Кольматирующий циркуляционный переводник

Полезная модель относится к строительству нефтяных и газовых скважин, а именно к циркуляционным переводникам в составе роторной компоновки, используемой для шаблонирования ствола скважины с целью безаварийного спуска обсадной колонны до плановой глубины.
Известен промывочный калибратор (Патент RU №145681, МПК Е21В 10/26, опубликовано 27.09.2014 г.), состоящий из полого цилиндрического корпуса с присоединительными замковыми резьбовыми соединениями для свинчивания с немагнитной утяжеленной бурильной трубой забойной телеметрической системы и бурильными трубами. На корпусе имеются пять лопастей, а в нижней части корпуса имеются два промывочных отверстия. Все лопасти имеют одинаковую длину и ширину (имеют одинаковые геометрические размеры), форма лопастей трапецеидальная - основание лопасти длиннее верхней части. Наружная поверхность лопастей армирована породо-разрушающими элементами, в качестве породоразрушающих элементов использованы поликристаллические алмазные зубцы (PDC). PDC зубцы фиксируются в лопастях методом запрессовки. Промывочные отверстия, находящиеся в нижней части корпуса, выполнены с возможностью установки в них сменных насадок, внутренний канал промывочных отверстий имеет прямоугольную форму.
В процессе проведения подъема компоновки низа бурильной колонны (КНБК) после бурения или шаблонирования, при появлении затяжек вызывается циркуляция бурового раствора, промывочная жидкость проходит через центральный канал корпуса калибратора и на уровне насадок разделяется на два потока: первый, основной поток, устремляется в низ бурильной колонны, а второй поток, меньший по мощности, проходит через промывочные отверстия в нижней части калибратора и попадает в затрубное пространство, увеличивает скорость восходящего потока в затрубном пространстве. Проводится обратная проработка ствола скважины: PDC зубцы, расположенные на лопастях, разрушают суженные участки ствола скважины, а поток через промывочные отверстия способствует выносу выбуренного шлама на поверхность. Применение сменных насадок позволяет регулировать скорость потока бурового раствора.
Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности перекрытия внутреннего пространства, вследствие чего часть бурового раствора циркулирует через центральное промывочное отверстие, при этом происходит потеря скорости движения потока в боковых отверстиях и, тем самым, отсутствует возможность эффективного регулирования как процесса работы гидравлического забойного двигателя, так и кольматационного упрочнения стенок скважины. Кроме того, в процессе прокачивания промывочного раствора с наполнителем, предназначенным для кольматирования стенок ствола скважины, существует риск забивания забойного двигателя наполнителем и получения отказа оборудования.
Наиболее близким техническим решением является циркуляционный переводник бурильной колонны (Патент RU №155225, МПК Е21В 21/10, опубликовано 27.09.2015 г.), содержащий трубчатый корпус, снабженный внешними отверстиями, ступенчатый золотник с радиальными отверстиями, пружину, седло, деформируемые шары активации, деформируемые шары блокирования, жесткие шары деактивации, устройство приема шаров.
В известной конструкции управление циркуляционным переводником происходит при помощи управляющих шаров, выполненных в виде деформируемого шара активации, деформируемых шаров блокирования и жестких шаров деактивации. Ниже золотника по концевой резьбе прикреплено устройство приема шаров.
В деактивированном состоянии известной конструкции весь поток жидкости направлен по внутренней полости корпуса от входа и далее через устройство приема шаров на выход циркуляционного переводника, образуя первичную траекторию текучей среды. Сообщение внутренней полости циркуляционного переводника с кольцевым зазором ствола скважины исключено. Для перехода в активированное положение, в колонну сбрасывается деформируемый шар активации, который переносится буровым раствором до седла ступенчатого золотника. После посадки шара активации на седло отсекаются нижележащие каналы, после чего увеличивают давление над ступенчатым золотником, приводящее к сжатию пружины, перемещению ступенчатого золотника в крайнее нижнее положение и открытию боковых отверстий в корпусе переводника. В результате образуется гидравлический канал, соединяющий внутреннее пространство бурильных труб с кольцевым зазором ствола скважины. При отсутствии расхода, ступенчатый золотник под действием пружины возвращается в первое положение, обеспечивая разобщение внутреннего пространства бурильных труб с кольцевым зазором ствола скважины. Для возвращения циркуляционного переводника в исходное состояние применяют два жестких шара деактивации, сбрасываемых в бурильную колонну, и переносимые буровым раствором до радиальных отверстий в ступенчатом золотнике. Перекрытие жесткими шарами деактивации радиальных отверстий вызывает рост давления, приводящий к проталкиванию деформируемого шара активации через седло. После прохода деформируемого шара активации через седло, ступенчатый золотник возвращается в первое положение, а циркуляционный переводник в исходное состояние. Деформируемые шары активации и деактивации проходят вниз и задерживаются устройством приема шаров. При необходимости производится повтор операций по активации и деактивации переводника.
Недостатком известной конструкции является ограничение по емкости устройства приема шаров, определяющее ограниченное количество циклов изменения направления потока текучей среды. Также к недостаткам переводника относится необходимость его разборки и сборки для извлечения шаров из устройства приема. Увеличение емкости устройства приема шаров приводит к увеличению длины циркуляционного переводника, а, следовательно, к уменьшению жесткости КНБК, что в свою очередь способствует появлению осложнений и непроизводительных спускоподъемных работ, обусловленных повышенной кривизной ствола.
Патент RU №155225 МПК Е21В 21/10 принят за прототип.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в увеличении циклов активации и деактивации циркуляционного переводника, в увеличении жесткости компоновок с включением кольматационного устройства, в повышении эффективности упрочнения стенок ствола скважин, в появлении дополнительной функции по проработке интервалов скважин с повышенным локальным искривлением.
Это достигается тем, что кольматирующий циркуляционный переводник содержит корпус с боковыми отверстиями, золотник, седло, пружину, пробки со сквозными отверстиями, шар активации, устройство приема шаров, мембрану и корпус калибратора. Внутри имеется полость, проходящая в корпусе и золотнике, через которую проходит первичная траектория движения текучей среды. Золотник имеет первое положение, в котором сквозные отверстия пробок перекрыты, и второе положение, в котором блокируется первичная траектория движения текучей среды, а сквозные отверстия пробок сообщаются с внутренней полостью переводника для поступления всего объема текучей среды в кольцевой зазор ствола скважины. С внешней стороны на уровне устройства приема шаров активации располагается калибрующая часть. Длина кольматирующего циркуляционного переводника составляет не более одного метра, благодаря этому он имеет возможность входить в состав шаблонировочной компоновки вместо одного из калибраторов, в силу обладания необходимой жесткостью, что, в свою очередь, позволяет производить дополнительное упрочнение стенок скважин путем втирания кольматационного слоя. Шары для активации кольматирующего циркуляционного переводника выполнены из разлагаемого (растворимого) материала, благодаря чему для управления циклом активации и деактивации переводника используется один шар. Регулирование продолжительности нахождения переводника в активированном состоянии производится подбором состава материала шара активации, исходя из параметров рабочей среды, в которой происходит процесс разложения (растворения) шара. Также время нахождения переводника в активированном состоянии можно регулировать прокачкой высокоминерализованной пачки, способствующей увеличению скорости разложения (растворения) шара.
В отличие от прототипа в предлагаемом кольматирующем циркуляционном переводнике для активации используется шар из разлагаемого (растворимого) материала, а в случае потребности в однократной обработке ствола - из не разлагаемого материала, на наружной поверхности переводника имеется калибрующая часть, что позволяет производить калибрование и дополнительное упрочнение стенок скважин за счет втирания кольматационного экрана при расхаживании и вращении компоновки с кольматирующим переводником.
В отличие от прототипа для выполнения цикла активации и деактивации устройства используется всего один шар, что упрощает управление траекторией подачи текучей среды, а также, за счет применения разлагаемого (растворимого) материала, приводит к уменьшению длины устройства приема шаров, а наличие мембраны исключает возможность вымывания растворяющегося шара активации. Материал и габариты инициирующего шара могут подбираться индивидуально под скважинные условия, с прогнозируемой скоростью разложения и работы кольматирующего устройства в активированном положении, за счет чего обеспечивается необходимый период работы устройства и отсутствует необходимость прокачивания деактивирующих шаров, предусмотренных в рассматриваемом прототипе.
Предлагаемая полезная модель за счет наличия калибрующей части, небольшой длины может быть включена в состав роторной шаблонировочной компоновки вместо одного из калибраторов, благодаря чему возможно проведение операций по проработке интервалов с повышенным локальным искривлением и кольматации стенок ствола скважины за одну спускоподъемную операцию.
На фиг. 1 изображен кольматирующий циркуляционный переводник в исходном положении.
На фиг. 2 изображен общий вид кольматирующего циркуляционного переводника.
На фиг. 3 изображен кольматирующий циркуляционный переводник на момент начала активации.
На фиг. 4 изображен кольматирующий циркуляционный переводник в активированном положении.
На фиг. 5 изображен кольматирующий циркуляционный переводник после перехода в исходное положение.
Кольматирующий циркуляционный переводник (фиг. 1) состоит из корпуса 1, в котором имеются боковые отверстия 2. В боковые отверстия 2 установлены пробки 3, имеющие сквозные внутренние отверстия. Пробки 3 имеют несколько исполнений, отличающихся размером сквозных отверстий в них. Это необходимо для регулирования скорости потока текучей среды через сквозные отверстия. В корпусе 1 установлен золотник 4, имеющий возможность скольжения. В золотнике 4 установлено седло 5. Для исключения проворачивания золотника 4 в нем имеется продольный паз, в который входит направляющая 6, закрепленная в корпусе 1. Между торцом золотника 4 и уступом корпуса 1 установлена пружина 7. Под корпусом 1 по резьбе прикреплен корпус калибратора 8 (фиг. 2), внутри которого установлено устройство приема шаров 9 (фиг. 1). Управление кольматирующим циркуляционным переводником происходит при помощи шара активации 10 (фиг. 3). Над устройством приема шаров установлена мембрана 11 (фиг. 1).
При работе кольматирующего циркуляционного переводника образуются гидравлические каналы А, Б, В.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии кольматирующего циркуляционного переводника (фиг. 1) золотник 4 находится в первом верхнем положении, весь поток жидкости направлен на выход корпуса калибратора по каналу А-Б, образуя первичную траекторию движения текучей среды, сообщение внутренней полости кольматирующего циркуляционного переводника с кольцевым зазором ствола скважины (не показано) исключено. Для перехода в активированное положение в колонну сбрасывается шар активации 10 (фиг. 3), который переносится буровым раствором до седла 5 золотника 4. После посадки шара активации 10 на седло 5 отсекается нижележащий канал Б. В дальнейшем повышение давления над золотником 4 приводит к сжатию пружины 7 и перемещению золотника 4 до соприкосновения его торца с уступом корпуса 1 (фиг. 4). При нахождении золотника 4 во втором положении открываются сквозные внутренние отверстия пробок 3, образуя гидравлический канал А-В, соединяющий внутреннее пространство труб с кольцевым зазором ствола скважины (не показано). При отсутствии расхода золотник 4 под действием пружины 7 возвращается в первое положение, обеспечивая разобщение внутреннего пространства переводника с кольцевым зазором ствола скважины. Для возвращения кольматирующего циркуляционного переводника в исходное состояние производят выдержку интервала времени, необходимого для разложения (растворения) верхнего слоя шара активации 10 до размера, позволяющего шару пройти через седло 5. Разложение (растворение) верхнего слоя материала шара активации возможно выполнить при прокачке высокоминерализованной пачки, способствующей увеличению скорости разложения (растворения) шара. После разложения (растворения) верхнего слоя шар активации 10 проталкивается через седло 5, при этом золотник 4 возвращается в первое положение, а кольматирующий циркуляционный переводник в исходное, образуется гидравлический канал А-Б (фиг. 5). После проталкивания шар активации 10 задерживается в устройстве приема шаров 9, где происходит его дальнейшее растворение к моменту начала следующей операции активации кольматирующего циркуляционного переводника.
Таким образом, предлагаемая полезная модель кольматирующего циркуляционного переводника с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет производить неограниченное количество циклов активации, упростить управление траекторией подачи текучей среды, повысить эффективность упрочнения стенок ствола скважин, устранять интервалы скважин с повышенным локальным искривлением в составе роторной шаблонировочной компоновки, улучшить эксплуатацию и функциональность устройства.