устройство для очистки скважины при ее эксплуатации

Формула изобретения

1. Устройство для очистки скважины при ее эксплуатации, включающее верхнюю колонну труб, корпус, имеющий внутреннюю цилиндрическую полость с клапанным седлом и размещенным в ней подпружиненным шариком и размещенным в ней с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и контактирования с подпружиненным шариком штоком, соединенным с верхней колонной труб и имеющим внутреннее отверстие вдоль оси с заглушкой и прорези на торце, и соединенную с корпусом нижнюю колонну труб, отличающееся тем, что снабжено в нижней части нижней колонны труб полым рыхлителем и тарельчатым обратным клапаном, имеющим герметизирующий пояс, посадочное седло и пригруз, а шток относительно подпружиненного шарика установлен с зазором, достаточным для вертикального перемещения при рыхлении загрязнений без контактирования с подпружиненным шариком, при этом нижняя колонна труб перфорирована от низа на высоте, равной расстоянию от дна скважины до перфорационных отверстий обсадной колонны скважины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рыхлитель выполнен заглушенным снизу.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что верхняя колонна труб выполнена с внутренней полостью для размещения глубинного манометра, при этом угол входа в сужение, образованное внутренней полостью снизу, больше угла выхода из сужения сверху.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной, газовой и горнодобывающей промышленности и может найти применение при очистке скважин при их эксплуатации.

Известно устройство для очистки скважины, позволяющее очищать скважину при ее эксплуатации и содержащее корпус, шток, имеющий отверстие вдоль оси, и клапан, состоящий из запорного элемента, подпружиненного к седлу. Клапан имеет запорный элемент в виде подпружиненной тарелки с упругим уплотнением, которая устанавливается на ползуне, помещенном в седле, а вдоль оси ползуна выполнено глухое торцевое отверстие, соединенное с наружной поверхностью ползуна перпендикулярными окнами (патент США 4493383, опубл. 1985 г.).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для очистки скважины при ее эксплуатации, содержащее корпус, шток с отверстием вдоль оси и клапан с запорным подпружиненным элементом. Внутри штока выполнено отверстие с заглушкой, а снаружи выполнены прорези. Диаметр большей прорези равен или больше диаметра отверстия седла. Диаметр меньшей прорези меньше диаметра отверстия седла. Прорези образуют на торце штока поверхность упомянутой заглушки, которая взаимодействует с запорным элементом. Запорный элемент содержит шарик. Шток и запорный элемент выполнены в едином корпусе, имеющем две внутренние цилиндрические полости для штока и полость с направляющими для шарика с пружиной. Устройство характеризуется надежностью при эксплуатации за счет конструктивного выполнения штока с прорезями и заглушкой, выполнения единого корпуса для штока и запорного элемента. Использование изобретения позволяет использовать устройство при очистке скважин, обеспечивая эксплуатационную надежность (патент РФ 2173760, опубл. 2001 г. - прототип).

Известные устройства позволяют очищать зумпф скважины за счет засасывания песка и шлама внутрь устройства и извлечения на поверхность. При этом механическое воздействие на загрязнения оказываются только в момент касания дна скважины. Однако при наличии в зумпфе скважины плотных, слежавшихся загрязнений такого воздействия бывает не достаточно для их разрыхления и удаления. Эффективность очистки оказывается невысокой.

В изобретении решается задача повышения эффективности очистки скважины.

Задача решается тем, что устройство для очистки скважины при ее эксплуатации, включающее верхнюю колонну труб, корпус, имеющий внутреннюю цилиндрическую полость с клапанным седлом и размещенным в ней подпружиненным шариком и размещенным в ней с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и контактирования с подпружиненным шариком штоком, соединенным с верхней колонной труб и имеющим внутреннее отверстие вдоль оси с заглушкой и прорези на торце, и соединенную с корпусом нижнюю колонну труб, согласно изобретению снабжено в нижней части нижней колонны труб полым рыхлителем и тарельчатым обратным клапаном, имеющим герметизирующий пояс, посадочное седло и пригруз, а шток относительно подпружиненного шарика установлен с зазором, достаточным для вертикального перемещения при рыхлении загрязнений без контактирования с подпружиненным шариком, при этом нижняя колонна труб перфорирована от низа на высоте, равной расстоянию от дна скважины до перфорационных отверстий обсадной колонны скважины.

Рыхлитель может быть выполнен заглушенным снизу. Верхняя колонна труб может быть выполнена с внутренней полостью для размещения глубинного манометра, при этом угол входа в сужение, образованное внутренней полостью снизу, ₁ больше угла выхода из сужения сверху ₂.

На фиг.1 представлено заявленное устройство для очистки скважины при ее эксплуатации.

Устройство включает верхнюю колонну труб 1, корпус 2, имеющий внутреннюю цилиндрическую полость 3 с размещенными в ней клапанным седлом 4, шариком 5, пружиной 6 и штоком 7, и имеющий внутреннее отверстие вдоль оси 8 с заглушкой 9 и прорезями на торце 10, и соединенную с корпусом 2 нижнюю колонну труб 11 с полым рыхлителем 12 и тарельчатым обратным клапаном 13, имеющим посадочное седло 14 и герметизирующий пояс 15 и пригруз 16, закрепленные на оси 17. Шток 7 относительно подпружиненного шарика 5 установлен с зазором 18.

Верхняя колонна труб 1 жестко соединена с штоком 7 через переводник 19. Шток 7 соединен с корпусом 2 через шпонки 20 и шлицы 21. Между штоком 7 и корпусом 2 размещены уплотнения 22. Внутренняя цилиндрическая полость 3 соединена с скважинным пространством отверстиями 23, закрытыми кольцом 24. Нижняя колонна труб 11 перфорирована отверстиями 25 от низа на высоте, равной расстоянию от дна скважины до перфорационных отверстий 26 обсадной колонны скважины 27. Рыхлитель 12 может быть выполнен заглушенным снизу.

Верхняя колонна труб 1 может быть выполнена с внутренней полостью 28 для размещения глубинного манометра 29, при этом угол входа в сужение, образованное внутренней полостью снизу, ₁ больше угла выхода из сужения сверху ₂ (фиг.2).

Устройство размещено в скважине 27 и спущено в зумпф 30 с загрязнениями 31.

Устройство работает следующим образом.

Всю конструкцию спускают в скважину на верхней колонне труб 1. По мере спуска нижняя колонна труб 11 заполняется жидкостью. Воздух, находящийся в нижней колонне труб 11, вытесняется жидкостью через отверстия 23, приподнимая кольцо 24, и выходит в пространство скважины 27. При этом шток 7 находится в верхнем положении, шарик 5 прижат к седлу 4 пружиной 6 и отделяет жидкость от попадания в отверстие 8 и верхнюю колонну труб 1. При касании рыхлителя 12 загрязнений 31 в зумпфе 30 нижняя колонна труб 11 с корпусом 2 останавливается, верхняя колонна труб 1 своим весом перемещает шток 7 вниз. Шток 7 заглушкой 9 давит на шарик 5, сжимает пружину 6 и отодвигает шарик 5 от клапанного седла 4. Так как уровень жидкости в скважине намного выше уровня жидкости в нижней колонне труб 11, жидкость из-за разности давлений с большой скоростью устремится через полый рыхлитель 12, отверстия 25, нижнюю колонну труб 11, тарельчатый обратный клапан 13, мимо шарика 5, через прорези 10 во внутреннее отверстие вдоль оси 8 штока 7 и далее в верхнюю колонну труб 1 до выравнивания уровней в верхней колонне труб 1 и скважине 27. При этом тарельчатый обратный клапан 13 открывается, т.к. герметизирующий пояс 15 и пригруз 16 проворачиваются на оси 17 под действием потока жидкости и отходят от посадочного седла 14. При остановке потока жидкости тарельчатый обратный клапан 13 закрывается, т. к. под действием пригруза 16 герметизирующий пояс 15 и пригруз 16 проворачиваются на оси 17 в обратную сторону и примыкают к посадочному седлу 14.

При заполнении жидкостью нижней колонны труб 11 из зумпфа 30 скважины 27 засасываются загрязнения 31, которые удерживаются в нижней колонне труб 11 тарельчатым обратным клапаном 13 и вместе со всей конструкцией удаляются из скважины 27. После опорожнения устройство вновь готово к работе.

В случае применения заглушенного рыхлителя 12 жидкость отбирается только через отверстия 25, расположенные вблизи перфорационных отверстий 26 обсадной колонны скважины 27 и выполняется преимущественная очистка перфорационных отверстий 26.

При наличии в зумпфе 30 плотных слежавшихся загрязнений 31 вышеуказанных действий для очистки скважины 27 бывает недостаточно. В этом случае после касания рыхлителя 12 загрязнений 31 в зумпфе 30 и остановки нижней колонны труб 11 с корпусом 2 продвигают верхнюю колонну труб 1 с переводником 19 и штоком 7 вниз на величину не более зазора 18, т.е. не касаясь заглушкой 9 подпружиненного шарика 5. При этом шарик 5 прижат к клапанному седлу 4. Жидкость не поступает во внутреннее отверстие вдоль оси 8 штока 7 и далее в верхнюю колонну труб 1. Дальнейшее движение вниз верхней колонны труб 1 прекращают. Приводят во вращение верхнюю колонну труб 1. Вращение через переводник 19 передается штоку 7 и через шпонки 20 и шлицы 21 корпусу 2, нижней колонне труб 11 и рыхлителю 12. По мере рыхления загрязнений 31 рыхлитель 12, нижняя колонна труб 11, корпус 2 и шток 7 опускаются вниз. Шпонки 20 и шлицы 21 обеспечивают передачу вращательного движения с одновременным перемещением вдоль оси вверх и вниз. После выборки зазора 18 вновь продвигают верхнюю колонну труб 1 с переводником 19 и штоком 7 вниз на величину не более зазора 18 и вновь приводят во вращение верхнюю колонну труб 1. При необходимости операции повторяют до разрыхления всей толщи загрязнений 31. Вращение останавливают. Верхнюю колонну труб 1 перемещают вниз на величину более зазора 18, она своим весом перемещает шток 7 вниз. Шток 7 заглушкой 9 давит на шарик 5, сжимает пружину 6 и отодвигает шарик 5 от клапанного седла 4. Происходит засасывание загрязнений в устройство.

Возможно выполнение засасывания загрязнений 31 после каждой операции рыхления кратковременным открытием пространства желонки и ее частичным заполнением скважинной жидкостью с загрязнениями.

Размещение отверстий 25 нижней колонны труб 11 от низа на высоте, равной расстоянию от дна скважины до перфорационных отверстий 26 обсадной колонны скважины 27, позволяет одновременно очищать не только зумпф 30 скважины 27, но и перфорационные отверстия 26. Это способствует более интенсивной очистке призабойной зоны скважины 27 и гарантирует от оседания загрязнений 31 в перфорационных отверстиях 26 обсадной колонны скважины 27.

Применение полого рыхлителя 12 позволяет отбирать загрязнения 31 непосредственно из зумпфа 30. Если рыхлитель 12 выполнен заглушенным снизу, то депрессионное воздействие оказывается преимущественно на перфорационные отверстия 26 и происходит их преимущественная очистка. Конструктивно нижняя часть рыхлителя может иметь форму сверла, режущей кромки, пера, фрезы и т.п.

Для определения давлений в скважине 27 при работе устройства верхняя колонна труб 1 выполнена с внутренней полостью 28, в которой размещен глубинный манометра 29 (фиг. 2). Для уменьшения гидродинамических потерь при движении жидкости через внутреннюю полость угол входа в сужение, образованное внутренней полостью снизу, ₁ больше угла выхода из сужения сверху ₂. Например, ₁ = 30, ₂ = 15. Это способствует разгону потока при прохождении через внутреннюю полость и компенсации потерь от сужения на участке верхней колонны труб 1.

Применение разработанного устройства позволит повысить эффективность очистки скважины.