УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УПАВШИХ В СКВАЖИНУ ТРУБ
DEVICE FOR EXTRACTION OF PIPES FALLEN TO WELL

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности, и может быть использовано при капитальном ремонте скважин.
Известна [1] труболовка для извлечения оборванных труб из скважин. Она состоит из корпуса, плашкодержателя, плашек, центратора, наконечника. Корпус представляет собой цилиндрическое тело с центральным или центрально-радиальным отверстием. В нижней части корпуса, на боковых поверхностях, выполнены три наклонных плоскости с продольными выступами, на которых установлены плашки вместе с плашкодержателем и центраторами. В верхней части корпуса имеется резьба для присоединения устройства к колонне бурильных труб. К нижней части корпуса присоединяется наконечник, работающий в качестве направляющей при вводе устройства в ловимую трубу. С внешней стороны плашки имеются зубья, предназначенные для захвата ловимых труб, а с внутренней - скошенные поверхности и пазы с профилем. При извлечении труб труболовка на колонне бурильных труб, без вращения, опускается в скважину и осторожно вводится в ловимую трубу, после чего продолжается спуск до требуемой глубины. Центратор скользит по стенке эксплуатационной колонны и центрирует труболовку относительно оси скважины. Вращением бурильных труб плашки освобождаются, вместе с плашкодержателем, из верхнего фиксирующего положения. Под действием собственного веса плашки спускаются вниз по наклонной плоскости корпуса. В результате они выступают за габариты корпуса и заклиниваются между корпусом и внутренней стенкой ловимой трубы. Последующим натяжением колонны бурильных труб вверх происходит дальнейшая врезка зубьев плашек в тело ловимой трубы.
Недостатком этой труболовки(прототипа) является то, что при извлечении высокопрочных труб или труб, имеющих закаленную внутреннюю и внешнюю поверхности, плашки будут плохо врезаться (или вообще не будут врезаться, а будут скользить по поверхности ловимой трубы) в тело ловимых труб и, следовательно, извлечь эти трубы на поверхность данными труболовками не удастся.
Предлагаемое устройство лишено этого недостатка. Технической задачей является повышение надежности извлечения упавших в скважину труб, а также обеспечение возможности извлечения из скважин оборвавшихся высокопрочных труб.
Технический результат достигается предлагаемым устройством, включающим корпус круглой продолговатой формы, имеющей внизу внутри, у нижнего торца, конусную поверхность по кругу, для облегчения ввода извлекаемой трубы внутрь устройства, а снизу и сверху корпус имеет два глухих центральных отверстия, из которых в нижнем отверстии, на середине его высоты, выполнены четыре выемки прямоугольной формы, расположенные на одной высоте и на равном расстоянии друг от друга, а на внутренних вертикальных стенках этих выемок располагаются изолирующие пластины, в которые, одним концом, упираются пластинчатые пружины, а вторым своим концом - во внутреннюю поверхность электродов, установленных в выемках, на шарнирах снизу, для поворота вокруг него, когда при опускании устройства подъемной системой, на уровне извлекаемой трубы, торец последней касается конусной поверхности корпуса, которая центрирует ее, а далее, при продолжении опускания устройства, внешняя кромка стенки извлекаемой трубы на ее торце касается внешней поверхности электродов и поворачивает их на шарнире, преодолевая усилие пластинчатой пружины, которая сжимается при этом, обеспечивая прижатие электродов к внешней поверхности извлекаемой трубы и скольжение по ней до места окончания опускания устройства, сами же электроды соединены с минусовой клеммой источника постоянного электрического тока, расположенного на дневной поверхности, а плюсовая клемма этого источника соединена с обсадной колонной, внутри которой располагается извлекаемая труба, на ее устье; верхнее внутреннее отверстие образует полость для электролита, в которой размещен погружной насос, обеспечивающий подачу электролита в зону анодного растворения, через каналы между глухими отверстиями и обратные клапаны, а полость для электролита сверху закрывается герметично, через прокладку, крышкой на резьбе с рым-болтом в центре, который связан с транспортной системой, причем электроды на выступающих торцах имеют изолирующие площадки, для образования зазора между электродом и внешней поверхностью извлекаемой трубы, в который подается насосом электролит и, когда включается источник постоянного тока, происходит анодное растворение металла извлекаемой трубы вплоть до образования отверстий в стенке и утапливание электродов в них, на которых извлекаемая труба повисает при ее подъеме.
Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство отличается от прототипа следующим:
- конструкцией устройства;
- наличием источника постоянного электрического тока и его расположением на дневной поверхности;
- наличием четырех электродов, соединенных с минусовой клеммой источника постоянного электрического тока;
- подсоединением извлекаемой трубы к плюсовой клемме источника постоянного электрического тока через обсадную колонну;
- наличием, в корпусе устройства, емкости для электролита;
- подачей электролита в зону анодного растворения металла извлекаемой трубы погружным насосом;
- поджатием электродов к внешней поверхности извлекаемой трубы пластинчатыми пружинами;
- наличием изолирующих площадок на электродах для обеспечения зазора между электродами и внешней поверхностью извлекаемой трубы;
- наличием рым-болта для связи устройства с подъемно-транспортной системой;
- наличием конусной поверхности в нижнем глухом отверстии;
- наличием обратных клапанов в канале подачи электролита.
Это делает предлагаемое устройство соответствующим критерию «новизна».
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».
Применение всех новых признаков позволяет существенно повысить надежность извлечения из скважины упавших труб, или дает единственную возможность извлечь на поверхность упавшую трубу из высокопрочной или закаленной стали.
На фиг.1 представлен продольный разрез устройства в положении, когда торец извлекаемой трубы касается внешней поверхности электродов. На фиг.2 показано положение электродов, когда образовались сквозные отверстия в стенке извлекаемой трубы, и она повисла на электродах при приложении усилия к рым-болту на подъем. На фиг.3 изображен поперечный разрез устройства в сечении по нише чуть выше электродов.
Устройство для извлечения упавших в скважину труб состоит из корпуса 1 круглой продолговатой формы. Снизу корпус имеет конусные, изнутри, поверхности, чтобы легче было вводить во внутрь устройства извлекаемую трубу (штангу) 19. Снизу и сверху корпус устройства имеет два глухих центральных отверстия. Внутри нижнего отверстия (примерно на середине его высоты) выполнены в стенке корпуса четыре выемки 6 прямоугольной формы, расположенные на одной высоте и на равном расстоянии друг от друга. На внутренней стенке выемок располагаются изолирующие пластины 4. К ним крепятся, одним концом, пластинчатые пружины 5. Другой конец этих пружин упирается во внутреннюю поверхность электродов 3, изготовленных из прочного электропроводного металла (сплава) и имеющих возможность вращаться вокруг оси 2. Электроды 3 соединены проводом 7 с «минусовой» клеммой источника постоянного электрического тока, расположенного на дневной поверхности. Пластины 4 изолируют электроды 3 от корпуса. Ось 2 также электрически изолирована от электродов 3. Верхнее внутреннее глухое отверстие в корпусе является полостью 10, в которой размещен электролит, подаваемый в зону анодного растворения через отверстия 8 и обратные клапаны 9 насосом 13 погружного типа с электроприводом. Запитывается насос, через кабель 16, от источника электрической энергии, располагаемого на дневной поверхности. Полость 10 герметично, за счет прокладки 12, закрывается крышкой 11, в которую ввернут рым-болт 14, соединяемый с транспортной системой канатом 15.
Электроды 3 имеют на выступающих торцах изолирующие площадки 17 для образования зазора между электродом и внешней поверхностью извлекаемой трубы 19. Эксплуатационная колонна 18 наверху (у устья) соединена с «плюсовой» клеммой источника постоянного электрического тока.
Работае устройство для извлечения упавших в скважину труб следующим образом.
Приготовленный электролит заливают на поверхности в полость 10, через крышку 11, в необходимом количестве. Объем камеры 10 достаточен для этого. Затем устройство подвешивают к транспортной системе за рым-болт 14 канатом 15, например к лебедке, и подсоединяют кабель 16 к источнику электрической энергии насоса 13, а провод 7 соединяют с «минусом» источника постоянного электрического тока, используемого для анодного растворения. «Плюс» этого источника подсоединяют к эксплуатационной, у устья, колонне. Так как упавшая колонна труб обязательно опирается на стенку эксплуатационной колонны, то извлекаемая труба 19 будет соединена с «плюсом» источника постоянного электрического тока. Затем устройство опускается в скважину внутрь эксплуатационной колонны. Предварительно проводят обследование этой колонны на предмет, где находятся оторвавшиеся трубы, как они располагаются в скважине и т.п.При достижении глубины, близкой к расположению извлекаемой трубы (к верхнему ее концу), скорость спуска уменьшается, а далее медленно и осторожно начинается завод первой извлекаемой трубы 19 внутрь устройства. Конусная поверхность нижней части корпуса устройства помогает этому. Момент касания устройством извлекаемой трубы 19 фиксируется показанием индикатора веса. При дальнейшем спуске устройства торец трубы 19 упрется в нижние (наружные) плоскости электродов 3, которые плоской пружиной 5 удерживаются в выпущенном положении. За счет собственного веса устройства торцом трубы 19 электроды, преодолевая усилия пружин 5, начинают отжиматься к внутренней поверхности корпуса 1, вращаясь на осях 2 и скользя по внешней торцевой кромке трубы 19 до тех пор, пока не начнут скользить своими свободными торцами по внешней поверхности трубы 19. Когда торец трубы 19 упрется в дно нижнего отверстия корпуса 1, то спуск устройства прекратится (индикатор веса это покажет). Электроды 3, а их четыре, будут касаться своими свободными торцами внешней боковой поверхности извлекаемой трубы 19. Так как их прижимают к этой поверхности пружины 5 с одинаковым усилием, то труба 19 будет отцентрирована относительно продольной оси устройства, т.е. расстояние от внутренней стенки корпуса 1 устройства до внешней поверхности трубы 19 будет одинаковым по всей окружности. Изолирующие площадки 17 на каждом электроде обеспечивают зазор между электродами 3 и извлекаемой трубой 19, т.е. между катодом (электроды 3) и анодом (труба 19), препятствуя короткому замыканию. После этого включается в работу насос 13 (электропитание с поверхности подается по кабелю 16). Так как глубина нахождения торца трубы 19 известна, то насос настраивают на выходное давление электролита, большее, чем гидростатическое давление давление трубной жидкости на данной глубине. Поэтому, при работающем насосе, электролит из емкости 10, преодолевая давление трубной жидкости, через обратные клапаны 9, герметизирующие полость 10 при неработающем насосе, выдавливается в полость нижнего отверстия корпуса 1. А так как электролит тяжелее трубной жидкости, то он вытесняет последнюю из этой полости и попадает в зазор (рабочую зону) между электродами 3 и трубой 19. При этом образуется электрическая цепь: «плюс» источника постоянного электрического тока на поверхности, эксплуатационная труба 18, извлекаемая труба 19, электролит в зазоре между внешней поверхностью трубы 19 и электродами 3, электроды 3, провод 7, «минус» источника постоянного тока. Затем включается источник постоянного электрического тока на поверхности, и по данной электрической цепи потечет электрический ток, который вызовет протекание анодного растворения [2] металла стенки трубы 19. Электроды 3 начнут углубляться в стенку трубы 19. По предварительным исследованиям, при определенных электрических параметрах процесса анодного растворения (напряжение, сила тока) будет известно время, за которое образуются сквозные углубления в трубе 19. По истечении этого времени выключаются источник постоянного электрического тока и насос 13. Большее время растворять металл трубы 19 не надо, так как свободные торцы электродов не будут упираться (см. фиг.2) в верхнюю поверхность образовавшейся при анодном растворении полости 20, что необходимо для приложения усилий к извлекаемой трубе при ее подъеме. Протекание электрического тока прекращается, что останавливает анодное растворение металла трубы 19. Подача электролита также прекращается выключением электропитания насоса 13. Обратные клапаны 9 закрываются, перекрывая доступ трубной жидкости внутрь полости 10. Электроды 3 остаются в том положении, при котором прекратился процесс анодного растворения. Это обеспечивает пластинчатая пружина 5. Свободные торцы электродов 3 упираются в верхнюю поверхность образовавшейся полости 20. Другие торцы электродов связаны с осью вращения 2, что препятствует продольному перемещению электродов. Пружины 5 заставляют электроды 3 находиться в образовавшихся полостях 20. И электроды 3 в этом положении являются как бы заклинивающими элементами, образующими прочную связь между корпусом 1 устройства и извлекаемой трубой 19. После этого начинается подъем устройства вместе с трубой 19. Для этого включается в работу транспортная система, усилие от которой, через трос 15, передается на рым-болт 14, от него - на крышку 11 и, через резьбу, на корпус 1 устройства, далее - на электроды 3, которые работают на сжатие, и на трубу 19, через место контакта электродов 3 и этой трубы в нишах 20. При сматывании троса 15 одновременно сматывается кабель 16 и провод 7. При извлечении на поверхность труба 19 отделяется от устройства выведением электродов 3 из ниш 20. после этого, если требуется поднятие следующей трубы 19, добавляется электролит в полость 10, и операция повторяется, как описано выше. На фиг.3 пунктиром показана, под номером 19, штанга квадратной формы. То есть предлагаемое устройство может извлекать на поверхность не только круглые, в поперечном сечении, предметы, в частности трубы, но и элементы газодобычи другой формы в сечении, например квадратной.
Предлагаемое устройство для извлечения упавших в скважину труб позволяет увеличить надежность поднятия из скважины упавших в нее труб, а для труб, изготовленных из высокопрочной стали, является единственным средством их извлечения на дневную поверхность.
Источники информации:
1. Кустышев А.В. Сложные ремонты газовых скважин нп месторождениях Западной Сибири. - М.: Газпром, 2010. - С.151-155.
2. Бирюков Б.Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. - М.: Машиностроение, 1981. - С.93-115.