УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИН ОТ ПРОБКООБРАЗОВАНИЙ Российский патент 2025 года по МПК E21B37/00 

Область техники

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для очистки скважин от различного рода пробок из отложений.

Уровень техники

Известен комплекс очистки горизонтальных скважин (патент RU №193376, МПК Е21 В37/00, опубл. 28.10.2019), состоящий из смонтированных на технологическую трубу НКТ клапана сбивного, дросселирующей муфты, регулируемой гидравлической пружинной желонки, клапанов обратных шаровых и комбинированной насадки с наружной и внутренней полой фрезами, при этом наружная и внутренняя фрезы подпружинены относительно друг друга силовой пружиной, а внутренняя полость комплекса очистки закрыта системой клапанов обратных шаровых.

Недостатком данного комплекса является узкая область применения из-за необходимости частого извлечения его из скважины при наполнении желонки разрушенными фрагментами отложений, мешающими прокачки жидкости.

Известен очиститель скважины (патент RU №217282, МПК Е21 В37/00, опубл. 24.03.2023), состоящий из фрезы внутренней, фрезы наружной, пружины наружной фрезы, преобразователя движения, золотникового клапана, контейнера сбора шлама, сливного клапана и подвески насосно-компрессорных труб, для эффективного использования энергии пустых труб, спущенных в скважину, и открытии основного клапана только после фрезерования и рыхления твердых пород забоя скважины, в очистителе скважины предусмотрено соответствующее соотношение сил пружин, а именно усилие пружины наружной фрезы при максимальном выдвижении внутренней фрезы, равно минимальному усилию пружины основного золотникового клапана.

Наиболее близким по технической сущности, и принятым за прототип является устройство комбинированной разбуривающей насадки (патент RU №190261, МПК Е21 В37/00, опубл. 25.06.2019), включающее внешнюю и внутреннюю фрезы, корпус насадки, оснащенный муфтой, вставленной подвижно в корпус насадки, гайку с закрепленной на ней внешней фрезой, винт, вращающийся в корпусе, с внутренней фрезой на конце, пружину, раздвигающую муфту и гайку на величину полного рабочего хода.

Недостатками данного устройства являются недостаточная надежность, связанная с прохождением жидкости с абразивными частицами через корпус с пружиной и отсутствия возможности вращения при вращении гайки на винте, что, во-первых, приводит к абразивному износу наиболее важной детали насадки пружины, отвечающей за возврат внешней фрезы, а, во-вторых, к механическому износу пружины при постоянном скручивании и раскручивании, в результате которого происходит разрушение пружины, что может повлечь за собой осложнения в эксплуатационной колонне в виде заклинивания штока и, как следствие, прекращение ее функции по разрушению.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание конструкции устройства для очистки забоя скважин, осложненных проппантными пробками после ГРП, песчаными, глинистыми, гипсовыми и прочими плотными пробкообразованиями, путем наличия полнопроходного канала в устройстве создающего возможность беспрепятственного прохождения посторонних металлических и не металлических предметов до 50 мм, а также увеличивающего надежность и срок службы устройства за счет предотвращения разрушения пружины благодаря установке упорного подшипника и исключения прохождения высокоабразивной жидкости через пружину.

Техническим результатом является повышение эффективности очистки скважин от различного рода пробок из отложений.

При этом достигается повышение производительности за счет наличия полнопроходного канала.

Кроме того, достигается повышение прочности и надежности конструкции устройства, как следствие, увеличение срока службы.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки скважин от пробкообразований, включающем корпусной узел, винт с пружиной, на который установлена вихревая фреза, выполненная с возможностью вращения относительно винта, при этом один конец винта оснащен внутренней фрезой, а пружина выполнена с возможностью раздвигать корпусной узел и вихревую фрезу, новым является то, что с одной стороны корпусного узла установлен завихритель потока, винт с пружиной установлен с другой стороны корпусного узла, корпусный узел, винт и внутренняя фреза выполнены полнопроходными для протекания через них жидкости, при этом винт установлен в корпусный узел через внутренний подшипник и выполнен с возможностью вращения относительно корпусного узла и вихревой фрезы, между верхним торцом пружины и корпусным узлом установлен упорный подшипник для снижения трения пружины, верхний конец пружины, который упирается в упорный подшипник, является незакрепленным и подвижным.

Технический результат также достигается тем, что винт установлен в корпусной узел своей верхней цилиндрической частью.

Технический результат также достигается тем, что завихритель потока и вихревая фреза содержат винтовые канавки.

Технический результат также достигается тем, что зубья вихревой и внутренней фрез имеют угол от 30 до 70 градусов.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлено устройство для очистки скважин от пробкообразований в разрезе.

Подробное описание изобретения

Заявляемое устройство состоит из следующих компонентов:

1 - корпусной узел,

2 - завихритель потока,

3 - вихревая фреза,

4 - винт,

5 - внутренняя фреза,

6 - пружина,

7 - внутренний подшипник,

8 - упорный подшипник.

Заявленное устройство для очистки скважин от пробок включает в себя корпусной узел (1), сверху на который установлен завихритель потока (2).

Снизу, в корпусной узел (1) вставлен винт (4) с установленной на него пружиной (6).

Снизу на винт (4) установлена вихревая фреза (3).

Вихревая фреза (3) взаимодействует с винтом (4) с возможностью вращения, т.е. может вращаться по винту (4), при этом винт (4) вращается относительно вихревой фрезы (3). Также вихревая фреза (3) может вращаться относительно винта (4), когда вихревая фреза (3) начинает свое сближение с внутренней фрезой (5).

Винт (4) оснащен на нижнем своем конце внутренней фрезой (5), т.е. внутренняя фреза (5) жестко установлена и закреплена ни нижнем цилиндрическом конце винта (4), и может вращаться вместе с винтом (4).

Пружина (6) имеет возможность раздвигать корпусной узел (1) и вихревую фрезу (3) на величину полного рабочего хода.

Корпусной узел (1), винт (4) и внутренняя фреза (5) выполнены полыми (или полнопроходными) для протекания через них жидкости, закачиваемой с устья скважины.

Корпусной узел (1), винт (4) и внутренняя фреза (5) имеют на всем своем протяжении одинаковый внутренний диаметр, тем самым путем их соединения образуют внутреннюю полость с единым диаметром, или внутренний полнопроходной канал (или отверстие).

Верхняя цилиндрическая часть винта (4) вставлена в корпусной узел (1), при этом винт (4) имеет возможность вращения относительно корпусного узла (1) и вихревой фрезы (3).

Верхняя цилиндрическая часть винта (4) вставлена в корпусной узел (1), при этом между ними установлен внутренний подшипник (7).

Винт (4) может вращаться внутри корпусного узла (1) благодаря внутреннему подшипнику (7).

Между верхним торцом пружины (6) и корпусным узлом (1) установлен упорный подшипник (8) для снижения напряжений при деформации пружины (6).

Вихревая фреза (3) установлена на винт (4) и внутреннюю фрезу (5) с возможностью вращаться относительно винта (4). Вихревая фреза (3) имеет зазор между внутренней фрезой (5), который составляет не более 0,5 мм.

Такой зазор не позволяет прохождению крупных и мелких фракций забойного шлама.

На завихрителе потока (2) выполнены винтовые канавки (или каналы), благодаря которым завихритель потока (2) ускоряет и закручивает поток жидкости, проходящий через устройство, что способствует ускорению и повышению эффективности очистки кольцевых пробок.

Винтовые канавки расположены снаружи, на корпусе завихрителя потока (2) и выполнены по спирали по часовому направлению.

На корпусе вихревой фрезы (3) также выполнены винтовые канавки, аналогичные канавкам на завихрителе потока (2), которые тоже закручивают поток. Тем самым вихревая фреза (3) благодаря своей конструкции также способствует завихрению потока жидкости. При этом увеличивается производительность устройства и предотвращается загрязнение пружины (6).

При этом винтовые канавки на завихрителе потока (2) и вихревой фрезе (3) имеют максимальную глубину без потери прочности узлов устройства.

Зубья вихревой и внутренней фрез (3), (5) имеют угол от 30 до 70 градусов (в зависимости от типоразмеров), который также повышает эффективность работы устройства.

Упорный подшипник (8) позволяет торцу пружины (6) проворачиваться, исключая тем самым поломку пружины (6) в ходе деформации при работе устройства.

Упорный подшипник (8) позволяет пружине (6) деформироваться при сжатии без разрушения, тем самым позволяет увеличить ресурс пружины (6).

Устройство работает следующим образом.

При достижении текущего забоя нефтяной скважины устройство для очистки скважин от пробок (смонтированное в компоновке с колонной НКТ) упирается вихревой фрезой (3) о поверхность плотного пробкообразования. После частичной разгрузки колонны НКТ (не более 2-5 т от собственного веса) внутренняя фреза (5) начинает осуществлять вращательно-поступательное движение по траектории винта (4), который установлен в корпусной узел (1) и упирается во внутренний подшипник (7), разрушая пробку. За счет перепада давлений между затрубным пространством скважины и уровнем во внутреннем пространстве колонны НКТ, происходит переток жидкости с фрагментами разбуренной пробки. Жидкость, перетекая через винтовые каналы на вихревой фрезе (3) и через каналы завихрителя потока (2) приобретает спиралевидную траекторию, которая способствует разрушению остаточных кольцевых пробок в процессе циклических нагрузок и предотвращает попадание шлама на пружину (6). После перемещения на рабочий ход внутренней фрезы (5), вихревая фреза (3) за счет усилия разжатия пружины (6), которая опирается одним торцом на упорный подшипник (8), и потока, проходящего в спиралевидных каналах вихревой фрезы (3), начинает вращаться по винтовому направлению к внутренней фрезе (5), разрушая кольцевую пробку, тем самым завершая рабочий цикл (продолжительность циклов зависит от перепада давлений).

Результат (разрушение пробок, отложений) достигается за счет поочередного вращения по траектории винта (4) внутренней фрезы (5) и вихревой фрезы (3).

Вращение каждой из фрез (3), (5) происходит при циклических нагрузках от колонны НКТ. Более детально, при работе устройства, сперва внутренняя фреза (5) начинает высверливать породу, пробку и т.п. Затем вихревая фреза (3) начинает дорабатывать ее. Вихревая фреза (3) возвращается в исходное положение за счет пружины (6), которая в момент прикладывания нагрузки, сжимается. Тем самым после того, как внутренняя фреза (5) переместилась на свой рабочий ход, пружина (6) подталкивает вихревую фрезу (3) и заставляет ее перемещаться по винту (4) с вращением и, тем самым, она разрушает кольцевую оставшуюся пробку. Далее, как только вихревая фреза (3) доходит до изначального своего положения, до начала работы, пружина (6) разжимается полностью, затем снова прикладывают нагрузку, и начинает работать уже внутренняя фреза (5), затем снова - вихревая фреза (3). То есть происходит циклический процесс.

Пружина (6) при деформации в опорных местах испытывает критические нагрузки, и без использования упорного подшипника (8) существует вероятность разрушения пружины (6).

При сжатии пружины (6), на нее действуют сила противодействия. Кроме того, возникают силы, которые способствуют вращению пружины (6), проворачивая ее вокруг.

Для устранения усилия, способствующего паразитной деформации пружины (6), установлен упорный подшипник (8).

Подшипники (7) и (8) имеют обоймы с упором в торец.

Верхняя часть пружины (6) упирается в один из торцов упорного подшипника (8), нижняя ее часть упирается в вихревую фрезу (3).

За счет того, что одна сторона упорного подшипника (8) свободна, эта часть подшипника может вращаться. При этом другая сторона подшипника упирается, т.е. остается неподвижной.

При этом верхний конец пружины (6), который упирается в упорный подшипник (8), остается свободным и подвижным.

Упорный подшипник (8) сохраняет пружину (6) от избыточной деформации при сжатии и растягивании, что кратно увеличивает ресурс пружины (6), позволяет избежать разрушений и впоследствии возникновения рисков прихвата, аварий.

При этом, без упорного подшипника (8) в процессе работы пружина (6) может разрушиться и создать аварийную ситуацию, потому как металлические части пружины (6) могут застрять между компонентами устройства и эксплуатационной колонной, создав затяжку, а впоследствии, прихват устройства.

Такие аварийные ситуации исключаются путем установки упорного подшипника (8).

При этом наличие в устройстве очистки полнопроходного внутреннего канала, большего по размеру, и образуемого путем соединения корпусного узла (1), винта (4) и внутренней фрезы (5), повышает производительность и эффективность очистки скважины.

Внутренний канал образуется путем соединения завихрителя потока (2), винта (4), корпусного узла (1) и внутренней фрезы (5), которые имеют одинаковый внутренний диаметр, и тем самым образуют внутренний канал с единым диаметром по всей длине -полнопроходной канал.

Заявленное устройство применяется для скважин различного диаметра. В скважинах, где наружный диаметр эксплуатационной колонны 102-114 мм, применяют устройство с наружным диаметром 73 мм, при этом внутренний диаметр полнопроходного канала составляет до 22 мм.

На скважинах, где колонна имеет наружный диаметр 168-178 мм, применяют устройство с наружным диаметром 95 мм и с внутренним диаметром полнопроходного канала - до 32 мм.

При этом выполнение канала полнопроходным и большим по размеру по сравнению с аналогами обеспечивает технический результат изобретения и преимущества устройства по сравнению с аналогами.

Данное преимущество позволяет работать на скважинах, где могут быть посторонние металлические и неметаллические предметы различной формы, которые могут вывести из строя устройство.

Зазор между внутренней фрезой (5) и вихревой фрезой (3) не более 0,5 миллиметров не допускает прохождения крупных и мелких фракций забойного шлама.

За счет перепада давления металлические предметы свободно проходят через полнопроходной канал. Тем самым, не создается никаких препятствий для последующего прохождения разрушенных фрагментов породы, исключая закупорку устройства в процессе работы.

Данное преимущество позволяет работать на скважинах, где могут быть посторонние металлические и неметаллические предметы различной формы, исключая заклинивание внутренней фрезы (5) относительно вихревой фрезы (3), и выхода из строя устройства.

Поток жидкости, который проходит через завихритель потока (2), корпусной узел (1), пружину (6) и вихревую фрезу (3) захватывает все, что внутренняя фреза (5) и вихревая фреза (3) разрушили: мехпримеси, пропант и. т.п.

За счет того, что устройство постепенно вращается, вихревая фреза (3) постоянно проходит максимально близко к стенкам скважины, тем самым снимает оставшийся кольцевой слой парафина или отложенных асфальтенов.

Упорный подшипник (8) увеличивает ресурс пружины (6), предотвращает ее разрушение, тем самым снижает риск аварийных ситуаций, кроме того, позволяет обеспечить равномерное вращение вихревой фрезы (3) что приводит к более эффективному срезу остаточных кольцевых отложений на стенке скважины.

При этом движение внутренней фрезы (5) и вихревой фрезы (3) происходит периодически и за счет того, что быстрее выхода из-под упора либо одной, либо другой фрезы. Внутренняя фреза (5) автоматически начинает двигаться, с упором на вихревую фрезу (3).

Внутренняя фреза (5) двигается за счет прикладываемой нагрузки на винт (4), т.е. начинает вращательное движение. При этом за счет пружины (6) вихревая фреза (3) перемещается и вращается с определенной скоростью.

Вращение вихревой фрезы (3) происходит, когда пружина (6) работает на разжимание. В результате рабочего хода внутренней фрезы (5) пружина (6) сжимается. При сжатии пружина (6) набирает максимальное усилие, которое передает вихревой фрезе (3). Т.е. чем больше сжимается пружина (6), тем больше усилия она передаст на вихревую фрезу (3).

Вращение внутренней фрезы (5) и вихревой фрезы (3) происходит за счет того, что они представляют собой винтовую пару. В начале рабочего цикла опорой является вихревая фреза (3), а внутренняя фреза (5) начинает постепенное вращательное движение. Затем внутренняя фреза (5) служит опорой, а вихревая фреза (3) по той же винтовой паре раскручивается и начинает работать, т.е. идет поочередное движение фрез: при вращении одной фрезы - другая не вращается, и наоборот.

Эффективность разрушения пробок, как следствие, эффективность очистки скважины повышается за счет поочередной работы обеих фрез (3), (5).

Упорный подшипник (8) позволяет максимально уменьшить износ пружины (6).

Наличие свободного конца пружины (6) позволяет ей сжиматься до рассчитанного предела, без разрушений.

Без упорного подшипника (8) износ пружины (6) произойдет не только за счет разжимания и сжатия, но еще за счет внутренней деформации самой пружины (6), которая приведет к ее разрушению. Т.е. за счет установки упорного подшипника (8) увеличивается срок службы пружины (6).

Также упорный подшипник (8) позволяет обеспечить равномерное вращение вихревой фрезы (3).

За счет плавной работы пружины (6) повышается эффективность работы обеих фрез (3), (5).

Внутренний подшипник (7) обеспечивает безопасное вращение винта (4) относительно корпусного узла (1) и предотвращает избыточную силу трения между ними. Тем самым внутренний подшипник (7) увеличивает ресурс, количество оборотов и обеспечивает надежность винта (4).

Заявленное устройство является универсальным, т.е. позволяет разрушать различные виды пробок (парафиновые, парафиноасфальтные, запекшиеся).

При этом принцип разрушения пробки поэтапный. Сперва прочность пробки ослабляется за счет получения с помощью внутренней фрезы (5) отверстия внутри пробки. За счет того, что внутри цельной пробки образовалась внутреннее отверстие (выработка), происходит ослабление оставшейся кольцевой пробки, которая уже разрушается гораздо легче и быстрее, чем если бы пробку разрушали сразу целиком.

После разрушения пробки, ее фрагменты, за счет гидростатического давления удаляются через полнопроходной канал с забоя скважины.

Эффективность разрушения пробки устройством дополнительно достигается за счет увеличения перепада уровня жидкости в затрубном пространстве и колонной НКТ, который в свою очередь может создавать давление до 250 атм.

В процессе разбуривания (разрушения) пробки гидростатическое давление уменьшается за счет выравнивания давления в затрубном пространстве и внутренним пространством колонны НКТ.

Заявленное устройство применяется для ликвидации песчаных, гипсовых и пропантных пробок на вертикальных и наклонно направленных (горизонтальных) скважинах с различными типоразмерами эксплуатационных колонн (102-178 мм), в нагнетательных и добывающих скважинах, с глубиной вертикальной части 500-5500 м.

Наличие полнопроходного отверстия максимально снижает застревание предметов.

Увеличение эффективности очистки забоя скважин, а также надежности конструкции устройства в процессе эксплуатации достигается за счет:

• наличия полнопроходного канала с возможностью беспрепятственного прохождения посторонних металлических и неметаллических предметов до 50 мм;

• исключения прохождения высокоабразивной жидкости через пружину;

• исключения риска разрушения пружины постоянного скручивания и раскручивания пружины благодаря установке между пружиной и корпусным узлом упорного подшипника.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для очистки скважин от различного рода пробок из отложений. Техническим результатом является повышение производительности за счет наличия полнопроходного канала, повышение прочности и надежности конструкции устройства. Устройство для очистки скважин от пробкообразований включает корпусной узел, винт с пружиной, на который установлена вихревая фреза, выполненная с возможностью вращения относительно винта. Один конец винта оснащен внутренней фрезой. Пружина выполнена с возможностью раздвигать корпусной узел и вихревую фрезу. С одной стороны корпусного узла установлен завихритель потока. Винт с пружиной установлен с другой стороны корпусного узла. Корпусный узел, винт и внутренняя фреза выполнены полнопроходными для протекания через них жидкости. Винт установлен в корпусный узел через внутренний подшипник и выполнен с возможностью вращения относительно корпусного узла и вихревой фрезы. Между верхним торцом пружины и корпусным узлом установлен упорный подшипник для снижения трения пружины. Верхний конец пружины, который упирается в упорный подшипник, является незакрепленным и подвижным. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для очистки скважин от пробкообразований, включающее корпусной узел, винт с пружиной, на который установлена вихревая фреза, выполненная с возможностью вращения относительно винта, при этом один конец винта оснащен внутренней фрезой, а пружина выполнена с возможностью раздвигать корпусной узел и вихревую фрезу, отличающееся тем, что с одной стороны корпусного узла установлен завихритель потока, винт с пружиной установлен с другой стороны корпусного узла, корпусный узел, винт и внутренняя фреза выполнены полнопроходными для протекания через них жидкости, при этом винт установлен в корпусный узел через внутренний подшипник и выполнен с возможностью вращения относительно корпусного узла и вихревой фрезы, между верхним торцом пружины и корпусным узлом установлен упорный подшипник для снижения трения пружины, верхний конец пружины, который упирается в упорный подшипник, является незакрепленным и подвижным.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что винт установлен в корпусной узел своей верхней цилиндрической частью.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что завихритель потока и вихревая фреза содержат винтовые канавки.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зубья вихревой и внутренней фрез имеют угол от 30 до 70 градусов.