УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОСЛОЖНЕНИЙ В СКВАЖИНЕ Российский патент 1994 года по МПК E21B21/10 E21B34/10 

Устройство относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к предупреждению и ликвидации нефтегазопроявлений и открытых фонтанов.

Особую опасность при бурении скважин предоставляют газопроявления.

При наличии соответствующих условий газопроявления могут, развиваясь, перейти в выбросы и открытые фонтаны. На ряде месторождений поступающий газ является токсичным, что значительно осложняет аварию.

Один из методом борьбы с выбросами заключается в пеpепуске бурового раствора через специальные устройства в затрубное пространство, что приводит к дисперсии газа и уменьшению концентрации его в выходящем на поверхность потоке бурового раствора [1].

Устройство, устанавливаемое на бурильной колонне выше газопроявляющего пласта, представляет собой кольцо с отверстиями, в которые вставлены пружинные клапаны, открывающиеся при повышении давления бурового раствора.

Для приведения в действие устройства необходимо наблюдать за увеличением объема раствора в емкостях, давлением в обсадных и бурильных трубах. При необходимости, для срабатывания устройства повышается с помощью насосов давление бурового раствора. Для отключения устройства в бурильную колонну сбрасывается шар.

Недостатками устройства является отсутствие автоматизма действия, необходимость повышения давления бурового раствора и сбрасывание шара.

Известно устройство, предназначенное для борьбы с прихватом бурильного инструмента [2], которое состоит из трубы и коронки, которая при прихвате, перемещаясь, способствует образованию канала для соединения трубного и затрубного пространства, при этом сечение бурильной колонны частично перекрывается, отчего большая часть бурового раствора перетекает в затрубное пространство.

Работа устройства не требует контроля, повышения давления и сбрасывания шара.

Однако для срабатывания устройства необходим подъем бурильного инструмента и встреча устройства с препятствием.

Известно устройство для предупреждения осложнений в скважине, состоящего из корпуса цилиндрической формы со сквозными каналами и радиальным пазом, в котором установлен подпружиненный шар с осевым каналом. На корпусе размещена подвижная в осевом направлении полая втулка с конической внутренней поверхностью и отверстиями параллельными оси скважины. При подъеме в затрубном пространстве пачки газа он начнет протекать по этим отверстиям и поднимет полую втулку, благодаря чему откроются каналы, соединяющие затрубное и внутритрубное пространство, а шар выдвинется на центр корпуса, сужая проходное сечение в нем [3].

Недостатки устройства следующие:
- в толщине стенки корпуса бурильного замка, например при S = = 38 мм , не может быть размещен шар, диаметром близким к 101 мм;
- полая втулка, расположенная сверху муфты бурильной колонны увеличивает его диаметр более, чем в два раза;
- при наличии кpивизны в скважине бурильная колонна упрется в стенку скважины, выступающей полой втулкой, и она не сможет подняться или опуститься;
- для включения конуса, который должен войти в быстро двигающийся поток бурового раствора, требуется большой вес колон втулки.

Целью изобретения является повышение надежности работы за счет размещения всех деталей в объеме не выступающем как наружу муфтового соединения, так и внутрь проходного канала его.

Цель достигается тем, что в существующем устройстве, состоящем из корпуса, с каналами в нем, соединяющими внутритрубное и затрубное пространства, и выдвижного усеченного пустотелого конуса, утапливаемого в корпусе, последний снабжен размещаемыми в фасонных его углублениях поворотными рычагами, оканчивающимися головками, при схождении которых к центру корпуса образуется усеченный пустотелый конус при воздействии на рычаги плунжеров, расположенных в радиальных, цилиндрических отверстиях, с возможностью совпадения радиальных, осевых и кольцевых каналов с каналами в стенке корпуса, внутритрубное пространство соединяется с затрубным. Для обеспечения возможности поворота рычагов предусмотрены также шариковые клапаны в стенке корпуса. Таким образом при появлении пачки H₂S в затрубном пространстве давление в нем повышается, открываются клапаны и каналы, соединяющие внутритрубное и затрубное пространства и часть бурового раствора начнет замкнутую циркуляцию в скважине без выноса H₂S на дневную поверхность до полной нейтрализации H₂S ( так как в раствор закачиваемый в бурильную колонну, вводится нейтрализатор). Предложенное решение обладает существенными отличиями, т. к. не обнаружено решения с признаками сходными с признаками, отличающими предложенное решение от прототипа.

На фиг. 1 представлена буровая с устройством на бурильной колонке труб, в разрезе, слева показана нормальная циркуляция бурового раствора, справа замкнутая - бурового раствора с H₂S; на фиг. 2 - продольный разрез устройства, слева положение закрытых клапанов и каналов и утопленного рычага с конусной головкой, справа наоборот; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - то же сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - то же, сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - то же, сечение Г-Г на фиг. 2.

Устройство состоит из корпуса 1, имеющего на концах резьбу под ниппель и муфту бурильной свечи. В корпусе 1 имеются четыре клапана 2, расположенных в каналах 3, соединяющих затрубное пространство с внутритрубным под головками 4 рычагов 5, посаженных на оси 6. В середину рычагов упираются плунжеры 7, имеющие радиальные 8, кольцевые 9 и осевые 10 каналы. Кольцевые 9 и радиальные 8 каналы имеют возможность совпадать с каналами 11, лежащими в плоскости, перпендикулярной оси корпуса 1. Плунжеры 7 помещены в радиальные цилиндрические отверстия 12 с упорами. Головки 4 рычагов 5 имеют скосы 13 и при схождении их к оси корпуса 1 образуется усеченный конус с меньшим основанием, направленным вниз. Под рычаги 5, их головки 4, имеются в корпусе 1 фасонные выемки, обеспечивающие полное утапливание всех подвижных деталей в стенку корпуса.

Принцип работы устройства.

При отсутствии проявлений, глинистый раствор будет поступать вниз по внутритрубному пространству, доходить до забоя и подниматься вверх по затрубному пространству, клапаны 2 будут закрыты, а рычаги 5 с головками 4 утоплены в корпусе 1.

В случае появления газовых пачек сероводорода давление в затрубном пространстве повысится и станет больше, чем во внутритрубном. Разницей давления обратные клапаны 2 откроются и среда из затрубного пространства по каналам 3 попадет внутрь корпуса 1 под головки 4, которые начнут перемещаться к центру корпуса 1. Этому также будут способствовать радиальное перемещение к центру корпуса 1 плунжеров 7. Последние переместятся до совпадения радиальных 8 и кольцевых 9 каналов с каналами 11, по которым также будет поступать H₂S из затрубного пространства во внутритрубное, благодаря чему H₂S не попадет на дневную поверхность, а начнет циркулировать внутри скважины, уносясь буровым раствором внутри труб снова на забой. Причем последний, проходя конусное отверстие, образованное головками 4 с большей скоростью, создает эжекцию, еще больше засасывающую H₂S из затрубного пространства. В период циркуляции H₂S по кругу, он будет нейтрализован буровым раствором, поступающим с дневной поверхности вместе с нейтрализатором.

Технико-экономические преимущества:
1. Все двигающиеся детали устройства располагаются полностью в стенке корпуса, ограниченного наружными и внутренними размерами бурового замка.

2. Обеспечивается надежность открытия клапанов и проходных каналов.

3. Обеспечивается большая эжекция за счет увеличения "конусного шара", а следовательно и повышается количество циркулируемого H₂S, что повышает быстроту ликвидации аварии.

4. Снижается вес устройства за счет ликвидации весового привода-конуса.

Использование: нефтедобывающая промышленность, в частности предупреждение и ликвидация нефтегазопроявлений и открытых фонтанов. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с каналами в нем, соединяющими внутритрубное и затрубное пространства и выдвижной усеченный пустотелый конус, утапливаемый в корпус 1. Последний снабжен поворотными рычагами 5, оканчивающимися головками 4, при схождении которых к центру корпуса 1 образуется усеченный пустотелый конус при воздействии на рычаги 5 плунжеров 7, расположенных в радиальных цилиндрических отверстиях 12, с возможностью совмещения радиальных 8 и кольцевых 9 каналов с каналами 11 в стенке корпуса 1, при этом внутреннее пространство колонны бурильных труб соединяется с затрубным. Для обеспечения возможности поворота рычагов 5 предусмотрены также шариковые обратные клапаны 2. Таким образом при появлении пачки H₂S в затрубном пространстве давление в нем повышается, открываются клапаны 2 и каналы 11, соединяющие внутритрубное пространство с затрубным. Благодаря чему буровой раствор с H₂S начнет замкнутую циркуляцию в районе забоя скважины без выноса H₂S на дневную поверхность до полной нейтрализации. Устройство позволяет предотвратить выброс на дневную поверхность. 6 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОСЛОЖНЕНИЙ В СКВАЖИНЕ, включающее корпус с осевым каналом и боковыми каналами для сообщения осевого канала корпуса с внешним пространством и пустотелый усеченный конус, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе за счет размещения всех деталей в объеме, ограниченном наружным диаметром муфтового соединения бурильной колонны и ее внутренним диаметром, оно снабжено поворотными рычагами с головками на свободных концах и плунжерами с радиальными, осевыми и кольцевыми каналами, внутри корпуса выполнены фасонные углубления, часть боковых каналов в корпусе выполнена в виде цилиндрических отверстий, плунжеры установлены в цилиндрических отверстиях корпуса, поворотные рычаги установлены в фасонных углублениях корпуса с возможностью сведения своих головок к центру корпуса для формирования пустотелого усеченного конуса под действием плунжеров и одновременного сообщения осевого канала корпуса с внешним пространством через радиальные, осевые и кольцевые каналы плунжеров.