ловильный инструмент для извлечения кабеля

Формула изобретения

Ловильный инструмент для извлечения кабеля, включающий корпус, захватный элемент, выполненный в виде винтовой спирали с зубьями, элемент, на котором расположена винтовая спираль с зубьями, который одним концом жестко закреплен в корпусе, отличающийся тем, что в качестве элемента, на котором расположена винтовая спираль, использован сплошной стержень переменного сечения: верхняя часть выполнена в виде шестигранного стержня, переходящего в коническую часть с резьбой на поверхности под коническую резьбу в полом корпусе, плавно переходящая в цилиндрическую часть, используемую в качестве упора, плавно переходящую затем в заходную коническую часть, являющуюся составной частью захватного элемента, с остроконечной вершиной внизу, с винтовой спиралью, выполненной с кромкой в виде непрерывного зуба, размещенной по всей длине заходной конической части, захватная заходная коническая часть размещена в полости корпуса с зазором относительно корпуса, образующим контейнер, емкость для размещения в ней извлекаемой спрессованной массы каротажного кабеля с выходом нижней части заходного элемента из корпуса, нижняя внутренняя часть полого корпуса выполнена с заходным конусом большим основанием вниз, верхняя часть корпуса имеет сквозные промывочные отверстия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для извлечения из скважины оставленного там кабеля. Оно может быть использовано для извлечения спрессованного каротажного кабеля или каната.

Известно устройство [1], [2] (а.с. № 1258980, МПК E21B 31/00, от 20.03.1985 г.) и (пат. РФ № 2055149, МПК E21B 31/00, от 29.02.1996 г.) - ловители тартального каната и каротажного кабеля. Они состоят из конического полого корпуса с окнами в нижней части и осевого промывочного канала, с закрепленными на внешней поверхности корпуса крюками. Внутри корпуса на срезных элементах установлен шток, в нижней части которого шарнирно закреплены захватные элементы, установленные в окна корпуса. Для фиксации в нижнем положении шток снабжен фиксатором, который в свою очередь заходит в проточку, выполненную в верхней части корпуса.

Устройство ненадежно в работе по извлечению спрессованного кабеля, т.к. несмотря на конусность нижней внедряемой части корпус оказывает значительное сопротивление внедрению в спрессованную массу. При внедрении штока в массу спрессованного кабеля кабель расширяется, образуя прочную пробку, которая задерживается под крюками и тормозит движение устройства вниз. В случае выдавливания спрессованной массы кабеля вверх по стволу скважины извлечение ловителя с извлекаемым кабелем становится невозможным из-за пробки над крюками. А наличие в устройстве [2] крюков в виде постоянных магнитов ускорит образование пробки.

В качестве прототипа выбрано устройство [3] (а.с. № 1645450, МПК В21В 31/00, от 03.05.1989 г.) как наиболее близкое в техническом плане решение, так и по положительному эффекту. Оно содержит корпус с переводником в верхней части. В корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения установлен поршень со штоком в нижней части. В нижней части штока шарнирно установлены крючки, а на наружной поверхности корпуса одним концом жестко установлен захватный элемент, выполненный в виде винтовой спирали с зубьями, расположенными дискретно по ее длине. Винтовая спираль концентрично расположена на штоке с возможностью фиксации крючков в исходном положении штока. В нижнем торце поршня имеется кулачковая полумуфта, взаимодействующая с полумуфтой, выполненной в нижней части корпуса.

Известное устройство имеет ограниченное применение: оно может быть использовано для извлечения кабеля после его обрыва и свободного размещения его в скважине вместе с электропогружным центробежным насосом, т.е. в неспрессованном состоянии. В спрессованном состоянии кабель неизвлекаем этим устройством, т.к. шток выполнен с торцом в виде усеченного корпуса, что делает проблематичным его внедрение в массу спрессованного каротажного кабеля. Конструкция усложнена конструктивно и для спрессованной массы технология извлечения кабеля неэффективна: захватный элемент на штоке размещен только в верхней части; винтовая спираль дополнена зубьями на ней, необходимо ухватить конец каната и за него вытягивать остальную часть вверх по штоку и по корпусу, что невозможно реализовать в спрессованной массе кабеля, т.к. он не способен разматываться; сложно найти и ухватить конец каната, а ухватив и подняв вверх массу, устройство становится неизвлекаемым из-за образования пробки на корпусе из этой массы.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства по извлечению спрессованного каротажного кабеля из скважины.

Технический результат изобретения достигается тем, что как и в известном ловильном инструменте для извлечения кабеля, включающем корпус, захватный элемент, выполненный в виде винтовой спирали с зубьями, элемент, на котором расположена винтовая спираль с зубьями, который одним концом жестко закреплен в корпусе, согласно изобретению в качестве элемента, на котором расположена винтовая спираль, использован сплошной стержень переменного сечения: верхняя часть выполнена в виде шестигранного стержня, переходящего в коническую часть с резьбой на поверхности под коническую резьбу в полом корпусе, плавно переходящая в цилиндрическую часть, используемую в качестве упора, плавно переходящую затем в заходную коническую часть, являющуюся составной частью захватного элемента, с остроконечной вершиной внизу, с винтовой спиралью, выполненной с кромкой в виде непрерывного зуба, размещенной по всей длине заходной конической части, захватная заходная коническая часть размещена в полости корпуса с зазором относительно корпуса, образующим контейнер, емкость для размещения в ней извлекаемой спрессованной массы каротажного кабеля с выходом нижней части заходного элемента из корпуса, нижняя внутренняя часть полого корпуса выполнена с заходным конусом большим основанием вниз, верхняя часть корпуса имеет сквозные промывочные отверстия.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал существенные отличия: имеются конструктивные отличия в элементах, в связях этих элементов, расширяются функциональные возможности устройства.

За счет выполнения непрерывной винтовой спирали с кромкой, выполняющей функцию зуба, упрощается технология выполнения работ по изготовлению зубьев. Значительно повышается производительность работ по подъему спрессованной массы, т.к. остроконечная вершина конусной части сплошного стержня без расширения объема массы спрессованного кабеля эффективно внедряется в кабель, а непрерывный «спиральный зуб», т.е. кромка винтовой спирали без большого сопротивления продолжает, при этом, внедряться в массу спрессованного кабеля и вновь без каких-либо существенных изменений объема этой массы. Этому дополнительно способствует заходная коническая форма части сплошного стержня, а не цилиндрической формы штока, как в прототипе.

В отличие от прототипа в качестве захватной части в заявляемом изобретении используются не только винтовая спираль, но и сплошной стержень под винтовой спиралью, которая выполнена на сплошном стержне от низа до верха в конической части его. Кроме того, и полый корпус, имея зазор между внутренней поверхностью и сплошным стержнем, являясь емкостью, контейнером для завода спрессованного кабеля вверх внутрь него, активно участвует в захвате, плотно удерживает кабель. Промывочная жидкость, выходящая из сквозных отверстий, размещенных в верхней части полого корпуса, улучшает условия ввода спрессованной массы кабеля в корпус, очищая спрессованную массу от загрязнений за пределами корпуса и выводя промывочную жидкость из корпуса. За счет того, что часть сплошного стержня размещена в полом корпусе, а часть вне полого корпуса, устройство конструктивно значительно проще, чем прототип. Значительно проще и технология извлечения каротажного кабеля, т.к. внедрение в спрессованную массу его происходит по типу штопора, но при одновременном вращении захватной части с корпусом до заполнения зазора в полости корпуса извлекаемым кабелем и далее гарантированного удержания захватной частью, находящейся вне полого корпуса - под ним. Технологическое сквозное отверстие, выполненное в нижней конусной части сплошного стержня, позволяет вести сборочно-разборочные операции устройства при компоновке его и при извлечении его из корпуса, соответственно, после доставки устройства на поверхность, заводя соответствующий инструмент (штифт, например) в отверстие и вращая сплошной стержень в обратном направлении первоначальному, который закреплен жестко в корпусе конусной резьбой. Заходный конус, выполненный на нижней внутренней поверхности полого корпуса, способствует более легкому заходу массы кабеля в корпус до упора и легкому осуществлению операции по извлечению кабеля из корпуса. Упор, выполненный в сплошном стержне, ограничивает перемещение стержня в корпусе при сборке, а спрессованную массу кабеля - на заходной части его при извлечении из корпуса, во избежание пробки из этой массы в корпусе и проблем по ее извлечению из корпуса. Выполнение верхней части стержня в виде шестигранного стержня позволяет гарантировать как прочное жесткое соединение с корпусом стержня под ним в корпусной части, так и извлечение сплошного стержня из полого корпуса с кабелем при разборке устройства.

На основании сравнительного анализа с прототипом и другими известными устройствами того же назначения [4] (И.П.Пустовойтенко. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении., М., «Недра», 1998 г., с.137-140) следует вывод, что предлагаемое изобретение имеет «новизну», является «техническим решением», существенно отличается и имеет практическое применение, т.к. проведенные предварительные испытания в реальных условиях эксплуатации показали отличные результаты. Предполагается внедрение в ООО «БИТТЕХНИКА» и на других предприятиях РФ, работающих в аналогичном направлении, проводящих работы по извлечению спрессованного каротажного кабеля.

На фиг.1 показано устройство в транспортном положении, вид в плане и в разрезе.

На фиг.2 показан захватный элемент, в аксонометрии.

На фиг.3а показана винтовая спираль с кромкой зуба, вид в плане и в разрезе.

На фиг.3б - сечения А-А на фиг.3а.

На фиг.4 показан момент начала захвата спрессованной массы каротажного кабеля, вид в плане и в разрезе.

На фиг.5 показан начальный момент заполнения зазора кабелем в полом корпусе устройства, в плане и в разрезе.

На фиг.6 показан конечный момент заполнения кабелем зазора в полом корпусе, вид в плане.

На фиг.7 показан конечный момент заполнения кабелем зазора в полом корпусе с удержанием на захватном элементе остальной части под корпусом, вид в плане.

На фиг.8 показан момент поджатия снизу кабеля в полом корпусе грунтом, вид в плане и в разрезе.

На фиг.9 показан момент извлечения кабеля из корпуса устройства, в аксонометрии.

Устройство содержит: полый неразъемный корпус переменного сечения (1), (2) цилиндрической формы; верхняя (1) часть имеет сквозные промывочные отверстия (3, 4); замковую резьбу (5); коническую резьбу (6) на внутренней поверхности корпуса (1), а нижняя часть (2) полого неразъемного корпуса имеет заходный конус большим основанием вниз (7); в полом корпусе размещен по центру и закреплен одним концом в нем сплошной стержень переменного сечения: верхняя часть в виде шестигранного стержня (8), далее верхняя коническая часть (9) с резьбой, соответствующей резьбе конической (6) в полом корпусе, затем плавно переходящая в часть (10) цилиндрической формы и используемая в качестве упора установки сплошного стержня в корпус (1) и при извлечении кабеля из корпуса в период разборки устройства на поверхности после его извлечения из скважины, переходящая затем плавно в заходную коническую часть (11), которая имеет в нижнем торце остроконечную вершину (12) сплошного стержня. На поверхности заходной конической части (11) сплошного стержня по всей длине размещена винтовая спираль (13), кромка которой выполнена по всей длине ее в виде непрерывного зуба (14). В нижней заходной части сплошного стержня выполнено сквозное отверстие (15), используемое как аварийное, в отличие от элемента (8) для заведения инструмента, помогающего освободить стержень и кабель на нем из корпуса в период разборочных работ на поверхности после извлечения из скважины всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

После соединения полого корпуса (1, 2) со сплошным стержнем (8-11) в конической части (9) конической резьбой (6) и с бурильными трубами (не показано) замковой резьбой (5) устройство подвешивают над устьем сквжины (фиг.1). Затем опускают в скважину до достижения интервала, оставленного в скважине спрессованного каротажного кабеля (17). Устройство вращают и одновременно перемещают его вниз. При этом сплошной стержень остроконечной вершиной (12) в заходной конической части (11) внедряется в петли кабеля. Захватная часть (11-14) сплошного стержня, вкручиваясь в бухту спрессованного кабеля, наматывает его на винтовую спираль (13) за счет наличия у нее кромки в виде непрерывного зуба (14). Кабель перемещается вдоль сплошного стержня по спирали, заполняет полость корпуса (2) до упора (10), выполненного в верхней части сплошного стержня между конической (9) частью его вверху и заходным корпусом (11). При вращении устройства из промывочных отверстий (3) подают жидкость в пространство между стенкой скважины (18), (фиг.4-8) и полым корпусом для очистки поверхности кабеля во время заполнения зазора - пространства (16) между внутренней заходной (7) поверхностью корпуса и захватным элементом - частью сплошного стержня переменного сечения (11-14), зазор (16) является как бы «контейнером» (временной «емкостью»), который заполняют извлекаемым из скважины спрессованным кабелем. Так как винтовая спираль (13) с кромкой, выполненной в виде зуба (14), размещена по всей длине заходной конической части (11) сплошного стержня и часть ее на стержне выступает за пределы полого корпуса, возможности устройства значительно расширяются, по сравнению с прототипом.

При малом объеме оборванного спрессованного кабеля не имеем проблем по извлечению кабеля ни на поверхность, ни в заполнении им полого корпуса (фиг.4-5).

В случае большого объема массы спрессованного кабеля в скважине извлечение проходит по этапам: подъем кабеля до упора в полом корпусе (фиг.4-6), но если не получилось весь кабель разместить в «контейнере», остальная часть гарантировано удерживается на непрерывном зубе винтовой спирали, как в штопоре, на сплошном стержне под корпусом (фиг.7). Поскольку кромка винтовой спирали выполнена в виде непрерывного зуба по всей ее длине, удержать эту остальную часть нет проблем. За счет наличия заходного конуса (7) в полом корпусе (2) зашедшая уже спрессованная масса оборванного кабеля подвергается дополнительному сжатию в верхней части, т.к. полый корпус в части (2) вверху уже, чем внизу.

В случае, если оборванный каротажный кабель представляет собой не монолит, а уплотненную только под собственным весом массу кабеля с четкой границей раздела петель в бухте, то после подъема кабеля в корпус продолжается вращение и спуск устройства для того, чтобы нижняя торцевая часть захватной части стержня выступила за пределы нижней поверхности кабеля, гарантируя полное удержание кабеля устройством и его извлечение (фиг.7).

В случае, когда спрессованный кабель размещен на забое, возможен вариант извлечения оборванного кабеля из скважины, независимо от плотности укладки, степени дефектности и хрупкости его, если после заполнения кабелем зазора (16) в полом корпусе использовать нижние части - и корпуса (2) захватную в качестве керноотборника, т.е. нижнюю открытую часть полого корпуса «подпереть» грунтом, как пробкой (фиг.8).

Захваченный любым из названных способов заявленным устройством кабель извлекают из скважины вместе с колонной труб. Для извлечения кабеля из полого корпуса (2) устройства сплошной стержень (8-11) выкручивают, в основном, из корпуса, за элемент (8) или введя в сквозное отверстие (15) в стержне, например, штифт в аварийном случае (не показано), вращая стержень против часовой стрелки. Стержень высвобождается от закрепления с корпусом в конической (9) части (фиг.9).

В случае, когда использование сквозного отверстия не даст результата или отверстие будет перекрыто кабелем, используют возможность отсоединения гаечным ключом (не показано), зацепив им за шестигранник (8) в торцевой верхней части сплошного стержня. Благодаря наличию заходного корпуса (7) в полом корпусе кабель вместе со сплошным стержнем легко извлекается. Затем очищается стержень от кабеля одним из известных способов. Устройство вновь готово к работе. Корпус и сплошной стержень выполнены из стали 40ХН2МА закалиной до HRC=26 35, кромка - непрерывный зуб, выполнена фасонным резцом.

По сравнению с прототипом заявляемое устройство имеет преимущества.

Устройство конструктивно значительно проще (полый корпус и сплошной стержень в нем). Оно способно извлекать каротажный кабель в спрессованном виде, что значительно проблематичнее, чем извлекать за конец оборванного кабеля прототипа. Устройство не допускает пробок в скважине из извлекаемого кабеля, т.к. полый корпус используется и в качестве контейнера, емкости, «хранилища» для временного хранения извлекаемой массы оборванного и спрессованного каротажного кабеля. Подъем из скважины спрессованного кабеля значительно эффективнее, чем в прототипе, с использованием захватного элемента, представляющего собой неразъемную деталь - сплошной стержень переменного сечения, позволяющего и закрепиться в корпусе жестко, и иметь упор для ограничения перемещения в процессе сборки и для извлечения кабеля из корпуса на поверхности при разборке устройства. А имея коническую заходную коническую часть, сплошной стержень успешно справляется с заполнением кабелем полости в корпусе за счет преимущества конструкции: остроконечная вершина эффективней справляется с операцией по внедрению в массу спрессованного кабеля, чем шток в виде усеченного конуса в торце (прототип); винтовая спираль выполнена с кромкой в виде зуба по всей длине спирали, что позволяет осуществлять непрерывный подъем кабеля без перехвата его отдельными зубьями, как в прототипе. В заявляемом устройстве винтовой спиральный зуб является направляющим, а не винтовая спираль (как в прототипе). Захват и удержание кабеля осуществляются более надежно. Устройство способно в зависимости от состояния сплошности, толщины укладки оборванного кабеля в скважине, места размещения реализовать тот или иной способ захвата и удержания кабеля (заполнить корпус кабелем; заполнить корпус, а остальную часть надежно удержать на захватном элементе под корпусом внизу; образовать «пробку» из грунта, поддерживающую дискретную хрупкую массу кабеля в корпусе и т.д.). Устройство более ремонтопригодно. При извлечении массы кабеля и освобождении сплошного стержня с кабелем от корпуса предусмотрено 2 варианта с использованием стержня в виде шестигранника - как основного элемента или сквозного отверстия - как аварийного, что обеспечивает полную гарантию успешного выполнения операции.

Источники информации

1. А.с. № 1258980, МПК E21B 31/00, от 20.03.1985 г. (аналог).

2. Пат. РФ № 2055149, МПК E21B 31/00, от 29.02.1996 г. (аналог).

3. А.с. 1645450, МПК E21B 31/00, от 03.05.1989 г. (прототип).

4. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении., М., «Недра», 1988 г., с.137-140 (аналог).