Устройство для резки или перфорации труб в скважине Российский патент 2023 года по МПК E21B29/02 E21B43/11 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для резки труб с использованием высокоскоростной высокотемпературной газовой струи при проведении аварийных работ, когда есть необходимость отрезать или перфорировать насосно-компрессорную, бурильную или обсадную трубу в конкретной точке ствола скважины для технологических целей или устранения какого-либо осложнения и/или аварии.

Известно устройство для резки или перфорации обсадных труб в скважине, содержащее газогенератор, включающий корпус, в котором установлен расположенный в верхней части термитной смеси инициатор поджига, а под термитной смесью в корпусе расположены закрепленные в корпусе рассекатель, газораспределительные решетки и газораспределительный диск с радиальными газонаправляющими каналами, при этом на корпусе установлена в зоне расположения газораспределительного диска охватывающая корпус цилиндрическая втулка (см. патент US №10781676, кл. Е21В 29/02, опубл. 22.09.2020).

Данное устройство позволяет разрезать обсадные трубы в скважине.

Однако данное устройство не обеспечивает возможность равномерного разрезания обсадной трубы по окружности из-за необходимости вначале проделать отверстие или отверстия в охватывающей корпус цилиндрической втулке и только потом приступить к резке осадной трубы, что, во-первых, приводит к излишнему расходу термитной смеси и во-вторых может привести к неравномерности процесса разрезания обсадной трубы, что в итоге ведет к усложнению конструкции устройства и снижению надежности его работы по разрезанию обсадной трубы и, кроме того ведет к увеличению капитальных затрат.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для резки или перфорации труб в скважине, содержащее газогенератор, включающий корпус, в которым установлены сверху вниз инициатор поджига расположенной под ним термитной смеси, а под термитной смесью в корпусе расположены закрепленные в корпусе и выполненные из термостойкого материала конический рассекатель, газораспределительные решетки и направляющая раскаленные газы втулка, при этом под последней закреплен направляющий стержень, на который с возможностью осевого перемещения установлена уплотненная относительно направляющего стержня защитная крышка (см. патент на полезную модель РФ №206187, кл. Е21В 29/02, опубл. 30.08.2021).

Данное устройство позволяет проводить резку обсадной трубы с использованием потока высокотемпературной газовой струи.

Однако в процессе эксплуатации устройство находится в скважине в жидкой, часто вязкой среде, что требует определенных усилий для расположения заявленного устройства в заданном месте и стабилизации его положения в месте проведения операции резки и/или перфорирования обсадной трубы.

Технической проблемой, решаемой в изобретении, является преодоление выявленных в известных технических решениях недостатков.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является упрощение операции поперечного разрезания и/или перфорации труб в скважине за счет стабилизации положения устройства в процессе работы и увеличения точности определения положения устройства в процессе его спуска и установки.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство для резки или перфорации труб в скважине содержит газогенератор, включающий корпус, в которым установлены сверху вниз инициатор поджига расположенной под ним термитной смеси, а под термитной смесью в корпусе расположены закрепленные в корпусе и выполненные из термостойкого материала конический рассекатель, газораспределительные решетки и направляющая раскаленные газы втулка, при этом под последней закреплен направляющий стержень, на который с возможностью осевого перемещения установлена уплотненная относительно направляющего стержня защитная крышка, при этом устройство дополнительно снабжено расположенными последовательно сверху вниз и закрепленными относительно друг друга кабельным наконечником, электромеханическим анкером, центратором, локатором муфт, геофизическим грузом, изолирующим переводником и компенсатором, при этом газогенератор расположен между изолирующим переводником и компенсатором, термитная смесь выполнена в виде монолитного цилиндрического блока с центральным осевым отверстием, инициатор поджига выполнен в виде электрической катушки накаливания, нагреваемой при подключении ее к источнику тока до температуры 1000±200°С, а направляющая раскаленные газы втулка выполнена с верхней торцевой поверхностью в виде цилиндрической втулки, наружная боковая поверхность которой плавно переходит в плоскую горизонтальную поверхность с образованием последней с вышерасположенной газораспределительной решеткой выходного кольцевого отверстия или направляющая раскаленные газы втулка выполнена с верхней торцевой поверхностью в виде цилиндрической втулки, наружная боковая поверхность которой плавно переходит в плоскую горизонтальную поверхность, по периметру которой выполнена цилиндрическая стенка, верхняя торцевая поверхность которой плотно прижата к нижней торцевой поверхности вышерасположенной газораспределительной решетки, а в стенке цилиндрической стенки выполнены сквозные отверстия.

В ходе проведенного исследования было выявлено, что для обеспечения быстрой и надежной резки и/или перфорации трубы, в частности обсадной трубы, необходимо точное и стабильное позиционирование устройства и в то же время обеспечение надежной подачи потока высокотемпературной рабочей среды к месту ее истечения.

Выполнение термитной смеси в виде монолитного цилиндрического блока с центральным осевым отверстием в сочетании с выполнением инициатора поджига в виде электрической катушки накаливания, нагреваемой при подключении ее к источнику тока до температуры 1000±200°С позволяет с одной стороны обеспечить надежный и быстрый разогрев термитной среды до требуемой для инициирования процесса генерации высокотемпературной газовой среды, а с другой стороны выполнение термитного состава в виде монолитного цилиндрического блока с осевым каналом в сочетании кабельным наконечником и изолирующим переходником позволяет надежно подвести по кабелю с поверхности земли электрическую энергию и предотвратить возможность нарушения подачи электроэнергии к инициатору поджига для инициализации процесса генерации вышеуказанной высокотемпературной среды и стабильной подачи ее к месту резки обсадной трубы по осевому отверстию. Кроме того, устройство снабжено средствами стабилизации и точной установки устройства в требуемом месте, а именно электромеханическим анкером, центратором, локатором муфт, геофизическим грузом и компенсатором, что позволяет обеспечить точную установку устройства, предотвратить его смещения относительно места резки обсадной трубы и ее перфорации в процессе работы в условиях нагрева устройства. Таким образом, сочетание вышеприведенных признаков позволяет достигнуть заявленный технический результат.

На фиг. 1 представлено устройство для резки или перфорации труб в сборе.

На фиг. 2 представлен продольный разрез газогенератора.

На фиг. 3 представлен фрагмент продольного разрез газогенетора для резки труб.

На фиг. 4 представлен фрагмент продольного разрез газогенетора для перфорации труб.

Устройство для резки или перфорации труб 21 в скважине содержит газогенератор 1, включающий корпус 2, в которым установлены сверху вниз инициатор поджига 3 расположенной под ним термитной смеси 4.

Под термитной смесью 4 в корпусе 2 расположены закрепленные в корпусе 2 и выполненные из термостойкого материала, например из диоксида циркония или сплавов с содержанием вольфрама, конический рассекатель 5, газораспределительные решетки 6 и направляющая раскаленные газы втулка 7.

Под втулкой 7 закреплен направляющий стержень 8, на который с возможностью осевого перемещения установлена уплотненная относительно направляющего стержня 8 защитная крышка 9.

Устройство дополнительно снабжено расположенными последовательно сверху вниз и закрепленными относительно друг друга кабельным наконечником 10, электромеханическим анкером 11, центратором 12, локатором муфт 13, геофизическим грузом 14, изолирующим переводником 15 и компенсатором 16.

Газогенератор 1 расположен между изолирующим переводником 15 и компенсатором 16. Термитная смесь 4 выполнена в виде монолитного цилиндрического блока с центральным осевым отверстием 17.

Инициатор поджига 3 выполнен в виде электрической катушки накаливания, нагреваемой при подключении ее к источнику тока (не показан на чертеже) до температуры 1000±200°С, а направляющая раскаленные газы втулка 7 выполнена с верхней торцевой поверхностью в виде цилиндрической втулки, наружная боковая поверхность которой плавно переходит в плоскую горизонтальную поверхность с образованием последней с вышерасположенной газораспределительной решеткой 6 выходного кольцевого отверстия 18 или направляющая раскаленные газы втулка 7 выполнена с верхней торцевой поверхностью в виде цилиндрической втулки, наружная боковая поверхность которой плавно переходит в плоскую горизонтальную поверхность, по периметру которой выполнена цилиндрическая стенка 19, верхняя торцевая поверхность которой плотно прижата к нижней торцевой поверхности вышерасположенной газораспределительной решетки 6, а в стенке цилиндрической стенки 19 выполнены сквозные отверстия 20.

Устройство для резки и/или перфорации обсадных труб работает следующим образом.

При проведении аварийных работ, т.е. когда есть необходимость отрезать или перфорировать насосно-компрессорную, бурильную или обсадную трубу в конкретной точке ствола скважины в последнюю спускают описанную выше сборку.

Для нормальной работы газогенератора 1 необходимо уравновесить давление в трубе 21 и в затрубном пространстве скважины. Для этого в зону проведения работ спускается компоновка с газогенератором 1, предназначенным для перфорации трубы 21, например обсадной трубы.

Для проведения перфорации обсадной трубы 21 электрический сигнал активации передают с устья скважины по кабелю на инициатор поджига 3. В качестве электрического сигнала может быть подан переменный или постоянный ток с мощностью, необходимой для разогрева электрической катушки до необходимой температуры 1000±200°С. От разогретой электрической катушки начинается термитная реакция. В момент активации термитной смеси 4 последняя сжигает электрическую катушку, цепь прерывается и значение силы тока падает до нуля, сигнализируя оператору об активации работы устройства, а термитная смесь 4 в результате термитной реакции, выделяет раскаленный газ с температурой порядка 2800-3000°С.

Раскаленный высокотемпературный газ, истекая через отверстия 20, прожигает отверстия в обсадной трубе 21, что позволяет давление в обсадной трубе 21 и в затрубном пространстве уравновесить.

Далее компоновку с газогенератором 1 для перфорации поднимают на устье и спускают компоновку с газогенератором 1 для резки обсадной трубы 21. В заданной точке устройство фиксируется электромеханическим анкером 11. Активация газогенератора 1 происходит как описано выше. В результате активации термитной смеси 4, раскаленный газ по осевому каналу 17 поступает в выходное кольцевое отверстие 18, и, истекая из него с температурой порядка 2800-3000°С расплавляет металлическую стенку обсадной трубы 21.

Радиальный поток расплавляет стенку обсадной трубы 21, оставляя ровный, оплавленный рез, после чего компоновку поднимают из скважины.

Следует отметить, что описанное выше устройство предварительно рассчитывают для обеспечения требуемой проникающей способности, т.е. для обеспечения резки и перфорации труб с различной толщиной стенки, для чего в газогенератор устанавливают необходимое количество термитной смеси 4. Для этих целей корпус 2 газогенератора 1 выполняют сборным из патрубков различной длины.

Кроме того, выполнение устройства с составным компенсатором 16 позволяет в зависимости от поставленной задачи предотвратить смещение устройства в процессе работы за счет его термического расширения в результате нагрева от раскаленных газов в процессе проведения перфорации или резки обсадной трубы 21. Расчет длины компенсатора 16 производят индивидуально, исходя из расчетного объема высвободившихся раскаленных газов в процессе активации термитной смеси 4. Устройство может получать электрическую энергию, как от электросети, так и от аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к устройству для резки или перфорации труб в скважине. Устройство для резки или перфорации труб в скважине содержит газогенератор, включающий корпус, в которым установлены сверху вниз инициатор поджига расположенной под ним термитной смеси. Под термитной смесью в корпусе расположены закрепленные в корпусе и выполненные из термостойкого материала конический рассекатель, газораспределительные решетки и направляющая раскаленные газы втулка. Под втулкой закреплен направляющий стержень, на который с возможностью осевого перемещения установлена уплотненная относительно направляющего стержня защитная крышка. Устройство снабжено расположенными последовательно сверху вниз и закрепленными относительно друг друга кабельным наконечником, электромеханическим анкером, центратором, локатором муфт, геофизическим грузом, изолирующим переводником и компенсатором. Газогенератор расположен между изолирующим переводником и компенсатором. Термитная смесь выполнена в виде монолитного цилиндрического блока с центральным осевым отверстием. Инициатор поджига выполнен в виде электрической катушки накаливания, нагреваемой при подключении ее к источнику тока до температуры 1000±200°С. Направляющая раскаленные газы втулка выполнена с верхней торцевой поверхностью в виде цилиндрической втулки, наружная боковая поверхность которой плавно переходит в плоскую горизонтальную поверхность, с образованием с вышерасположенной газораспределительной решеткой выходного кольцевого отверстия. Направляющая раскаленные газы втулка также может быть выполнена с верхней торцевой поверхностью в виде цилиндрической втулки, наружная боковая поверхность которой плавно переходит в плоскую горизонтальную поверхность, по периметру которой выполнена цилиндрическая стенка, верхняя торцевая поверхность которой плотно прижата к нижней торцевой поверхности вышерасположенной газораспределительной решетки. В стенке цилиндрической стенки выполнены сквозные отверстия. Технический результат заключается в повышении надежности работы и увеличении производительности устройства при проведении операции поперечного разрезания и/или перфорации обсадных труб в скважине. 4 ил.

Устройство для резки или перфорации труб в скважине, содержащее газогенератор, включающий корпус, в которым установлены сверху вниз инициатор поджига расположенной под ним термитной смеси, а под термитной смесью в корпусе расположены закрепленные в корпусе и выполненные из термостойкого материала конический рассекатель, газораспределительные решетки и направляющая раскаленные газы втулка, при этом под последней закреплен направляющий стержень, на который с возможностью осевого перемещения установлена уплотненная относительно направляющего стержня защитная крышка, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено расположенными последовательно сверху вниз и закрепленными относительно друг друга кабельным наконечником, электромеханическим анкером, центратором, локатором муфт, геофизическим грузом, изолирующим переводником и компенсатором, при этом газогенератор расположен между изолирующим переводником и компенсатором, термитная смесь выполнена в виде монолитного цилиндрического блока с центральным осевым отверстием, инициатор поджига выполнен в виде электрической катушки накаливания, нагреваемой при подключении ее к источнику тока до температуры 1000±200°С, а направляющая раскаленные газы втулка выполнена с верхней торцевой поверхностью в виде цилиндрической втулки, наружная боковая поверхность которой плавно переходит в плоскую горизонтальную поверхность с образованием последней с вышерасположенной газораспределительной решеткой выходного кольцевого отверстия, или направляющая раскаленные газы втулка выполнена с верхней торцевой поверхностью в виде цилиндрической втулки, наружная боковая поверхность которой плавно переходит в плоскую горизонтальную поверхность, по периметру которой выполнена цилиндрическая стенка, верхняя торцевая поверхность которой плотно прижата к нижней торцевой поверхности вышерасположенной газораспределительной решетки, а в стенке цилиндрической стенки выполнены сквозные отверстия.