УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИН ОТ ШЛАМА
DEVICE FOR CLEANING BORE HOLES FROM SLIME

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и других жидких полезных ископаемых. Может использоваться для очистки от шлама как вертикальных скважин, так и скважин с большим отклонением от вертикали.
Известно устройство для очистки скважин от шлама компании «Бэйкер», содержащей сопло для жидкости, подаваемой с поверхности земли, встроенное в пробку, имеющую радиальное уплотнение и приемную камеру, расположенные в верхней секции трубы корпуса данного устройства, в котором выполнены отверстия, соединяющие приемную камеру с затрубным пространством, причем эта секция снабжена верхним переводником, а снизу к ней присоединена секция трубы корпуса устройства, используемая для размещения фильтра, а к последней, в свою очередь, присоединена секция трубы корпуса устройства, используемая для сбора шлама, в нижней части которой размещена внутренняя труба, используемая в процессе отделения тяжелых частиц шлама, содержащихся в жидкости, поступающей из затрубного пространства /1/.
Недостатком этого устройства, принятого за прототип, является относительно малый напор смеси жидкости, подаваемой с поверхности земли, и жидкости, поступающей из затрубного пространства, который она имеет на выходе из данного устройства за счет энергии жидкости, вытекающей из сопла и увлекающей за собой жидкость, поступающую через нижнюю часть данного устройства из затрубного пространства. Что ограничивает допускаемое гидросопротивление фильтра и других устройств и деталей, расположенных по пути движения жидкости внутри этого устройства, и ограничивает допускаемый расход жидкости, проходящей через него. Кроме того, недостатком данного устройства является относительно низкая эффективность очистки в нем жидкости от тяжелых частиц шлама, которая поступает в него через внутреннюю трубу, из-за относительно малого угла поворота потока этой жидкости при выходе из данной трубы, что затрудняет отделение тяжелых частиц шлама, содержащихся в данной жидкости, за счет больших сил инерции, которые воздействовали бы на эти частицы при большем угле поворота и большой скорости потока очищаемой жидкости. Еще одним недостатком этого устройства является относительно малый объем внутренней полости секции трубы корпуса устройства, который используется для накопления уловленного шлама, из-за расположения в центре этой полости внутренней трубы, по которой подается очищаемая жидкость из затрубного пространства.
Недостатком устройства-прототипа является использование в его конструкции радиального уплотнения пробки в виде уплотнительного кольца, что требует высокой точности обработки наружной поверхности пробки и внутренней поверхности верхней секции трубы корпуса устройства в зоне их контакта с уплотнительным кольцом, кроме того, для нормальной работы такого уплотнения требуется преимущественно чистая рабочая среда, в которой нежелательно присутствие частиц шлама.
Недостатком данного устройства является также недостаточная эффективность сбора налипшего на внутренней поверхности обсадных труб шлама, в особенности, в их нижней части при очистке скважин с большим отклонением от вертикали, а так же возможные препятствия для прохода жидкости по нижней части затрубного пространства в таких случаях при возможной угловой ориентации отверстий, соединяющих внутренние полости данного устройства с затрубным пространством, заставляющей вытекать жидкость из этих отверстий в направлении сверху вниз.
Задачей изобретения является увеличение располагаемого напора смеси жидкости, подаваемой с поверхности земли, и жидкости, поступающей из затрубного пространства, который она может иметь на выходе из данного устройства за счет энергии жидкости, подаваемой в него с поверхности земли, увеличение за счет этого допускаемого гидравлического сопротивления фильтра, а также других устройств и деталей, расположенных по пути движения жидкости внутри этого устройства, увеличение допускаемого расхода жидкости, протекающей через внутренние полости этого устройства, при неизменных размерах поперечного сечения секций труб его корпуса, повышение эффективности, ускорение и уменьшение стоимости работ по очистке от шлама как вертикальных скважин, так и скважин с большим отклонением от вертикали, а так же повышение эксплуатационных свойств данного устройства и возможность его изготовления в условиях ремонтной мастерской.
Поставленная задача решается тем, что сопло устройства для жидкости, подаваемой с поверхности земли, сориентировано в направлении от забоя к устью скважины, пробка снабжена сальниковым уплотнением, включающем сальниковую набивку и нажимную втулку, поджимаемую переводником, с помощью которого верхняя секция трубы корпуса устройства соединена с секцией трубы корпуса устройства, используемой для размещения фильтра, приемная камера последовательно соединена с камерой смешения и диффузором, причем последние и верхняя часть пробки относительно верхней секции трубы корпуса устройства расположены коаксиально и в зазоре между ними расположена полость для прохода жидкости, подаваемой с поверхности земли, которая соединена с упомянутым соплом при помощи радиальных отверстий в верхней части пробки, а приемная камера соединена осевыми отверстиями в пробке с внутренней полостью фильтра, закрепляемого в последней, при этом верхняя секция трубы корпуса устройства и диффузор соединены с тройным переводником, в котором выполнены отверстия для выхода смеси жидкости, подаваемой с поверхности земли, и жидкости, поступающей из затрубного пространства, а также сквозные осевые отверстия, соединяющие полость для прохода жидкости, подаваемой с поверхности земли, с внутренней полостью верхнего переводника, причем внутренняя труба размещена в верхней части секции трубы корпуса устройства, используемой для сбора шлама, и закреплена в тройном переводнике, соединяющем эту секцию, в верхней части которой выполнены радиальные отверстия, а в нижней части установлена заглушка, с секцией трубы корпуса устройства, используемой для размещения фильтра.
В другом варианте конструкции данного устройства на наружной поверхности секции трубы его корпуса, используемой для сбора шлама, ниже радиальных отверстий в ней установлены рыхлители шлама, а выше этих отверстий на наружной поверхности корпуса этого устройства размещены центраторы последнего.
Отличительными признаками являются следующие признаки:
- внутренняя труба размещена в верхней части секции трубы корпуса данного устройства, используемой для сбора шлама, и закреплена в тройном переводнике, соединяющем эту секцию, в верхней части которой выполнены радиальные отверстия, а в нижней части установлена заглушка, с секцией трубы корпуса этого устройства, используемой для размещения фильтра, что позволяет осуществить поворот потока жидкости, поступающей через радиальные отверстия и далее по кольцевому зазору между внутренней поверхностью секции трубы корпуса данного устройства, используемой для сбора шлама, и наружной поверхностью внутренней трубы на 180° и затем направить этот поток жидкости вверх по внутренней трубе, вследствие чего тяжелые частицы шлама будут по инерции на большой скорости двигаться в нижнюю часть упомянутой секции трубы корпуса устройства, где будут осаждаться, при этом увеличивается эффективность очистки жидкости, поступающей из затрубного пространства от тяжелых частиц шлама, а так же количество шлама, которое может быть осаждено в секции трубы корпуса устройства, используемой для сбора шлама при неизменных длине и диаметре этой секции трубы, причем для работы данного устройства требуется внутренняя труба относительно небольшой длины;
- пробка снабжена, в частности, сальниковым уплотнением, что позволяет уменьшить требования к точности изготавливаемых деталей данного устройства, в частности, позволяет изготавливать камеру смешения и диффузор, имеющие сварные стыки между собой, а так же приемную камеру и пробку, как и другие детали, в условиях ремонтной мастерской и, кроме того, использование сальникового уплотнения позволяет облегчить разборку данного устройства при необходимости его промывки ввиду больших зазоров в сопрягаемых деталях, располагающихся в зоне этого уплотнения, а так же обеспечивает неприхотливость уплотнения к работе в сильно загрязненной жидкости, что повышает эксплуатационные свойства данного устройства;
- в другом варианте конструкции данного устройства на наружной поверхности секции трубы корпуса устройства, используемой для сбора шлама, ниже радиальных отверстий в ней установлены рыхлители шлама, а выше этих отверстий на наружной поверхности корпуса этого устройства размещены центраторы последнего, что позволяет более полно очищать обсадные трубы от налипшего на их внутренней поверхности шлама, а также обеспечивает проход жидкости по нижней части затрубного пространства в скважинах с большим отклонением от вертикали и вследствие этого обеспечивает большую эффективность работы данного устройства по очистке скважин от шлама.
Кроме того, имеются отличительные признаки, которые являются новыми, это следующие признаки:
- сопло для жидкости, подаваемой с поверхности земли, сориентировано в направлении от забоя к устью скважины, приемная камера последовательно соединена с камерой смешения и диффузором, причем последние и верхняя часть пробки относительно верхней секции трубы корпуса устройства расположены коаксиально и в зазоре между ними расположена полость для прохода жидкости, подаваемой с поверхности земли, которая соединена с упомянутым соплом при помощи радиальных отверстий в верхней части пробки, а приемная камера соединена осевыми отверстиями в пробке с внутренней полостью фильтра, закрепляемого в последней, при этом верхняя секция трубы корпуса устройства и диффузор соединены с тройным переводником, в котором выполнены отверстия для выхода смеси жидкости, подаваемой с поверхности земли, и жидкости, поступающей из затрубного пространства, а так же сквозные осевые отверстия, соединяющие полость для прохода жидкости, подаваемой с поверхности земли, с внутренней полостью верхнего переводника, что позволяет увеличить располагаемый напор смеси жидкости, подаваемой с поверхности земли, и жидкости, поступающей из затрубного пространства, который может иметь эта смесь жидкостей на выходе из данного устройства, примерно в два раза, как это было установлено на примере работы струйных насосов, имеющих в своем составе кроме сопла и приемной камеры так же камеру смешения и диффузор /2/. При этом становится возможной работа этого устройства при большем гидравлическом сопротивлении фильтра и других устройств и деталей, расположенных по пути движения жидкости внутри данного устройства, чем у устройства, принятого за прототип, что позволяет увеличить эффективность работ по очистке скважин от шлама и, кроме того, обеспечивает возможность работы данного устройства при больших расходах жидкости, поступающей из затрубного пространства, ускоряет процесс очистки скважин от шлама при неизменных размерах поперечного сечения секций труб корпуса этого устройства и уменьшает стоимость работ по очистке скважин от шлама.
Указанные новые отличительные признаки и достигаемый при этом технический результат позволяют считать предложенное устройство для очистки скважин от шлама соответствующим изобретательскому уровню.
На фигуре 1 изображен общий вид устройства для очистки скважин от шлама, на фигуре 2 показан осевой разрез верхней части этого устройства, на фигуре 3 изображен общий вид данного устройства, оснащенного рыхлителями шлама и центраторами.
Устройство для очистки скважин от шлама содержит сопло 1 для жидкости, подаваемой с поверхности земли, встроенное в пробку 2, снабженную сальниковым уплотнением, включающим сальниковую набивку 3, нажимную втулку 4, поджимаемую переводником 5, соединяющим верхнюю секцию 6 трубы корпуса устройства с нижерасположенной секцией 7 трубы корпуса устройства, используемой для размещения фильтра 8, закрепленного в упомянутой пробке, осевые отверстия 9 в которой соединяют внутреннюю полость последнего с приемной камерой 10, а затем последовательно с камерой смешения 11 и диффузором 12, который соединен с тройным переводником 13, имеющим отверстия 14 для выхода смеси жидкости, поступающей с поверхности земли, и жидкости, поступающей из затрубного пространства, а также сквозные осевые отверстия 15, соединяющие внутреннюю полость верхнего переводника 16 с полостью 17 для прохода жидкости, подаваемой с поверхности земли, которая соединена радиальными отверстиями 18 с упомянутым соплом, причем, ранее упомянутая секция трубы корпуса устройства, используемая для размещения упомянутого фильтра, соединена при помощи тройного переводника 19, в котором закреплена внутренняя труба 20, с секцией 21 трубы корпуса устройства, используемой для сбора шлама, в верхней части которой выполнены радиальные отверстия 22, а в нижней части установлена заглушка 23.
В другом варианте конструкции данного устройства на наружной поверхности ранее упомянутой секции трубы корпуса устройства, используемой для сбора шлама, ниже радиальных отверстий 22 установлены рыхлители 24 шлама, а выше этих отверстий на наружной поверхности корпуса данного устройства размещены центраторы 25 последнего.
Устройство для очистки скважин от шлама работает следующим образом. Жидкость, подаваемая по насосно-компрессорным трубам с поверхности земли, проходит через верхний переводник 16, а далее через сквозные осевые отверстия 15 в тройном переводнике 13 и поступает в полость 17 для ее прохода, а затем через радиальные отверстия 18 в пробке 2 в сопло 1. Вытекая из последнего с большой скоростью, эта жидкость увлекает за собой жидкость, поступающую из затрубного пространства в приемную камеру 10, в результате смесь двух упомянутых жидкостей, пройдя далее через камеру смешения 11 и диффузор 12, попадает в тройной переводник 13 и выходит через отверстия 14 в нем в затрубное пространство, имея давление, большее, чем давление жидкости из затрубного пространства на входе в приемную камеру 10, куда она протекает через осевые отверстия 9 в пробке 2 из фильтра 8, в который эта жидкость попадает из секции 7 трубы корпуса устройства, а ранее через радиальные отверстия 22 последовательно поступает в секцию 21 трубы корпуса устройства, используемую для сбора шлама, далее во внутреннюю трубу 20, а затем в тройной переводник 19, соединенный с упомянутой секцией 7 трубы корпуса устройства, при этом внутренняя полость последней герметично изолируется от полости 17 для прохода жидкости, подаваемой с поверхности земли, при помощи сальникового уплотнения, включающего сальниковую набивку 3 и нажимную втулку 4, поджимаемую переводником 5. Причем часть жидкости, вытекающей из отверстий 14, протекает вниз по затрубному пространству и, увлекая за собой шлам, снова поступает в данное устройство через радиальные отверстия 22, в результате происходит циркуляция жидкости и очистка скважины от шлама на участке, приблизительно равном расстоянию от радиальных отверстий 22 до отверстий 14 в тройном переводнике 13. Раз за разом перемещая данное устройство в скважину на расстояние, меньшее или приблизительно равное упомянутому расстоянию между отверстиями, очищают скважину от шлама, при каждой остановке включая насос на поверхности земли, подающий жидкость в данное устройство. При этом жидкость из затрубного пространства, поступая через отверстия 22 в это устройство, протекает на большой скорости вниз внутри секции 21 трубы корпуса устройства, используемой для сбора шлама, и затем поток этой жидкости поворачивается на 180° и поступает во внутреннюю трубу 20, при этом тяжелые частицы шлама, содержащиеся в данной жидкости, по инерции будут двигаться вниз, оседая внутри упомянутой секции 21 трубы корпуса устройства, а легкие и мелкие частицы шлама, содержащиеся в жидкости из затрубного пространства, будут задерживаться на поверхности фильтра 8 при ее дальнейшем движении вверх. В другом варианте конструкции устройства рыхлители 24 шлама, установленные на наружной поверхности секции 21 трубы корпуса устройства, используемой для сбора шлама, ниже радиальных отверстий 22, при опускании данного устройства в скважину разрыхляют шлам на внутренней поверхности обсадной трубы и облегчают его удаление при работе устройства, при этом центраторы 25, установленные выше этих отверстий на наружной поверхности корпуса данного устройства, позволяют нижней части этого корпуса не касаться нижней части внутренней поверхности обсадной трубы, обеспечивая более полное удаление с нее шлама при циркуляции жидкости. После окончания работ по очистке скважины данное устройство на поверхности земли разбирается и очищается от задержанного в нем шлама, при этом во внутрь фильтра 8 подается жидкость под давлением, необходимым для его очистки, а с секции 21 трубы корпуса устройства, используемой для сбора шлама, снимается заглушка 23 и внутрь этой секции подается жидкость под давлением, необходимым для ее очистки от осевшего шлама.
Источники информации
1. Технический паспорт №4680, индекс: 511.00 компании «Бэйкер» ловильного паука (векторной системы очистки затрубного пространства), семейства изделий №Н 13125.
2. «Гидроструйные насосы и установки», Б.Ф.Лямаев. Л.: Машиностроение, 1988 г., стр.63.