, имеющего срез в нижней части, для вхождения в зазор между кабельной головкой и внутренней поверхностью колонны или насосно-компрессорной трубы и заклинивания устройства, и закрепленного верхней частью на кабеле выше прибора, длина стержня выбрана из условия прогиба кабеля на участке стержня в период выброса прибора, а в центральной части стержня выполнен выступ, контактирующий с кабелем для создания начального прогиба кабеля, при этом на кабельной головке выполнена оппозитная стержню фаска с обеспечивающим поверхностный контакт углом, большим угла трения (RU 2188318, 2002).
Недостатком известного устройства является низкая надежность его срабатывания, обусловленная тем, что кабель имеет определенную жесткость и в условиях ограниченного пространства на участке между закреплением элемента тормозящего взаимодействия с колонной или насосно-компрессорной трубой, выполненного в виде стержня, имеющего срез в нижней части, и кабельной головкой ведет себя как стержень. Кроме того, возможно его ложное срабатывание, например, в случае
смещения точки закрепления элемента тормозящего взаимодействия на кабеле вниз в результате встречающихся сопротивлений при линейном перемещении прибора.
Известно, устройство противоподбросное для использования в скважине, включающее нижний элемент, выполненный с возможностью присоединения к инструменту, верхний элемент, выполненный с возможностью присоединения к тяговому органу, и средний элемент, шарнирно связанный с нижним элементом и имеющий в верхней части выступ для взаимодействия с внутренней стенкой колонны труб в скважине, и удлиненное наклонно расположенное, по отношению к продольной оси устройства, отверстие, через которое пропущена ось шарнира, связывающего верхний и средний элементы (SU 1104251, 1984). Недостатком известного устройства является низкая его надежность.
Наиболее близким к предложенному из известных является противоподбросное устройство для использования в скважине, включающее нижний элемент, верхний элемент, и средний элемент с выступом в верхней части, шарнирно связанный с нижним элементом и имеющий ограниченно подвижное соединение с верхним элементом, выполненное в виде оси, размещенной в одном элементе и пропущенной через удлиненное наклонно расположенное, по отношению к продольной оси устройства, отверстие в другом элементе (RU 2306415, 20.09.2007).
Это известное устройство содержит наибольшее количество общих с предложенным устройством существенных признаков и является ближайшим аналогом.
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы. При возникновении подброса нижний элемент и инструмент с ним связанный получают ускорение, направленное вверх. При этом верхний элемент продолжает движение вверх. В момент времени, предшествующий срабатыванию устройства, взаимное расположение продольных осей верхнего, среднего и нижнего элементов по отношению друг к другу и к продольной оси скважины носит случайный характер вследствие динамичности процесса, возможной непрямолинейности скважины, наличия отложений, точности изготовления деталей самого устройства их изношенности и др. причин. В ограниченно подвижном шарнирном соединении в этой ситуации, возникают дополнительные силы трения, препятствующие свободному взаимному перемещению его деталей, что замедляет процесс срабатывания устройства, либо вообще не приводит к его срабатыванию.
Техническим результатом является повышение надежности работы устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройстве противоподбросном для использования в скважине, включающем нижний элемент, верхний элемент, и средний элемент с выступом в верхней части, шарнирно связанный с нижним элементом и имеющий ограниченно подвижное соединение с верхним элементом, выполненное в виде оси, размещенной в одном элементе и пропущенной через удлиненное наклонно расположенное, по отношению к продольной оси устройства, отверстие в другом элементе, согласно предложению, средний элемент имеет оппозитно расположенный в верхней части второй выступ, а с удлиненным отверстием сообщено выполненное в элементе второе удлиненное наклонно расположенное симметрично, по отношению к первому относительно продольной оси устройства отверстие.
В конкретном воплощении первый и второй выступы предназначены для взаимодействия с внутренней стенкой колонны труб в скважине, нижний элемент, выполнен с возможностью присоединения к инструменту, верхний элемент, выполнен с возможностью присоединения к тяговому органу, а первое удлиненное наклонно расположенное, по отношению к продольной оси устройства, отверстие и второе удлиненное наклонно расположенное симметрично, по отношению к первому относительно продольной оси устройства, отверстие выполнены в среднем элементе.
Средний элемент имеет в нижней части оппозитно расположенные под первым и вторым выступами опоры, каждая из которых выполнена с возможностью взаимодействия с внутренней стенкой колонны труб в скважине при взаимодействии выступа в верхней части среднего элемента также с последней за счет перемещения нижнего элемента навстречу верхнему элементу и смещения их продольных осей друг относительно друга, причем при взаимодействии первого выступа с внутренней стенкой колонны труб в скважине взаимодействует с последней опора, расположенная под вторым выступом, а при взаимодействии второго выступа - опора, расположенная под первым выступом.
Целесообразно, чтобы выступы в верхней части среднего элемента имели форму, способствующую попаданию в резьбовое соединение труб при взаимодействии с внутренней стенкой колонны труб в скважине и смещении их продольных осей друг относительно друга в процессе линейного перемещения устройства вверх. Это обеспечит ограничение высоты подброса инструмента расстоянием от места его возникновения до ближайшего резьбового соединения труб. Наличие двух выступов повышает надежность срабатывания устройства, т.к. в зависимости от положения в скважине в каждом конкретном случае в работу может вступить тот или иной выступ.
В качестве скважинного инструмента может быть использовано очистное устройство, например, устройство очистки внутренней поверхности колонны труб в скважине от отложений, имеющее, по крайней мере, одну вращающуюся очистную головку с рабочими элементами.
Предложенное устройство поясняется графическими изображениями, на которых на фиг.1 показан конкретный пример использования устройства в составе очистного устройства; на фиг.2 показан, укрупнено, общий вид устройства противоподбросного, расположенного в колонне труб в скважине в нормальном положении; на фиг.3, 4 - в положении подброса.
Устройство 1 противоподбросное включает нижний элемент 2, верхний элемент 3 и средний элемент 4, шарнирно связанный с нижним элементом 2. Средний элемент 4 имеет в верхней части первый и второй выступы 5, 16 для взаимодействия с внутренней стенкой колонны труб 6 в скважине и удлиненные наклонно расположенные, по отношению к продольной оси устройства и друг к другу, сообщенные между собой отверстия 7, 17. В отверстие 7 пропущена ось 8, связывающая верхний и средний элементы 3, 4 для образования ограниченно подвижного шарнирного соединения. Ось 8 может располагаться в отверстии 17 и свободно перемещаться из одного отверстия в другое. В исходном положении ось 8 располагается, как показано на фиг.2. Такое соединение обеспечивает взаимодействие первого или второго выступа 5, 16 в верхней части среднего элемента 4 с внутренней стенкой колонны труб 6 в скважине при изменении положения нижнего и верхнего элементов 2, 3 относительно друг друга. Средний элемент 4 в нижней части имеет оппозитно расположенные, под первым и вторым выступами 5, 16, опоры 9, 18, выполненные с возможностью взаимодействия с внутренней стенкой колонны труб 6 в скважине при взаимодействии выступов 5, 16 в верхней части среднего элемента также с последней (колонной труб 6) за счет перемещения нижнего элемента 2 навстречу верхнему элементу 3 и смещения их продольных осей друг относительно друга. Причем при взаимодействии первого выступа 5 с внутренней стенкой колонны труб 6 в скважине взаимодействует с последней опора 18, расположенная под вторым выступом 16, а при взаимодействии второго выступа 16 - опора 9, расположенная под первым выступом 5.
Выступы 5, 16 в верхней части среднего элемента 4 имеют форму, способствующую попаданию в резьбовое соединение 10 труб 6 при взаимодействии с внутренней стенкой колонны труб 6 в скважине и смещении их продольных осей друг относительно друга в процессе линейного перемещения устройства 1, например, в составе
инструмента (очистного устройства) 11, в скважине вверх (явление подброса). Средний элемент 4 изготавливается из соответствующего материала и подвергается соответствующей термообработке для придания выступу и опоре необходимых качеств. Угол наклона оси удлиненного отверстия 7, 17 по отношению к продольной оси устройства больше 45°. Присоединение верхнего элемента 3 к тяговому элементу 12 может быть осуществлено через прицепное устройство 13, в состав которого может быть включен ясс (не показан). Верхний и нижний элементы 3, 2 устройства 1 обычно оснащаются в конкретном воплощении грузами 14, 15.
Устройство работает следующим образом. При линейном перемещении инструмента 11 устройство 1 занимает положение как показано на фиг.1, 2. При возникновении подброса нижний элемент 2 и инструмент с ним связанный получают ускорение, направленное вверх. Средний элемент 4 начинает перемещаться и менять свое положение вследствие наличия ограниченно подвижного шарнирного соединения. Смещаются продольные оси верхнего и нижнего элементов 2, 3 друг относительно друга. Средний элемент 4 меняет свое положение как показано на фиг.3, либо фиг.4. Выступ 5 входит во взаимодействие с внутренней стенкой колонны труб 6, с противоположной стороны одновременно опора 9 входит в контакт также с внутренней стенкой колонны труб 6 (фиг.3). Происходит торможение движения нижнего элемента 2 и процесс подброса ликвидируется. Если же ускорение, полученное нижним элементом 2, не будет погашено, то устройство 1 продолжит свое движение вверх до того момента пока выступ 5 не попадет в ближайшее резьбовое соединение 10 труб 6 и тем самым надежно застопорится. После этого массы нижерасположенного, по отношению к среднему элементу 4, инструмента 11, обычно, достаточно, для того чтобы устройство 1 вернулось в прежнее состояние. Наличие ясса и включение его в работу способствует переводу устройства 1 в исходное состояние.
Использование предложения повышает надежность работы в скважине устройства противоподбросного.