Результат интеллектуальной деятельности: СКРЕБОК ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для очистки внутренней поверхности труб от отложений.

Известно устройство для обработки ствола скважины (см. а.с. №1357549, М.кл. E21B 37/02).

Устройство содержит корпус и расположенные вдоль его оси скребковые элементы с разной жесткостью, выполненные в виде петель из металлического троса разного диаметра. Диаметры петель приняты различными для каждого диаметра троса. Плоскости петель взаимно перпендикулярны друг другу.

При перемещении устройства в осевом канале колонны труб, петли воздействуют на слой глинистой корки с ее разрушением или ее уплотнением при вращении устройства.

К недостаткам конструкции устройства следует отнести:

- малое усилие воздействия на глинистую корку, поскольку используется только упругое усилие от тросовой петли, что недостаточно;

- нет воздействия струи рабочей жидкости на очищаемую поверхность для улучшения очистки стенки труб от глинистой корки.

- в процессе спуска-подъема устройства в скважину имеется постоянный контакт тросовых петель со стенкой труб, что приводит к их дополнительному износу.

Известен скребок (см. а.с. №853090, М.кл. E21B 37/02).

Скребок состоит из цилиндрического корпуса, рабочих элементов, прижатых к корпусу с помощью секций бандажа, закрепленных на рабочих элементах зажимами и соединенных друг с другом замками, с управляемыми затворами, выполненными в виде реле времени, или реле давления, или теплового реле из водорастворимого материала.

Работа скребка

Устройство устанавливается в составе обсадной колонны. При этом рабочие элементы находятся в транспортном положении и при спуске не входят в контакт с фильтрационной коркой на стенке скважины. Во время спуска жидкая среда взаимодействует с управляемыми затворами замков, которые растворяются жидкой средой или тепловым воздействием. При этом секции бандажа размыкаются и рабочие элементы отжимаются к стенкам скважины и взаимодействуют с глинистой коркой и ее разрушением. Продукты разрушения корки потоком рабочей жидкости выносятся из скважины.

К недостаткам конструкции следует отнести:

- конструкция обладает достаточно высокой сложностью, как при ее сборке, так и при приведении ее в рабочее раскрытое положение;

- после выполнения технологической операции по очистке внутренней поверхности трубы от глинистой корки, рабочие элементы остаются в раскрытом положении. При излечении устройства из скважины это может привести к их преждевременному износу и даже возникновению аварийной ситуации, когда возможен ввод в стык муфтового соединения элементов конструкции, таких как затвор и замок;

- нет условий для управления и регулируемого силового воздействия рабочих элементов на глинистую корку.

Известно устройство для очистки стенок скважины (см. а.с. №640021, М.кл. E21B 37/02).

Устройство состоит из корпуса, на концах которого выполнена резьба для соединения с буровым инструментом. К корпусу крепятся металлические щетки, состоящие из основания и проволочных упругих элементов. Между щетками вдоль корпуса крепятся ограничители деформации упругих элементов.

Глинистая корка удаляется упругими элементами при вращении и осевом перемещении устройства бурильной колонной труб. Диаметр, измерение которого осуществляется между противоположными упругими элементами, превышает внутренний диаметр ствола на 25÷30 мм.

Это говорит о том, что в процессе спуска и подъема устройства из скважины упругие элементы находятся в постоянном контакте с внутренней поверхностью, с разрушением корки. Следует отметить, что в этом случае имеет место быстрый износ этих элементов.

Кроме того, сила, с которой упругие элементы взаимодействуют с глинистой коркой, мала и зависит только от упругих свойств рабочих элементов и не поддается контролю. Качество очистки недостаточно.

Известен скребок гидромеханический универсальный (см. Пат. РФ №2336410, М.кл E21B 37/02), принятый за прототип.

Скребок состоит из полого цилиндрического корпуса с полым плунжером внутри, опирающимся на возвратную пружину. На концах цилиндрического корпуса выполнены присоединительные резьбы, а в средней части выполнены окна, в которых размещаются подпружиненные скребковые элементы, установленные с возможностью взаимодействия с полым плунжером. Полый плунжер своими концами входит во взаимодействие с гильзами, верхняя из которых соединена с опрессовочным седлом, а нижняя гильза соединена с муфтой насосно-компрессорных труб.

Для перекрытия полого плунжера и его перемещения применяют бросовый штуцерный элемент.

При подаче рабочей жидкости в осевой канал колонны насосно-компрессорных труб полый плунжер перемещается вниз в осевом канале цилиндрического корпуса с выдвижением из окон скребковых элементов, до контакта с внутренней поверхностью очищаемой трубы.

Для опрессовки колонны насосно-компрессорных труб с поверхности подается опрессовочный элемент с его посадкой на опрессовочное седло. После опрессовки элемент удаляется на поверхность обратной промывкой.

Недостатки конструкции:

- применение опрессовочного элемента и бросового штуцерного элемента для управления скребком существенно увеличивают затраты рабочего времени;

- при использовании бросового штуцерного элемента, препятствующего свободному перетоку рабочей жидкости в полость скважины, сложно получить поток с достаточно высокой скоростью для обеспечения выноса механических частиц на поверхность;

- известно, что трубы для обсадных колонн по ГОСТ 632-80 обладают эллипсностью и разностенностью. В связи с этим при наличии связи скребковых элементов с жесткой поверхностью полого плунжера сложно разрушить глинистую корку на стенке труб по большой оси эллипса, т.е. при контакте с телом трубы по малой оси эллипса скребковые элементы, расположенные по большей оси эллипса, не достают до поверхности труб на этом участке, что снижает эффективность процесса очистки;

- центровка устройства внутри очищаемой трубы осуществляется за счет скребковых элементов, что может привести, как отмечено ранее, к неравномерному нагружению каждого из них при вращении и осевом перемещении;

- возможно попадание механических частиц между сопрягаемыми поверхностями полого плунжера и цилиндрического корпуса, что может служить препятствием для полного возврата подвижных элементов в транспортное положение.

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

- регулирование контактного воздействия на поверхность глинистой корки по всему периметру обрабатываемой трубы;

- прямое воздействие струи рабочей жидкости на обрабатываемую поверхность, покрытую глинистой коркой, в месте контакта с ней ролика;

- приведение в действие устройства в заданном интервале скважины с последующим возвратом в исходное положение;

- обеспечение очистки струей рабочей жидкости рабочей поверхности ролика;

- уравновешивание крутящего момента на корпус за счет разнонаправленности продольных пазов на наружной поверхности скребковых элементов.

Технический результат достигается тем, что скребок для очистки внутренней поверхности труб состоит из полого корпуса с присоединительными коническими резьбами на концах, скребковых элементов, установленных с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью труб в рабочем положении, и гидропривода скребковых элементов.

Осевой канал полого корпуса в средней части разделен перемычкой с цилиндрической расточкой внутри, гидравлически связанной подводящим и отводящим каналами с осевым каналом полого корпуса.

Гидропривод выполнен в виде подпружиненного ступенчатого поршня, расположенного в цилиндрической расточке. В теле ступенчатого поршня выполнены поперечный паз с внешней стороны, обращенной в полость скважины, и внутренняя расточка с противоположной стороны, разделенные глухой перегородкой. Поперечный паз снабжен роликом на оси вращения, имеющим насечку на наружной поверхности. Во внутренней расточке установлена перфорированная шайба, образующая с глухой перегородкой промежуточную камеру, которая гидравлически связана дренажными отверстиями, выполненными в теле ступенчатого поршня, с полостью цилиндрической расточки и полостью скважины. Кроме того, промежуточная камера гидравлически связана калиброванным отверстием, выполненным в теле глухой перегородки, с полостью поперечного паза в месте размещения ролика.

Скребковые элементы выполнены в виде колец, свободно размещенных на цилиндрических проточках, выполненных на наружной поверхности полого корпуса выше и ниже места расположения перемычки. Ограничение от осевого перемещения скребковых элементов осуществляется за счет стопорных гаек, закрепленных на полом корпусе.

Скребковые элементы имеют насечки, выполненные под углом к продольной оси полого корпуса и разнонаправленно, т.е. правостороннее и левостороннее направление.

Конструкция устройства для очистки внутренней поверхности труб показана на чертежах, где:

- на фиг. 1 - общий вид устройства в разрезе, в транспортном, исходном положении деталей;

- на фиг. 2 - общий вид устройства в разрезе при раскрытии рабочих элементов до контакта с внутренней поверхностью трубы, покрытой глинистой коркой;

- на фиг. 3 - поперечный разрез устройства в месте расположения гидравлического привода.

Устройство состоит из полого корпуса 1 с перемычкой 2 в средней части осевого канала 3, в которой перпендикулярно к оси полого корпуса 1 выполнена цилиндрическая расточка 4, гидравлически связанная подводящим каналом 5 с осевым каналом 3 полого корпуса 1 над перемычкой 2 и отводящим каналом 6, с осевым каналом 3 полого корпуса 1 под перемычкой 2. На наружной поверхности полого корпуса 1 на верхнем и нижнем концах выполнены конические резьбы 7 и 8 для связи с колонной труб.

Под местом расположения конических резьб 7 и 8 выполнены цилиндрические резьбы 9 и 10, на которых закреплены стопорные гайки 11 и 12. Под стопорными гайками 11 и 12 на теле полого корпуса 1 выполнены цилиндрические проточки 13 и 14, на которых свободно, с возможностью вращения, установлены скребковые элементы 15 и 16 в виде колец.

Наружные диаметры скребковых элементов 15 и 16 приняты больше наружного диаметра стопорных гаек 11 и 12. При этом на наружных поверхностях скребковых элементов 15 и 16 выполнен ряд продольных пазов 17 (см. фиг. 2) разнонаправленно с наклоном к оси полого корпуса 1.

В цилиндрической расточке 4 полого корпуса 1 размещен гидравлический привод, представляющий собой ступенчатый поршень 18 с глухой перегородкой 19 внутри, разделяющей внутренний канал ступенчатого поршня 18 на две части, одна из которых выполнена в виде поперечного паза 20, в котором на оси вращения 21 размещается ролик 22 с насечкой на наружной поверхности.

С противоположной стороны в теле ступенчатого поршня 18 выполнена внутренняя расточка 23, в которой размещена перфорированная шайба 24, играющая роль фильтра, образующая с глухой перегородкой 19 промежуточную камеру 25, гидравлически связанную с кольцевой камерой 26 под ступенчатым поршнем 18 через дренажные отверстия 27.

Кольцевая камера 26, в свою очередь, сообщается с полостью скважины через пазы 28, выполненные в теле гайки 29, установленной на резьбе в полом корпусе 1 и поджимающей через пружину 30 ступенчатый поршень 18 к днищу 31 цилиндрической расточки 4. На торце ступенчатого поршня 18, обращенном к днищу 31, выполнен ряд продольных пазов 32 для свободного перетока рабочей жидкости из подводящего канала 5 в полость цилиндрической расточки 4 и далее через отводящий канал 6 в осевой канал 3 полого корпуса 1 под перемычкой 2.

Для обеспечения очистки наружной поверхности ролика 22 от глинистых частиц, в глухой перегородке 19 выполнено калиброванное отверстие 33.

Работа устройства

Конической резьбой 7 на верхнем конце полого корпуса 1 устройство подсоединяется к трубе колонны насосно-компрессорных труб и вводится в скважину на расчетную глубину. Устье скважины оснащается арматурой, к которой подсоединяется насосный агрегат. В осевой канал 3 полого корпуса 1 устройства осуществляют подачу под давлением рабочей жидкости. Под действием перепада давления ступенчатый поршень 18 перемещается внутри цилиндрической расточки 4 в направлении к внутренней поверхности обрабатываемой трубы, покрытой глинистой коркой, с контактом с ней ролика 22. При этом скребковые элементы 15 и 16 поджимаются своей поверхностью к поверхности обрабатываемой трубы с противоположной стороны. При этом устройство размещается внутри со смещением от оси скважины, т.е. с эксцентриситетом.

Сообщают вращение колонне насосно-компрессорных труб и полому корпусу 1 устройства. При этом рабочая жидкость по подводящему каналу 5 с заданным расходом поступает внутрь цилиндрической расточки 4 и далее через перфорационные отверстия в теле перфорированной шайбы 24 поступает в промежуточную камеру 25 и далее через дренажные отверстия 27 в теле ступенчатого поршня 18 подается в кольцевую камеру 26, гидравлически связанную с полостью скважины. Через пазы 28 в теле гайки 29 рабочая жидкость воздействует на поверхность ролика 22 для удаления налипших глинистых частиц.

Часть расхода рабочей жидкости через калиброванное отверстие 33 в теле глухой перегородки 19 также подается на поверхность ролика 22 с его очисткой при обтекании потоком рабочей жидкости, тем самым предохраняется полость поперечного паза 20 в теле ступенчатого поршня 18 от забивания глинистыми частицами. При вращении полого корпуса 1, ролик 22 вращается на оси вращения 21 и обкатывается по внутренней поверхности трубы с воздействием насечек между продольными пазами 17 на глинистый слой. Одновременно скребковые элементы 15 и 16, вращаясь на цилиндрических проточках 13 и 14 относительно полого корпуса 1, обкатываются по внутренней поверхности очищаемой трубы с воздействием на глинистую корку выступами между продольными пазами 17 и ее разрушением. Плавным перемещением устройства вниз вместе с колонной насосно-компрессорных труб осуществляют последовательное разрушение глинистой корки с очисткой от отложений внутренней поверхности трубы при сохранении передачи крутящего момента. Передача крутящего момента на полый корпус 1 может быть также осуществлена за счет применения винтового забойного двигателя (на чертеже не показано).

При вращении полого корпуса 1 ролик 22 перемещается по периметру очищаемой трубы с вращением вокруг оси вращения 21 с поджимом и взаимодействием скребковых элементов 15 и 16 на слой глинистой корки при их обкатывании по внутренней поверхности очищаемой трубы.

Поток рабочей жидкости, истекающей через пазы 28 в теле гайки 29, суммируется с потоками, истекающими из калиброванного отверстия 33, в теле глухой перегородки 19 и потоком, поступающим через отводящий канал 6 в осевой канал 3 в полость скважины. Суммарным потоком рабочей жидкости глинистые частицы выносятся из скважины по межтрубному пространству.

По окончании процесса удаления глинистой корки с внутренней поверхности трубы прекращают передачу крутящего момента на полый корпус 1 устройства и сбрасывают давление рабочей жидкости. Усилием предварительно сжатой пружины 30 ступенчатый поршень 18 возвращается внутрь цилиндрической расточки 4. Полый корпус 1 с роликом 22 и скребковыми элементами 15 и 16 располагается осесимметрично оси обрабатываемой трубы. Натяжением колонны насосно-компрессорных труб устройство извлекается на поверхность.