СКВАЖИННЫЙ ЧИСТЯЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ОЧИСТКИ Российский патент 2018 года по МПК E21B37/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к скважинному чистящему инструменту, скважинной системе и способу очистки, предназначенным для удаления остатка или осадка твердых частиц с внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика.

Уровень техники

Солевые отложения или подобные им вещества осаждаются на внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика в скважине, и для удаления отложений используют щетки или даже буровое долото. Однако удалить отложения довольно трудно, и небольшое количество отложений часто остается. Это происходит потому, что при осаждении отложения скрепляются очень сильно с внутренней поверхностью, так что отложения отходят слоями, оставляя после себя тонкий слой. Также, при цементировании, когда цементный раствор проталкивается вниз по обсадной колонне, часто остается небольшой слой цементного раствора, поскольку толкающая пробка при продвижении вниз по обсадной колонне не может полностью соскоблить цементный раствор с обсадной колонны. Так как трубчатая обсадная колонна может иметь слегка овальную форму, пробка, толкающая цементный раствор, и щетки или другие известные инструменты, при попытке удаления отложений или цементного раствора, не очень хорошо компенсируют имеющиеся отклонения в диаметре.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное устранение упомянутых выше недостатков уровня техники. Более конкретно, задача состоит в создании усовершенствованного инструмента для удаления отложений, выполненного с возможностью удаления тонкого слоя также на овальных частях обсадной колонны.

Вышеуказанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из приведенного ниже описания, выполнены с помощью решения согласно настоящему изобретению посредством скважинного чистящего инструмента для удаления остатка или осадка твердых частиц с внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика, содержащего:

- корпус инструмента, имеющий канал и стенку;

- по меньшей мере одно впускное отверстие в стенке корпуса инструмента, причем указанное впускное отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды с каналом;

- элемент для удаления твердых частиц, соединенный с корпусом инструмента и выполненный с возможностью отделения твердых частиц от внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика; и

- секцию очистки текучей среды, содержащую:

- камеру;

- фильтр, расположенный внутри камеры и выполненный с возможностью разделения твердых частиц и текучей среды; и

- насос, соединенный с возможностью передачи текучей среды с каналом и выполненный с возможностью закачивания текучей среды с отделенными твердыми частицами через впускное отверстие в камеру;

причем элемент для удаления твердых частиц содержит по меньшей мере одну выступающую часть, выступающую от корпуса инструмента, и пружину, расположенную между корпусом инструмента и выступающей частью, причем рядом с выступающими частями может быть расположено по меньшей мере одно впускное отверстие для закачивания отделенных твердых частиц.

Выступающая часть может быть расположена в углублении в корпусе инструмента.

Кроме того, выступающая часть может выступать в радиальном направлении относительно корпуса инструмента.

Помимо этого, выступающая часть может быть выполнена с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса инструмента.

Также, выступающая часть может содержать наконечники, обращенные к обсадной колонне.

Дополнительно, выполненная с возможностью перемещения в радиальном направлении выступающая часть может быть соединена с корпусом инструмента посредством ограничивающего элемента, так что пружина выполнена с возможностью выталкивания выступающей части в радиальном направлении наружу с тем, чтобы обеспечить зазор относительно наружной поверхности корпуса инструмента.

Кроме того, выступающая часть может быть выполнена с возможностью наклона относительно центральной оси корпуса инструмента.

Дополнительно, пружина может представлять собой спиральную пружину.

Витки пружины могут быть расположены на расстоянии друг от друга в ослабленном состоянии.

Также, инструмент может содержать множество впускных отверстий.

Помимо этого, корпус инструмента может быть трубчатым и вытянутым в продольном направлении.

Дополнительно, выступающая часть может иметь возрастающую толщину вдоль осевого направления корпуса инструмента.

Кроме того, инструмент может содержать множество выступающих частей, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности корпуса инструмента.

Дополнительно, пружина может быть расположена с возможностью отсоединения в каналах в корпусе инструмента в углублении для удержания пружины в определенном положении.

Также, пружина может быть расположена с возможностью отсоединения в каналах в выступающей части для удержания пружины в определенном положении.

Помимо этого, корпус инструмента может быть соединен с секцией очистки текучей среды, так что секция соединена с камерой.

Дополнительно, элемент для удаления твердых частиц может быть расположен дальше всего от кабеля.

Элемент для удаления твердых частиц может быть расположен дальше всего от кабеля относительно секции очистки текучей среды.

Также, впускные отверстия могут быть расположены между выступающими частями по окружности корпуса инструмента.

Скважинный чистящий инструмент, описанный выше, может дополнительно содержать головку насадки, расположенную в переднем конце корпуса инструмента.

Дополнительно, корпус инструмента может быть выполнен с возможностью вращения.

Кроме того, скважинный чистящий инструмент может представлять собой кабельный инструмент.

Помимо этого, насос может быть соединен с возможностью передачи текучей среды с выпускным отверстием секции очистки текучей среды.

Также, наконечники могут быть выполнены из карбида вольфрама.

Скважинный чистящий инструмент, описанный выше, может дополнительно содержать приводной модуль, например скважинный трактор, предназначенный для продвижения инструмента вперед в обсадной колонне.

Настоящее изобретение также относится к скважинной системе, содержащей скважинный чистящий инструмент, описанный выше.

Помимо этого, настоящее изобретение относится к способу очистки для удаления остатка или осадка твердых частиц с внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика, содержащему следующие этапы:

- вводят скважинный чистящий инструмент, описанный выше, в обсадную трубу или хвостовик;

- выполняют бурение в твердых частицах для отделения твердых частиц;

- закачивают текучую среду, содержащую твердые частицы, через впускное отверстие в стенке корпуса инструмента;

- отфильтровывают твердые частицы от текучей среды в фильтре; и

- откачивают отфильтрованную текучую среду обратно в обсадную колонну через выпускное отверстие в инструменте на конце инструмента, расположенном наиболее близко к кабелю.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения, и на которых:

на фиг. 1 показан частичный вид в поперечном сечении скважинного чистящего инструмента для удаления твердых частиц с внутренней поверхности обсадной колонны в скважине;

на фиг. 2 показан вид сбоку инструмента, показанного на фиг. 1, без секции очистки текучей среды;

на фиг. 3 в изометрии показан инструмент, показанный на фиг. 1, при наблюдении со стороны переднего конца инструмента, имеющего головку насадки;

на фиг. 4 в изометрии показан инструмент, показанный на фиг. 3, при наблюдении со стороны конца секции очистки текучей среды;

на фиг. 5 показан инструмент, показанный на фиг. 1, со стороны переднего конца;

на фиг. 6 показан инструмент, показанный на фиг. 1, со стороны конца, предназначенного для соединения с секцией очистки текучей среды;

на фиг. 7 показан вид скважинного инструмента в сечении, выполненном поперечно продольному направлению инструмента; и

на фиг. 8 показан частичный вид в поперечном сечении другого варианта осуществления скважинного инструмента.

Все чертежи являются очень схематическими и выполнены не обязательно с сохранением масштаба, и на них показаны лишь те детали, которые необходимы для объяснения изобретения, при этом другие детали не показаны или показаны без объяснения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показан скважинный чистящий инструмент 1 для удаления твердых частиц остатка или осадка 2, например отложений или цемента, с внутренней поверхности 3 обсадной колонны 4 или хвостовика в скважине. Отложения образуются в процессе добычи, а цемент поступает при цементировании, во время которого затрубное пространство снаружи обсадной колонны или хвостовика заполняют цементным раствором. Инструмент содержит корпус 5 инструмента, элемент 16 для удаления твердых частиц и секцию 17 очистки текучей среды. Корпус инструмента имеет канал 6, стенку 7 и по меньшей мере одно впускное отверстие 8 в стенке, причем впускное отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды с каналом. Элемент 16 для удаления твердых частиц соединен с корпусом инструмента для отделения твердых частиц от внутренней поверхности 3 обсадной колонны или хвостовика. После отделения от внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика твердые частицы закачивают в секцию очистки текучей среды, в которой отделенные твердые частицы, цементный раствор или отложения с обсадной колонны отфильтровываются от текучей среды. Секция 17 очистки текучей среды содержит камеру 18, фильтр 19, расположенный внутри камеры и выполненный с возможностью отделения твердых частиц от текучей среды, и насос 20, соединенный с возможностью передачи текучей среды с каналом и предназначенный для закачивания текучей среды с отделенными твердыми частицами через впускное отверстие 8 и канал 6 в камеру.

Отделенные твердые частицы диспергируют в текучей среде скважины, а затем закачиваются в камеру 18 секции очистки текучей среды и далее проходят через удлиненный фильтр 19. При прохождении фильтра твердые частицы отделяются от текучей среды и скапливаются в кольцеобразной части камеры, а текучая среда выталкивается через выпускные отверстия 15 в секции очистки текучей среды, противоположной насосу 20. Насос приводится в действие посредством двигателя 26, питаемого по кабелю 23.

Элемент 16 для удаления твердых частиц содержит по меньшей мере одну выступающую часть 10, выступающую из корпуса инструмента, и пружину 11, расположенную между корпусом инструмента и выступающей частью. Как показано на виде в поперечном сечении на фиг. 1, имеется только один элемент 16 для удаления твердых частиц, содержащий одну выступающую часть.

Когда элемент 16 для удаления твердых частиц опускают в обсадную колонну, твердые частицы, создающие неровность обсадной колонны, оказывают давление на выступающую часть в радиальном направлении внутрь, сжимая пружину. Когда затем часть выступающей части 10 элемента 16 для удаления твердых частиц проходит выпуклость, образованную твердыми частицами, эта часть выступающей части освобождается и снова выступает в радиальном направлении наружу, так что другая часть выступающей части наталкиваются на твердые частицы, и твердые частицы таким образом сбиваются с внутренней поверхности обсадной колонны.

Как показано на фиг. 1, выступающая часть расположена в углублении 12 в корпусе инструмента на расстоянии 28 (показанном на фиг. 7), обеспечивающим зазор между выступающей частью и углублением, так что выступающая часть 10 выполнена с возможностью перемещения в радиальном направлении в углублении относительно корпуса 5 инструмента. Пружины 11 представляют собой спиральные пружины, имеющие витки, расположенные на расстоянии друг от друга в расслабленном состоянии и, следовательно, обеспечивающие зазор. Выступающая часть содержит множество наконечников 14, обращенных к обсадной колонне, так что, когда выступающая часть наталкивается на твердые частицы, наконечники 14 функционируют в качестве зубила для отделения твердых частиц от обсадной колонны.

Как показано на фиг. 2, выполненная с возможностью перемещения в радиальном направлении выступающая часть 10 соединена с корпусом 5 инструмента посредством ограничивающего элемента 27, предотвращающего отделение выступающей части 10 в радиальном направлении от корпуса 5 инструмента. Ограничивающий элемент 27 соединен с корпусом инструмента посредством болтов 31. Пружина, расположенная между выступающей частью 10 и корпусом 5 инструмента, выталкивает выступающую часть 10 в радиальном направлении наружу, обеспечивая зазор 28 относительно наружной поверхности 34 в углублении 12 корпуса инструмента, как показано на фиг. 7. Таким образом, выступающая часть выполнена с возможностью наклона относительно центральной оси 21 (показанной на фиг. 1) корпуса инструмента как вдоль продольного направления, так и вдоль окружности корпуса инструмента.

Инструмент имеет несколько выступающих частей, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности корпуса 5 инструмента, как показано на фиг. 2 и 3. Таким образом, выступающие части 10 расположены вдоль окружной стороны инструмента. Корпус 5 инструмента содержит множество впускных отверстий 8, расположенных в передней части инструмента, между выступающими частями и под выступающими частями.

Инструмент дополнительно содержит головку 24 насадки, расположенную в переднем конце 32 корпуса инструмента, расположенном дальше всего от кабеля. Головка 24 насадки может отделять фрагменты твердых частиц, а выступающие части 10 могут отделять остальную часть твердых частиц. Корпус 5 инструмента выполнен с возможностью вращения для выполнения бурения в твердых частицах.

С противоположной стороны относительно переднего конца, корпус 5 инструмента выполнен с возможностью соединения с секцией очистки текучей среды, как показано на фиг. 4, 6, и 8. Как показано на фиг. 5 и 6, элементы 16 для удаления твердых частиц с выступающими частями выступают от наружной поверхности 34 корпуса 5 инструмента, однако, как показано на фиг. 4, ограничивающий элемент 27 не выступает от наружной поверхности 34 корпуса 5 инструмента.

Как показано на фиг. 7, только наконечники 14 выступающей части 10 выступают из корпуса инструмента. Выступающая часть 10 имеет пластинообразную конструкцию, а наконечники 14, например выполненные из карбида вольфрама, могут быть сформованы вместе с пластинообразной выступающей частью. Как показано на фиг. 1, выступающая часть имеет возрастающую толщину вдоль продольного направления корпуса 5 инструмента, так что наружный диаметр корпуса инструмента увеличивается со стороны переднего конца в направлении секции очистки текучей среды. Таким образом, выступающая часть 10 может достигнуть внутренней поверхности обсадной колонны, независимо от того, является ли обсадная колонна неровной или овальной. Пружина 11 расположена с возможностью отсоединения в каналах 33 в корпусе инструмента в углублении, и в каналах в выступающей части для удержания пружины в определенном положении. Кроме того, благодаря наличию гибких выступающих частей 10, скважинный чистящий инструмент 1 обеспечивает возможность отделения твердых частиц в обсадной колонне, имеющей овальное поперечное сечение.

Настоящее изобретение также относится к способу очистки для удаления остатка или осадка твердых частиц 2 с внутренней поверхности 3 обсадной колонны 4. Сначала скважинный чистящий инструмент 1 согласно настоящему изобретению вводят в обсадную колонну 4 и перемещают внутри обсадной колонны. Когда чистящий инструмент 1 перемещают внутри обсадной колонны, твердые частицы 2 на внутренней поверхности 3 обсадной колонны 4 обуриваются и, таким образом, удаляются посредством элемента 16 для удаления твердых частиц чистящего инструмента 1. После удаления твердых частиц с внутренней поверхности 3 они смешиваются с текучей средой, и текучую среду закачивают через впускное отверстие 8 в корпус 5 инструмента и в канал 6, и оттуда далее в камеру 18 секции 17 очистки текучей среды, расположенную ниже по потоку относительно канала 6, так что твердые частицы 2 удаляют с внутренней части обсадной колонны. В камере 18 твердые частицы отфильтровываются от текучей среды в фильтре 19 и скапливаются в камере 18. Отфильтрованную текучую среду затем откачивают назад в обсадную колонну 4 через выпускное отверстие 15 в чистящем инструменте 1 на конце инструмента, расположенном наиболее близко к кабелю 23.

Когда текучую среду откачивают обратно в обсадную колонну 4, ее поток направляют против переднего конца чистящего инструмента в направлении впускного отверстия 8 корпуса инструмента, что обеспечивает рециркуляцию текучей среды. При протекании от выпускного отверстия 15 до впускного отверстия 8 текучую среду смешивают с удаленными с внутренней поверхности твердыми частицами 2, и затем текучую среду снова закачивают через впускное отверстие 8 в корпус 5 инструмента и в канал 6, а оттуда далее в камеру 18 секции 17 очистки текучей среды для отфильтрации твердых частиц от текучей среды, как описано выше. Данные этапы способа продолжают выполнять до тех пор, пока насос закачивает текучую среду через впускное отверстие 8 в корпус инструмента, и чистящий инструмент работает в обсадной колонне.

Помимо этого, этап фильтрования твердых частиц от текучей среды осуществляют в фильтре 19. Фильтр 19 имеет трубчатую форму и вытянут в продольном направлении в камере 18, за счет чего обеспечивается возможность того, что твердые частицы 2 не скапливаются в передней части фильтра, а вместо этого распределяются вдоль фильтра, так что секция очистки текучей среды обладает высокой чистящей способностью.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например, природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, например, сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.

Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован приводной модуль 25, например, скважинный трактор, как показано на фиг. 8. Скважинный трактор может иметь выдвигающиеся рычаги 45, имеющие колеса 46, причем колеса входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны для перемещения трактора и инструмента вперед в скважине. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor®.

Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к скважинным чистящим инструментам для удаления остатка или осадка твердых частиц с внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика. Устройство содержит корпус инструмента, имеющий канал и стенку, по меньшей мере одно впускное отверстие в стенке корпуса инструмента. Впускное отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды с каналом. Элемент для удаления твердых частиц соединен с корпусом инструмента и выполнен с возможностью отделения твердых частиц от внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика. Секция очистки текучей среды содержит камеру, фильтр, расположенный внутри камеры и выполненный с возможностью разделения твердых частиц и текучей среды, и насос, соединенный с возможностью передачи текучей среды с каналом и выполненный с возможностью закачивания текучей среды с отделенными твердыми частицами через впускное отверстие в камеру. Элемент удаления твердых частиц содержит по меньшей мере одну выступающую часть, выступающую из корпуса инструмента. Рядом с выступающими частями может быть расположено по меньшей мере одно впускное отверстие для закачивания отделенных твердых частиц. Повышается эффективность удаления отложений. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Скважинный чистящий инструмент (1) для удаления остатка или осадка (2) твердых частиц с внутренней поверхности (3) обсадной колонны (4) или хвостовика, содержащий:

- корпус (5) инструмента, имеющий канал (6) и стенку (7);

- по меньшей мере одно впускное отверстие (8) в стенке корпуса инструмента, причем указанное впускное отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды с каналом;

- элемент (16) для удаления твердых частиц, соединенный с корпусом инструмента и выполненный с возможностью отделения твердых частиц от внутренней поверхности обсадной колонны или хвостовика; и

- секцию (17) очистки текучей среды, содержащую:

- камеру (18);

- фильтр (19), расположенный внутри камеры и выполненный с возможностью разделения твердых частиц и текучей среды; и

- насос (20), соединенный с возможностью передачи текучей среды с каналом и выполненный с возможностью закачивания текучей среды с отделенными твердыми частицами через впускное отверстие в камеру;

причем элемент удаления твердых частиц содержит по меньшей мере одну выступающую часть (10), выступающую из корпуса инструмента, и пружину (11), расположенную между корпусом инструмента и выступающей частью, причем рядом с выступающими частями может быть расположено по меньшей мере одно впускное отверстие для закачивания отделенных твердых частиц.

2. Скважинный чистящий инструмент по п. 1, в котором выступающая часть выступает в радиальном направлении из корпуса инструмента.

3. Скважинный чистящий инструмент по п. 1 или 2, в котором выступающая часть выполнена с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса инструмента.

4. Скважинный чистящий инструмент по п. 1 или 2, в котором выступающая часть содержит наконечники (14), обращенные к обсадной колонне.

5. Скважинный чистящий инструмент по п. 3, в котором выполненная с возможностью перемещения в радиальном направлении выступающая часть соединена с корпусом инструмента посредством ограничивающего элемента (27), так что пружина выполнена с возможностью выталкивания выступающей части в радиальном направлении наружу с тем, чтобы обеспечить зазор (28) относительно наружной поверхности (34) корпуса инструмента.

6. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, в котором выступающая часть имеет возрастающую толщину вдоль осевого направления корпуса инструмента.

7. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, причем инструмент содержит множество выступающих частей, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности корпуса инструмента.

8. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, в котором пружина расположена с возможностью отсоединения в каналах (33) в корпусе инструмента в углублении для удержания пружины в определенном положении.

9. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, в котором пружина расположена с возможностью отсоединения в каналах в выступающей части для удержания пружины в определенном положении.

10. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, в котором корпус инструмента соединен с секцией очистки текучей среды, так что канал (6) соединен с камерой.

11. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, в котором элемент для удаления твердых частиц расположен дальше всего от кабеля.

12. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, дополнительно содержащий головку (24) насадки, расположенную в переднем конце корпуса инструмента.

13. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, в котором корпус инструмента выполнен с возможностью вращения.

14. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, причем скважинный чистящий инструмент представляет собой кабельный инструмент.

15. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, в котором насос соединен с возможностью передачи текучей среды с выпускным отверстием (15) секции очистки текучей среды.

16. Скважинный чистящий инструмент по п. 4, в котором наконечники выполнены из карбида вольфрама.

17. Скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1, 2 или 5, дополнительно содержащий приводной модуль (25), например скважинный трактор, предназначенный для продвижения инструмента вперед в обсадной колонне.

18. Скважинная система (100), содержащая скважинный чистящий инструмент по любому из пп. 1-17 и обсадную колонну.

19. Способ очистки для удаления остатка или осадка (2) твердых частиц с внутренней поверхности (3) обсадной колонны (4) или хвостовика, содержащий следующие этапы:

- вводят скважинный чистящий инструмент (1) по любому из пп. 1-17 в обсадную колонну или хвостовик;

- выполняют бурение в твердых частицах для отделения твердых частиц;

- закачивают текучую среду, содержащую твердые частицы, через впускное отверстие (8) в стенке корпуса инструмента;

- отфильтровывают твердые частицы от текучей среды в фильтре; и

- откачивают отфильтрованную текучую среду обратно в обсадную колонну через выпускное отверстие (15) в инструменте на конце инструмента, расположенном наиболее близко к кабелю (23).