Результат интеллектуальной деятельности: ЛОВИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИХВАЧЕННОГО ИНСТРУМЕНТА

Изобретение относится к ловильным устройствам для ликвидации аварий с трубами в скважинах, а именно к аварийным инструментам для извлечения из скважин труб путем их захвата за внутреннюю часть.

Известна внутренняя освобождающаяся труболовка (Патент РФ №1559106, Е21В 31/20, 1986 г., опубл. БИ №15 от 23.04.1990 г.), включающая корпус со спиральной конической поверхностью, присоединительной резьбой на верхнем конце и направляющим наконечником на нижнем, захватывающую втулку со спиральной конической поверхностью на внутренней поверхности ответной спиральной конической опорной поверхности корпуса и резьбовой нарезкой на наружной поверхности, размещенные над и под захватывающей втулкой цилиндрические обоймы, направляющими, равномерно расположенными в продольных плоскостях по окружности корпуса, захватывающая втулка выполнена в виде отдельных сегментов, концы которых выполнены в виде Т-образных выступов и размещены в обоймах с возможностью ограниченного радиального перемещения, при этом направляющие размещены между сегментами захватывающей втулки, а цилиндрические обоймы установлены с возможностью ограниченного осевого перемещения, причем верхняя цилиндрическая обойма взаимодействует с корпусом посредством размещенной над ней пружиной.

Недостатками данной конструкции являются:

- во-первых, сложность изготовления, обусловленная большим количеством технически сложных деталей, что ведет к удорожанию конструкции в целом и как следствие высокой ее стоимости;

- во-вторых, большое количество деталей, контактирующих между собой в процессе залавливания аварийной колонны, ведет к низкой надежности устройства при работе в сложных условиях;

- в-третьих, при невозможности извлечь аварийную колонну целиком производят ее извлечение по частям путем отворачивания, при этом необходимо вращать инструмент влево, что может привести к раскручиванию труб рабочей колонны, в связи с чем создается аварийная ситуация.

Также известна скважинная труболовка (а.с. SU №956745, Е21В 31/20, 1982 г., опубл. БИ №33 от 07.09.1982 г.), содержащая конический корпус с направляющей в нижней части и переводником в верхней, коническую ловильную втулку и узел освобождения, который выполнен в виде гибких элементов, одни концы которых соединены с ловильной втулкой, а другие - с переводником.

Недостатком скважинной труболовки являются:

во-первых, низкая надежность в работе, поскольку на труболовку действуют знакопеременные нагрузки, что может привести к обрыву гибких элементов и нарушению их крепления сверху с переводником, а снизу - со втулкой в процессе залавливания и извлечения аварийных труб;

во-вторых, при необходимости освобождения труболовки от прихваченных аварийных труб необходимо вращать труболовку влево, в результате чего гибкие элементы наматываются на корпус, сокращаясь по длине, что может привести к раскручиванию труб рабочей колонны, на которой спущена труболовка, в связи с чем создается аварийная ситуация.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является внутренняя труболовка (Патент РФ на полезную модель №27139, Е21В 31/20, 40/00, 2002 г., опубл. БИ №1 от 10.01.2003 г.), состоящая из гладкого корпуса с захватными элементами, направляющей поверхностью и продольным промывочным отверстием. В гладком корпусе выполнены смещенные вдоль оси диаметрально расположенные наклонные плоскости, снабженные выступами в форме ласточкина хвоста, взаимодействующими с пазами соответствующей формы захватных элементов, в нижней части наклонных плоскостей установлены упоры для ограничения перемещений захватных элементов, кроме того направляющая поверхность с одной стороны выполнена скошенной.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность работы ловильного устройства, так как устройство не позволяет оказывать вибрационные воздействия на прихваченный инструмент в радиальном направлении;

- во-вторых, невозможность создания вибрационных воздействий на прихваченный инструмент ведет к увеличению нагрузки на колонну ловильных труб и на подъемный агрегат при страгивании прихваченного инструмента, что может привести к обрыву колонны ловильных труб или поломке подъемного агрегата;

- в-третьих, невозможно использование «расхаживания» (знакопеременной осевой нагрузки).

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы ловильного устройства за счет создания вибрационного воздействия на прихваченный инструмент в радиальном направлении с возможностью «расхаживания», а также снижения нагрузки на колонну ловильных труб и на подъемный агрегат при страгивании прихваченного инструмента.

Указанная задача решается ловильным устройством для прихваченного инструмента, содержащим корпус с захватными элементами, направляющей поверхностью и продольным промывочным отверстием, при этом в корпусе выполнены смещенные вдоль его оси диаметрально расположенные наклонные плоскости, снабженные выступами в форме ласточкина хвоста, взаимодействующими с пазами соответствующей формы захватных элементов.

Новым является то, что сверху корпус снабжен вибратором, состоящим из полого цилиндра и размещенного в нем штока с проходным каналом, а также седла, установленного в проходном канале штока для размещения в нем шара, причем шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между полым цилиндром и штоком, при этом полый цилиндр выполнен эксцентрично со смещенным центром тяжести относительно оси устройства, причем в перепускном канале на внутренней поверхности полого цилиндра тангенциально размещены лопатки, позволяющие полому цилиндру вращаться относительно штока.

На фиг.1 изображено ловильное устройство для прихваченного инструмента.

На фиг.2 изображено поперечное сечение вибратора.

Ловильное устройство для прихваченного инструмента содержит корпус 1 с захватными элементами 2, направляющей поверхностью 3 и продольным промывочным отверстием 4.

В корпусе 1 выполнены смещенные вдоль его оси диаметрально расположенные наклонные плоскости 5, снабженные выступами 6 в форме ласточкина хвоста, взаимодействующими с пазами 7 соответствующей формы захватных элементов 2.

Сверху корпус 1 снабжен вибратором 8, состоящим из полого цилиндра 9 и размещенного в нем штока 10 с проходным каналом 11, а также седла 12, установленного в проходном канале 11 штока 10 для размещения в нем шара 13.

Шток 10 снабжен верхним 14 и нижним 15 рядами радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала 16, выполненного между полым цилиндром 9 и штоком 10.

В перепускном канале 16 на внутренней поверхности полого цилиндра 9 тангенциально размещены лопатки 17, позволяющие полому цилиндру 9 вращаться относительно штока 2, создавая вибрационное воздействие на прихваченный инструмент 18, например, оборванной колонны труб.

Устройство работает следующим образом. Ловильное устройство в сборе в транспортном положении, как показано на фиг.1, устанавливают на конце ловильной колонны труб 19 и спускают в скважину (на фиг.1 и 2 не показано). При подходе ловильного устройства к прихваченному инструменту 18 замедляют скорость спуска ловильного устройства и медленно со скоростью не более 0,1 м/с продолжают спускать ловильную колонну труб 19 в скважину. В определенный момент корпус 1 направляющей поверхностью 3 входит в прихваченный инструмент 18, совмещая ось ловильной колонны труб 19 с осью прихваченного инструмента 18. Спуск ловильной колонны труб 19 продолжают, при этом захватные элементы 2 поднимаются вверх по соответствующим наклонным поверхностям 5, снабженным выступами 6 в форме ласточкина хвоста, взаимодействующими с пазами 7 соответствующей формы захватных элементов 2. Спуск ловильной колонны труб 19 продолжают до тех пор, пока прихваченный инструмент верхним торцом не упрется в нижний торец полого цилиндра вибратора 8, о чем свидетельствует снижение нагрузки на индикаторе веса (на фиг.1 и 2 не показано), установленного на устье скважины.

Далее приподнимают ловильную колонну труб 19, при этом захватные элементы 2 опускаются вниз по соответствующим наклонным поверхностям 5, снабженным выступами 6 в форме ласточкина хвоста, взаимодействующими с пазами 7 соответствующей формы захватных элементов 2, и захватные элементы фиксируются на внутренних стенках прихваченного инструмента 18.

Делают натяжку ловильной колонны труб 19 вверх примерно 30-50 кН, после чего начинают одновременно «расхаживание» ловильной колонны труб 19 и циркуляцию жидкости по ловильной колонне труб 19, при этом поток жидкости, достигнув устройства, попадает внутрь штока 10 вибратора 8, а шар 13 садится на седло 12 и герметично перекрывает проходной канал 4.

В результате поток жидкости через верхний ряд радиальных отверстий 14 штока 2 попадает в перепускной канал 16, где воздействует на тангенциально размещенные на внутренние поверхности полого цилиндра 9 лопатки 17, что приводит к вращению полого цилиндра 9 относительно штока 10. Поток жидкости с вращением опускается вниз по перепускному каналу 16, достигая нижнего ряда радиальных отверстий 15, через которые поток жидкости вновь попадает внутрь штока 10 ниже седла 13 и далее в проходной канал 4 ниже седла 3 штока 2, откуда поток жидкости попадает в продольное промывочное отверстие 4 корпуса 1 и далее по межколонному пространству (на фиг.1 и 2 не показано) поднимается на поверхность.

Циркуляцию жидкости по ловильной колонне труб 19 продолжают, при этом происходит пульсация жидкости, ведущая к радиальной вибрации устройства за счет того, что полый цилиндр 9 (см. фиг.2) выполнен эксцентрично со смещенным центром тяжести относительно оси устройства, причем частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости. В результате ловильное устройство совершает радиальные вибрационные колебания, что снижает растягивающее усилие на ловильную колонну труб, прилагаемое при страгивании прихваченного инструмента, и позволяет гарантированно извлечь прихваченный инструмент из скважины.

После освобождения прихваченного инструмента отмечается снижение веса ловильной колонны труб 19 на индикаторе веса, установленного на устье скважины, и ловильное устройство с освобожденным прихваченным инструментом 18 извлекают из скважины.

Предлагаемое ловильное устройство имеет высокую эффективность работы за счет создания вибрационного воздействия на прихваченный инструмент в радиальном направлении с возможностью «расхаживания», а также снижения нагрузки на колонну ловильных труб и на подъемный агрегат соответственно при страгивании прихваченного инструмента, что позволяет сократить продолжительность аварийных работ по извлечению прихваченного инструмента, а значит, сократить материальные и финансовые затраты.