УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ СКВАЖИНЫ

Техническое решение относится к области нефтегазодобычи, а именно к устройствам для очистки скважин, и может быть использовано для нормализации забоев скважин, осложненных проппантными пробками после ГРП, цементными корками, посторонними предметами (крепёжными поясами, болтиками, проволокой, пятаками от перфораторов).
Из уровня техники известно устройство для очистки скважины от плотной пробки (патент на полезную модель RU 79613, опубл.: 10.01.2009 Бюл. № 1), которое содержит корпус, установленный в нем поршень с центральным сквозным каналом и долото. Корпус жестко соединен с насосно-компрессорной трубой, а на внешней поверхности поршня выполнены винтовые канавки, в которых, с возможностью скольжения в них размещены элементы направляющей втулки, жестко соединенной с корпусом. Винтовые канавки могут включать прямолинейные, параллельные продольной оси поршня участки. Недостатком данного устройства является использование ударных нагрузок, что снижает рабочий ресурс устройства, и насосно-компрессорных труб.
Наиболее близким по технической сущности является устройство депрессионной очистки скважин (патент на полезную модель RU 174629, опубл.: 24.10.2017 Бюл. № 30), состоящее из бурильного устройства, контейнера с обратным клапаном для шлама, колонны насосно-компрессорных труб, перепускного и сбивного клапанов. Между бурильным устройством и обратным клапаном контейнера расположен фильтр для сбора крупной фракции шлама, состоящий из коаксиально установленных патрубков, внутренний патрубок которого имеет щелевые отверстия и образует с внешним патрубком межтрубную приемную камеру. Между перепускным и сбивным клапаном установлен регулятор расхода жидкости прямого действия. Недостатком является то, что при работе устройства фильтр забивается шламом, что снижает эффективность всасывания.
Задачей полезной модели является создание устройства (скважинной компоновки), способного к разрушению и удалению пробок в скважине за одну спускоподъёмную операцию.
Устройство очистки скважины имеет следующие отличия от существующих конструкций:
- уникальная конструкция насадки-рыхлителя эффективно разбуривающей пробки в скважине, обеспечивающей двойное действие фрезы-райбера и внешней коронки с зубьями (одностороннего правого вращения внутренней и наружной частей насадки, предотвращая отворот труб);
- использование системы каналов, предотвращая прохождение твёрдых частиц путём дробления их на более мелкие, тем самым позволяя произвести установку гидравлического устройства очистки скважины на минимальном расстоянии от насадки-рыхлителя, создавая большее гидростатическое давление, а также избежание заклинивания твёрдыми частицами клапанных устройств и гидравлического устройства очистки скважин;
- длина зубцов по наружной поверхности коронки не превышает 7-15 мм, тем самым создаётся эффект гидромонитора при его работе;
- увеличенная частота зубьев и покрытие их твёрдосплавной напайкой придаёт наилучший результат при фрезеровании твёрдой поверхности;
- наружная коронка является сменной разных диаметров, что позволяет использовать данное оборудование на скважинах разного диаметра с заменой только коронки, что увеличивает универсальность данного оборудования.
Данная задача решается тем, что устройство очистки скважины, включающее последовательно соединенные снизу-вверх насадку-рыхлитель, контейнер для шлама с обратным клапаном в нижней части, образованный насосно-компрессорными трубами, сбивной клапан, насадка-рыхлитель включает корпус, коронку с зубьями, фрезу-райбер, винтовой вал, обгонную муфту, гайку, пружину, внутренний полый поршень, снабженный каналами, обеспечивающими соединение внутренней полости поршня с внутренней полостью корпуса, при этом каналы выполнены под углом 12-15° к оси поршня непараллельно друг другу, устройство также содержит гидравлический узел, состоящий из корпуса, вала, гайки, уплотнительных колец и срезных штифтов. Фреза-райбер и коронка с зубьями являются сменными и при работе вращаются попеременно. Фреза-райбер и коронка с зубьями армированы твердосплавной напайкой.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является более эффективное по сравнению с существующими устройствами разрушение пробок и всасывание разбуренного проппанта, шлама.
Устройство очистки скважин используется для нормализации забоев скважин, осложненных проппантными пробками после ГРП, цементными корками, посторонними предметами, посредством их механического разрушения и одновременного заполнения контейнера из труб разрушенными фрагментами пробки и забойным шламом. Данное устройство также может использоваться при промывке скважин как прямой, так и обратной промывкой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 – общий вид разбуривающей насадки,
на фиг.2 – общий вид устройства очистки скважины,
где
1 – фреза-райбер
2 - коронка с зубьями
3 – гайка
4 – винтовой вал
5 – пружина
6 - корпус
7 – обгонная муфта
8 – гайка
9 – внутренний полый поршень
10 – переводник
11 – насадка-рыхлитель (разбуривающая насадка)
12 - клапан обратный тарельчатый
13 - контейнеры из труб НКТ
14 - клапан обратный шаровый
15 – гидравлический узел
16 - клапан сливной сбивной.
Устройство очистки скважин содержит разбуривающую насадку (насадку–рыхлитель) 11, которая состоит из внешнего полого корпуса 6 и внутреннего подвижного полого поршня 9. К верхней части поршня 9 по резьбе привинчен муфтовый переводник 10 для соединения насадки-рыхлителя 11 с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ). На поршне 9 в нижней его части через обгонную муфту 7 закреплён винтовой вал 4. В нижней части корпуса неподвижно закреплена гайка 3, через которую проходит вал 4 и коронка 2 с зубьями, армированными твердосплавной напайкой. Коронка с зубьями 2 является сменной и может выполняться разных размеров. На нижнем конце вала 4 закреплена фреза-райбер 1, армированная твердосплавной напайкой. На вал 4 между поршнем 9 и гайкой 3 надета пружина 5. В поршне 9 выполнены каналы, предотвращающие прохождение крупных твёрдых частиц, и тем самым не допуская заклинивание клапанов и устройства очистки скважин. В поршне могут быть восемь каналов диаметром 12-20 мм под углом 12-15° к оси поршня непараллельные друг другу. Каналы не параллельны оси устройства для того, чтобы неразрушенные фрезой-райбер комки проппанта (песка) при соударении со стенками каналов дополнительно разбивались на более мелкие частицы. Количество и размеры каналов выбираются из конструктивных соображений для сохранения прочности детали, и чтобы суммарное проходное сечение каналов было максимальным. Значения углов могут быть подобраны опытным путём. Каналы в поршне соединяют внутреннюю полость поршня 9 с внутренней полостью корпуса 6. Учитывая этот момент, допускается сборка компоновки при минимальном расстоянии гидравлического узла от насадки-рыхлителя, для создания большего гидростатического давления при работе.
Выше насадки-рыхлителя 11 располагаются: клапаны обратные 12 и 14 с контейнерами из насосно-компрессорных труб (НКТ) 13, далее гидравлический узел 15 с дросселем, затем вновь трубы НКТ 13 и клапан сбивной 16, все элементы соединены между собой переводниками 10. Переводники представляют собой переходники цилиндрической формы с резьбой на противоположных концах (внутренними или внешними) и служат для соединения элементов устройства с разной резьбой.
Устройство очистки скважин гидравлическое (УОСг) (гидравлический узел) 15 состоит из корпуса, вала, гайки, колец уплотнительных и штифтов срезных. Вал полый, и имеет радиальные отверстия для перетока жидкости из корпуса внутрь вала. В исходном состоянии вал и корпус расположены так, что отверстия перекрыты корпусом и фиксируются в этом положении срезными штифтами. Для герметизации в проточках на валу размещены уплотнительные кольца. При определённом осевом усилии (зависит от диаметра используемых штифтов) штифты срезаются, вал смещается вниз относительно корпуса, отверстия в валу выходят за пределы корпуса (в переводник) и пластовая жидкость поступает внутрь вала и далее вверх по колонне насосно-компрессорных труб за счёт гидростатического эффекта.
За счет использования перепада давления жидкости между скважиной и воздушной полостью, состоящей из труб НКТ, на которых устройство спускается в скважину, при разгрузке колонны труб о забой скважины, штифты гидравлического узла срезаются и открываются отверстия для поступления элементов разрушенной пробки, жидкости и шлама. Одновременно через внутренний поршень и винтовой вал фреза-райбер выдвигается и вращается, фрезеруя пробку. Фрезерованные элементы пробки за счет депрессии всасываются в контейнер из труб НКТ. Во время подъема обратный клапан удерживает элементы разрушенной пробки и забойный шлам в контейнере из труб НКТ.
Устройство работает следующим образом.
Устройство спускается до забоя, коронка с зубьями 2 упирается в пробку, далее под весом труб НКТ поршень 9 входит в корпус 6 и сжимает пружину 5, при этом вал 4 проходит через гайку 3, выдвигая фрезу-райбер 1, которая при этом вращается вправо за счёт винтовой нарезки на валу 5 и гайке 3. Происходит разбуривание пробки по малому диаметру. Далее компоновка приподнимается, при этом пружина 5 втягивает вал 4 в корпус 6 в исходное положение. При этом за счёт обгонной муфты 7 вращение фрезы-райбера 1 не происходит и одновременно коронка с зубьями 2 вращается вправо, совместно с гайкой 3 и корпусом 6, подрывая края пробки, что позволяет более эффективно её разрушать. Обгонная муфта 7 не позволяет вращаться валу в обратную сторону влево, что предотвращает отворот труб. И фреза-райбер 1 и коронка с зубьями 2 работают с вращением вправо. При прохождении твёрдых частиц через систему каналов в поршне происходит их расщепление на более мелкие частицы из-за конструкции и гидростатического давления при работе.
При увеличении разгрузки за счёт веса труб срезаются штифты в гидравлическом узле и открываются отверстия, сообщающиеся с внутренней полостью труб НКТ выше по компоновке (изначально пустых). При этом за счёт гидростатического давления скважинной жидкости происходит поступление (всасывание) элементов разрушенной пробки, жидкости и шлама внутрь компоновки в контейнер из труб НКТ через отверстия в гайке 8, полость между валом 4 и корпусом 6 и каналы в поршне 9. Во избежание гидравлического удара в гидравлическом узле устройстве очистки скважины встроен дроссель (элемент с уменьшенным проходным сечением отверстия). Обратный клапан не позволяет собранным элементам пробки и шламу выходить обратно, при этом при повторении цикла позволяет всасывать новую порцию шлама.
После полного разбуривания пробки устройство поднимают. Для слива излишка жидкости из колонны труб НКТ бросают в колонну металлический стержень, который ломает радиально расположенный винт в сбивном клапане, при этом излишки жидкости выше сбивного клапана сливаются, а собранные шлам и элементы пробки остаются в контейнере из насосно-компрессорных труб расположенном ниже сбивного клапана.
Таким образом, заявляемое техническое решение:
- осуществляет более эффективное разбуривание пробок за счёт новой конструкции насадки-рыхлителя;
- является устройством мобильным (универсальным) за счёт сменной рабочей части;
- предотвращает осложнения в процессе работы за счёт измельчения твёрдых частиц;
- осуществляет увеличение скорости проходки при разрушении пробок за счёт изменения конструкции фрезы-райбера и насадки с зубьями (покрытия твёрдосплавным материалом, учащения зубьев и выбора оптимальной высоты зубьев);
- позволяет сократить время при нормализации забоя на осложнённом фонде скважин при наличии твёрдых пробок и приводит к экономии средств при выполнении текущего и капитального ремонта скважин;
- позволяет полностью извлекать шлам и части пробки (они всасываются), предотвращая загрязнение пласта продуктами очистки (соблюдение экологических норм).