СКВАЖИННЫЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ ИЗ СТВОЛА СКВАЖИНЫ Российский патент 2023 года по МПК E21B27/04 E21B37/00 E21B31/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к удалению металлических частиц, и более конкретно - к скважинному инструменту для удаления металлических частиц из ствола скважины.

Уровень техники

В связи с определенными операциями, выполняемыми в стволе скважины, такими, как бурение, фрезерование и т.п., необходимо производить очистку для удаления металлических частиц, т.е., металлических стружек, опилок, остающихся в скважине. В противном случае такие частицы могут препятствовать надлежащему функционированию противовыбросового превентора (Blow-Out Preventer, ВОР) или других клапанов, присутствующих в скважине. Металлические частицы необходимо также удалять перед окончательным тампонированием истощенной скважины, чтобы исключить попадание металлических частиц в цементную пробку.

В настоящее время металлические частицы обычно удаляют, опуская в скважину погружной магнит. Металлические частицы притягиваются к магниту. После притяжения магнитом определенного количества металлических частиц его магнитное поле ослабевает и становится неспособным притягивать другие частицы. Для продолжения операции очистки магнит приходится возвращать на поверхность и вручную удалять с него металлические частицы. После удаления частиц магнит может быть снова опущен в скважину.

После выполнения определенных скважинных операций необходимо производить очистку скважины от металлических частиц. При этом может быть предусмотрено требование, согласно которому после очистки в скважине должно оставаться, например, менее, чем 0,5 кг металлических частиц. Для выполнения такого требования погружной магнит известного уровня техники обычно приходится многократно опускать в скважину и возвращать на поверхность. Такие операции требуют больших затрат времени и, следовательно, являются весьма дорогостоящими.

В WO 2014/133393 А1 раскрыт скважинный инструмент для удаления магнитных частиц в ВОР и морском стояке.

Скважинные инструменты, использующие спиральные лопастные колеса для удаления частиц из ствола скважины, раскрыты, например, в US 2008/023033 А1, US 6695058 В1 и CN 104033127 А.

В WO 2016/155852 А1 раскрыт скважинный инструмент для удаления металлических частиц из ствола скважины. Описанный инструмент использует отдельный двигатель или вращающееся сопловое устройство для обеспечения вращения между цилиндрическим магнитным элементом и спиральным шнеком.

Задача настоящего изобретение заключается в том, чтобы обеспечить инструмент для удаления металлических частиц, который уменьшает или устраняет по меньшей мере некоторые недостатки способов и инструментов известного уровня техники.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение определяется прилагаемой формулой и следующим описанием.

В первом аспекте изобретение обеспечивает скважинный инструмент для удаления металлических частиц из ствола скважины, содержащий магнитный элемент, противовращательный анкер, блок удаления частиц, контейнер для частиц и соединительный конец для соединения со скважинной колонной, установленной с возможностью вращения, при этом

- магнитный элемент содержит цилиндрический корпус, имеющий первый конец и второй конец;

- блок удаления частиц содержит спиральный продольный направляющий элемент, расположенный вокруг цилиндрического корпуса;

- противовращательный анкер функционально соединяется с цилиндрическим корпусом или со спиральным продольным направляющим элементом, поэтому приведение в действие противовращательного анкера во время работы предотвращает вращение цилиндрического корпуса или спирального продольного направляющего элемента, соответственно, относительно ствола скважины; и

- контейнер для частиц имеет отверстие, расположенное на втором конце цилиндрического корпуса,

при этом

цилиндрический корпус и спиральный продольный направляющий элемент установлены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг центральной оси скважинного инструмента и скомпонованы таким образом, чтобы металлические частицы, накапливающиеся на поверхности цилиндрического корпуса во время работы, направлялись спиральным продольным направляющим элементом к отверстию контейнера для частиц, когда противовращательный анкер приведен в действие, а соединительный конец вращается. Соединительный конец предпочтительно вращается скважинной колонной, которая функционально соединена с соединительным концом и вращается.

Иными словами, когда противовращательный анкер приведен в действие во время работы, цилиндрический корпус вращается относительно спирального продольного элемента таким образом, чтобы металлические частицы, накапливающиеся на поверхности цилиндрического корпуса, направлялись спиральным продольным направляющим элементом к отверстию контейнера для частиц.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента цилиндрический корпус или спиральный продольный направляющий элемент, не имеющий функционального соединения с противовращательным анкером, функционально соединен с первым соединительным концом таким образом, чтобы вращательное движение соединительного конца передавалось цилиндрическому корпусу или спиральному продольному направляющему элементу, соответственно.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента спиральный продольный направляющий элемент функционально соединен с противовращательным анкером, а цилиндрический корпус функционально соединен с соединительным концом.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента цилиндрический корпус соединен с контейнером для частиц таким образом, чтобы контейнер для частиц мог вращаться относительно спирального продольного направляющего элемента, когда противовращательный анкер приведен в действие, и соединительный конец вращается.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента контейнер для частиц установлен таким образом, чтобы он вращался совместно с цилиндрическим корпусом.

Первый соединительный конец пригоден для соединения скважинного инструмента со скважинной колонной, установленной с возможностью вращения, в частности, с бурильной колонной или каким-либо иным скважинным инструментом, пригодным для обеспечения вращательного движения соединительного конца.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента противовращательный анкер содержит втулочный блок, имеющий множество анкерных устройств, каждое из которых может быть приведено в действие путем перевода из первого положения во второе положение. Во втором положении анкерное устройство выступает в радиальном направлении относительно первого положения, при этом множество анкерных устройств, приведенных в действие во время работы, находится в контакте со стенкой ствола скважины.

Иными словами, в первом положении анкерное устройство (т.е. часть анкерного устройства, контактирующая со стенкой ствола скважины) расположено ближе к центральной оси втулочного блока, чем во втором положении. Во втором положении анкерное устройство (т.е., часть анкерного устройства, контактирующая со стенкой ствола скважины) отходит от центральной оси втулочного блока и вступает в контакт со стенкой ствола скважины.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента каждое анкерное устройство содержит часть, контактирующую со стенкой. Часть, контактирующая со стенкой, может представлять собой любой элемент, способный, по существу, предотвращать или препятствовать вращательному движению противовращательного анкера относительно ствола скважины, в частности, роликовое устройство. Часть, контактирующая со стенкой, предпочтительно представляет собой роликовое устройство, установленное таким образом, чтобы противовращательный анкер, и, следовательно, скважинный инструмент, мог перемещаться в продольном направлении ствола скважины, в то время как вращательное движение противовращательного анкера, по существу, предотвращается или затормаживается.

Множество анкерных элементов может быть равномерно распределено вокруг втулочного узла.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента каждое из анкерных устройств содержит роликовое устройство, предназначенное для контактирования со стенкой ствола скважины, когда анкерные устройства находятся во втором положении. Роликовое устройство имеет ось вращения, по существу, перпендикулярную центральной оси скважинного инструмента, при этом роликовое устройство предпочтительно представляет собой ролик.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента каждое из анкерных устройств содержит по меньшей мере один рычаг, соединенный с возможностью поворота с втулочным блоком и функционально соединенный с поршнем таким образом, чтобы приведение в действие поршня вызывало перемещение анкерного устройства во второе положение.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента по меньшей мере один рычаг содержит стопорную часть на конце, противоположном концу, который соединен с возможностью поворота с втулочным блоком, в то время как втулочный блок содержит ответную стопорную часть, предназначенную для взаимодействия со стопорной частью указанного по меньшей мере одного рычага, когда рычаг находится во втором положении. Взаимодействующие стопорные части предотвращают выход указанного по меньшей мере одного рычага в радиальном направлении за пределы второго положения. В качестве альтернативы стопорная часть рычага может называться первой взаимодействующей поверхностью, а стопорная часть втулочного блока - второй взаимодействующей поверхностью.

Иными словами, поршень предназначен для перемещения анкерного устройства во второе положение.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента рычаг функционально соединен с пружиной, которая смещает анкерное устройство в первое положение.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента поршень содержит упругий элемент для взаимодействия по меньшей мере с одним рычагом, при этом упругий элемент предпочтительно представляет собой плоскую пружину.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента по меньшей мере один рычаг функционально соединен с поршнем при помощи упругого элемента.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента упругий элемент содержит поверхность поршня, предназначенную для взаимодействия с анкерным устройством или рычагом.

Упругий элемент выбран таким образом, чтобы усилие, прилагаемое поршнем к анкерному устройству, не могло превышать заданную максимальную величину. Максимальное усилие определяется свойствами упругого элемента.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента противовращательный анкер соединен с блоком удаления частиц при помощи по меньшей мере одного срезного болта.

Иными словами, противовращательный анкер соединяется с блоком удаления частиц таким образом, чтобы соединение между противовращательным анкером и блоком удаления частиц могло быть разъединено, если шнек блока удаления частиц застрянет во время работы.

В одном из вариантов осуществления скважинный инструмент содержит по меньшей мере один трубчатый элемент, выровненный относительно центральной оси скважинного инструмента и проходящий через противовращательный анкер и цилиндрический корпус.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента по меньшей мере один трубчатый элемент проходит через противовращательный анкер, цилиндрический корпус и контейнер для частиц.

Иными словами, по меньшей мере один трубчатый элемент проходит вокруг центральной оси противовращательного анкера, цилиндрического корпуса и/или контейнера для частиц.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента соединительный конец жестко соединен по меньшей мере с одним трубчатым элементом. Во время работы скважинный инструмент занимает, по существу, вертикальное положение, а соединительный конец расположен на верхнем конце скважинного инструмента.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента соединительный конец расположен на одном конце по меньшей мере одного трубчатого элемента, предпочтительно - на том конце трубчатого элемента, который проходит через противовращательный анкер.

Иными словами, втулочный блок установлен с возможностью вращения относительно по меньшей мере одного трубчатого элемента, проходящего через втулочный блок, или в качестве альтернативы - через противовращательный анкер. Таким образом, по меньшей мере один трубчатый элемент может вращаться скважинной колонной, установленной с возможностью вращения и соединенной с соединительным концом, в то время как втулочный блок закреплен анкерными элементами без возможности вращения.

В одном из вариантов осуществления скважинный инструмент содержит центральное отверстие, выполненное или в качестве альтернативы образованное по меньшей мере одним трубчатым элементом.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента центральное отверстие проходит от первого соединительного конца до контейнера для частиц. Центральное отверстие может представлять собой сквозное отверстие, т.е. отверстие, проходящее насквозь скважинный инструмент, или глухое отверстие, т.е. отверстие, проходящее от соединительного конца вдоль части длины скважинного инструмента.

В одном из вариантов осуществления скважинный инструмент содержит второй соединительный конец для дополнительного соединения с каким-либо подходящим вспомогательным скважинным инструментом, в частности, с фрезерным инструментом. Второй соединительный конец может быть расположен на противоположном конце центрального отверстия или по меньшей мере одного трубчатого элемента относительно первого соединительного конца. Во время работы второй соединительный конец расположен на нижнем конце скважинного инструмента. В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента первый соединительный конец имеет жидкостную связь с центральным отверстием скважинного инструмента.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента поршень приводится в действие буровым раствором, поступающим из центрального отверстия.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента спиральный продольный направляющий элемент функционально соединен с противовращательным анкером (и через противовращательный анкер соединен с возможностью вращения по меньшей мере с одним трубчатым элементом), в то время как цилиндрический корпус жестко соединен по меньшей мере с одним трубчатым элементом, или наоборот.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента противовращательный анкер установлен с возможностью вращения вокруг центральной оси скважинного инструмента относительно по меньшей мере одного трубчатого элемента, проходящего через противовращательный анкер.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента противовращательный анкер содержит поршень, а по меньшей мере один трубчатый элемент содержит по меньшей мере одно радиальное сквозное отверстие, которое имеет жидкостное соединение с гидравлической камерой, которая расположена во втулочном блоке и служит для создания гидравлического давления, чтобы приводить в действие поршень.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента конец втулочного блока (т.е. нижний конец втулочного блока, когда скважинный инструмент находится в рабочем положении, или конец втулочного блока, обращенный к контейнеру для частиц) соединен со спиральным продольным направляющим элементом таким образом, чтобы приведение в действие противовращательного анкера во время работы предотвращало вращение спирального продольного направляющего элемента относительно ствола скважины.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента контейнер для частиц имеет цилиндрическую форму, при этом центральная ось контейнера для частиц совпадает с центральной осью цилиндрического корпуса магнитного элемента.

В одном из вариантов осуществления скважинного инструмента первый соединительный конец и контейнер для частиц расположены на противоположных концах цилиндрического корпуса.

В одном из вариантов осуществления отверстие контейнера для частиц обращено в направлении первого соединительного конца.

Цилиндрический корпус имеет периферическую поверхность, к которой притягивается металл под действием магнитного поля, предпочтительно создаваемого магнитами, установленными под указанной поверхностью.

Во втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ удаления металлических частиц из ствола скважины, содержащий следующие этапы:

- берут скважинный инструмент согласно первому аспекту;

- соединяют скважинную колонну, выполненную с возможностью вращения, с первым соединительным концом;

- опускают указанный скважинный инструмент в ствол скважины;

- приводят в действие противовращательный анкер; и

- вращают скважинную колонну для обеспечения вращения цилиндрического корпуса или спирального продольного направляющего элемента (т.е. цилиндрический корпус или спиральный продольный направляющий элемент не имеют функционального соединения с противовращательным анкером) вокруг центральной оси скважинного инструмента таким образом, чтобы металлические частицы, накапливающиеся на поверхности цилиндрического корпуса, направлялись спиральным продольным направляющим элементом к отверстию контейнера для частиц.

В одном из вариантов осуществления указанный способ содержит операцию подачи бурового раствора под давлением на соединительный конец для приведения в действие противовращательного анкера.

В третьем аспекте настоящее изобретение обеспечивает противовращательный анкер содержащий любые из признаков, определенных для противовращательного анкера скважинного инструмента согласно первому аспекту.

Термин "противовращательный анкер" в качестве альтернативы может быть заменен термином "анкер, препятствующий вращению".

Термин "трубчатый элемент" в качестве альтернативы может быть заменен термином "трубный элемент".

Термин "магнитный элемент" означает элемент, содержащий части, способные посредством магнитных сил притягивать металлические обломки, в частности, металлическую стружку, частицы, опилки и обрезки.

Термин "функционально соединенный" определяет соединение между двумя компонентами, которое обеспечивает определенный эффект.Иными словами, два компонента не обязательно должны находиться в прямом контакте, но могут быть также косвенно соединены посредством промежуточных элементов/компонентов.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны:

ФИГ. 1 - вид в аксонометрии первого примера осуществления скважинного инструмента согласно изобретению.

ФИГ. 2 - вид в аксонометрии фрагмента А скважинного инструмента с ФИГ. 1.

ФИГ. 3 - вид скважинного инструмента с ФИГ. 1 в поперечном разрезе по центральной оси скважинного инструмента.

ФИГ. 4 - вид фрагмента В с ФИГ. 3 в увеличенном масштабе.

ФИГ. 5 - вид фрагмента С с ФИГ. 3 в увеличенном масштабе.

ФИГ. 6 - вид фрагмента D с ФИГ. 3 в увеличенном масштабе.

ФИГ. 7 - вид части скважинного инструмента с ФИГ. 4 в увеличенном масштабе, при этом противовращательный анкер приведен в действие.

ФИГ. 8 - вид сбоку второго примера осуществления скважинного инструмента согласно изобретению.

ФИГ. 9 - вид в разрезе фрагмента Ε с ФИГ. 8.

ФИГ. 10 - вид фрагмента F с ФИГ. 9 в увеличенном масштабе.

ФИГ. 11 - вид сбоку анкера, используемого в скважинном инструменте с ФИГ. 8.

ФИГ. 12 - вид в разрезе анкера с ФИГ. 11.

ФИГ. 13 - вид фрагмента G с ФИГ. 12 в увеличенном масштабе.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает инструмент для удаления металлических частиц из скважины, например, частиц, застрявших в ВОР или поблизости от него.

Вариант осуществления такого инструмента в качестве примера описан ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

На ФИГ. 1 показан вид в аксонометрии инструмента 1 согласно настоящему изобретению, а на ФИГ. 2 - детализированный вид в увеличенном масштабе части инструмента, содержащей противовращательный анкер.

На ФИГ. 3 показан вид скважинного инструмента в поперечном разрезе по центральной оси С.

Скважинный инструмент содержит магнитный элемент 2 для притяжения металлических частиц, противовращательный анкер 5, блок 3 удаления частиц, контейнер 6 для частиц, первый соединительный конец 16, пригодный для соединения со скважинной колонной, установленной с возможностью вращения, и второй соединительный конец 33. Первый соединительный конец может быть также соединен со скважинной колонной, установленной с возможностью вращения, посредством нижнего конца какого-либо пригодного скважинного инструмента при условии обеспечения вращательного движения соединительного конца. Второй соединительный конец 33 в случае надобности может быть соединен с любым пригодным вспомогательным скважинным инструментом, в частности, с фрезерным инструментом.

Магнитный элемент 2 содержит цилиндрический корпус 10, имеющий первый конец 7 и второй конец 8. В данном варианте осуществления цилиндрический корпус 10 содержит множество магнитов 11, см. ФИГ. 4 и 5, установленных под поверхностью 12 корпуса. Магниты создают магнитное поле, необходимое для притяжения металлических частиц. Магнитное поле может создаваться магнитным узлом 10 любого типа, пригодным для установки на поверхности или под поверхностью цилиндрического корпуса.

Блок 3 удаления частиц содержит шнек 4 (т.е. спиральный продольный направляющий элемент), расположенный вокруг цилиндрического корпуса 10. Шнек 4 проходит вокруг и соосно с цилиндрическим корпусом 10. Внутренняя поверхность шнека (т.е. поверхность, обращенная к периферической поверхности цилиндрического корпуса 10) расположена на небольшом расстоянии (0.1-0.5 мм) от периферической поверхности корпуса 10. Шнек 4 предпочтительно выполнен из немагнитной нержавеющей стали, т.е., из аустенитной нержавеющей стали пригодного типа.

Цилиндрический корпус 10 и шнек 4 установлены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг центральной оси С скважинного инструмента таким образом, чтобы металлические частицы, накапливающиеся на поверхности цилиндрического корпуса 10 во время работы, могли направляться шнеком 4 к отверстию 9 контейнера 6, когда противовращательный анкер 5 приведен в действие, и скважинная колонна, соединенная с соединительным концом, вращается.

Концевая часть 13 магнитного элемента не имеет магнитного поля или имеет ослабленное магнитное поле в направлении второго конца 8, что позволяет сбрасывать металлические частицы в контейнер 6 через отверстие 9, предусмотренное на втором конце 8 цилиндрического корпуса 10. Для того, чтобы обеспечить поступление в контейнер основной части или всех металлических частиц, вся концевая часть 13 расположена внутри контейнера, т.е. ниже отверстия 9 контейнера 6, когда скважинный инструмент находится в вертикальном положении.

Противовращательный анкер 5 соединен со шнеком 4 таким образом, чтобы приведение в действие противовращательного анкера во время работы фиксировало шнек 4 в окружном направлении относительно ствола скважины, в котором работает скважинный инструмент. Противовращательный анкер содержит втулочный блок 15, имеющий множество анкерных устройств 19. Каждое анкерное устройство содержит рычаг 22, соединенный с возможностью поворота с втулочным блоком на первом конце, а на втором конце - с роликом 20 (т.е. с частью, контактирующей со стенкой, или с роликовым устройством). Рычаг 22 (или ролик 20) при помощи пружины смещается в первое положение и функционально соединен с кольцевым поршнем, таким образом, чтобы приведение в действие поршня вызывало перемещение ролика 20 из первого положения во второе положение, см. ФИГ. 4 и 7. Второе положение выступает в радиальном направлении относительно первого положения таким образом, чтобы во время работы ролика множества анкерных устройств могли вступать в контакт со стенкой ствола скважины. Ролики 20 препятствуют вращению шнека при вращении скважинной колонны, соединенной с соединительным концом, и в то же время позволяют осуществлять перемещение скважинного инструмента в вертикальном направлении в стволе скважины.

Таким образом, цилиндрический корпус 10 вращается относительно шнека 4 в то время, когда вращающийся втулочный узел находится в движении. Во время работы относительное вращательное движение между шнеком 4 и цилиндрическим корпусом 10 приводит к выталкиванию металлических частиц, которые притягиваются к магнитному элементу и накапливаются на нем, в контейнер 6. Таким образом, напряженность магнитного поля магнитного элемента не ослабляется со временем вследствие накапливания металлических частиц, и скважинный инструмент до окончания операции не требуется поднимать на поверхность для промежуточной очистки/удаления металлических частиц. Транспортировка металлических частиц в контейнер 6 дополнительно улучшается за счет того, что контейнер прикреплен к цилиндрическому корпусу 10, таким образом, чтобы контейнер 6 вращался относительно шнека 4. Последнее решение минимизирует образование заторов или скоплений металлических частицу отверстия 9 контейнера.

Дополнительные характеристики магнитного элемента 2, шнека и контейнера для частиц раскрыты в WO 2016/155852 А1 и включаются в настоящее описание в качестве ссылки.

В данном варианте осуществления скважинный инструмент 1 содержит центральное отверстие 25, образованное множеством трубчатых элементов 17a-d (или труб) которые расположены соосно с противовращательным анкером, цилиндрическим корпусом 10, шнеком 4 и контейнером 6. Множество трубчатых элементов жестко взаимосвязано и вращается вокруг центральной оси С скважинного инструмента вместе с вращающейся скважинной колонной, соединенной с соединительным концом.

В других вариантах осуществления предусмотрено, что одна труба может образовывать центральное отверстие. Однако решение, содержащее множество трубчатых элементов является предпочтительным, поскольку это упрощает изготовление, сборку и ремонт скважинного инструмента.

Трубчатый элемент 17а, проходящий через втулочный блок противовращательного анкера, имеет радиальные сквозные отверстия 18, которые находятся в жидкостном соединении с гидравлической камерой 14, установленной на одном конце поршневого блока 23а, 23b (т.е., поршня). Поршневой блок содержит первый элемент 23а поршня, который находится в контакте с рычагами 22, и второй элемент 23b поршня, который находится в контакте с гидравлической камерой 14. Первый и второй элементы поршня отделены друг от друга камерой 29, которая наполнена жидкостью и создает демпфирующий эффект. Во время работы скважинного инструмента 1 буровой раствор под давлением входит в гидравлическую камеру 14, и поршневой блок 23а, 23b прижимается к рычагам 22 анкерных устройств 19. В этом варианте осуществления элемент 23а поршня имеет наклонную поверхность 26, которая взаимодействует с ответной наклонной поверхностью 27, предусмотренной на рычаге 22. В результате взаимодействия ответных наклонных поверхностей конец рычага, содержащий ролик 20, перемещается в положение, выдвинутое в радиальном направлении, т.е. во второе положение, см. ФИГ. 7. Во втором положении ролик находится в контакте со стенкой ствола скважины.

Втулочный блок 15 соединен со шнеком 4 болтами 21. Благодаря применению подшипников 30 скольжения, упорных подшипников 31 и соответствующих уплотнений 32, установленных между втулочным блоком 15 и трубчатым элементом 17а, втулочный блок и шнек могут свободно вращаться относительно трубчатого элемента 17а и цилиндрического корпуса 10.

Контейнер 6 при помощи соединительной втулки 28 жестко соединен с трубчатым элементом 17d, проходящим через концевую часть контейнера 6.

Второй пример осуществления скважинного инструмента 1' показан на ФИГ. 8-10, а анкерная часть скважинного инструмента показана отдельно на ФИГ. 11-13.

Скважинный инструмент 1', показанный на ФИГ. 8-10, имеет такие же основные технические характеристики и функционирует таким же образом, как скважинный инструмент 1, показанный на ФИГ. 1-7. Идентичные ссылочные номера использованы для обозначения элементов, которые являются общими для двух примеров осуществления скважинного инструмента.

Вид сбоку скважинного инструмента показан на ФИГ. 8, а вид в разрезе анкерной части, т.е. фрагмент F, показан на ФИГ. 9. По сравнению с первым примером осуществления скважинного инструмента второй пример осуществления содержит две отличительные технические особенности.

Первая отличительная особенность показана на ФИГ. 9 и 10. Блок 3 удаления частиц, включающий шнек 4, соединен с противовращательным анкером 5 при помощи срезных болтов или штифтов 34', 34''. Срезные болты или штифты предназначены для обеспечения полного разрушения под действием срезающего усилия, которое превышает заданное значение. Цель такого соединения шнека 4 с противовращательным анкером 5 заключается в том, чтобы скважинный инструмент не обязательно повреждался в случае застревания шнека 4 или прерывания вращательного движения между шнеком 4 и цилиндрическим корпусом 10 во время работы. Без срезных болтов/штифтов сопутствующие повреждения противовращательного анкера и других частей скважинного инструмента при застревании шнека 4 могут быть весьма значительными.

Вторая отличительная особенность показана на ФИГ. 12 и 13. Во втором примере осуществления скважинного инструмента поршень 23а, используемый для перемещения ролика 20, расположенного на рычаге 22 противовращательного анкера 5, во второе положение, как описано выше, содержит плоскую пружину 35, установленную на конце поршня 23а, который взаимодействует с рычагами 22. Плоская пружина 35 гарантирует, что усилие, под действием которого ролики 20 прижимаются к стенке обсадки ствола скважины, не будет превышать максимально допустимой величины. Максимально допустимая величина может быть установлена путем выбора плоской пружины 35, имеющей требуемую жесткость и перемещение. Конструкция, содержащая плоскую пружину 35 на поршне 23а может быть предпочтительной в том случае, если скважинный инструмент 1' используется вместе с гидравлическим отклонителем для изменения направления скважинного инструмента. Гидравлические отклонители часто требуют наличия в стволе скважины гидравлического давления, равного примерно 220 бар, при этом результирующее давление на ролики 20 противовращательного анкера 5 может быть слишком высоким и может, например, вызывать повреждение обсадки ствола скважины. В тех случаях, когда используется механический отклонитель, гидравлическое давление может поддерживаться на более низком уровне, поэтому плоская пружина не является необходимой. Предполагается, что применение плоских пружин является наиболее функциональным решением, однако, в других вариантах осуществления плоские пружины могут быть заменены альтернативными упругими элементами, в частности, пластинами, поддерживаемыми спиральными пружинами или аналогичными узлами. Во втором примере осуществления рычаг 22 содержит первую взаимодействующую поверхность 36, которая служит для упора во вторую взаимодействующую поверхность 37, предусмотренную на втулочном блоке 15, когда рычаг находится во втором положении, т.е., для предотвращения выхода рычага за пределы второго положения. Ограничение выхода в радиальном направлении во втором положении, благодаря взаимодействию поверхностей 36, 37, является полезным, в частности, при использовании скважинного инструмента вместе с гидравлическим отклонителем.

Конкретные решения для реализации анкерных устройств 19 показаны применительно к примерам осуществления скважинных инструментов, представленных на ФИГ. 1-13. Однако на основании данного описания специалисты в этой области техники могут легко представить множество альтернативных решений для получения анкерных устройств с гидравлическим или даже электрическим приводом.

В приведенных примерах осуществления скважинных инструментов, показанных на ФИГ. 1-13, цилиндрический корпус 10 вращается 25 при помощи скважинной колонны, установленной с возможностью вращения и соединенной с первым соединительным концом 16, в то время как окружающий его шнек 4 закреплен без возможности вращения путем соединения с противовращательным анкером, что обеспечивает вращательное движение между цилиндрическим корпусом 10 и шнеком 4. В других вариантах осуществления вращательное движение может быть получено при помощи противоположного решения, т.е., при вращении шнека и закрепленном цилиндрическом корпусе. Последний эффект может получен, например, если противовращательный анкер установлен на контейнере 6, чтобы закрепить контейнер 6 и цилиндрический корпус без возможности вращения относительно ствола скважины, при этом трубчатый элемент проходит через скважинный инструмент, а соединительный конец функционально соединяется со шнеком. Противовращательный анкер может быть, например, встроен в соединительную втулку 28. Таким образом, вращающаяся скважинная колонна будет вызывать вращение шнека относительно ствола скважины и цилиндрического корпуса, создавая такой эффект, как в описанном примере осуществления скважинного инструмента.

Группа изобретений относится к скважинному инструменту для удаления металлических частиц из ствола скважины и к способу удаления металлических частиц из ствола скважины. Скважинный инструмент содержит магнитный элемент, противовращательный анкер, блок удаления частиц, контейнер для частиц и первый соединительный конец для соединения со скважинной колонной, установленной с возможностью вращения. Магнитный элемент содержит цилиндрический корпус, имеющий первый конец и второй конец. Блок удаления частиц содержит спиральный продольный направляющий элемент, установленный вокруг цилиндрического корпуса. Противовращательный анкер функционально соединен с цилиндрическим корпусом или со спиральным продольным направляющим элементом таким образом, чтобы приведение в действие противовращательного анкера во время работы предотвращало вращение цилиндрического корпуса или спирального продольного направляющего элемента соответственно относительно ствола скважины. Контейнер для частиц имеет отверстие, предусмотренное на втором конце цилиндрического корпуса. Цилиндрический корпус и спиральный продольный направляющий элемент выполнены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг центральной оси скважинного инструмента и скомпонованы таким образом, чтобы металлические частицы, накапливающиеся на поверхности цилиндрического корпуса во время работы, направлялись спиральным продольным направляющим элементом к отверстию контейнера для частиц, когда противовращательный анкер приведен в действие и первый соединительный конец вращается. Технический результат заключается в снижении затрат времени на удаление металлических частиц из скважины за счет того, что предложенный скважинный инструмент не требуется поднимать на поверхность для промежуточной очистки и удаления металлических частиц. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Скважинный инструмент (1) для удаления металлических частиц из ствола скважины, содержащий магнитный элемент (2), противовращательный анкер (5), блок (3) удаления частиц, контейнер (6) для частиц и первый соединительный конец (16) для соединения со скважинной колонной, установленной с возможностью вращения, при этом

магнитный элемент (2) содержит цилиндрический корпус (10), имеющий первый конец (7) и второй конец (8);

блок (3) удаления частиц содержит спиральный продольный направляющий элемент (4), установленный вокруг цилиндрического корпуса (10);

противовращательный анкер (5) функционально соединен с цилиндрическим корпусом (10) или со спиральным продольным направляющим элементом (4) таким образом, чтобы приведение в действие противовращательного анкера во время работы предотвращало вращение цилиндрического корпуса (10) или спирального продольного направляющего элемента (4) соответственно относительно ствола скважины; и

контейнер (6) для частиц имеет отверстие (9), предусмотренное на втором конце (8) цилиндрического корпуса,

при этом

цилиндрический корпус (10) и спиральный продольный направляющий элемент (4) выполнены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг центральной оси (С) скважинного инструмента и скомпонованы таким образом, чтобы металлические частицы, накапливающиеся на поверхности цилиндрического корпуса (10) во время работы, направлялись спиральным продольным направляющим элементом (4) к отверстию (9) контейнера (6) для частиц, когда противовращательный анкер (5) приведен в действие и первый соединительный конец вращается.

2. Скважинный инструмент по п. 1, в котором цилиндрический корпус (10) или спиральный продольный направляющий элемент (4), который не имеет функционального соединения с противовращательным анкером (5), функционально соединен с первым соединительным концом (16) таким образом, чтобы вращательное движение первого соединительного конца передавалось цилиндрическому корпусу (10) или спиральному продольному направляющему элементу (4) соответственно.

3. Скважинный инструмент по п. 1 или 2, в котором противовращательный анкер (5) содержит втулочный блок (15), имеющий множество анкерных устройств (19), каждое из которых может быть приведено в действие путем перевода из первого положения во второе положение, при этом во втором положении анкерные устройства выступают в радиальном направлении относительно первого положения таким образом, чтобы множество анкерных устройств, приведенных в действие во время работы, могло находиться в контакте со стенкой ствола скважины.

4. Скважинный инструмент по п. 3, в котором каждое из анкерных устройств (19) содержит роликовое устройство (20), выполненное с возможностью вхождения в контакт со стенкой ствола скважины, когда анкерные устройства находятся во втором положении, при этом роликовое устройство содержит ось вращения, перпендикулярную центральной оси скважинного инструмента, и при этом роликовое устройство предпочтительно представляет собой ролик (20).

5. Скважинный инструмент по п. 3 или 4, в котором каждое из анкерных устройств (19) содержит по меньшей мере один рычаг (22), соединенный с возможностью поворота с втулочным блоком (15) и функционально соединенный с поршнем (23а, 23b) таким образом, чтобы приведение в действие поршня вызывало перемещение анкерного устройства во второе положение.

6. Скважинный инструмент по п. 5, в котором по меньшей мере один рычаг (22) функционально соединен с пружиной (24), смещающей анкерные устройства в первое положение.

7. Скважинный инструмент по п. 5 или 6, в котором поршень (23а, 23b) содержит упругий элемент для взаимодействия по меньшей мере с одним рычагом (22), при этом указанный упругий элемент предпочтительно представляет собой плоскую пружину (35).

8. Скважинный инструмент по одному из предшествующих пунктов, в котором противовращательный анкер (5) соединен с блоком (3) удаления частиц при помощи по меньшей мере одного срезного болта (34', 34'').

9. Скважинный инструмент по одному из предшествующих пунктов, содержащий по меньшей мере один трубчатый элемент (17a-17d), выровненный относительно центральной оси (С) скважинного инструмента и проходящий через противовращательный анкер (5) и цилиндрический корпус.

10. Скважинный инструмент по п. 9, в котором первый соединительный конец (16) расположен на одном конце по меньшей мере одного трубчатого элемента.

11. Скважинный инструмент по п. 9 или 10, содержащий центральное отверстие (25), образованное по меньшей мере одним трубчатым элементом (17a-17d).

12. Скважинный инструмент по п. 11, в котором первый соединительный конец (16) имеет жидкостную связь с центральным отверстием (25).

13. Скважинный инструмент по одному из пп. 5-7 и 10, в котором поршень (23а, 23b) выполнен с возможностью приведения в действие буровым раствором, поступающим из центрального отверстия.

14. Скважинный инструмент по п. 13, в котором по меньшей мере один трубчатый элемент (17а) содержит по меньшей мере одно радиальное сквозное отверстие (18), которое имеет жидкостное соединение с гидравлической камерой (14), расположенной во втулочном блоке (15), при этом гидравлическая камера выполнена с возможностью создания гидравлического давления, которое приводит в действие поршень (23а, 23b).

15. Способ удаления металлических частиц из ствола скважины, содержащий следующие этапы:

берут скважинный инструмент по одному из предшествующих пунктов;

соединяют скважинную колонну, выполненную с возможностью вращения, с первым соединительным концом (16);

опускают указанный скважинный инструмент в ствол скважины;

приводят в действие противовращательный анкер (5) и

вращают скважинную колонну для обеспечения вращения цилиндрического корпуса (10) или спирального продольного направляющего элемента (4) вокруг центральной оси (С) скважинного инструмента таким образом, чтобы металлические частицы, накапливающиеся на поверхности цилиндрического корпуса (10), направлялись спиральным продольным направляющим элементом (4) к отверстию (9) контейнера (6) для частиц.

16. Способ по п. 15, в котором противовращательный анкер приводится в действие путем подачи бурового раствора на первый соединительный конец.