СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ФИЛЬТРА ИЗ СКВАЖИНЫ ПО ЧАСТЯМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК E21B31/00 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при замене фильтровых колонн скважин.

Известен способ извлечения фильтров из скважин, включающий подъем их гидродомкратами с лебедкой и одновременную подачу раствора под давлением в полость поднимаемой фильтровой колонны [1].

Недостатком этого способа является то, что при подъеме фильтра из-за плотного его бокового обжатия породой должны прикладываться большие усилия, которых часто не хватает у имеющегося оборудования.

Известен способ извлечения фильтров из скважин путем подъема их с применением тяговых средств и одновременным воздействием на них вибрационных нагрузок [2].

Недостаток этого способа заключается в том, что при воздействии вибрации на фильтровую колонну обжимающий ее грунт находится на месте с некоторым перераспределением частиц грунта. Однако усилии е обжатия от бокового давления остается неизменным. При этом недостаточно снижаются усилия на подъем фильтра из скважины.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ извлечения фильтров из скважин [3], заключающийся в предварительном разбуривании башмака и образовании полости под фильтром, после чего, с помощью подъемного устройства, с одновременной вибрацией колонны, осуществляется подъем фильтра из скважины.

Недостаток этого способа заключается в трудности разбуривания башмака и образовании полости под фильтром.

Задачей изобретения является устранение отмеченных в прототипе недостатков.

Технической задачей изобретения является разработка способа надежного извлечения фильтра из скважины.

При капитальном ремонте фильтр из скважины необходимо удалять и заменять его новым. Чем проще и надежнее осуществляется операция по извлечению фильтра из скважины, тем она дешевле и протекает быстрее.

Сущность изобретения заключается в том, что предварительно, перед началом подъема фильтра, его разделяют на несколько частей (на столько частей, чтобы хватило усилия подъемной системы для страгивания извлекаемой части) в направлении, перпендикулярном продольной оси фильтра, на месте его расположения с помощью анодного растворения металла фильтра, а затем каждую часть поочередно, начиная с верхней, поднимают на дневную поверхность опускаемой колонной труб, причем на первую верхнюю отделенную часть фильтра наворачивается, с внешней стороны, первая, от торца спущенной колонны, труба с внутренней резьбой, которая, после подъема этой части фильтра на дневную поверхность, заменяется на новую трубу, имеющую внешнюю резьбу, и которая вворачивается в последующие извлекаемые части фильтра во внутрь.

Заявляемый способ реализуется в устройстве, которое содержит круглый продолговатый корпус, выполненный из диэлектрического материала, плоский - на верхнем торце, и с конической формой - снизу, для облегчения входа устройства внутрь фильтра, имеющий выемку на боковой поверхности по всему периметру, близко от верхнего торца, для размещения в ней мембраны из эластичного материала, например резины, которая обеспечивает дополнительную фиксацию устройства в месте анодного растворения и крепление к ней катода, выполненного в виде упругого разрезного металлического кольца, соединенного электропроводом с «минусом» источника постоянного электрического тока, установленного на дневной поверхности. Анодом же является разделяемый на части фильтр, контактирующий внутренней своей поверхностью с центраторами, расположенными на внешней цилиндрической поверхности корпуса устройства у верхнего и нижнего его торцов и соединенными с колтюбинговой трубой, навернутой своим торцом на штуцер, обеспечивающей подачу электролита с поверхности к зоне растворения металла фильтра и подключенной на этой поверхности к «плюсу» источника постоянного электрического тока. А корпус, вдоль своей продольной оси, от поверхности верхнего торца и до середины высоты мембраны, имеет отверстие, в которое на торце ввернут штуцер. Осевое отверстие соединено с перпендикулярным ему поперечным сквозным отверстием и, через него, с полостью мембраны, расположенной с внутренней ее стороны, причем по этим отверстиям проложен электропровод, соединяющий катод с «минусом» источника постоянного электрического тока на поверхности. От продольного же осевого отверстия отходят веерообразно каналы, наклоненные вверх к боковой поверхности, выходящие из корпуса выше мембраны, по которым электролит поступает в зону анодного растворения, при этом устройство опускается внутрь фильтра на колтюбинговой трубе.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, являются:

1. Использование анодного растворения металла для разделения на части фильтра.

2. Подача электролита в зону электрохимического растворения металла фильтра через корпус устройства.

3. Фиксация устройства в месте анодного растворения центраторами и мембраной.

4. Осуществление реза перпендикулярно продольной оси фильтра кольцевым пластинчатым электродом.

5. Использование электролита для перемещения мембраны.

6. Соединение фильтра с «плюсом» источника постоянного электрического тока через центраторы и колтюбинговую трубу.

7. Расположение источника постоянного электрического тока на дневной поверхности.

Существенными отличительными признаками по устройству являются:

- выполнение корпуса устройства из диэлектрического материала;

- наличие мембраны для крепления к ней катода и фиксации устройства в зоне реза;

- выполнение катода в форме разрезного кольца с наложением его краев друг на друга и раскручиванием его при растяжении мембраны и утапливании катода в стенку разрезаемого фильтра;

- расположение отверстий в корпусе перпендикулярно его продольной оси для подачи электролита к мембране и укладывание электропровода в них;

- выполнение отверстий для подачи электролита в зону анодного растворения в виде кругового веера;

- наличие центраторов и их соединение с «плюсом» источника постоянного электрического тока через колтюбинговую трубу;

- связи между элементами.

Использование новых признаков обеспечивает достижение технического результата изобретения, а именно: надежного извлечения фильтра на дневную поверхность.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен продольный разрез фильтра, разделенного на три части перед его подъемом, на фиг.2 - продольный разрез двух оставшихся частей фильтра, на фиг.3 - последней третьей части фильтра. На фиг.4 показан продольный разрез устройства, на фиг.5 - каналы в корпусе устройства для подачи электролита в зону обработки (вид А-А) и поперечный разрез устройства (вид В-В).

Устройство для извлечения фильтра из скважины по частям состоит из корпуса 1, изготовленного из диэлектрического материала. Нижняя часть корпуса выполнена в виде конуса, чтобы удобнее было устройству входить внутрь фильтра. Верхний торец корпуса выполнен плоским. В его середине, вдоль продольной оси устройства, выполнено глухое отверстие 8 до середины высоты мембраны. С торца в это отверстие ввернут штуцер 12 для соединения его с колтюбинговой трубой. Ко дну отверстия 8 примыкают два боковых отверстия 7, которые имеют связь с внутренней мембранной полостью 4. От центрального отверстия 8 радиально и наклонно вверх отходят отверстия 9, по которым электролит поступает в зону обработки. Также от центрального отверстия 8 наклонно к торцу корпуса выполнено отверстие для ввода через него электропровода 13 к электроду 5 от отрицательной клеммы источника постоянного электрического тока. После помещения в этот канал провода 13, вход в корпус через него герметизируется. На боковой поверхности корпуса, у верхнего и нижнего его торцов, размещаются центраторы 10, по четыре у каждого торца. Верхние центраторы соединены с колтюбинговой трубой 11, которая своим торцом наворачивается на штуцер 12 и с помощью которой осуществляется опускание и подъем устройства, а также подача по ней электролита к устройству с дневной поверхности. На боковой поверхности корпуса выполнено углубление 4, в которое помещена эластичная неэлектропроводная диафрагма 3, закрепленная герметично к корпусу по всей окружности вверху и внизу. На внешней поверхности диафрагмы, посередине ее высоты, размещен упругий электрод 5, который выполнен в виде кольца, но разрезным в одном поперечном сечении и с нахлестом одного края разреза на другой (фиг.5, разрез В-В). Диаметрально противоположно поперечному разрезу электрод 5 имеет узел 14 герметичного крепления к диафрагме 3 с помощью болта с конусной головкой, к которому крепится провод от «минуса» источника питания 13. На внешней поверхности электрода 5 равномерно по периметру закреплены изолирующие площадки 6 из диэлектрического материала, обеспечивающие требуемый зазор между обрабатываемой внутренней поверхностью фильтра 2, которая касается верхних центраторов, соединенных с колтюбинговой трубой, подсоединенной к «плюсу» источника постоянного электрического тока на дневной поверхности, и электродом 5. Электрод 5 имеет небольшую толщину (1-2 мм), но его ширина должна быть не менее толщины стенки фильтра, чтобы он мог его разрезать. Деформирование электрода 5 должно происходить в упругой зоне. Поэтому материалом электрода 5 является металл (сплав), обладающий хорошими упругими свойствами, позволяющими ему под действием упругих сил прилегать к диафрагме и одной части электрода 5 к другой, в месте нахлеста. Также электрод 5 должен иметь достаточно высокую электропроводность.

Порядок извлечения фильтра из скважины следующий.

Первоначально, перед спуском устройства в скважину, осуществляется нарезание наружной резьбы на верхнем торце извлекаемого фильтра. Для этого на нижний торец колонны, например насосно-компрессорных труб, закрепляется инструмент для нарезания наружной резьбы (колокол) соответствующего размера, колонна опускается в скважину до касания инструментом фильтра, после чего нарезается резьба на внешней поверхности фильтра. Затем инструмент отворачивается от фильтра, и колонна труб поднимает его на дневную поверхность. Когда предлагаемым устройством будет осуществлено отделение верхней части фильтра, то вместо инструмента устанавливается на торец колонны труба 17 и опускается до фильтра, где наворачивается на отделенную верхнюю часть фильтра 18 по резьбе на его внешней поверхности. После этого колонна поднимается и вместе с ней поднимается отделенный верхний участок фильтра 18. Затем снова, вместо трубы 17, устанавливается инструмент (метчик), но уже для нарезания внутренней резьбы в фильтре на оставшейся его части вверху. Опускается колонна труб вместе с метчиком, нарезается внутренняя резьба на верхнем торце оставшейся части фильтра. Затем выворачивается из фильтра метчик и поднимается на поверхность. После этого опускается устройство в скважину, вводится внутрь оставшейся части фильтра на определенную величину, отделяется верхняя часть с резьбой, и устройство поднимается на дневную поверхность. Вместо него, колонна, с трубой 22 на ее торце опускается в скважину до фильтра, вворачивается труба 22 во внутрь отделенной части 19 по резьбе, и колонна, вместе с частью фильтра 19 поднимается на поверхность. Затем снова труба 22 заменяется на метчик и опускается в скважину до оставшейся части фильтра (в нашем примере фильтр разделили на три части, хотя может быть и другой вариант), в которой нарезается резьба. Метчик не выворачивается из оставшейся части фильтра, а на нем с колонной труб поднимается на дневную поверхность оставшаяся часть фильтра. Или же метчик выворачивается из фильтра, поднимается на поверхность, где вместо него устанавливается труба 22, и колонна, вместе с этой трубой, опускается в скважину до фильтра, где эта труба вворачивается во внутрь последней части фильтра 20 и поднимается на дневную поверхность. Фильтр полностью извлечен из скважины по частям.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Перед спуском его в скважину штуцер 12 подсоединяется к колтюбинговой трубе, которая связана с системой подачи электролита под давлением. Насос этой системы должен создавать давление, большее гидростатического давления на всей глубине скважины. Провод 13 подсоединяется к «минусу» источника постоянного электрического тока, а колтюбинговая труба - к «плюсу» на дневной поверхности. После этого начинается спуск устройства в скважину, и синхронно с ним разматывается электропровод 13. При приближении к фильтру скорость опускания устройства замедляется, а момент касания забоя фиксируется индикатором веса, который покажет в этот момент исчезновение веса устройства. Благодаря конусной нижней части корпуса 1, вход устройства внутрь фильтра происходит достаточно просто. Центраторы 10, прилегая к внутренней поверхности фильтра 2, центрируют устройство и обеспечивают электрическое соединение фильтра с колтюбинговой трубой, а через нее и с плюсовой клеммой источника постоянного электрического тока. Зная длину фильтра и величину тягового усилия со стороны опускаемой позже колонны труб 17, например насосно-компрессорных труб, предварительно определяют: насколько частей будет делиться фильтр. Для примера, нами взято деление фильтра на три части. Размеры устройства также известны. Разрезание фильтра рациональнее начать снизу, чтобы многократно не опускать - поднимать устройство. Первый рез делается на высоте h от забоя (см. фиг.1). Устройство поднимается вверх на величину, чтобы электрод 5 находился на высоте h от забоя. После этого включается насос системы подачи электролита 16 и, зная глубину нахождения устройства, устанавливается требуемое давление P электролита (оно должно быть больше гидростатического давления жидкости внутри обсадной колонны на данной глубине). Под действием давления P, поступающего в полость 4 мембраны через штуцер 12, отверстия 8 и 7 электролита, диафрагма 3 будет растягиваться, расширяться, увеличивая свои размеры в поперечном направлении устройства. При этом внешняя поверхность диафрагмы приблизится к внутренней поверхности фильтра 2. А вместе с диафрагмой приблизится к этой поверхности и разрезной электрод 5. Т.к. периметр поперечного сечения диафрагмы увеличивается, то вместе с этим увеличивается и периметр электрода 5. Это возможно благодаря тому, что электродное кольцо 5 разрезано и имеет нахлест, из-за чего одна часть электрода 5 (внешняя) скользит по другой части электрода (внутренней), что и увеличивает периметр кольца электрода. При этом, благодаря упругости, электродное кольцо 5 остается прижатой к диафрагме 3. При определенном растяжении диафрагмы 3 электрод 5 коснется внутренней поверхности фильтра 2. Но, благодаря изолирующим площадкам 6, остается зазор между электродом 5 и внутренней поверхностью фильтра 2. Т.к. толщина электрода 5 небольшая, то диафрагма 3, продолжая растягиваться, своей внешней стороной прижимается к внутренней поверхности фильтра 2, чем фиксируется положение устройства. Кроме того, центраторы, подпружинивая, также способствуют фиксации устройства в определенном положении. Если же учесть, что усилия при анодном растворении практически отсутствуют, то такой фиксации устройства при электрохимическом разделении фильтра вполне достаточно. После этого включается источник постоянного электрического тока. Т.к. при поступлении электролита в отверстие 8 корпуса, а из него, по каналам 9, электролит поступает к электроду 5 (т.к. он тяжелее жидкости в колонне, то он будет опускаться вниз). Образуется замкнутая электрическая цепь: «плюс» источника постоянного электрического тока, колтюбинговая труба 11, центраторы 10, фильтр 2, электролит в зазоре между электродом 5 и внутренней поверхностью фильтра 2, электрод 5, провод 13, «минус» источника постоянного электрического тока, по которой потечет электрический ток. При этом будет происходить анодное растворение металла фильтра 2 [4]. Изолирующие площадки 6, обеспечивая требуемый зазор, предотвращают короткое замыкание. Растворение металла разрезаемого фильтра 2 будет происходить напротив электрода 5. В процессе растворения металла фильтра 2 будет образовываться кольцевое углубление в фильтре на его внутренней поверхности, которое будет со временем увеличиваться. И это будет происходить до тех пор, пока углубление не станет сквозным. Этот момент можно зафиксировать по резкому падению силы электрического тока в указанной выше электрической цепи, что означает отделение нижней части 20 от фильтра. Однако эта отделенная часть будет с внешней стороны прижата песчано-гравийной насыпкой 21 и останется на своем прежнем месте. После этого выключается источник постоянного электрического тока и выключается система подачи электролита. Давление P падает. Мембрана 3, за счет сил упругости своего эластичного материала и сил упругости электрода 5, возвращается в исходное положение. При этом, в месте нахлеста, одна часть электрода скользит по поверхности другой части, уменьшая периметр кольца. Поперечный размер устройства уменьшается и становится меньше внутреннего диаметра фильтра. После этого устройство поднимается выше к месту второго реза. Если высота песчано-гравийной насыпки равна H (см. фиг.1), то устройство поднимается вверх на величину, чтобы электроды 5 расположились на расстоянии «c» от верхней поверхности насыпки. Цикл разрезания фильтра повторяется. В результате отделяется от фильтра вторая часть 19. Таким образом, фильтр разделили на три части (в нашем примере): 20, 19 и 18. После этого устройство 1 поднимается из скважины на дневную поверхность. Теперь необходимо отделенные части фильтра извлечь из скважины. Для этого используется спускаемая колонна труб, например насосно-компрессорных. Эта колонна имеет нижнюю трубу 17 (см. фиг.1) с внутренней резьбой. Труба 17 наворачивается на верхний торец верхней части фильтра 18. Поднятию фильтра на поверхность под действием тяговой силы F препятствует сила трения F_тр между боковыми стенками фильтра и песчано-гравийной насыпкой. Если сила F будет больше силы F_тр, то тогда фильтр извлекаем из скважины, если, наоборот, сила F_тр будет больше силы F, то фильтр извлечь из скважины не удастся. То же относится и к частям фильтра. Предположим, что части фильтра, на которые он был предварительно разделен, извлекаемы. После наворачивания трубы 17 на верхнюю часть фильтра 18 начинается подъем колонны труб и вместе с ней - верхней части 18. После извлечения ее на дневную поверхность, она отделяется от нижней трубы 17. Эта труба заменяется на новую трубу 22 (см. фиг.2), имеющую внешнюю резьбу. Снова колонна труб опускается в скважину, и труба 22 вворачивается во вторую часть фильтра 19. Затем начинается подъем колонны труб и вместе с ней - части фильтра 19. На поверхности эта часть отделяется от колонны, которая снова опускается в скважину и вворачивается в оставшуюся часть фильтра 20, после чего последняя вместе с колонной поднимается на поверхность. На этом извлечение фильтра из скважины заканчивается. Этот порядок извлечения фильтра разрезанием его на части при одном опускании устройства может оказаться невыполняемым, т.к. нарезание резьбы в одной части фильтра, с приложением к ней достаточно большого усилия, может привести к проворачиванию этой части фильтра вокруг своей оси. Поэтому вверху описан порядок извлечения фильтра по частям с большей вероятностью.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР №599042 «Способ извлечения труб и фильтров из скважин».

2. Анатольевский П.А. и др. Проектирование и сооружение скважин для водоснабжения. - М.: Стройиздат, 1970. - С.185-186.

3. Авторское свидетельство СССР №684132 «Способ извлечения фильтров из скважин».

4. Бирюков Б.Н. Электрофизические и электрохимические методы обработки. - М. Машиностроение, 1981. - 128 с.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использована при замене фильтровых колонн скважин. Перед началом подъема фильтра его разделяют на несколько частей с помощью анодного растворения металла фильтра. Затем каждую часть поочередно поднимают на дневную поверхность опускаемой колонной труб. Устройство содержит корпус (1) из диэлектрического материала, плоский - на верхнем торце и с конической формой - снизу, имеющий выемку на боковой поверхности по всему периметру для размещения в ней мембраны (3) из эластичного материала, которая обеспечивает крепление к ней катода в виде упругого разрезного металлического кольца (5), соединенного электропроводом (13) с «минусом» источника постоянного электрического тока на дневной поверхности. Анодом является разделяемый на части фильтр (2), контактирующий внутренней своей поверхностью с центраторами (10). Колтюбинговая труба (11) навернута своим торцом на штуцер (12), обеспечивает подачу электролита с поверхности к зоне растворения металла фильтра и подключена к «плюсу» источника тока. Корпус имеет осевое отверстие (8), в которое на торце ввернут штуцер. Это отверстие соединено с полостью мембраны. По отверстиям проложен электропровод, соединяющий катод с «минусом» источника тока на поверхности. От продольного осевого отверстия отходят веерообразно каналы (9), наклоненные вверх к боковой поверхности, выходящие из корпуса выше мембраны, по которым электролит поступает в зону анодного растворения. Повышается надежность извлечения фильтра. 2 н.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ извлечения фильтра из скважины по частям путем подъема их с применением тяговых средств, отличающийся тем, что предварительно перед началом подъема фильтра его разделяют на несколько частей в направлении, перпендикулярном продольной оси фильтра на месте его расположения с помощью анодного растворения металла фильтра, чтобы хватило усилия подъемной системы для страгивания извлекаемой части, а затем каждую часть поочередно, начиная с верхней, поднимают на дневную поверхность опускаемой колонной труб, причем на первую верхнюю отделенную часть фильтра наворачивается с внешней стороны первая от торца спущенной колонны труба с внутренней резьбой, которая после подъема этой части фильтра на дневную поверхность заменяется на новую трубу, имеющую внешнюю резьбу, и которая вворачивается в последующие извлекаемые части фильтра во внутрь.

2. Устройство для разделения фильтра на части с помощью анодного растворения, содержащее круглый продолговатый корпус, выполненный из диэлектрического материала, плоский - на верхнем торце, и с конической формой - снизу, для облегчения входа устройства внутрь фильтра, имеющий выемку на боковой поверхности по всему периметру, близко от верхнего торца, для размещения в ней мембраны из эластичного материала, например резины, которая обеспечивает дополнительную фиксацию устройства в месте анодного растворения и крепление к ней катода, выполненного в виде упругого разрезного металлического кольца, соединенного электропроводом с «минусом» источника постоянного электрического тока, установленного на дневной поверхности; анодом же является разделяемый на части фильтр, контактирующий внутренней своей поверхностью с центраторами, расположенными на внешней цилиндрической поверхности корпуса устройства у верхнего и нижнего его торцов и соединенными с колтюбинговой трубой, навернутой своим торцом на штуцер, обеспечивающей подачу электролита с поверхности к зоне растворения металла фильтра и подключенной на этой поверхности к «плюсу» источника постоянного электрического тока, а корпус вдоль своей продольной оси от поверхности верхнего торца и до середины высоты мембраны имеет отверстие, в которое на торце ввернут штуцер; осевое отверстие соединено с перпендикулярным ему поперечным сквозным отверстием и через него с полостью мембраны, расположенной с внутренней ее стороны, причем по этим отверстиям проложен электропровод, соединяющий катод с «минусом» источника постоянного электрического тока на поверхности, и от продольного осевого отверстия отходят веерообразно каналы, наклоненные вверх к боковой поверхности, выходящие из корпуса выше мембраны, по которым электролит поступает в зону анодного растворения, при этом устройство опускается внутрь фильтра на колтюбинговой трубе.