устьевое устройство для ликвидации прихвата колонны труб в скважине

Формула изобретения

УСТЬЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТА КОЛОННЫ ТРУБ В СКВАЖИНЕ, содержащее корпус, телескопически установленный в корпусе по его оси ствол, связанный с грузоподъемным оборудованием, установленную в корпусе инертную массу с пружинами и линейный импульсный двигатель двустороннего действия, включающий установленный на внутренней поверхности инертной массы реактор с многовитковой обмоткой, жестко связанный со стволом якорь с многовитковой обмоткой, расположенной симметрично относительно обмотки реактора, и импульсный источник питания с конденсаторным накопителем, подключенный к обмоткам якоря и реактора, отличающееся тем, что инертная масса жестко связана с корпусом, пружины размещены между инертной массой и якорем, а импульсный источник питания снабжен инверторным тиристорным мостом, причем обмотка подключена к конденсаторному накопителю непосредственно, а обмотка реактора - через инверторный тиристорный мост.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для ликвидации прихватов при бурении скважин.

Известно устройство для ликвидации прихватов при бурении скважин, включающее корпус, телескопически установленный по его оси ствол, установленную в корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения подпружиненную инертную массу и линейный импульсный двигатель с реактором, установленным на внутренней поверхности инертной массы и жестко установленным на стволе якорем [1]

Недостатками данного устройства являются необходимость переворачивания устройства для изменения направления волны по колонне бурильных труб, а также необходимость перемещать во время силового взаимодействия якоря и реактора корпус, обладающий значительной массой, вместе с якорем, что ведет к уменьшению величины его перемещения и, следовательно, снижению величины его воздействия на колонну бурильных труб.

Известно также устьевое устройство для ликвидации прихватов колонны труб в скважине, содержащее корпус, телескопически установленный на его оси ствол, связанный с грузоподъемным оборудованием, установленную в корпусе инертную массу с пружинами линейный импульсный двигатель двустороннего действия, включающий установленный на внутренней поверхности инертной массы реактор с многовитковой обмоткой, жестко связанный со стволом якорь с многовитковой обмоткой, расположенной симметрично относительно обмотки реактора, и импульсный источник питания (с конденсаторным накопителем), подключенный к обмоткам якоря и реактора. В известном устройстве инертная масса выполняется с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса и оперта на него посредством пружин, а корпус выполнен с возможностью осевого перемещения относительно ствола и снабжен демпфирующим устройством для ослабления удара корпуса об ограничитель его осевого перемещения [2]

Недостатками данного устройства являются наличие ударных взаимодействий между корпусом и ограничителем его осевого перемещения, необходимость введения дополнительного демпфера этих ударных нагрузок.

Указанные недостатки устранены в устьевом устройстве для ликвидации прихвата колонны труб в скважине, содержащем корпус, телескопически установленный в корпусе по его оси ствол, связанный с грузоподъемным оборудованием, установленную в корпусе инертную массу с пружинами и линейный импульсный двигатель двустороннего действия, включающий установленный на внутренней поверхности инертной массы реактор с многовитковой обмоткой, жестко связанный со стволом якорь с многовитковой обмоткой, расположенной симметрично относительно обмотки реактора, и импульсный источник питания с конденсаторным накопителем, подключенный к обмоткам якоря и реактора, за счет того, что инертная масса жестко связана с корпусом, пружины размещены между инертной массой и якорем, а импульсный источник питания снабжен инверторным тиристорным мостом, причем обмотка якоря подключена к конденсаторному накопителю непосредственно, а обмотка реактора через инверторный тиристорный мост.

Такое выполнение устройства позволяет менять направление действия в колонне прихваченных труб при постоянном суммировании статической и динамической нагрузок с исключением механических ударов по корпусу и без использования материалоемкого гидравлического демпфера. Кроме того, это позволяет перенести массу корпуса на реактор и значительно увеличить габариты и вес инертной массы и обеспечить перераспределение соотношения взаимодействующих масс в сторону увеличения массы реактора и, соответственно, увеличения количества запасаемой в якоре энергии.

На фиг. 1 представлено устьевое устройство для ликвидации прихвата; на фиг.2 электрическая схема подключения обмоток якоря и реактора.

Устьевое устройство для ликвидации прихвата колонны труб в скважине состоит из установленного по его оси ствола 1, охватывающего его с возможностью осевого перемещения корпуса 2, жестко закрепленной в корпусе инертной массы 3.

Устройство включает в себя также линейный импульсный двигатель двустороннего действия, состоящий из реактора 4, установленного на внутренней поверхности инертной массы 3, и якоря 5, жестко закрепленного на стволе 1 и концентрично расположенного в реакторе 4.

Для ограничения осевого перемещения корпуса 2 с закрепленной а нем инертной массой 3 относительно якоря 5 и возврата его в исходное положение между торцами якоря и торцовыми участками инертной массы 3 помещены пружины 6.

На верхнем конце ствола 1 жестко закреплено средство связи с грузоподъемным оборудованием в виде элеватора 7, а на нижнем конце ствола средство для связи с прихваченной колонной труб в виде трубы 8, снабженной внутренней резьбой.

Обмотка реактора 4 выполнена в виде ряда катушек 9, помещенных в пазы реактора, причем направление намотки соседних катушек противоположно, а участки, смежные с пазами, образуют полюса 10. Обмотка якоря выполнена в виде ряда катушек 11, помещенных в пазы якоря, причем направление намотки соседних катушек противоположно, а участки, смежные с пазами, образуют полюса 12. Расстояние между катушками на якоре 5 и реакторе 4 выбрано одинаковым. Число катушек 9 обмотки реактора 4 и, соответственно, число его полюсов 10 превышает на одну число катушек 11 и полюсов 12 на якоре 5, при этом обмотки реактора 4 и якоря 5 помещены симметрично друг другу. В исходном положении катушки 9 обмотки реактора и катушки 11 обмотки якоря смещены друг относительно друга на половину полюсного деления.

Как показано на фиг.2, обмотка статора включена в цепь инверторного тиристорного моста 13, один из выходов которого подключен непосредственно к одному из входов источника питания, выполненного в виде емкостного накопителя 14 электрической энергии, а второй выход инверторного тиристорного моста 13 подключен через обмотку якоря 11 к второму входу емкостного накопителя 14. Управляющие электроды тиристоров моста 13 связаны с блоком 15 управления разрядом конденсаторного накопителя соответственно через вторичные обмотки импульсных трансформаторов 16 и 17.

Устройство работает следующим образом.

При необходимости возбуждения в прихваченной колонне труб волны растяжения производится натяжение талевой системы до необходимой величины, при этом имеет место статическое натяжение верхнего конца прихваченной колонны бурильных труб через ствол 1 и трубу 8. При подаче управляющего сигнала от блока 15 управления разрядом емкостного накопителя (фиг.2) через импульсный трансформатор 16 на управляющие электроды двух расположенных справа тиристоров моста 13 силовой ток с емкостного накопителя 14 подается соответственно через верхний правый тиристор моста, обмотку реактора, нижний правый тиристор моста и обмотку якоря (катушку 11). При этом между реактором и якорем возникает электродинамическая сила, перемещающая якорь 5 вверх вместе со стволом 1 и жестко связанной с ним трубой 8, присоединенной к прихваченной колонне труб, а реактор 4 вместе с корпусом 2 вниз. В колонне труб возбуждается волна натяжения, перемещающаяся к месту прихвата. После прекращения импульса тока и, соответственно, возбуждения волны растяжения якорь 5 возвращается в исходное положение при возвращении в исходное положение колонн прихваченных труб и ствола 1, а инертная масса 3 вместе с корпусом 2 продолжают движение вниз, воздействуя на систему пружин 6, которые демпфируют ее перемещение. После того, как инертная масса 3 с реактором 4 и корпусом 2 занимают исходное положение, вторично подается ток в обмотки якоря 5 и реактора 4, и процесс повторяется.

При необходимости возбуждения в колонне труб волны сжатия натяжение талевой системы снимается, статическое натяжение вниз создается весом колонны прихваченных труб. При подаче управляющего сигнала от блока 15 управления разрядом конденсаторного накопителя через импульсный трансформатор 17 на управляющие электроды двух расположенных слева тиристоров моста 13 силовой ток с емкостного накопителя 14 подается соответственно через верхний левый тиристор моста, обмотку реактора, нижний левый тиристор моста и обмотку якоря, в результате чего развивается электродинамическая сила, перемещающая якорь вниз вместе со стволом 1 и жестко связанной с ним трубой 8, присоединенной к прихваченной колонне труб, а инертную массу 3 с реактором 4 и корпусом 2 вверх, воздействуя при этом на систему пружин 6. После прекращения импульса тока якорь 5, возбудив в колонне труб волну сжатия, направляющую к месту прихвата, возвращается в исходное положение вместе с колонной труб и стволом 1, а инертная масса 3 с корпусом 2 продолжают свое движение, воздействуя на пружины 6, которые демпфируют их движение, а затем возвращают в исходное положение. После того, как реактор 4 и якорь 5 заняли исходное положение, повторно подаются импульсы тока в катушке реактора и якоря, что приводит к повторению процесса.