УСТЬЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСВОБОЖДЕНИЯ КОЛОННЫ ТРУБ ИЗ СКВАЖИНЫ
WELLHEAD FACILITY FOR EXTRACTING PIPE STRING FROM BOREHOLE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устьевым устройствам для освобождения аварийной колонны труб, прихваченной в скважине.
Известна устьевая установка генерации и передачи акустической энергии для освобождения прихваченной колонны труб в буровой скважине (US 4429743, Е21В 37/08; Е21В 41/00, опубл. 07.02.1974 г.), включающая орбитальный массовый генератор, предназначенный для генерации акустической энергии с резонатором, соединенный на устье с колонной труб, подъемник и демпфер, установленный между генератором и подъемником и выполненный в виде поршневого вертикального амортизатора, заполненного жидкостью или газожидкостной смесью.
Недостатками данной устьевой установки являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, высокая стоимость изготовления и металлоемкость (орбитальный массовый генератор предназначен для генерации акустической энергии с резонатором).
Наиболее близким по технической сущности является устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины (патент US 3500908, Е21В 37/08; Е21В 41/00, опубл. 07.02.1974 г.), включающее демпфер, установленный между подъемником и генератором вертикальных импульсов, который снизу соединен с колонной труб, причем демпфер выполнен в виде верхней и нижней горизонтальных пластин с вертикальными телескопически вставленными друг в друга цилиндром и штоком, между упорами которых установлены пружины, а генератор вертикальных импульсов выполнен в виде установленных в корпусе пар соединенных вертикальных зубчатых колес со смещенным центром тяжести, подобранных так, чтобы при вращении зубчатых колес их суммарный импульс был направлен по оси колонны труб.
Недостатками данной устьевой установки являются:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
во-вторых, высокая точность изготовления зубчатых колес, напрямую влияющая на дороговизну устройства в изготовлении, в обратном случае может произойти заклинивание зубчатых колес в процессе работы;
в-третьих, усилие по оси колонны, создаваемое на прихваченную колонну труб равнозначно по усилию вверх и вниз, что снижает эффективность извлечения прихваченной колонны труб из скважины.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, снижение стоимости его изготовления, снижение металлоемкости, а также увеличение усилий, направленных вверх.
Поставленная задача решается устьевым устройством для освобождения колонны труб из скважины, включающим демпфер, установленный между подъемником и генератором вертикальных импульсов, который снизу соединен с колонной труб.
Новым является то, что демпфер выполнен в виде вертикального герметичного цилиндра с поршнем, внутренняя полость под поршнем которого заполнена газом, а генератор вертикальных импульсов выполнен в виде трубчатого корпуса, состоящего из последовательно соединенных силового цилиндра, соединенного сверху со штоком поршня демпфера, и расположенной ниже полой камеры, при этом силовой цилиндр снабжен силовым поршнем, который соединен через сливной тройник с колонной труб полым штоком, оснащенным верхним рядом, размещенным в подпоршневой полости силового цилиндра, и средним и нижним рядами радиальных отверстий, размещенными в полой камере, разделенными изнутри перемычкой и проходящими через полую камеру, заглушенную сверху, подпоршневая полость силового цилиндра сообщена с нагнетательным насосом, причем генератор гидравлических импульсов выполнен в виде полой втулки с внутренней цилиндрической выборкой, герметично надетой на полый шток с перекрытием нижнего ряда радиальных отверстий и с возможностью продольного перемещения, причем внутренняя цилиндрическая выборка выполнена сообщающейся со средним рядом радиальных отверстий и с возможностью сообщения со средним и нижним рядами отверстий одновременно при перемещении полой камеры вниз относительно полого штока и взаимодействия полой втулки с верхней стенкой полой камеры.
На чертеже изображено предлагаемое устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины в продольном разрезе.
Устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины (не показано) включает демпфер 1 (см. чертеж), установленный между подъемником 2 (условно показан крюкоблок) и генератором вертикальных импульсов 3.
Демпфер 1 включает вертикальный герметичный цилиндр 4 с поршнем 5, внутренняя полость 6 которого заполнена газом (например, азотом под давлением 30,0 МПа).
Генератор вертикальных импульсов 3 выполнен в виде трубчатого корпуса, состоящего из последовательно соединенных силового цилиндра 7, соединенного сверху со штоком 8 поршня 5 демпфера 1, и расположенной ниже полой камеры 9.
Силовой цилиндр 7 снабжен силовым поршнем 10, который соединен через сливной тройник 11 с колонной труб 12 полым штоком 13, оснащенным верхним рядом 14, размещенным в подпоршневой полости 18 силового цилиндра 7, и средним 15 и нижним 16 рядами радиальных отверстий, размещенными в полой камере 9, разделенными изнутри перемычкой 17, и проходящих через полую камеру 9, заглушенную сверху.
Подпоршневая полость 18 силового цилиндра 7 сообщена с нагнетательным насосом, например поршневым типа ЦА-320 (не показано). Генератор гидравлических импульсов 3 выполнен в виде полой втулки 19 с внутренней цилиндрической выборкой 20 герметично надетой на полый шток 13 с перекрытием нижнего ряда радиальных отверстий 16 и с возможностью продольного перемещения, относительно полого штока 13.
Внутренняя цилиндрическая выборка 20 выполнена сообщающейся со средним рядом радиальных отверстий 15 и с возможностью сообщения со средним 15 и нижним 16 рядами отверстий одновременно при перемещении полой камеры 9 вниз относительно полого штока 13 и взаимодействия полой втулки 19 с верхней стенкой полой камеры 9.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 21, 22, 23, 24, 25.
Устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины работает следующим образом.
Устройство собирают на устье скважины, как показано на чертеже, при этом перед установкой сливного тройника 11 на верхний конец прихваченной колонны труб герметично устанавливают глухую заглушку 26, после чего с помощью подъемника 2 производят натяжку устройства и соответственно прихваченной в скважине колонны труб 12.
Приводят в действие нагнетательный насос, который нагнетает рабочую жидкость (например, техническую воду) в подпоршневую полость 18 силового цилиндра 7, откуда рабочая жидкость через верхний ряд радиальных отверстий 14 поступает внутрь полого штока 13 и, далее, через средний ряд 15 радиальных отверстий полого штока 13 во внутреннюю цилиндрическую выборку 20.
Нагнетательный насос продолжает нагнетать рабочую жидкость в подпоршневую полость 18 цилиндра 7, при этом силовой цилиндр 7 с полой камерой 9 перемещаются вниз относительно полого штока 13 и силового поршня 10, остающихся на месте, а поскольку сверху силовой цилиндр 7 соединен со штоком 8 поршня 5 демпфера 1, то происходит сжатие газа во внутренней полости 6 цилиндра 4 демпфера 1.
В определенный момент полая втулка 19 своим верхним торцом 27 вступает во взаимодействие с верхней стенкой 28 полой камеры 9, при этом силовой цилиндр 7 с полой камерой 9 продолжают перемещаться вниз относительно полого штока 13 и силового поршня 10, остающихся на месте.
Далее перемещение силового цилиндра 7 с полой камерой 9 вниз осуществляется вместе с полой втулкой 19, поскольку верхний торец 27 полой втулки 19 взаимодействует с верхней стенкой 28 полой камеры 9, причем полый шток 13 и силовой поршень 10 остаются неподвижными.
Вследствие перемещения вниз силового цилиндра 7 совместно с полой втулкой 19 относительно полого штока 13 и силового поршня 10 происходит одновременное сообщение посредством внутренней цилиндрической выборки 20 среднего 15 и нижнего 16 рядов отверстий полого штока 13.
В результате рабочая жидкость перетекает во внутреннее пространство полого штока 13 ниже перемычки 17, а оттуда через сливной тройник 11, благодаря заглушке 26 - в сливную емкость (не показано), при этом происходит резкий сброс давления в подпоршневой полости 18 силового поршня 10.
В итоге происходит резкое ударное усилие вверх, направленное на сдвиг вверх прихваченной колонны 12, а поскольку сверху силовой цилиндр 7 жестко соединен со штоком 8 поршня 5 демпфера 1, внутренняя полость которого находится под действием сжатого газа, то происходит гашение ударного усилия вверх, воспринимаемого подъемником 2 за счет возвращения поршня 5 цилиндра 4 демпфера 1, и генератор вертикальных импульсов 3 возвращается в исходное положение (см. чертеж).
Таким образом, происходит один цикл работы устьевого устройства для освобождения колонны труб из скважины.
В дальнейшем цикл повторяется, как описано выше.
Предлагаемое устьевое устройство для освобождения колонны труб из скважины имеет простую конструкцию и в сравнении с прототипом дешево в изготовлении и имеет меньшую металлоемкость, при этом конструкция устройства позволяет значительно увеличить усилия, направленные вверх по оси колонны труб, что повышает эффективность извлечения прихваченной колонны труб в скважине.