устройство для очистки скважины от песчаной пробки

Формула изобретения

Устройство для очистки скважины от песчаной пробки, содержащее механизм разрушения, состоящий из полого корпуса, соосно установленного в нем подвижного вала с турбиной и гильзу, концентрично установленную и подпружиненную относительно механизма разрушения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит подпружиненный полый шток, жестко соединенный с механизмом разрушения в верхней части и обеспечивающий его подвижность в осевом направлении, а механизм разрушения дополнительно содержит коронку, жестко связанную с корпусом в нижней части, выполненную в виде втулки с вертикальными промывочными каналами и жестко закрепленными на ее нижней боковой поверхности взаимно перпендикулярными пластинами, причем нижняя торцовая поверхность пластин армирована твердосплавными резцами и имеет трапецеидальную форму, а также верхний и нижний диски, установленные на цапфах подвижного вала, с симметрично расположенными относительно оси устройства циркуляционными каналами, и кулачок, жестко насаженный на подвижный вал, а гильза дополнительно содержит в нижней части торцовые зубья и радиальные каналы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к эксплуатации и ремонту скважин и может быть использовано для очистки скважин от песчаных пробок и шлама.

Анализ существующего уровня показал следующее:

- известно устройство для очистки забоя скважин, в том числе от песчаных пробок и шлама, содержащее механизм разрушения, состоящий из внутреннего патрубка, втулки, выполняющей роль гидронасадка, фрезы и гильзу (внешний патрубок), концентрично установленную и подвижную относительно механизма разрушения (см. а.с. 973799 от 25.05.81 г. по кл. Е 21 В 43/00, опубл. в ОБ 42,1982 г.)

Недостатком известного устройства является низкая эффективность очистки скважины от песчаной пробки.

Это обусловлено рядом причин:

- движение наружного патрубка вниз под действием силы тяжести в условиях водо-песчаной пульпы затруднено, что приводит к заклиниванию устройства;

- внутренний и внешний патрубки находятся в постоянном контакте с песком, что также может привести к возможности их заклинивания.

В качестве прототипа взято устройство для очистки скважины от песчаной пробки, содержащее механизм разрушения, состоящий из полого корпуса, соосно установленного в нем подвижного вала (стакана) с турбиной и гильзу, концентрично установленную и подпружиненную относительно механизма разрушения (см. а. с. 829877 от 31.05.79 г. по кл. Е 21 В 37/00,21/00, опубл. в БИ 18, 1981 г.).

Недостатком указанного устройства является неэффективность разрушения песчаной пробки.

Это обусловлено рядом причин:

- неподвижность механизма разрушения в осевом направлении не позволяет осуществлять механическое воздействие на песчаную пробку;

- совпадение нижних торцовых поверхностей механизма разрушения и гильзы приводит к забиванию их вертикальных каналов и, как следствие, заклиниванию механизма разрушения;

- отсутствие радиальных каналов в гильзе затрудняет циркуляцию промывочной жидкости;

- отсутствие в конструкции механизма разрушения коронки, армированной твердосплавными резцами, и торцовых зубьев на нижней поверхности гильзы, то есть использование для разрушения песчаной пробки только ударных импульсов жидкости не обеспечивает механического разрушения прочных участков пород.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, обеспечивает повышение эффективности разрушения песчаной пробки за счет особой конструкции механизма разрушения, обеспечивающего гидромеханическое воздействие на породу различной прочности и исключение заклинивания инструмента.

Технический результат достигается с помощью известного устройства, содержащего механизм разрушения, состоящий из полого корпуса, соосно установленного в нем подвижного вала с турбиной и гильзу, концентрично установленную и подпружиненную относительно механизма разрушения, которое дополнительно содержит подпружиненный полый шток, жестко соединенный с механизмом разрушения в верхней части и обеспечивающий его подвижность в осевом направлении, а механизм разрушения дополнительно содержит коронку, жестко связанную с корпусом в нижней части, выполненную в виде втулки с вертикальными промывочными каналами и жестко закрепленными на ее нижней боковой поверхности взаимно перпендикулярными пластинами, причем нижняя торцовая поверхность пластин армирована твердосплавными резцами и имеет трапецеидальную форму, а также верхний и нижний диски, установленные на цапфах подвижного вала, с симметрично расположенными относительно оси устройства циркуляционными каналами и кулачок, жестко насаженный на подвижный вал, а гильза дополнительно содержит в нижней части торцовые зубья и радиальные каналы.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: из источников патентной документации и научно-технической литературы нами не выявлены технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие со всеми отличительными признаками заявляемого технического решения, а именно особенности конструкции механизма разрушения и его крепления. Таким образом, достигаемый технический результат обусловлен неизвестными свойствами частей рассматриваемого устройства и связями между ними. Изобретение явным образом не следует из уровня техники, то есть соответствует условию изобретательского уровня.

Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 представлена конструкция устройства в продольном разрезе;

на фиг.2 представлен горизонтальный разрез в плоскости А-А.

Заявляемое устройство содержит механизм разрушения, состоящий из полого цилиндрического корпуса 1, во внутренней части которого соосно размещен подвижный вал 2, в верхней части выполненный в виде турбины. Механизм разрушения в верхней части жестко соединен с полым штоком 3, подпружиненным возвратной пружиной 4, обеспечивающим подвижность механизма разрушения в осевом направлении. В нижней части механизм разрушения содержит коронку, жестко соединенную с полым корпусом 1. Коронка выполнена в виде втулки 5, верхняя часть которой полая, а в нижней внутренней части выполнены вертикальные промывочные каналы 6, симметрично расположенные относительно оси устройства. На нижней боковой поверхности втулки 5 жестко закреплены взаимно перпендикулярные пластины 7, нижняя торцовая поверхность которых армирована твердосплавными резцами 8 и имеет трапецеидальную форму. На цапфах подвижного вала 2 установлены верхний диск 9 и нижний диск 10 с симметрично расположенными относительно оси устройства циркуляционными каналами 11 и 12 соответственно. На нижней поверхности верхнего диска 9 и верхней поверхности нижнего диска 10 соосно устройству выполнены проточки 13 и 14 с запрессованными в них втулками 15 и 16, являющимися подшипниками скольжения для подвижного вала 2. Над нижним диском 10 на подвижный вал 2 жестко насажен кулачок 17. Механизм разрушения концентрично установлен в гильзу. Гильза состоит из полого цилиндра 18, жестко соединенного с ниппелем 19 и муфтой 20. В нижней части гильзы выполнены торцовые зубья 21 и радиальные каналы 22, соединяющие внутреннюю полость устройства с затрубным пространством. Нижняя внутренняя поверхность гильзы имеет кольцевой выступ 23. Верхняя часть муфты 20 жестко связана с полым штоком 24, имеющим в верхней части уплотнительное кольцо 25. На полом штоке 24 установлена пружина 26, закрытая кожухом 27. Нижняя часть пружины 26 упирается в муфту 20, обеспечивая подвижность гильзы относительно механизма разрушения, а верхняя поджимает полый цилиндр 28, в верхнюю часть которого ввернут переводник 29 для соединения устройства с общей компоновкой инструмента.

Устройство имеет следующие габариты:

наружный диаметр, мм - 56

длина, мм - 860

масса, кг ~7,5

Качество заготовок, используемых для изготовления деталей устройства, должно соответствовать:

- нормам химического состава на сталь углеродистую, качественную, конструкционную согласно ГОСТ 1050-88, на сталь легированную конструкционную ГОСТ 4543-71;

- для навивки пружины проволока из стали пружинистой ГОСТ 9389-78;

- конструкция и размеры уплотнительных колец ГОСТ 9833-73, а качество - ГОСТ 18829-73.

Шероховатость металлических деталей должна соответствовать ГОСТ 2789-73 и техническим требованиям чертежей.

Метрические резьбы должны выполняться по ГОСТ 8724-81 с профилем по ГОСТ 9150-81, основными параметрами по ГОСТ 24705-87 и допусками по ГОСТ 16093-81.

Работа устройства

Принцип работы устройства для очистки песчаных пробок основан на использовании действия гидроудара. Устройство спускают в скважину на гибких или насосно-компрессорных трубах малого диаметра на глубину образования песчаной пробки (скважинная среда - буровой раствор на водной основе, нефть, газ, газоконденсат, пенные системы). Под действием веса компоновки инструмента пружина 26 сжимается, передавая усилие на гильзу, при этом торцовые зубья 21 упираются в песчаную пробку. Через внутреннюю полость устройства прокачивают промывочную жидкость с расходом до 0,005 м³/с и перепадом давления до 25 МПа. Промывочная жидкость попадает через циркуляционные каналы 11 верхнего диска 9 на турбину подвижного вала 2 и вращает его совместно с кулачком 17. При вращении кулачка 17 циркуляционные каналы 12 нижнего диска 10 периодически перекрываются, в результате чего возникают скачкообразные перепады давления и происходят гидроудары. Под действием гидроударов механизм разрушения, подпружиненный возвратной пружиной 4, совершает возвратно-поступательные движения, при этом коронка, армированная твердосплавными резцами 8, воздействует на песчаную пробку. Одновременно на песчаную пробку происходит гидроструйное воздействие за счет прохождения жидкости через промывочные каналы 6 коронки. Сила удара резцов 8 о песчаную пробку зависит от величины давления промывочной жидкости и может достигать 2000-4000 Н. Цикл ударов коронки повторяется с частотой времени вращения подвижного вала 2. Одновременно под действием пружины 26 и ударов коронки о песчаную пробку происходят ударные колебания гильзы, в результате чего торцовые зубья 21 также воздействуют на песчаную пробку. В процессе разрушения песчаной пробки или участка породы осуществляется промывка и вынос шлама на поверхность через радиальные каналы 22 гильзы.

Таким образом, использование изобретения позволяет высокоэффективно очищать скважины от песчаных пробок и шлама, поскольку конструкция устройства при незначительном перепаде давления обеспечивает интенсивное гидромеханическое воздействие на породы различной прочности и исключает заклинивание инструмента.