Способ очистки внутренней полости скважинных труб Российский патент 2020 года по МПК E21B37/02 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при очистке труб в скважине скребками, специально предназначенные для этой цели, в процессе текущего, капитального ремонта скважин.

Известно «Устройство для очистки колонны насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина» (патент RU № 2630028, МПК E21B 37/02, опубл. 05.09.2017 в Бюл. № 25), содержащее лебедку с барабаном и электродвигателем, подключенную через узел коммутации к блоку управления, сообщенному с датчиком, гибкий элемент - проволоку со скребком на конце, установленным в колонне насосно-компрессорных труб, систему контроля, состоящую из рычага, ролика и датчика, отслеживающую натяжение проволоки и положение скребка, к которому прикреплен утяжелитель, а проволока при этом проходит через сальниковое устройство и на выходе из скважины перекинута через ролик системы контроля и намотана на барабан лебедки, установленной ниже ролика на скважине, причем барабан местом набегания наматываемой проволоки на него обращен в сторону от ролика, кроме того, ролик установлен на подпружиненный рычаг, телескопически сочлененный со стержнем, установленным с возможностью перемещения вдоль оси в направляющих на скважине, причем пружина рычага выполнена составной из двух и более частей с разными характеристиками и к блоку управления подключен регулятор скорости вращения электродвигателя, а на ролике установлен определитель местонахождения скребка и определитель направления вращения ролика, выполненные в виде двух герконов и магнитов, причем магниты установлены на ролике, а герконы - на рычаге ролика на расстоянии, при котором перекрывается зона взаимодействия их магнитных полей, и на конце стержня, телескопически сочлененного с подпружиненным рычагом ролика, установлен датчик минимального веса в виде геркона и магнитов, причем геркон смонтирован на конце стержня из немагнитного материала, а магниты смонтированы на конце стержня с возможностью их отделения от геркона направляющей трубой, а скребок выполнен в виде шнека, разделенного на две части, которые в сборе на общей оси создают полный профиль шнека, причем каждая из частей шнека взаимно противоположного вращения снабжена фиксатором поворота, обеспечивающим свободное вращение шнека при движении скребка вниз и фиксацию от вращения шнека при движении скребка вверх, кроме того, крепление гибкого элемента - проволоки - на барабане выполнено на оси, имеющей свободу вращения и позволяющей вращать барабан по окончании разматывания проволоки и наматывания проволоки на барабан в противоположную сторону с одновременным вращением ролика, через который перекинута проволока, отличающееся тем, что на концах скребка смонтированы кольцевые резцы предварительной очистки разного диаметра на каркасе из двух перпендикулярно сопрягаемых пластин, у которого с одной стороны смонтирована резьбовая втулка, а с другой - резьбовая ось с монтажно-технологическим отверстием, а винтовые поверхности частей шнека противоположного вращения выполнены не сплошными вдоль продольной оси полого стержня, с возможностью его вращения на валу с зазором, позволяющим шнеку своей цилиндрической поверхностью центрироваться относительно внутренней поверхности НКТ независимо от не концентричности НКТ в муфтовых соединениях, при этом на валу выполнено монтажно-технологическое отверстие для сборки скребка на устье скважины.

Устройством для очистки колонны насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина реализуется способ, включающий спуск в колонну труб скважины скребка на кабеле с помощью лебедки с барабаном и электродвигателем, подключенным через узел коммутации к блоку управления, и срезание отложений парафина, причем система контроля отслеживает натяжение проволоки и положение скребка и при малейшем ослаблении натяжения проволоки выбирает слабину и постоянно поддерживает натяжение стальной проволоки, отслеживая ее ослабление в пределах возможности системы контроля, регулятор скорости вращения обеспечивает плавный подъем и опускание скребка с автоматическим регулированием скорости вращения электродвигателя от сигнала датчика минимального веса, который в нормальном состоянии имеет всегда замкнутый геркон, при входе в отложения парафина с уменьшением веса идет команда через блок управления и регулятор скорости вращения электродвигателя на его остановку и далее на включение электродвигателя в обратную сторону и подъем скребка на заданное расстояние, при котором дополнительно, более тщательно, очищаются стенки труб, после подъема скребка до первоначального состояния дается команда на опускание скребка, повторяющая до тех пор, пока скребок не пройдет на место скопления парафина.

Недостатками данного способа являются необходимость применения большого числа сложных датчиков и, как следствие, высокая вероятность выхода из строя, так же невозможность использования для прохождения глухих отложений - пробок, так как отложения парафина счищаются только с внутренней стороны очищаемых труб.

Известно также «Устройство для очистки скважины от парафино-асфальтеновых отложений» (патент на ПМ RU № 55021, МПК E21B 37/02, опубл. 27.07.2006 в Бюл. № 21), содержащее шток с установленными на нем скребками, присоединительным элементом в верхней части штока для взаимодействия с тяговым органом, через груз или с другим устройством, при этом присоединительный элемент выполнен в виде резьбового переходника, узел фиксации, выполненный в виде установленной на упомянутом штоке промежуточной втулки, отличающееся тем, что шток снаружи снабжен окнами, выполненными в два ряда, при этом окна между собой в каждом из рядов расположены по диаметру штока под углом 120°, причем в окна штока установлены скребки, выполненные в виде резцов с наклонными режущими элементами, при этом резцы подпружинены внутрь с возможностью ограниченного радиального возвратно-поступательного перемещения в окнах штока, причем резцы одного из рядов смещены относительно резцов другого ряда на 60°, что обеспечивает диаметральный охват резцами всего периметра внутренней поверхности труб.

Устройством для очистки скважины от парафино-асфальтеновых отложений реализуется способ, включающий спуск на канате в скважину и подъем устройства, скребки которого, выполненные в виде резцов, при взаимодействии с наростами в виде АСПО, шлама, окалины радиально перемещаются внутрь окон, сжимая витые пружины, а при выходе из взаимодействия - возвращаются в исходное положение за счет возвратной силы сжатых витых пружин, при этом наклонные режущие элементы резцов срезают наросты с внутренней поверхности труб, обеспечивая равномерную нагрузку на устройство.

Недостатками данного способа являются отсутствие контроля нагрузки, что может привести к аварийным ситуациям из-за заклинивания устройства, так же невозможность использования для прохождения глухих отложений – пробок, так как отложения счищаются только с внутренней стороны очищаемых труб.

Наиболее близким по технической сущности является «Устройство для очистки нефтепромысловых труб от парафина» (патент RU № 2396421, МПК E21B 37/02, опубл. 05.09.2017 в Бюл. № 25), содержащее связанные с приводом подъема и опускания скребки, развернутые вокруг продольной оси относительно друг друга на 90°, включающие корпус с узлами присоединения, шипами, два подвижных подпружиненных элемента с ножами, отличающееся тем, что скребки устройства снабжены продольными ребрами, контактирующими с внутренней поверхностью очищаемых труб, имеющими на концах скосы для прохождения препятствий и жестко соединенными с ножами в виде кольцевых секторов с заточенными торцами, причем ножи между заточенными торцами имеют по длине сектора диаметральную расточку, создающую контактный зазор между внутренней поверхностью очищаемой трубы и ножами.

Устройством для очистки нефтепромысловых труб от парафина реализуется способ, включающий спуск в колонну труб скважины и подъем скребка на гибкой тяге с помощью привода, срезание скребком, снабженным ножами с заточенными торцами отложений парафина с внутренней стороны очищаемых труб в любом направлении.

Недостатками данного способа являются отсутствие контроля нагрузки, что может привести к аварийным ситуациям из-за заклинивания устройства, так же невозможность использования для прохождения глухих отложений – пробок, так как отложения парафина счищаются только с внутренней стороны очищаемых труб.

Техническими задачами предполагаемого изобретения являются создание простого способа, исключающего аварийные ситуация, связанные с заклиниванием скребков, за счет постоянного контроля изменения веса при спуске и при подъеме скребков, а также расширение функциональных возможностей за счет прохождения глухих пробок.

Технические задачи решаются способом очистки внутренней полости скважинных труб, включающим спуск в колонну труб скважины и подъем скребка на гибкой тяге с помощью привода, срезание скребком, снабженным выступающими ножами, отложений с внутренней стороны очищаемых труб.

Новым является то, что спуск и подъем производят со скоростью 0,1 – 5,0 м/с и постоянным контролем изменения веса подвески со скребком, при изменение веса на 1–2 веса скребка направление движения изменяют на противоположное, а скорость перемещения снижают до 0,01 – 0,9 м/с, при отсутствии изменения веса при перемещении в одну из сторон, ход в эту сторону ограничивают 5 – 10 м, после полной очистки интервала скребок перемещают другой интервал для очистки или извлекают из скважины

Новым являться также то, что скребок снизу оснащают конусной фрезой с углом при вершине 60° – 90° и диаметром у основания большим диаметра скребка, но меньшим описанной окружности вокруг ножей.

Способ очистки внутренней полости скважинных труб реализуется следующим образом.

Способ очистки внутренней полости скважинных труб включающет спуск в колонну труб скважины (в колону насосно-компрессорных труб - НКТ, обсадную трубу и т.п.) и подъем скребка с резцами ( например, патенты RU №№ 2252309, 2620028, ПМ 20129, ПМ 21413 или т.п.) на гибкой тяге (канат или кабель) с помощью привода, срезание скребком, снабженным выступающими ножами, отложений с внутренней стороны очищаемых труб. Конструкцию скребка выбирают из свойств и вида отложений опытным путем (на конструкцию скребка авторы е претендуют). Спуск и подъем производят со скоростью 0,1 – 5,0 м/с и постоянным контролем изменения веса подвески со скребком. Вес контролируется при помощи индикатора натяжения с шагом 0,5 – 5 сек (чем выше скорость спуска, тем интервал измерения меньше), что практически исключает влияние изменения веса спущенного оборудования между измерениями за счет веса гибкой тяги. Скорость спуска и подъема скребка зависит от диаметра очищаемых труб, глубины спуска и толщины отложений на стенках (для НКТ Ø 48 мм, глубины спуска до 100 м и толщиной отложений более половины проходного диаметра НКТ рекомендуется скорость составляет 0,1 м/с; а для обсадных труб Ø 273 мм и выше, глубины спуска больше700 м и толщиной отложений 2 – 5 мм рекомендуется скорость составляет 5,0 м/с; промежуточные значения скоростей спуска в зависимости от этих факторов выбирают эмпирическим путем). При изменении веса на 1–2 веса скребка (без учета веса каната или троса и груза) направление движения изменяют на противоположное (наблюдают снижение при спуске и рост при подъеме), а скорость перемещения снижают до 0,01 – 0,9 м/с. Опытным путем опередили, что изменение веса в таких пределах практически полностью исключает «заклинивание» скребка при спуске или подъеме и при очистке внутренней поверхности труб. Снижение скорости при очистке вызвано необходимостью снижения нагрузки на соединение скребка с гибкой тягой для исключения аварийных ситуаций, связанных «обрывом» гибкой тяги. Скорость при очистке зависит от тех же факторов, что и скорость спуска. Причем при очистке изменение веса на 1-2 веса скребка (определено эмпирически) позволяет расширять интервал очистки до необходимого расширения проходного внутреннего диаметра очищаемой трубы. В ходе очистки интервал очистки чаще всего обрабатывается скребком неравномерно (одна из сторон очищается чаще всего быстрее – чаще сверху), поэтому при отсутствии изменения веса при перемещении в одну из сторон, ход в эту сторону ограничивают 5 – 10 м (зависит от скорости чистки – чем выше скорость, тем меньше ход скребка). Этого расстояния достаточного для постепенного разрушения отложений и очистки внутренней поверхности труб. При достижении отсутствия изменения веса при спуске и подъеме, что свидетельствует о полной очистки интервала, скребок перемещают другой интервал для очистки или извлекают из скважины.

При наличии глухих пробок, перекрывающих внутренний диаметр труб, или отложений больше половины диаметра очищаемых труб скребок (или груз при наличии) снизу перед спуском оснащают конусной фрезой с углом при вершине 60° – 90° и диаметром у основания большим диаметра скребка, но меньшим описанной окружности вокруг ножей скребка. Угол 60° – 90° конусной фрезы при вершине исключает ее «заклинивание» в отложениях и обеспечивает достаточную прочность самой фрезы при незначительных ударных нагрузках. Параметры конусной фрезы определены эмпирическим путем (на конструкцию фрезы авторы не претендуют). Чем более плотные отложения, тем более острый угол рекомендуется использовать. Фрезу с углом при вершине более 90° не рекомендуется использовать из-за низкой проникающей способности, что приводит к бóльшему количеству спуско-подъемов скребка при очистке внутренних стенок трубы, а с углом менее 60° - не рекомендуется использовать из-за низкой прочности, что может привести к отколу острия и резкому уменьшению эффективности разрушения отложений, а также – к затратам на приобретение новой угловой фрезы. Диаметр фрезы у основания больший диаметра скребка, но меньший описанной окружности вокруг ножей, позволяет эффективно разрушать пробки посередине и оставлять отложения на стенках, легко срезаемые резцами скребка, уменьшая тем самым время обработки интервала очистки внутренней поверхности труб.

Пример конкретного выполнения

В скважине, которая имеет глубину 1814 м, диаметр эксплуатационной колонны 146 мм, необходима подготовка внутренней поверхности стенок эксплуатационной колонны, для установки пакера типа ПРО-ЯМО (производства ООО «Пакер», г. Октябрьский) и для выполнения очистки от парафина и пробки заданного интервала (1500 – 1520 м) стенок эксплуатационной колонны нефтедобывающей скважины, которая заполнена скважинной жидкостью нефтяной эмульсией с вязкостью 29 мПа·с. Спускают в скважину на каротажном кабеле скребок с грузом (конструкции, защищенной патентом на ПМ RU №  95739, с установленной внизу угловой фрезой Ø 136 мм с углом при вершине 72°) до глубины 1515 м со скоростью 1 м/с, где датчик веса показал снижение веса на 500 кг (1,25 веса скребка). Спуско-подъемными операциями со скоростью 0,2 м/с и с контролем веса (с изменением направления очистки при изменении на 1-2 веса скребка – 400–800 кг) производят очистку стенок эксплуатационной колонны скребком. После второго подъема вес наверху перестал изменяться, поэтому подъем вверх ограничили 7 м. После четвертого спуско-подъема глубина спуска скребка увеличилась до 1525 м, интервал обработки ограничили 1510 – 1525 м. После седьмого спуско-подъема вес скребка перестал изменяться и при движении вниз, и скребок извлекли на поверхность. После извлечения скребка из скважины произвели ревизию поверхности геофизическими методами, которые показали отсутствие отложений на стенках обсадной трубы в интервале обработки. При этом в ходе работы отсутствовали прихваты скребка. После извлечения скребка при исследовании ультразвуковыми датчиками нарушений целости заделки скребка с кабелем, самого скребка, ножей и фрезы не обнаружены.

Предлагаемый способ очистки внутренней полости скважинных труб пост в применении, исключает аварийные ситуация, связанные с заклиниванием скребков, за счет постоянного контроля изменения веса при спуске и при подъеме скребков, а также позволяет расширить функциональные возможности за счет прохождения глухих пробок.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при очистке труб в скважине скребками, специально предназначенными для этой цели, в процессе текущего, капитального ремонта скважин. Для осуществления способа очистки внутренней полости скважинных труб спускают в колонну труб скважины и поднимают скребок на гибкой тяге с помощью привода. Срезают скребком, снабженным выступающими ножами, отложения с внутренней стороны очищаемых труб. Спуск и подъем производят со скоростью 0,1-5,0 м/с и постоянным контролем изменения веса подвески со скребком. При изменении веса на 1-2 веса скребка направление движения изменяют на противоположное и снижают скорость перемещения до 0,01-0,9 м/с. При отсутствии изменения веса при перемещении в одну из сторон, ход в эту сторону ограничивают 5-10 м. После полной очистки интервала скребок перемещают в другой интервал для очистки или извлекают из скважины. Достигается технический результат - исключение аварийных ситуаций, связанных с заклиниванием скребков, за счет постоянного контроля изменения веса при спуске и при подъеме скребков, а также расширение функциональных возможностей за счет прохождения глухих пробок. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ очистки внутренней полости скважинных труб, включающий спуск в колонну труб скважины и подъем скребка на гибкой тяге с помощью привода, срезание скребком, снабженным выступающими ножами, отложений с внутренней стороны очищаемых труб, отличающийся тем, что спуск и подъем производят со скоростью 0,1–5,0 м/с и постоянным контролем изменения веса подвески со скребком, при изменении веса на 1–2 веса скребка направление движения изменяют на противоположное, а скорость перемещения снижают до 0,01–0,9 м/с, при отсутствии изменения веса при перемещении в одну из сторон ход в эту сторону ограничивают 5–10 м, после полной очистки интервала скребок перемещают в другой интервал для очистки или извлекают из скважины.

2. Способ очистки внутренней полости скважинных труб по п.1, отличающийся тем, что скребок снизу оснащают конусной фрезой с углом при вершине 60–90° и диаметром у основания, большим диаметра скребка, но меньшим описанной окружности вокруг ножей.