устройство для разделения на части снаружи упавших в скважину труб методом анодного растворения

Формула изобретения

Устройство для разделения на части снаружи упавших в скважину труб методом анодного растворения, включающее корпус, опускающийся в скважину подъемно-транспортной системой, отличающееся тем, что корпус выполнен цилиндрической формы, имеющий внизу внутри, у нижнего торца, конусную поверхность по кругу, для облегчения ввода разделяемой трубы внутрь устройства, причем корпус выполнен из диэлектрического материала и имеет в конце конуса вверху выступающий по всему периметру конусный выступ, на конусной поверхности которого уложены своей нижней частью и закреплены на ней упругие лепестки электродной системы-катода, представляющей собой усеченный конус, набранный из тонких упругих пластин трапециевидной формы, широкий конец которых крепится на конусном выступе, а узкие концы отогнуты в направлении от оси корпуса и собраны внутри упругого разрезного и нахлесточного кольца-электрода, которое может расширяться в диаметре, а лепестки - раздвигаться, изгибаясь от оси корпуса, при вдвижении разрезаемой трубы внутрь электродной системы; на верхнем торце корпуса установлены два рым-болта, располагающиеся диаметрально противоположно, и к которым крепится транспортная система в виде канатов, а также от поверхности торца к внутренней цилиндрической поверхности корпуса выполнено одно отверстие или два, противоположно расположенных, в которое ввернут, на торце, штуцер для соединения с системой подачи электролита внутрь корпуса устройства, а выше конусного выступа выполнены, на одинаковом расстоянии друг от друга, четыре отверстия через боковую стенку корпуса, диаметр которых такой, что внутренняя полость корпуса, до верхнего торца, заполнена электролитом, подаваемым под давлением, большим гидростатического давления трубной жидкости на глубине нахождения устройства, а вытекание электролита через отверстия в стенке корпуса обеспечивается за счет большей плотности электролита, по сравнению с плотностью трубной жидкости, а электролит, в месте нахождения кольцевого электрода, необходим для протекания электрического тока по цепи: «плюс» источника постоянного электрического тока, расположенного на дневной поверхности, обсадная колонна, разделяемая труба, межэлектродный зазор между этой трубой и электродом, заполненный электролитом и обеспечиваемый изолирующими площадками на отогнутых частях лепестков, катод в виде лепестков и разрезного кольца, электропровод от катода до источника тока, «минус» источника постоянного электрического тока, причем обсадная колонна соединена с «плюсом» источника тока на ее устье, а так как разрезаемая труба где-то опирается на обсадную колонну, то и «плюс» источника тока передается на нее, и, при подаче электролита внутрь корпуса и включении источника постоянного электрического тока, начинается процесс анодного растворения металла стенки разделяемой трубы по окружности напротив кольцевого катода до ее сквозного прорезания, чем и обеспечивается отделение вышерасположенного от катода участка от остальной части трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может использоваться при капитальном ремонте скважин.

При обрыве и падении труб в скважину происходят серьезные осложнения: они ломаются, искривляются при ударе о забой. Но их необходимо извлекать из скважины при капитальном ремонте. Для этого используют ловильный инструмент, которым захватывают трубу и, при небольшой натяжке, отвинчивают [1]. Однако чаще этого сделать не удается вследствие сильной искривленности труб. Часто ловильный инструмент срывается, т.к. упавшие трубы зажаты внутри обсадной колонны и, при попытке их поднять, необходимо прикладывать большие усилия, на которые ловильный инструмент не рассчитан. Тогда трубы начинают фрезеровать торцевыми фрезами, чтобы уменьшить их массу. Это очень трудоемко и длительно. Да и со стружкой потом проблем появляется не меньше. Поэтому в этих случаях более рациональным является разделение упавшей колонны труб на части и извлечение этих частей из скважины на поверхность последовательно.

Известна скважинная наружная труборезка [2] для разделения труб и извлечения их по частям. Труборезка содержит корпус, закрепленную на корпусе вставку с подпружиненными и поворотными в вертикальной плоскости резцедержателями с резцами и направляющий узел, центраторы-захваты, а корпус выполнен равностенным и с пазом на внутренней поверхности под вставку, при этом центраторы-захваты расположены над и под вставкой.

Недостатком данной труборезки (прототипа) является то, что необходимо прикладывать достаточно большой крутящий момент, чтобы обеспечить движение резцам. А это требует сложного и дорогого оборудования. Также невозможно данной труборезкой отделять части от упавшей колонны при некруглой форме труб, например штанг. Кроме того, эта труборезка требует фиксации себя в каком-то определенном положении. Большинство имеющихся труборезок имеют режущим инструментом механические резцы.

Предлагаемое устройство лишено этого недостатка.

Технической задачей является повышение надежности разделения на части снаружи упавших в скважину труб без приложения больших усилий на режущий инструмент.

Технический результат достигается предлагаемым устройством, включающим корпус, выполненный цилиндрической формы, имеющий внизу внутри, у нижнего торца, конусную поверхность по кругу, для облегчения ввода разделяемой трубы внутрь устройства, причем корпус выполнен из диэлектрического материала и имеет в конце конуса вверху выступающий по всему периметру конусный выступ, на конусной поверхности которого уложены своей нижней частью и закреплены на ней упругие лепестки электродной системы-катода, представляющей собой усеченный конус, набранный из тонких упругих пластин трапециевидной формы, широкий конец которых крепится на конусном выступе, а узкие концы отогнуты в направлении от оси корпуса и собраны внутри упругого разрезного и нахлесточного кольца-электрода, которое может расширяться в диаметре, а лепестки - раздвигаться, изгибаясь от оси корпуса, при вдвижении разрезаемой трубы внутрь электродной системы; на верхнем торце корпуса установлены два рым-болта, располагающиеся диаметрально противоположно, и к которым крепится транспортная система в виде канатов, а также от поверхности торца к внутренней цилиндрической поверхности корпуса выполнено одно отверстие или два, противоположно расположенных, в которое ввернут, на торце, штуцер для соединения с системой подачи электролита внутрь корпуса устройства, а выше конусного выступа выполнены, на одинаковом рассточнии друг от друга, четыре отверстия через боковую стенку корпуса, диаметр которых такой, что внутренняя полость корпуса, до верхнего торца, заполнена электролитом, подаваемым под давлением, большим гидростатического давления трубной жидкости на глубине нахождения устройства, а вытекание электролита через отверстия в стенке корпуса обеспечивается за счет большей плотности электролита, по сравнению с плотностью трубной жидкости, а электролит, в месте нахождения кольцевого электрода, необходим для протекания электрического тока по цепи: «плюс» источника постоянного электрического тока, расположенного на дневной поверхности, обсадная колонна, разделяемая труба, межэлектродный зазор между этой трубой и электродом, заполненный электролитом и обеспечиваемый изолирующими площадками на отогнутых частях лепестков, катод в виде лепестков и разрезного кольца, электропровод от катода до источника тока, «минус» источника постоянного электрического тока, причем обсадная колонна соединена с «плюсом» источника тока на ее устье, а так как разрезаемая труба где-то опирается на обсадную колонну, то и «плюс» источника тока передается на нее, и, при подаче электролита внутрь корпуса и включении источника постоянного электрического тока, начинается процесс анодного растворения металла стенки разделяемой трубы по окружности напротив кольцевого катода до ее сквозного прорезания, чем и обеспечивается отделение вышерасположенного от катода участка от остальной части трубы.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство отличается от прототипа следующим:

- конструкцией устройства;

- наличием источника постоянного электрического тока и его расположением на дневной поверхности;

- конструкцией корпуса, выполненного в форме цилиндра из диэлектрического материала;

- конструкцией катода, собранного из упругих металлических лепестков, и скрепленного упругим разрезным металлическим кольцом-электродом;

- подсоединением разрезаемой трубы к плюсовой клемме источника постоянного электрического тока через обсадную колонну;

- подачей электролита в зону анодного растворения через штуцеры и отверстия в стенке корпуса;

- поджатием катода к внешней поверхности разрезаемой трубы упругими внутренними силами лепестков;

- наличием изолирующих площадок на лепестках электродной системы-катода;

- наличием конусного выступа внутри корпуса для крепления широкой части лепестков электродной системы-катода;

- наличием двух рым-болтов для связи устройства с подъемно-транспортной системой.

Это делает предлагаемое устройство соответствующим критерию «новизна».

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуеиой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».

Применение всех новых признаков позволяет существенно повысить надежность разделения на части упавших в скважину труб без приложения большого крутящего момента инструменту и применения достаточно сложного и дорогого оборудования, а также дает возможность разделять упавшие в скважину трубы, искривленные при ударе о забой, снаружи.

На фиг.1 представлен продольный разрез устройства в положении, когда торец разделяемой трубы вошел в направляющий конус корпуса устройства в нижней его части, но еще не достиг электродной системы-катода. На фиг.2 показано положение электродной системы-катода и разделяемой трубы внутри его. На фиг.3 изображен поперечный разрез устройства с разделяемой трубой внутри катода.

Устройство для разделения на части снаружи упавших в скважину труб методом анодного растворения состоит из корпуса 3, изготовленного из диэлектрического материала. Корпус представляет из себя цилиндр, нижняя внутренняя часть которого от торца выполнена конусообразной формы, для облегчения попадания разрезаемой трубы внутрь корпуса. Выше входного конуса, внутри корпуса, располагается кольцевой конусный выступ 4 для крепления упругих лепестков 6. Лепестки имеют удлиненную трапециевидную форму, один (широкий) конец которых крепится к конусному выступу 4, а узкие концы отогнуты в направлении от оси корпуса и собраны внутри упругого металлического кольца-электрода 7. Лепестки 6 в поперечном сечении представляют из себя сегменты тонкостенных труб в виде усеченного конуса. На верхнем торце корпуса установлены два рым-болта 8, располагающиеся диаметрально противоположно, и к которым крепится транспортная система 9 в виде канатов. Также на верхнем торце располагается штуцер 10 (один или два) для подачи электролита в зону обработки под давлением Р через отверстие(я) 11. По внутренней поверхности корпуса уложен провод 12 от «минуса» источника постоянного электрического тока на дневной поверхности, и который соединен с одним из лепестков 6 в его нижней части, а через него - с кольцом-электродом 7. Таким образом, кольцо 7 будет являться отрицательным электродом (катодом). «Плюс» источника постоянного электрического тока соединяется на поверхности с эксплуатационной (обсадной) колонной 2. А так как оторвавшаяся колонна 1 обязательно где-то касается колонны 2 (она на нее опирается), то и колонна труб 1 будет являться «плюсом». Ближе к конусному выступу, по высоте, в стенках корпуса выполнены два отверстия 5 для вытекания электролита из внутренней полости корпуса, поступающего туда через отверстие 11. На отогнутых частях лепестков 6, около кольца 7, размещены изолирующие площадки 13, обеспечивающие требуемый зазор между электродом-кольцом 7 и внешней поверхностью разрезаемой трубы 1, предотвращая тем самым короткое замыкание.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Устройство для разделения на части снаружи упавших в скважину труб методом анодного растворения имеет разные размеры наружного диаметра, в зависимости от внутреннего диаметра эксплуатационной колонны 2. Поэтому для размера диаметра колонны 2 подбирается и устройство. Затем оно подсоединяется двумя тросами 9 к лебедкам за рым-болты 8. К штуцеру 10 подсоединяется система подачи электролита. Предварительно определяется глубина расположения первой трубы 1 упавшей колонны. Далее включаются лебедки(а), и начинается спуск устройства в скважину. Лебедки должны работать синхронно, чтобы не перекосило и не заклинило устройство в скважине. Лучше иметь одну двухканатную лебедку. Также синхронно разматывается и кабель 12. При приближении устройства к заданной глубине скорость спуска уменьшается, и далее устройство продолжает спуск медленно. За счет наличия конуса в нижней части корпуса 3 торец трубы 1 входит внутрь корпуса устройства, о чем можно судить по показаниям индикатора веса. При дальнейшем спуске устройства труба 1 (ее торец) достигает лепестков 6 с их внутренней стороны и раздвигает их на величину наружного диаметра трубы 1. При этом кольцо-электрод 7 лепестками 6 (их верхней частью) также расширяется в размере своего диаметра за счет того, что кольцо разрезное и имеет нахлест одной части на другую, позволяющей одной части кольца скользить по поверхности другой части. А это обеспечивает замкнутую кольцевую форму электрода, что необходимо для полного кругового разрезания трубы 1. 3а счет же упругости кольца 7 лепестки 6 прижимаются к внешней поверхности разрезаемой трубы 1. Но благодаря диэлектрическим площадкам 13, обеспечивается зазор между внутренней поверхностью лепестков 6 в районе их прилегания к трубе 1 и поверхностью этой трубы, а также зазор между кольцевым электродом 7 и внешней поверхностью трубы 1. Устройство опускается далее, насколько позволит кривизна трубы 1 или настолько, какой кусок по длине требуется отрезать от трубы 1. При этом лепестки 6 будут скользить по поверхности трубы 1. Когда спуск прекращается, то начинается процесс отделения части трубы 1, расположенной выше кольца-электрода 7, от остальной части. Для этого включается система подачи электролита, который подается через штуцер 10 и выливается из отверстия 11 во внутреннюю полость устройства. Давление Р электролита на данной глубине должно быть больше гидростатического давления жидкости внутри эксплуатационной колонны на этой глубине, чтобы электролит продавливался через устройство. При этом он заполняет внутреннюю полость корпуса 3 устройства, обеспечивая электрическую цепь в зоне анодного растворения: «плюс» источника постоянного электрического тока, колонна труб 2, труба 1, электролит в зазоре между трубой 1 и электродом-кольцом 7, электрод-кольцо 7, лепесток 6, кабель 12, «минус» источника тока. По этой цепи будет течь электрический ток, что обеспечит анодное растворение материала трубы 1 напротив электрода-кольца 7. На внешней поверхности трубы 7 появится углубление, которое будет со временем увеличиваться, а толщина стенки трубы 1 будет уменьшаться, пока не прорежется насквозь. Об этом моменте можно будет судить по резкому уменьшению силы тока в указанной выше электрической цепи. Электролит, вытекая из отверстия 11, попадает во внутреннюю полость корпуса устройства, а так как его давление больше гидростатического давления жидкости внутри колонны 2 на данной глубине, и он тяжелее этой жидкости, то электролит будет вытекать из внутренней полости устройства по отверстиям 5, по каналам между лепестками 6 и внешней поверхностью трубы 1, чем будет обеспечиваться его циркуляция (проточность) и унос продуктов анодного растворения. После сквозной прорезки трубы 1 выключается источник электрической энергии и система подачи электролита. Затем отделенная часть трубы 1 поднимается наверх или с помощью обычной труболовки, или специальной труболовки, или магнитным фрезером-пауком, простым пауком и т.п., в зависимости от длины отделенного участка трубы и т.к. срединный объем в колонне 2 остается свободным. После извлечения отрезанной части трубы 1, устройство опускается ниже по этой трубе на требуемую величину, и весь процесс отделения очередного участка трубы от упавшей колонны 1 повторяется. При этом нет необходимости совершать подъем устройства на поверхность.

Источники информации

1. Николенко П.А. Подземный ремонт скважин. - М.: 2005. - С.35.

2. Патент РФ № 2054521 от 20.02.1996 г.