МЕТАЛЛОШЛАМОУЛОВИТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК E21B31/03 

Изобретение относится к области бурения, а именно к устройствам для очистки забоя скважин от шлама и металлических предметов.

Известен забойный металлошламоуловитель [1] содержащий кабельную головку с кабелем для спуска в скважину; разделенные перегородкой воздушную камеру и камеру-ловушку с узлом перекрытия в виде подпружиненных шарнирных лепестков; установленные в осевом канале перегородки клапан со штоком; запорный механизм клапана; приводной механизм в виде толкателя, выступающего за нижний торец корпуса; во втулке и стакане выполнены окна, перекрытые в исходном состоянии.

Недостатком известного устройства являются низкие надежность и эффективность, обусловленные конструктивной сложностью, спуском устройства в скважину на кабеле и повышенными гидравлическими сопpотивлениями и препятствиями на пути перемещения раствора, шлама и металлических обломков в камеру-ловушку и воздушную камеру.

Известен металлошламоуловитель [2] содержащий кожух с коронкой в нижней части, размещенный в кожухе корпус с имплозийной и приемной камерами, разделенными перегородкой; узел перекрытия приемной камеры в виде шара с осевым каналом, установленного на осях в кожухе и взаимодействующего с толкателем, выполненным на нижнем торце приемной камеры; узел перекрытия имплозийной камеры, выполненной в виде перемещаемого штока с клапаном, перекрывающим в исходном положении канал, сообщающий полости камер; приводной узел в виде поршня с перекрываемым посыльным шаром центральным каналом, соединенного со штоком и установленного с возможностью продольного перемещения в расточке корпуса над имплозийной камерой; имплозийная камера размещена с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно имплозийной камеры; центральный канал поршня сообщается через отверстия, выполненные в поршне и стенке корпуса, с полостью кожуха.

Недостатками известного устройства являются конструктивная сложность, низкие надежность и эффективность работы.

Это связано с тем, что приводной механизм содержит шток, размещенный в имплозийной камере и соединенный с поршнем вне камеры, в которой необходимо выполнение отверстия в верхней крышке для подвижного штока, оснащенного узлом герметизации. Тем самым в 2 раза снижается надежность работы устройства, так как в 2 раза увеличивается возможность негерметичности имплозийной камеры через обязательный канал, перекрываемый клапаном и через дополнительное отверстие для штока. Результатом негерметичности имплозийной камеры как сверху, так и снизу, является заполнение ее раствором из скважины во время спуска, вследствие чего на забое устройство будет неработоспосбным.

Размещение штока в полости имплозийной камеры снижает надежность и эффективность работы вследствие того, что уменьшается полезный объем имплозийной камеры, который для эффективной работы устройства должен быть в 5 10 раз больше объема приемной камеры. А это в ограниченных диаметральных габаритах скважины может быть достигнуто только увеличением длины имплозийной камеры и, следовательно, штока. Но увеличение длины штока при сохранении его диаметра невозможно, так как при этом будет снижаться его прочность на продольный изгиб. Поэтому, увеличивая длину штока, необходимо увеличивать и его диаметр, что снижает полезный объем имплозийной камеры, а компенсация этого возможна только увеличением длины камеры и, следовательно, штока.

Таким образом при устранении недостатков известного устройства повышается надежность в работе, для чего необходимо уменьшить количество мест возможной негерметичности имплозийной камеры. А так как в нижней части ее обязателен клапан, открывающийся при срабатывании устройства на забое, то устранение возможной негерметичности в верхней части камеры возможно только путем исключения штока из конструкции устройства и, следовательно, изменения технического решения узла перекрытия имплозийной камеры.

Для повышения эффективности работы известного устройства необходимо увеличение полезного объема имплозийной камеры, что достигается исключением штока, располагаемого в полости имплозийной камеры, из конструкции устройства.

Этот технический результат достигается тем, что в предлагаемом металлошламоуловителе, содержащем кожух с коронкой в нижней части и корпусом в верхней части; имплозийную камеру с крышкой и приемную камеру, размещенные в кожухе; клапанный узел имплозийной камеры, содержащий подвижный элемент, в исходном положении перекрывающий отверстия, сообщающие полости камер между собой; приводной механизм клапанного узла, содержащий поршень с центральным каналом, перекрываемым посыльным запорным шаром, установленный с возможностью продольного перемещения в расточке корпуса и в исходном положении перекрывающий его циркуляционные отверстия, а в рабочем положении взаимодействующий с подвижным элементом клапанного узла; узел перекрытия приемной камеры; приемная камера выполнена непосредственно в полости кожуха; имплозийная камера снабжена в нижней части заглушкой; подвижный элемент клапанного узла выполнен в виде кольцевого цилиндра, установленного на наружной поверхности крышки и в исходном положении зафиксированного срезным штифтом.

На фиг.1 изображен предлагаемый металлошламоуловитель, разрез, исходное положение; на фиг.2 то же, в рабочем положении; на фиг.3 разрез А-А на фиг. 1.

Металлошламоуловитель (фиг. 1) содержит кожух 1 с коронкой 2 и корпусом 3. В расточке 4 установлен с возможностью продольного перемещения поршень 5 с центральным каналом 6, который в исходном положении перекрывает циркуляционные отверстия 7 в корпусе 3. На нижней части поршня 5 выполнены выступы 8, между которыми расположены пазы 9. В полости 10 кожуха 1, образующей приемную камеру 11 над коронкой 2, размещен узел 12 перекрытия приемной камеры 11, фиксация которого осуществляется стопорами 13, выполненными в виде винтов, ввернутых в стенку кожуха 1. Аналогичными стопорами 13 производится фиксация в полости 10 имплозийной камеры 14, крышка 15 которой оснащена фланцем 16, защемленным между стопорами 13 и нижним торцом корпуса 3. На наружной поверхности 17 крышки 15 установлен с возможностью продольного перемещения кольцевой цилиндр 18, в исходном положении зафиксированный срезным штифтом 19 относительно крышки 15 и перекрывающий отверстия 20, посредством которых полость имплозийной камеры 14 через канал 21 крышки 15 сообщается в рабочем положении с полостью 22 корпуса 3, котоpая сообщается с полостью 10 отверстиями 23, выполненными во фланце 16 (фиг.3).

Нижняя часть имплозийной камеры 14 снабжена герметичной заглушкой 24.

Управление приводным механизмом клапанного узла имплозийной камеры 14 осуществляется при взаимодействии посыльного запорного шара 25 с центральным каналом 6 поршня 5 (фиг.2).

Предлагаемый металлошламоуловитель работает следующим образом.

Собранное в исходном положении (фиг.1) на колонне труб (не показана) устройство спускают в скважину (не показана), забой которой необходимо очистить от шлама, металлических обломков или деталей, упавших в скважину. При спуске устройства заполнение колонны труб раствором из скважины осуществляется через центральное отверстие коронки 2 и узла 12 перекрытия, полость приемной камеры 11 и полость 10 кожуха 1, отверстия 23, полость 22, пазы 9 и канал 6. При необходимости в процессе спуска, в случае посадок или затяжек в открытом стволе скважины может быть произведена проработка ствола скважины путем вращения устройства на колонне труб с одновременной промывкой раствором путем нагнетания последнего с поверхности от насосов.

При этом циркуляция раствора осуществляется через колонну труб, канал 6, пазы 9, полость 22, отверстия 23, полость 10, полость камеры 11и центральное отверстие коронки 2, благодаря снабжению которой обеспечивается проработка ствола скважины в местах сужения и посадок и возможность спуска устройства до забоя скважины.

После контакта с забоем устройство отрывают на несколько метров и в колонну труб забрасывают шар 25, после чего опускают устройство вновь до контакта с забоем. После посадки шара 25 на седло в канале 6 (фиг.2) включают насос и нагнетают раствор в колонну труб, так как возможность циркуляции раствора через устройство по каналу 6 перекрыта шаром 25, давление над последним в колонне труб возрастает. Усилие от повышения давления воспринимается поршнем 5, который смещается вниз и передает это усилие на кольцевой цилиндр 18. При некоторой величине давления нагнетания усилием от него будет срезан штифт 19, удерживающий цилиндр 18 в исходном положении, благодаря чему поршень 5 в расточке 4 и цилиндр 18 по наружной поверхности 17 крышки 15 получает возможность перемещения вниз. При этом цилиндром 18 будут открыты отверстия 20 и произойдет сообщение полостей имплозийной 14 и приемной 11 камер через канал 21, отверстия 20, пазы 9, полость 22, отверстия 23 и полость 10.

Ввиду того, что герметичная полость имплозийной камеры 14 находилась под атмосферным давлением, равным 1 атм, а давление на забое скважины может составлять (в зависимости от глубины и плотности бурового раствора) десятки и сотни атмосфер, между полостями камер 14 и 11 будет перепад давления, равный гидростатическому давлению на забое скважины.

Поэтому при разгерметизации камеры 14 буровой раствор из камеры 11 с большой скоростью устремляется вверх через полость 10, отверстия 23, полость 22, пазы 9, отверстия 20 и канал 21 в полость камеры 14, сжимая находящийся в ней воздух. При этом вследствие неразрывности потока в приемную камеру 11 поступает раствор из скважины, увлекая за собой с ее забоя металлические обломки, шлам и детали, которые будут перемещены выше узла 12 перекрытия. По мере заполнения полости имплозийной камеры 14 перепад давления и скорость потока уменьшаются, благодаря чему подпружиненные лопасти узла 12 перекрытия, первоначально поднятые скоростным потоком раствора, возвратятся в исходное положение и вновь перекроют поперечное сечение камеры 11. Тем самым устраняется выпадение деталей, обломков и шлама в скважину и обеспечивается их захват и удержание в полости камеры 11 при подъеме на поверхность.

В конце хода вниз поршень 5 откроет отверстия 7 и раствор из колонны труб получает возможность перетока в скважину. На поверхности момент срабатывания устройства на забое будет регистрироваться по манометру на нагнетательной линии скачком давления при срезе штифта 19, затем падением давления и восстановлением циркуляции раствора, после чего устройство на колонне труб поднимают на поверхность, где разбирают для извлечения уловленных деталей, обломков и шлама.

Предлагаемый металлошламоуловитель позволяет значительно повысить надежность и эффективность работ по очистке забоя скважин.

Изобретение относится к устройствам для очистки забоя нефтяных и газовых скважин от шлама и металлических предметов. Для повышения надежности и эффективности работы заглушка имплозийного патрубка жестко связана с его нижним торцом, входной канал выполнен в крышке цилиндрического патрубка, а запорный элемент в виле кольцевого цилиндра, установленного на наружной поверхности крышки и зафиксированного относительно крышки срезным штифтом, при этом входной канал имплозийной камеры связан в рабочем положении с полостью кожуха над узлом перекрытия его нижней части. 3 ил.

МЕТАЛЛОШЛАМОУЛОВИТЕЛЬ, включающий кожух, связанную с нижней частью кожуха коронку, связанный с верхней частью кожуха корпус с расточкой и циркуляционным отверстием, установленный в полостях кожуха и корпуса имплозионный патрубок с заглушкой и крышкой, образующих имплозионную камеру с входным каналом для сообщения ее полости с пространством под металлошламоуловителем, перекрывающий входной канал имплозионной камеры запорный элемент с приводным узлом, выполненным в виде поршня с осевым каналом для посадки сбросового шара и установленным в расточке корпуса с возможностью осевого перемещения, взаимодействия с запорным элементом и перекрытия циркуляционного отверстия корпуса, и узел перекрытия нижней части кожуха, отличающийся тем, что заглушка жестко связана с нижним торцом имплазионного патрубка, входной канал выполнен в крышке имплозионного патрубка, а запорный элемент в виде кольцевого цилиндра, установленного на наружной поверхности крышки и зафиксированного относительно крышки срезным штифтом, при этом входной канал имплозионной камеры связан в рабочем положении с полостью кожуха над узлом перекрытия его нижней части.