СКВАЖИННЫЙ ЛОВИТЕЛЬ ШАРОВ КАМЫШЕВА
DOWNHOLE CATCHER FOR KAMYSHEV BALLS

Заявляемое изобретение относится к устройствам для обслуживания скважин в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для захвата и извлечения из скважины шаров, в том числе из немагнитных материалов (алюминий, фторопласт и т.д.), оставленных в скважине после проведения различных технологических операций с применением шаров.
Известны аналоги заявляемого изобретения, например магнитный ловитель, описанный в патенте RU №2213200, МПК Е21В 31/06, опубл. 27.09.2003 г., содержащий корпус и расположенную в нем магнитную систему с постоянными магнитами, имеющую в поперечном сечении серповидную форму. Магнитная система выполнена из двух или более продольных магнитопроводов, между которыми размещены постоянные магниты. Недостатком аналога является то, что он не может извлекать из скважины предметы, изготовленные из немагнитных материалов.
Известен также гидромагнитный фрезер-ловитель, описанный в патенте RU №2194145, МПК Е21В 31/06, опубл. 10.12.2002 г., содержащий связанный с соединительным переводником и фрезерной воронкой корпус с размещенной внутри него магнитной системой, имеющий промывочный канал, выполненный с фильтрующей пластиной, установленной в нижней части переводника, с симметрично расположенными в ней отверстиями, оси которых параллельны оси корпуса, и образующей промывочный канал ловителя. Магнитная система содержит стакан, внутренние стенки которого образуют промывочный канал системы, сообщенный с промывочным каналом ловителя. В дне стакана выполнены наклонные отверстия, расходящиеся в сторону забоя. Диаметр промывочного канала ловителя больше диаметра промывочного канала системы. Диаметр отверстий в пластине меньше, чем диаметр отверстий в дне стакана. Общая пропускная площадь отверстий в пластине больше, чем в дне стакана. Данному устройству присущ тот же недостаток, что и предыдущему аналогу.
Известно скважинное ловильное устройство, описанное в патенте RU №2276720, МПК Е21В 31/18, опубл. 20.05.2006 г., содержащее полый корпус с соосно установленным на радиально-упорных подшипниках подпятником и захватный элемент, концы которого жестко соединены с нижней частью корпуса, приспособление для вращения подпятника только в одну сторону. Подпятник выполнен с конической направляющей полостью и размещен в верхней части полости корпуса. Захватный элемент выполнен в виде гибкого звена, подвижно соединенного с подпятником. Гибкое звено выполнено в виде одной нити, средняя часть которой пропущена через выполненный в подпятнике диаметральный канал с возможностью осевого перемещения относительно последнего. Недостатком этого технического решения является то, что оно предназначено для подъема труб и с его помощью невозможно извлечь из скважины шары.
Известен также скважинный ловитель, описанный в патенте по заявке RU №2005102523/03, МПК Е21В 31/08, опубл. 20.08.2006 г., включающий корпус с тяговым органом и располагаемый в его полости подпружиненный в осевом направлении шнек со ступенчатым хвостовиком, шламосборник и привод для вращения шнека в виде винтовой несамотормозящей пары. Тяговый орган выполнен в виде каната, соединенного с хвостовиком шнека с возможностью их относительного поворота, корпус - в виде перевернутого стакана. Шнек снабжен подшипниковым узлом, установленным на хвостовике между дном стакана и пружиной, а корпус - ударным механизмом. Ход шнека регулируется шайбами, свободно установленными на хвостовике шнека. Шламосборник выполнен в виде контейнера с перфорированным днищем, расположенным ниже верхнего торца спиральной лопасти шнека. Недостатком данного скважинного ловителя является то, что он предназначен для извлечения мелких фрагментов (зубья шарошек, твердосплавные зубки) и с его помощью невозможно извлечение предметов, наприме, шаров, диаметр которых соизмерим с диаметром шламосборника.
В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбран магнитный извлекатель кольцевой, информация по которому выложена в Интернет-ресурсах на сайте: http://bittehnika.ru/ produkciya/instrument-dlya-likvidacii-avarijj/magnitnyjj-izvlekatel-kolcevojj-mik/ (дата выкладки информации не указана). Конструкция магнитного извлекателя кольцевого представляет собой трубчатый полый корпус цилиндрической формы, который с одной стороны имеет двухступенчатую упорную резьбу для крепления к обурочной трубе, а с другой установлена магнитная система, состоящая из постоянных магнитов, установленных по кольцу в латунных капсюлях. Данный магнитный извлекатель предназначен для извлечения из нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин мелких предметов, обладающих ферромагнитными свойствами. Недостатком прототипа является то, что с его помощью невозможно извлечь из скважины предметы, например шары, выполненные из немагнитных материалов (алюминий, фторопласт и др.).
Задачей, решаемой изобретением, является гарантированное извлечение из скважины шаров, изготовленных из любых материалов.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном скважинном ловителе, содержащем цилиндрический полый корпус, согласно изобретению:
- корпус состоит из жестко соединенных между собой отдельных полых секций;
- внутри полости каждой из секций установлен по меньшей мере один зацеп для удерживания шара, выполненный в виде упругой, по меньшей мере, однослойной пластины, жестко крепящейся одним из своих краев к корпусу секции, при этом пластина установлена относительно корпуса секции под острым углом с возможностью углового перемещения пластины по направлению к корпусу при воздействии на нее усилия;
- пластина в поперечном сечении имеет дугообразную форму, причем выпуклая поверхность пластины обращена к продольной оси симметрии секции;
- в корпусе секции напротив вогнутой поверхности пластины выполнен сквозной паз, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам пластины в плане.
Кроме этого, к нижней секции ловителя шаров может жестко крепиться защитный наконечник.
Кроме этого, к верхней секции ловителя шаров может жестко крепиться переходник для соединения ловителя с трубой.
Выполнение скважинного ловителя шаров с зацепами, выполненными в виде многослойных пластин с поперечным сечением дугообразной формы, позволяет обеспечить надежный захват и удержание внутри ловителя шаров, используемых при освоении скважины, различного диаметра и изготовленных из любых, в том числе и немагнитных материалов.
Проведенный патентный поиск показал, что из известного уровня техники не известна совокупность отличительных признаков заявляемого технического решения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».
Заявляемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, следовательно, оно соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Технический результат заключается в повышении эффективности работы ловителя за счет надежного захвата и удержания шаров, изготовленных из любых материалов.
Суть изобретения приводится на фиг. 1 - фиг. 4, на которых изображено: на фиг. 1 - продольный разрез ловителя, на фиг. 2 - вид сверху ловителя, на фиг. 3 - увеличенный фрагмент продольного разреза ловителя с извлекаемым шаром, на фиг. 4 - поперечное сечение пластины зацепа ловителя.
Скважинный ловитель шаров (см. фиг. 1) содержит цилиндрический полый корпус, состоящий из жестко соединенных между собой, например, посредством резьбовых соединений отдельных полых секций 1. Количество секций определяется эксплуатационной необходимостью, на фиг. 1 приведены две секции. Внутри полости каждой из секций 1 установлен по меньшей мере один зацеп 2 (как вариант исполнения на фиг. 2 изображены три зацепа 2, устанавливаемые в каждой из секций 1). Зацеп 2, предназначенный для удержания шаров, выполнен в виде упругой тонкой металлической пластины, которая может состоять из двух и более слоев, механически не скрепленных друг с другом. На фиг. 4 показано поперечное сечение пластины, выполненной как вариант исполнения, из двух слоев 5 и 6. Одним из своих краев пластина зацепа 2 жестко крепится к корпусу секции 1 и установлена относительно корпуса секции 1 под острым углом α (см. фиг. 1). При этом пластина зацепа 2 может совершать угловое перемещение по направлению к корпусу секции 1 при воздействии на нее усилия со стороны шара при его движении снизу вверх внутри ловителя. В поперечном сечении (см. фиг. 4) пластина имеет дугообразную форму, при этом выпуклая поверхность пластины обращена к продольной оси симметрии γ (см. фиг. 3) секции 1. Кроме этого, в корпусе секции 1 напротив вогнутой поверхности пластины выполнен сквозной паз 7, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам пластины зацепа 2 в плане, что позволяет пластине входить в паз 7 при ее полном отгибании в сторону корпуса секции 1. Улавливаемые ловителем шары обозначены сноской 8 на фиг. 3, на которой стрелками обозначен поток газожидкостной среды. Для предотвращения повреждения присоединительной резьбы нижней секции 1 к ней может жестко крепиться, например, посредством резьбы защитный наконечник 4. Для соединения ловителя с трубой, посредством которой он опускается в скважину, к верхней секции ловителя может жестко крепиться, например, посредством резьбы переходник 3.
Работа заявляемого технического решения происходит следующим образом. Ловитель шаров посредством переходника 3 монтируют на колонну труб (не показана) и опускают в скважину, из которой необходимо извлечь шары 8. После этого в скважину подают сжатый воздух, образующий с жидкостью скважины газожидкостную смесь, формирующую в скважине поток, направленный в верхнюю часть скважины (см. фиг. 3). Шар 8, находящийся вне ловителя (обозначен пунктирной линией), вовлекается потоком и заходит во внутреннюю полость нижней секции 1, начинает взаимодействовать с пластинами зацепов 2, отгибая их в сторону корпуса секции 1, и проходит в следующую секцию, расположенную выше. Наличие острого угла α между пластинами зацепов 2 и корпусом секции 1 позволяет снизить сопротивление шара 8 со стороны пластин зацепов 2 при его входе во внутреннюю полость секции 1. При полном отгибании пластины зацепа 2 она входит в паз 7 («утопает» в пазу 7), что также снижает сопротивление движению шара 8 в полости секции 1. Дугообразность формы поперечного сечения пластины зацепа 2 (см. фиг. 4) обеспечивает незначительное сопротивление при входе шара 8 во внутреннюю полость секции 1, но сопротивление выходу шара 8 многократно возрастает при его возможном обратном движении (при подъеме ловителя из скважины), что позволяет надежно удерживать шар 8 внутри секции 1. Установка зацепов 2 под острым углом α к корпусу секции 1 также повышает жесткость зацепов при воздействии на них шара 8 в сторону его выхода из секции ловителя (при подъеме ловителя). Выполнение пластины зацепа 2 многослойной из слоев, механически не скрепленных друг с другом, например из двух слоев 5 и 6, как показано на фиг. 4, позволяет значительно увеличить сопротивление зацепов при воздействии на них шара 8 в сторону возможного выхода из внутренней полости ловителя (при подъеме ловителя), обеспечивая тем самым надежное удержание шара 8 внутри ловителя. При этом увеличение усилия для изгиба зацепов 2 при воздействии шара со стороны входа во внутреннюю полость ловителя незначительно. Первый выловленный шар 8 под воздействием потока проходит все секции ловителя снизу вверх и задерживается в верхней секции. Следующий шар, проходя нижние секции ловителя, задерживается во второй (сверху) секции ловителя и т.д. Количество секций ловителя выбирают соответствующим количеству шаров в скважине, которое известно, вследствие чего все шары извлекаются из скважины за один спуск ловителя.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает надежное удержание шаров внутри полости ловителя, имеет относительно простую конструкцию, высокие эксплуатационные характеристики и позволяет извлекать из скважины шары, изготовленные как из ферромагнитных (сталь), так и немагнитных (алюминий, фторопласт) материалов.
Опытный образец заявляемого технического решения прошел испытания на скважинах компании «Сургутнефтегаз», где были подтверждены его надежность и высокие эксплуатационные характеристики.
Учитывая новизну, изобретательский уровень и промышленную применимость заявляемого технического решения, заявитель считает, что заявленное техническое решение может быть защищено патентом на изобретение.