УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРУБ ПРИ ПОДЪЕМЕ И ЗАЩИТЫ ОТ ПОПАДАНИЯ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ В СКВАЖИНУ Российский патент 2024 года по МПК E21B37/00 E21B33/08 

Изобретение относится к оборудованию для бурения скважин и предназначено для очистки бурильных, обсадных и НКТ (далее труб) от бурового и цементного растворов и защиты от попадания посторонних предметов в скважину во время бурения и после извлечения бурильной колонны труб.

Известно устройство для очистки бурильных труб, защищенное авторским свидетельством №1.691.510, кл. Е21В 37/02, опубл. 15.11.91 г., бюл. № 42.

Устройство содержит разъемный корпус, с размещенными в нем пакетом разъемных очистительных элементов в виде упругих колец, пористых вставок, и узел подачи рабочей жидкости, В корпусе также расположены сепараторы с отверстиями для связи с узлом подачи жидкости.

Рабочая поверхность упругих колец имеет наклонные ребра, сепараторы в обоймах имеют возможность свободно вращаться. Работа устройства.

При подъеме бурильных труб наклонные ребра взаимодействуют с глинистой коркой, с вращением упругих элементов вместе с сепаратором внутри обоймы.

Очистка ведется за счет усилия упругого прижатия ребер к поверхности труб, при смачиваемости их поверхности.

Все элементы узлов, как и корпус, выполнены разъемными, состоящими из двух половинок.

Узел подачи рабочей жидкости имеет самостоятельный подвод к патрубкам на теле корпуса.

К недостаткам конструкции следует отнести:

- сложность конструкции в монтаже и демонтаже на месте применения;

- подача рабочей жидкости под давлением к поверхности труб приводит к изменению состава бурового раствора;

- после извлечения труб бурильной колонны осевой канал устройства, сформированный внутренней поверхностью упругих элементов, остается открытым, что не исключает попадание посторонних предметов в ствол скважины.

Известно техническое решение: Скребок для очистки бурильной колонны труб (см. пат. РФ №2.669.816, кл. МПК Е21В 37/00, опубл. 16.10.2018 г., бюл. № 29).

Устройство состоит из верхней и нижней частей, соединенных друг с другом болтами. Между частями корпуса размещен упругий эластичный элемент.Верхняя часть снабжена стаканом, в осевом канале которого на его внутренней поверхности размещены постоянные магниты.

Нижняя часть снабжена двумя полуцилиндрами с крепежными уголками на внешней стороне, связанными друг с другом крепежными элементами.

В теле полуцилиндров выполнены продольные пазы для слива бурового раствора. В упругом эластичном элементе выполнен сквозной радиальный паз.

Перед подъемом бурильной колонны устройство устанавливается над превектором с охватом тела трубы эластичным упругим элементом и воздействием на слой бурового раствора. Буровой раствор через продольные пазы в теле полуцилиндров свободно сбрасывается в скважину.

Одновременно с поверхности труб удаляются металлические части и стружка магнитным полем, с удержанием последних на внутренней поверхности стакана. Тем самым предотвращается возникновение аварийной ситуации.

К недостаткам конструкции устройства можно отнести: - после извлечения бурильной колонны труб осевой канал, сформированный двумя полуцилиндрами, остается открытым, что не исключает попадания крупных предметов в ствол скважины, поскольку магниты не могут их удержать из-за ограниченных показаний магнитного поля.

Известно устройство для очистки наружной поверхности труб бурильной колонны при их подъеме из скважины (см. пат РФ № 2.023869, кл. МПК Е218 37/02), принятое за прототип.

Устройство содержит корпус, состоящий из двух частей. Верхняя часть имеет центральное отверстие и отверстие для крепления автомата развинчивания труб.

Нижняя часть корпуса также имеет центральное отверстие и отверстие для соединения с колонным фланцем. В месте расположения центрального отверстия закреплена направляющая воронка.

Верхняя и нижняя части соединены обечайкой с окнами, поперечные размеры которых приняты больше по размеру, чем наружный диаметр очищающего узла, который состоит из двух полуколец, соединенных между собой болтами.

Между полукольцами закреплены эластичные пластины, образующие очищающий элемент с центральным отверстием и радиальными разрезами.

Каждая половина очищающего узла снабжена пластиной с отверстиями для скрепления болтами.

Бурильные трубы пропускают через центральное отверстие и направляющую воронку. Через окна в корпусе вставляют половинку очищающего узла с контролем плотного контакта эластичными кольцами с телом труб бурильной колонны, с соединением друг с другом пластинами и креплением болтами.

После установки автомата ведут подъем бурильной колонны с очисткой от бурового раствора, который через отверстие в теле полуколец очищающего элемента возвращается в скважину. При проходе муфты через очищающий элемент, за счет наличия радиальных разрезов, последний отгибается вверх с возвратом в исходное положение после прохода муфты.

К недостаткам конструкции устройства можно отнести: соединение полуколец корпуса болтами требует точного расположения отверстий под болты;

- существует возможность случайного попадания посторонних предметов в ствол скважины после извлечения труб бурильной колонны, что может привести к возникновению аварийной ситуации.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:

- снижение затрат рабочего времени на монтаж-демонтаж узла очистки и герметизации устройства;

- предотвращение попадания посторонних предметов в ствол скважины в процессе бурения и, после извлечения колонны бурильных или обсадных труб;

- снижение негативного влияния колебаний колонны труб на эффективность работы очищающего и герметизирующего узла устройства.

Технический результат достигается тем, что узел устройства содержит корпус в виде верхней и нижней частей с центральным отверстием, обечайку, узел очистки и герметизации с разрезным эластичным элементом и полуразрезным герметизатором перекрытия, соединенных между собой крепежными деталями в виде петли и стянутых посредством замка, состоящего из скобы и фиксирующего выступа. Разрезной эластичный элемент, состоящий из двух полуколец и полуразрезной герметизатор перекрытия снабжены сквозными отверстиями по периметру, в которых расположены пальцы, соединенные резьбой с нижней частью корпуса. На боковой поверхности верхней части корпуса выполнены Т-образные пазы, в которых размещены цилиндрические головки крепежных болтов, снабженных винтовыми отжимными пружинами.

Нижний конец в виде стержня каждого из крепежных болтов пропущен через проточки нижней части корпуса и снабжен шайбой с гайкой. Верхняя часть корпуса снабжена винтами и жестко соединена с кольцом пневматического клиньевого захвата.

Устройство снабжено двумя видами герметизаторов: полуразрезным и глухим. Полуразрезной герметизатор перекрытия устанавливается в узле очистки и герметизации поверх разрезного эластичного элемента на время спуско-подъемной операции и бурения, а глухой - на месте расположения разрезного эластичного элемента и полуразрезного герметизатора перекрытия в узле очистки и герметизации после извлечения колонны бурильных или обсадных труб и поджимается втулками, установленными на пальцах по периметру нижней части корпуса или вместо полуразрезного герметизатора перекрытия поверх разрезного эластичного элемента в узле очистки и герметизации.

Конструкция устройства поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 - общий вид устройства, в разрезе в положении установки разрезного эластичного элемента и полуразрезного герметизатора перекрытия;

- на фиг. 2 - общий вид устройства, в разрезе в положении установки глухого герметизатора;

- на фиг. 3 - нижняя часть корпуса в сборе, в разрезе по горизонтальной оси;

- на фиг. 4 - сборка нижней части корпуса, в месте установки замка и петли;

- на фиг. 5 - общий вид конструкции петли;

- на фиг. 6 - общий вид конструкции замка;

- на фиг. 7 - конструкция крепежного болта;

- на фиг. 8 - схема расположения разрезного эластичного элемента и полуразрезного герметизатора перекрытия;

на фиг. 9 - схема расположения разрезного эластичного элемента и полуразрезного герметизатора перекрытия;

- на фиг. 10 - общий вид устройства, в разрезе в положении установки глухого герметизатора поверх разрезного эластичного элемента.

Устройство (фиг. 1) состоит из корпуса 1 в виде верхней 2 и нижней 3 частей. Верхняя часть 2 соединена винтами 4 с кольцом 5 пневматического клиньевого захвата (ПКЗ).

Между верхней 2 и нижней 3 частями корпуса 1 размещена обечайка 6, внутри которой установлены разрезной эластичный элемент 7 в виде полуколец очищающего узла и полуразрезной герметизатор перекрытия 8 с образованием осевого отверстия (фиг. 1).

Разрезной эластичный элемент 7 (фиг. 8) состоит и двух полуколец с радиально расположенными упругими секторами (лепестками) 27, которые обеспечивают очистку труб.

Полуразрезной герметизатор перекрытия 8 изготавливается в двух вариантах - в виде двух полуколец (фиг. 9) или цельным кольцом с одним радиальным разрезом 28 (фиг. 8).

Предпочтение следует отдать последнему предложению.

Полуразрезной герметизатор перекрытия 8 необходим для перекрытия радиальных зазоров между лепестками 30 и 31 и осевых зазоров между телом разрезного эластичного элемента 7 и телом трубы, величина которых, в процессе очистки, меняется при поперечных колебаниях колонны труб (фиг. 8).

На внешней стороне разрезного эластичного элемента 7 и теле полуразрезного герметизатора перекрытия 8, по периметру выполнены сквозные отверстия 9, в которых расположены пальцы 10, соединенные резьбой с нижней частью 3 корпуса 1.

Обечайка состоит из двух полуколец 6, связанных друг с другом петлей 12 и замком 13 (см. фиг. 3 и 4).

Замок 13 (см. фиг. 6) состоит из скобы 14, закрепленной на одном из полуколец обечайки 6. На другом полукольце 6 закреплен фиксирующий выступ 15.

На внешней стороне верхней части 2 корпуса 1 выполнены Т-образные пазы 16, с симметричным расположением с проточками 17 по внешней стороне нижней части 3 корпуса 1 (см. фиг. 1 и 7).

Верхняя 2 и нижняя 3 части корпуса 1 стянуты крепежными болтами 18 (см. фиг. 1, 2 и 7), имеющими цилиндрические головки 19 (см. фиг. 7), снабженные отжимными пружинами 20 и связанные со стержнем 21, входящим в проточки 17 на нижней части 3 корпуса 1. Цилиндрические головки 19 входят в Т-образные пазы 16 (см. фиг. 1, 2 и 7), на верхней части 2 корпуса 1, с фиксацией пружин 20, в кольцевой проточке 22 на теле стержня 21 (см. фиг. 7).

На нижнем конце стержня 21 установлена шайба 23, поджимаемая к торцовой поверхности нижней части 3 корпуса 1, гайкой 24.

Разрезной эластичный элемент 7 и полуразрезной герметизатор перекрытия 8 установлены внутри обечайки 6 свободно, без зажатия, с образованием одинаковых зазоров 25 (см. фиг. 1) с ее стенкой и зазоров 26 между стенками сквозных отверстий 9 и пальцами 10.

Возможность разрезного эластичного элемента 7 и полуразрезного герметизатора перекрытия 8 перемещаться в радиальном направлении, в нижней части 3 корпуса 1, позволяет гасить колебания труб, которые значительно влияют на увеличение радиальных 30 и 31 и осевых зазоров, на разрезных эластичных элементах 7.

Величина зазоров 25 и 26 определяется исходя из конструктивных параметров устройства и амплитуды колебаний труб бурильной колонны.

Схема расположения полуразрезного герметизатора перекрытия 8 (см. фиг. 8, 9) выбирается исходя из обеспечения полного перекрытия прорези 29 в нижней части 3 корпуса 1 (см. фиг. 4) и прорезей 30 и 31 на теле полуразрезного герметизатора перекрытия 8. Для герметизации трубного пространства (см. фиг. 2), которое остается открытым после извлечения труб бурильной колонны из скважины, применяют глухой герметизатор 32.

Он имеет отверстия 33 под пальцы 10, связанные резьбой с нижней частью 3 корпуса 1. Для поджима глухого герметизатора 32 на пальцы 10 устанавливают втулки 34 для регулирования нагрузки на глухой герметизатор 32 при затяжке гаек 24 на крепежных болтах 18.

Сборку нижней части 3 корпуса 1 производить на слесарном столе. Для этого нижнюю часть 3 корпуса 1 привести в открытое положение. На пальцы 10 полуколец 11 нижней части 3 корпуса 1 установить полукольца разрезного эластичного элемента 7. На трубу через прорези 31 надеть полуразрезной герметизатор перекрытия 8.

Нижнюю часть 3 корпуса 1 в раскрытом положении завести на трубу, соединить полукольца 11 и закрыть замок 13.

Полуразрезной герметизатор перекрытия 8 по трубе опустить на нижнюю часть 3 корпуса 1, совместить отверстия 33 с пальцами 10. Поднять нижнюю часть 3 корпуса 1 до совмещения с верхней частью 2. Цилиндрические головки 19 крепежных болтов 18 вводят в Т-образные пазы 16 верхней части 2 с расположением стержней 21 в проточках 17 на нижней части 3 корпуса 1 и наворачивают гайки 24.

Разборка устройства

Нижнюю часть 3 корпуса 1 вместе с разрезными эластичными элементами 7 и полуразрезным герметизатором перекрытия 8 отсоединить от верхней части 2 корпуса 1 путем частичного отвинчивания гаек 24 на крепежных болтах 18 с выводом головок 19 из Т-образных пазов 16 верхней части 2 корпуса 1. Под воздействием отжимной пружины 20 крепежные болты 18 удерживаются в отведенном положении.

Нижняя часть 3 частично опускается по трубе вниз. Полуразрезной герметизатор перекрытия 8 через прорезь 28 отводится от трубы. Для этого открыть замок 13, развести полукольца 11 нижней части 3 и отвести от трубы. Выемку полуколец 11 разрезного эластичного элемента 7 можно производить на месте.

Разрезной эластичный элемент 7 и полуразрезной герметизатор перекрытия 8 установлены внутри обечайки 6 свободно с образованием одинаковых зазоров 25 (см. фиг. 1) со стенкой обечайки и зазоров 26 с пальцами 10.

Схема расположения полуразрезного 8 и разрезного 7 герметизаторов перекрытия 9 (фиг. 8 и 9) показаны исходя из условия обеспечения полного перекрытия диаметральной прорези 29 в нижней части 3 корпуса 1 и радиальных прорезей 30 и 31 на разрезном эластичном элементе 7.

В случае быстрой разгерметизации трубного пространства скважины после подъема труб, установка глухого герметизатора 32 (фиг. 10) производится на месте, для этого нужно отсоединить нижнюю часть 3 корпуса 1, удалить полуразрезной герметизатор перекрытия 8 и на его место установить глухой герметизатор 32 поверх разрезного эластичного элемента 7. Нижнюю часть 3 корпуса 1 обратно соединить с верхней частью 2 корпуса 1. Порядок разборки-сборки аналогичен разборки-сборки полуразрезного герметизатора перекрытия 8.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Устройство содержит корпус в виде верхней и нижней частей с центральным отверстием, узел очистки и герметизации, включает обечайку между частями корпуса и разрезной эластичный элемент. Обечайка выполнена в виде двух полуколец, соединенных посредством петли и стянутых посредством замка из скобы и фиксирующего выступа. Разрезной эластичный элемент установлен свободно внутри обечайки и состоит из двух полуколец. Поверх разрезного эластичного элемента внутри обечайки установлен полуразрезной герметизатор перекрытия с образованием осевого отверстия и соединен с разрезным эластичным элементом крепежными деталями. Полуразрезной герметизатор перекрытия снабжен сквозными отверстиями на внешней стороне, разнесенными по периметру, в которых расположены пальцы, соединенные резьбой с нижней частью корпуса. На внешней поверхности верхней части корпуса выполнены Т-образные пазы, в которых расположены цилиндрические головки крепежных болтов с винтовыми отжимными пружинами. Нижний конец каждого из болтов имеет вид стержня, пропущенного через проточки в нижней части корпуса и снабженного шайбой, поджимаемой гайкой. Верхняя часть корпуса снабжена винтами. Снижаются временные затраты на монтаж и демонтаж, предотвращается попадание посторонних предметов в ствол скважины, снижается негативное влияние колебаний колонны труб на эффективность работы устройства. 10 ил.

Устройство для очистки труб при подъеме и защиты от попадания посторонних предметов в скважину, содержащее корпус в виде верхней и нижней частей с центральным отверстием, узел очистки и герметизации, включающий обечайку между верхней и нижней частями корпуса и разрезной эластичный элемент, отличающееся тем, что обечайка выполнена в виде двух полуколец, соединенных друг с другом посредством петли и стянутых посредством замка, состоящего из скобы и фиксирующего выступа, разрезной эластичный элемент установлен свободно внутри обечайки и состоит из двух полуколец, поверх разрезного эластичного элемента внутри обечайки установлен полуразрезной герметизатор перекрытия с образованием осевого отверстия и соединен с разрезным эластичным элементом крепежными деталями, полуразрезной герметизатор перекрытия снабжен сквозными отверстиями на внешней стороне, разнесенными по периметру, в которых расположены пальцы, соединенные резьбой с нижней частью корпуса, причем на внешней поверхности верхней части корпуса выполнены Т-образные пазы, в которых расположены цилиндрические головки крепежных болтов с винтовыми отжимными пружинами, нижний конец каждого из болтов имеет вид стержня, пропущенного через проточки в нижней части корпуса и снабженного шайбой, поджимаемой гайкой, а верхняя часть корпуса снабжена винтами и выполнена с возможностью соединения с кольцом пневматического клиньевого захвата.