Ловитель шаров устьевой Российский патент 2021 года по МПК E21B31/03 

Заявляемое изобретение относится к устройствам для обслуживания скважин в нефтегазодобывающей промышленности (к устройству устьевой компоновки скважины) и может быть использовано на устье скважины для улавливания и удержания шаров, в том числе из немагнитных материалов (алюминий, фторопласт и т.д.), оставленных в скважине после проведения различных технологических операций с применением шаров.

На практике шары, идущие с потоком жидкости из скважины, улавливают в наземном трубопроводе (выкидной линии). Шар, попадая в трубу, задерживается в ней, в этот момент необходимо остановить поток жидкости путём перекрытия устья скважины и разобрать выкидную линию для извлечения шара. Далее для ловли последующих шаров необходимо каждый раз производить остановку потока и разборку выкидной линии, что значительно увеличивает длительность процесса извлечения шаров из скважины и увеличивает расход рабочей жидкости.

Известен извлекатель кольцевой, содержащий полый корпус цилиндрической формы, который с одной стороны имеет двухступенчатую упорную резьбу для крепления к обурочной трубе, а с другой – ловитель (см. http://bittehnika.siteholder.ru/catalog/instrument-dlya-likvidatsii-avariy/magnitnye-izvlekateli/magnitnyy-izvlekatel-koltsevoy/)

Ловитель выполнен из постоянных магнитов, установленных по кольцу в латунных капсюлях. Известный магнитный извлекатель предназначен для извлечения из нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин мелких предметов, обладающих ферромагнитными свойствами.

Работа магнитного извлекателя кольцевого основана на том, что предметы, обладающие ферромагнитными свойствами, находящиеся в межтрубном пространстве между трубой, ЭЦН и обсадной колонной, притягиваются и удерживаются на рабочей поверхности магнитной системы.

Недостатком устройства является то, что с его помощью невозможно извлечь из скважины предметы, например шары, выполненные из немагнитных материалов (алюминий, фторопласт и др.).

Известен скважинный ловитель, включающий корпус, шламосборник и привод (см. заявку RU на изобретение №2005102523/03, МПК Е21В 31/08, опубл. 20.08.2006 г.).

Корпус выполнен в виде перевернутого стакана и снабжен тяговым органом в виде каната, соединенного с хвостовиком шнека с возможностью их относительного поворота. Внутри корпуса расположен подпружиненный в осевом направлении шнек. Шнек снабжен подшипниковым узлом, установленным на хвостовике между дном стакана и пружиной, а корпус - ударным механизмом. Ход шнека регулируют шайбами, свободно установленными на хвостовике шнека. Шламосборник выполнен в виде контейнера с перфорированным днищем, расположенным ниже верхнего торца спиральной лопасти шнека.

Недостатком данного скважинного ловителя является то, что он предназначен для извлечения мелких фрагментов (зубья шарошек, твердосплавные зубки и т.д.) и с его помощью невозможно извлечение предметов, например, шаров, диаметр которых соизмерим с диаметром шламосборника.

Известен скважинный ловитель шаров, принятый в качестве прототипа, включающий корпус с проходным каналом для шаров, приспособление для удерживания шаров и переходник для соединения с трубой (см. описание изобретения к патенту РФ № 2594825, МПК E21B 31/18, опубл. 20.08.2016).

Корпус выполнен цилиндрическим, состоящим из жестко соединенных между собой отдельных полых секций, при этом приспособление для удерживания шаров, выполненное в виде зацепа для удерживания шаров, установлено внутри полости каждой из секций. Зацеп выполнен в виде упругой пластины, жестко крепящейся одним краем к корпусу под острым углом с возможностью углового перемещения пластины по направлению к корпусу при воздействии на нее усилия. В корпусе секции напротив вогнутой поверхности пластины выполнен сквозной паз, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам пластины в плане. К нижней секции корпуса жестко прикреплен защитный наконечник, а к верхней секции жестко прикреплен переходник для соединения ловителя с трубой.

Количество секций ловителя выбирают соответствующее количеству шаров в скважине.

Использование известного скважинного ловителя шаров связано с необходимостью проведения дорогостоящих и долговременных работ по спуску ловителя на колонне труб на забой скважины и с последующим подъёмом его из скважины. Для спускоподъёмных операций используют дополнительное наземное и подземное оборудование и дополнительный персонал и, кроме того, при выполнении спускоподъёмных работ возможны осложнения и аварии на скважине.

При использовании известного скважинного ловителя шаров результат работы (поймались ли шары) можно узнать только после поднятия устройства на поверхность, и в случае, если при поднятии выяснилось, что шары извлечены не все, то необходимо будет провести все операции по спуску ловителя и подъёму шаров заново.

Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является создание устройства, исключающего спускоподъёмные операции на скважине, обеспечивающего гарантированное извлечение из скважины шаров из любых материалов с обеспечением непрерывного прохода потока жидкости через устройство даже при пойманных шарах, при сокращении длительности процесса извлечения шаров из скважины и уменьшении расхода рабочей жидкости.

Технический результат достигается тем, что ловитель шаров устьевой, включает корпус с проходным каналом для шаров и жидкости из скважины и приспособление для удерживания шаров, при этом проходной канал корпуса посредством штанги соединён одним концом с устьевой компоновкой, при этом другой его конец выполнен с отверстием, соединенным с входом в контейнер для сбора шаров, снабжен гнездом для установки вставки с фигурным торцом для направленного перемещения шаров в контейнер, и соединен с фланцевым отводом, при этом корпус и вставка выполнены с сопрягаемым отверстием под установку фиксирующего элемента для ориентации фигурного торца вставки относительно входа в контейнер, проходной канал корпуса выполнен диаметром, превышающим диаметр наибольшего шара, подлежащего извлечению из скважины, вставка выполнена со сквозными отверстиями для выхода жидкости из корпуса, диаметр которых меньше диаметра улавливаемых шаров, а контейнер выполнен в виде полого цилиндра, в верхней части которого установлена плоская пружина, имеющая возможность углового перемещения по направлению к корпусу при воздействии на неё усилия и предотвращающая перемещение шаров в обратном направлении, свободный конец контейнера снабжен переходником, при этом переходник и фланцевый отвод соединены с трубопроводом для отвода жидкости из корпуса.

Корпус снабжен петлёй для монтажных работ. Фиксирующий элемент для ориентации радиусного скоса вставки относительно корпуса выполнен в виде цилиндрического штифта. Фигурный торец вставки выполнен с радиусным скосом.

Предлагаемое устройство не требует проведения спускоподъёмных операций на скважине, что снижает аварийность и значительно удешевляет работы по извлечению шаров из скважины.

Использование предлагаемого устройства позволяет определить количество извлечённых шаров в реальном времени путём выемки шаров из контейнера, при этом на поток жидкости из скважины не влияет наличие в контейнере всех шаров.

Ловитель шаров устьевой иллюстрирован чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 – продольное сечение устройства; на фиг. 3 – общий вид вставки; на фиг. 4 – продольное сечение вставки; на фиг. 5 – поперечное сечение вставки; на фиг. 6 – общий вид переходника; на фиг. 7 – продольное сечение переходника; на фиг. 8 – поперечное сечение переходника.

Ловитель шаров устьевой состоит из корпуса 1 с проходным каналом для шаров, соединённым одним концом с устьевой компоновкой скважины с помощью штанги 2, концы которой снабжены фланцами для соединения (фланцы и устьевая компоновка на чертеже не показаны).

Другой конец проходного канала корпуса 1 выполнен с отверстием для соединения с контейнером 3 для сбора шаров, гнездом для размещения вставки 4, обеспечивающей фигурным торцом (радиусным скосом) направление шаров в контейнер 3, и соединен с фланцевым отводом 5.

Корпус 1 и вставка 4 выполнены с сопрягаемым отверстием 6 под установку фиксирующего элемента, выполненного в виде цилиндрического штифта для ориентации радиусного скоса вставки 4 относительно входа в контейнер 3 при её установке в корпус 1, обеспечивающего направленную подачу шаров в контейнер 3 (штифт на чертеже не показан).

Вставка 4 выполнена с центральным сквозным отверстием 7 и соосно размещенными сквозными отверстиями 8 диаметром меньше диаметра улавливаемых шаров для обеспечения выхода жидкости из полости корпуса 1.

Внутренний диаметр проходного канала корпуса 1 и штанги 2 на 10% больше диаметра наибольшего предполагаемого шара подлежащего извлечению из скважины.

Контейнер 3 выполнен в виде цилиндра, свободный конец которого соединен резьбовым соединением с переходником 9 (резьбовое соединение на чертеже не показано).

В верхней части контейнера 3 установлена плоская пружина 10, имеющая возможность углового перемещения по направлению к корпусу 1 при воздействии на нее усилия и предотвращающая перемещение шаров в обратном направлении.

Фланцевый отвод 5 и переходник 9 выполнены с выходами, снабженными присоединительной резьбой для соединения с трубопроводом 11 и 12, предназначенным для отвода из корпуса жидкости, поступающей из скважины (выходы на чертеже не показаны).

Для монтажа устройства на устье скважины корпус 1 снабжен петлёй 13.

Используют ловитель шаров устьевой следующим образом.

Ловитель шаров устьевой с помощью петли 13 устанавливают штангой 2 на устьевую компоновку и крепят на ней посредством фланцевого соединения.

Затем производят технологические операции со скважинной, позволяющие создать восходящий поток жидкости из скважины, который увлекает за собой шары, и поднимает их на устье скважины и далее в ловитель шаров. К таким операциям можно отнести контролируемую разрядку скважины или обратную промывку и другие.

При разрядке скважины, т.е. сбросе избыточного давления из внутренней полости скважины происходит излив жидкости из скважины через устьевую компоновку, соответственно, через ловитель шаров и дальше по трубопроводу (выкидной линии), при этом шары, поднимающиеся из скважины с потоком жидкости, улавливаются и задерживаются в контейнере 3 ловителя.

При обратной промывке скважины промывочную жидкость подают в затрубное пространство, при этом возникает  восходящий поток жидкости из скважины через устьевую компоновку, соответственно, через ловитель шаров и дальше по трубопроводу (выкидной линии), при этом шары, поднимающиеся из скважины с потоком жидкости, улавливаются и задерживаются в контейнере 3 ловителя.

Шары, поднимающиеся из скважины, проходят через штангу 2 и корпус 1 до вставки 4 и попадают в контейнер 3 под действием потока жидкости и под тяжестью своего веса, отгибая пружину 10. Для извлечения шаров из ловителя с контейнера 3 свинчивают переходник 9 и шары выпадают из контейнера 3.

Конструкция устройства позволяет извлекать шары без перекрытия потока жидкости, выходящего из скважины. Длину контейнера 3 подбирают и устанавливают в зависимости от предполагаемого необходимого количества шаров, подлежащих извлечению из скважины.

Ловитель шаров устьевой используют преимущественно после проведения гидравлического разрыва пластов, а так же при освоении, эксплуатации, ремонте нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.

Изобретение относится к устройствам для обслуживания скважин в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано на устье скважины для улавливания и удержания шаров после проведения различных технологических операций. Устройство включает корпус с проходным каналом для шаров и жидкости из скважины. Проходной канал посредством штанги соединён одним концом с устьевой компоновкой, при этом другой его конец выполнен с отверстием, соединенным с входом в контейнер для сбора шаров, снабжен гнездом для установки вставки с фигурным торцом для направленного перемещения шаров в контейнер и соединен с фланцевым отводом. Корпус и вставка выполнены с сопрягаемым отверстием под установку фиксирующего элемента для ориентации фигурного торца вставки относительно входа в контейнер. Проходной канал корпуса выполнен диаметром, превышающим диаметр наибольшего шара, подлежащего извлечению из скважины, вставка выполнена со сквозными отверстиями для выхода жидкости из корпуса, диаметр которых меньше диаметра улавливаемых шаров. Контейнер выполнен в виде полого цилиндра, в верхней части которого установлена плоская пружина, имеющая возможность углового перемещения по направлению к корпусу при воздействии на неё усилия, предотвращающая перемещение шаров в обратном направлении. Свободный конец контейнера снабжен переходником, при этом переходник и фланцевый отвод соединены с трубопроводом для отвода жидкости из корпуса. Корпус снабжен петлёй для монтажных работ. Фигурный торец вставки выполнен с радиусным скосом. Исключаются спускоподъёмные операции на скважине, обеспечивается гарантированное извлечение из скважины шаров из любых материалов с обеспечением непрерывного прохода потока жидкости через устройство даже при пойманных шарах, сокращается длительность процесса извлечения шаров из скважины и расход рабочей жидкости. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Ловитель шаров устьевой, включающий корпус с проходным каналом для шаров и жидкости из скважины и приспособление для удерживания шаров, отличающийся тем, что проходной канал корпуса посредством штанги соединён одним концом с устьевой компоновкой, при этом другой его конец выполнен с отверстием, соединенным с входом в контейнер для сбора шаров, снабжен гнездом для установки вставки с фигурным торцом для направленного перемещения шаров в контейнер и соединен с фланцевым отводом, при этом корпус и вставка выполнены с сопрягаемым отверстием под установку фиксирующего элемента для ориентации фигурного торца вставки относительно входа в контейнер, проходной канал корпуса выполнен диаметром, превышающим диаметр наибольшего шара, подлежащего извлечению из скважины, вставка и фланцевый отвод выполнены со сквозными отверстиями для выхода жидкости из корпуса, диаметр которых меньше диаметра улавливаемых шаров, а контейнер выполнен в виде полого цилиндра, в верхней части которого установлена плоская пружина, имеющая возможность углового перемещения по направлению к корпусу при воздействии на неё усилия и предотвращающая перемещение шаров в обратном направлении, свободный конец контейнера снабжен переходником, при этом переходник и фланцевый отвод соединены с трубопроводом для отвода жидкости из корпуса.

2. Ловитель шаров устьевой по п. 1, отличающийся тем, что корпус снабжен петлёй для монтажных работ.

3. Ловитель шаров устьевой по п. 1, отличающийся тем, что фиксирующий элемент для ориентации радиусного скоса вставки относительно корпуса выполнен в виде цилиндрического штифта.

4. Ловитель шаров устьевой по п. 1, отличающийся тем, что фигурный торец вставки выполнен с радиусным скосом.