Устройство для ликвидации аварий с колонной труб Советский патент 1987 года по МПК E21B31/107 

Изобретение относится к бурению глубоких скважин различного назначения (в том числе нефтегазовых) и может быть использовано для ликвидации аварий, вызванных обрывом (поломкой) труб в скважине, и для освобождения колонны труб от прихвата одновременно.

Целью его является повышение эффективности ликвидации аварий за счет расширения технологических возможностей устройства.

Суш.ность изобретения заключается в преобразовании поперечной энергии деформации колонны труб в фрикционные усилия сцепления ловителя с аварийной трубой, а продольной энергии деформации - в ударно-волновые воздействия на прихват при нарушении этой связи.

На фиг. 1 показано соотношение усилия посадки устройства и расцепления при угле конусности 1°18 (кривая 12), а при угле конусности 0°17 (кривая 1); на фиг. 2 - конструкция предложенного устройства.

При малых углах конусности (0°15 - 0°30 ) в процессе взаимодействия конического ловителя с цилиндрической трубой при их осевом контакте, боковая сила распора обеспечивает радиальную деформацию цилиндрического участка и контакт происходит уже по поверхности, а не по линии. В результате этого повышается эффективность процесса, так как сила расцепления кратно превышает фрикционную силу сцепления ловителя с трубой. Четко прослеживается тенденция увеличения силы расцепления обратно пропорционально конусности.

Устройство состоит из металлического корпуса 1 с цилиндрической наружной поверхностью и фрикционным ловителем 2 с наружной конической поверхностью и внутренней конической полостью 3 с углом 0°15 -0°30 , переходящую в сквозную цилиндрическую полость. В месте перехода с конической полости на цилиндрическую выполнена кольцевая торовидная канавка 4. Нижний торец фрикционного ловителя (г.тадкого колокола) 2 заканчивается зубчатой кромкой с резцами 5. В полости корпуса установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения коническая направляющая 6. В нижней части направляю- щей б установлено гидравлическое сопло- смгклонитель 7 и разрывная сигнальная диафрагма 8. В верхней части направляющая 6 имеет щлицы 9. Корпус 1 соединяется с верхним переводником 10 при помощи резьбы 11.

Возможна компоновка без направляющей 6. Выполнение рабочей фрикционной части ловителя с углом конусности 0°15 - 0°30 из вязкого материала обязательно, так как при этом создаются наилучщие фрикционные возможности соединения цилиндр- конус (осуществляется напряженный фрикционный контакт не по линии, а по поверхности).

0

5

о 5

0

5

0

Ликвидация аварии с трубой и прихвата одновременно за один рейс инструмента с использованием одного устройства за счет обеспечения фрикционного контакта с аварийной трубой и возможностью ударно- волнового воздействия на место прихвата и колонну труб заключается в следующем.

Оставшаяся в скважине аварийная часть колонны труб и сама оборванная труба из-за неустойчивости всей колонны прислонены одной стороной к стенке скважины. Поэтому, для осуществления контакта с аварийной трубой устройство должно иметь некоторую свободу радиального перемещения в скважине. С этой целью устройство должно спускаться в скважину с устройством типа шарнирного отклонителя (ОТС). Соединение устройства с аварийной колонной может производиться как с телом аварийной трубы, так и с ее замком.

Разберем наиболее тяжелый случай улавливания аварийной трубы, когда труба сломана по середине тела и форма обрыва клиновидная или спиральная, а сама колонна прижата к стенке скважины и прихвачена. В этом случае пропускают обломанный участок трубы внутрь устройства и трубу захватывают на замковую часть.

Для осуществления этой операции в скважину спускают полную компоновку устройства, т. е. с направляющей 6. Длина корпуса 1 на 1 м больше обломка трубы, оставшегося в скважине.

При достижении предполагаемого места нахождения «головы обрыва в скважине восстанавливают циркуляцию и, после необходимой промывки скважины, устройство с промывкой и малым вращением допускается вниз. Благодаря реактивному моменту от боковой гидромониторной струи, истекающей из сопла-отклонителя 7, и наличию гибкой связи с основной колонной труб, устройство односторонне прижато к стенке скважины. Наружная коническая поверхность фрикционного ловителя (гладкого колокола) обеспечивает минимальный контакт его со стенкой скважины, исключает всевозможные осложнения для его вращательного и осевого движений. Направляющая 6 под действием гидравлической нагрузки находится в крайнем нижнем положении и выступает за срез рабочей части гладкого колокола, а колонна труб растянута.

При улавливании направляющая 6 погружается в полость обломанной трубы и в полости колонны труб повышается давление на 0,5-1,0 МПа. Затем в контакт входит внутренняя коническая полость гладкого колокола. В спускаемой колонне происходит рост давления, что сигнализирует о полном захвате аварийной трубы. Оператор, получив гидравлический сигнал, резко осаживает колонну труб с усилием посадки 50-100 кН и тем самым вводит гладкий колокол в фрикционный контакт с телом улавливаемой тру

бы (или замком). При этом нижний конец колонны труб сжимается, а давление в колонне труб резко повышается до порыва сигнальной диафрагмы. Возникший импульс передается гладкому колоколу и он, пружиня как тонкостенная оболочка за счет кольце- вой торовидной канавки 4, дополнительно подается вниз, увеличивая фрикционное сцепление с трубой. Вслед за этим, после паузы, производят натяжение всей колонны труб талевой системой буровой установки, Если окажется, что инструмент в скважине удерживается однокомпонентным прихватом - только заклинкой или только прилипанием, то производится ударно-волновое воздействие на место прихвата. Для этого всю колонну труб натягивают осевой нагрузкой при помош,и талевой системы. Колонна труб, в том числе и участок между верхней границей прихвата и устройством, растягивается и генерирует энергию деформации. Натяжение колонны производится до нару- шения фрикционной связи устройства с аварийной трубой. Освобожденный от связи с устройством нижний участок колонны труб импульсно сокраш,ается и воздействует на место прихвата ударно-волновой нагрузкой, а затем и статически весом свободного участка колонны труб.

Затем тут же производится повторное соединение фрикционного ловителя (гладкого колокола) с трубой, натяжение колонны труб талевой системы и поворот всей колонны труб влево. Об освобождении инструмента от прихвата и ликвидации аварии судят по движению инструмента вверх без дополнительной нагрузки полным весом. Если прихват не ликвидируется с первого импульса, то операции повторяются. Усилия сцепления и расцепления, а также энергия воздействия на прихват могут изменяться в широких пределах.

В случае, если прихвата, оставшегося в скважине участка колонны труб, не было, а вес оставшейся в скважине колонны труб не превышает 300 кН, то подъем ее начинают сразу после первого соединения, проведя только необходимую промывку всего ствола скважины.

Если колонна прихвачена многокомпонентным прихватом или вес инструмента в скважине больше 300 кН и нет уверенности в прочности устройства, то отсоединяют

(отворачивают) только аварийную трубу поворотом влево, проведя полный цикл нагрузок обычным инструментом с правой резьбой, и поднимают ее на поверхность. Затем вновь спускают колонну труб без устройства, и соединяют колонну труб воедино и производят либо подъем всей колонны труб, либо мероприятия по ликвидации многокомпонентного сложного прихвата.

Операция по отвороту влево аварийной трубы «правым инструментом проводится следующим образом. При спуске колонны труб с устройством производится крепление резьбовых замковых соединений повышенным моментом. Соединение с оборванной трубой проводится только осевой нагрузкой. Поэтому докрепления нижележащих резьб в аварийной части колонны не происходит. Для ослабления и снятия натяга резьбового соединения у аварийной трубы производят ударно-волновое воздействие предлагаемым способом и затем отворот аварийной трубы влево под натяжением.

Формула изобретения

1.Устройство для ликвидации аварий с колонной труб, включающее цилиндрический корпус с фрикционным ловителем в нижней части, установленную в его полости коническую направляющую, отличающееся тем, что, с целью повыщения эффективности ликвидации аварий за счет расщирения технологических возможностей устройства, фрикционный ловитель выполнен в виде гладкого колокола с углом конусности у 0° 5 -0°30 , а в месте сопряжения его конической поверхности с цилиндрической корпуса выполнена кольцевая канавка, причем наружная поверхность в нижней части выполнена конусной, расширяющейся вниз.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевая канавка выполнена торовидной формы.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что направляющая установлена в корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения и выполнена с осевым каналом, перекрытым в нижней части диафрагмой, причем над последней в стенке направляющей расположено сопло.

ОW 20 30 Н,кг

Фиг.1

Изобретение предназначено для ликвидации аварий, вызванных обрывом труб в скважине, и для освобождения колонны труб от прихвата одновременно. Цель - повышение эффективности ликвидации аварий за счет расширения технологических возможностей устройства. Для этого оно состоит из корпуса 1 с цилиндрической наружной поверхностью и фрикционным ловителем (ФЛ) 2. Он имеет наружную коническую поверхность и внутреннюю коническую полость 3 с углом Y 0°15 -0°30 , переходящую в сквозную цилиндрическую полость. В месте перехода конической полости на цилиндрическую выполнена кольцевая торовидная канавка 4. Нижний торец ФЛ 2 заканчивается зубчатой кромкой с резцами 5. В полости корпуса 1 установлена ограниченно подвижная в осевом направлении направляющая 6. В ее нижней части установлены сопло 7 и диафрагма 8, а в верхней части - щлицы 9. Цри работе устройства направляющая 6 погружается в обломанную трубу и в ней повышается давление. Колонну труб осаживают, ее нижний конец сжимается, давление резко возрастает, это приводит к разрыву диафрагмы 8. При этом ФЛ 2 подается вниз, обеспечивая фрикционное сцепление с трубой. 2 з. п. ф-лы, 2 ил. СП 5 - 3 4 1чЭ СО 4 СО ас I фиг. 2