устройство для фиксации колонны труб с забойным двигателем

Формула изобретения

Устройство для фиксации колонны труб с забойным двигателем, включающее спущенную через опорный фланец в обсадную колонну скважины колонну труб, образованную из нескольких труб, с винтовым забойным двигателем и породоразрушающим инструментом на конце, отличающееся тем, что верхняя труба колонны труб выполнена с квадратным сечением, и на ней установлены два полукольца с прямоугольными вырезами в центре, охватывающими верхнюю трубу квадратного сечения, сверху полукольца жестко стянуты фланцем, ниже между полукольцами и опорным фланцем обсадной колонны жестко установлена втулка с вырезанным сегментом, при этом сверху втулка жестко закреплена с полукольцами, а снизу - с опорным фланцем обсадной колонны скважины, причем в опорный фланец обсадной колонны скважины установлен двухсторонний устьевой герметизатор для герметизации пространства между обсадной колонной и колонной труб, а колонна труб в процессе работы винтового забойного двигателя имеет возможность герметичного осевого перемещения без вращения на длину квадратного сечения верхней трубы колонны труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано в качестве компенсатора реактивного момента при работе забойного двигателя.

Известен винтовой забойный двигатель (В.Ф.Абубакиров и др. «Буровое оборудование»: Справочник в 2-х т. Т.2. «Буровой инструмент». - М.: ОАО «Издательство «Недра», 2003 г., с.109-110), содержащий статор двигателя с полостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления, ротор-винт, через который крутящий момент передается породоразрушающему инструменту.

Недостатком данного устройства является то, что ротор при вращении взаимодействует через рабочую жидкость со статором (корпусом). Это приводит к появлению реактивного момента, который передается через корпус на колонну насосно-компрессорных или бурильных труб, являющуюся компенсатором реактивного момента от винтового забойного двигателя. Однако при этом возникает обратное вращение колонны бурильных труб, которое гасится на стенках колонны и в приводных механизмах, размещенных на поверхности, что приводит к повреждению стенок скважины и оказывает негативное воздействие на приводные механизмы, снижая ресурс их работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для компенсации реактивного момента винтового забойного двигателя, включающее забойный двигатель (патент RU № 2283936, МПК Е21B 4/02, опубл. 20.09.2006 г. в бюл. № 26), содержащий корпус с камерой для нагнетания рабочего агента и ротор, установленный на подшипниках в полости корпуса.

Винтовой забойный двигатель с породоразрушающим инструментом спускается в скважину на колонне бурильных труб, воспринимающей реактивный момент корпуса забойного двигателя. В процессе работы забойного двигателя активный момент используется на вращение породоразрушающего инструмента, а реактивный момент воспринимается колонной бурильных труб, вызывая их вращение.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, вследствие восприятия колонной бурильных труб реактивного момента возникает ее обратное вращение, которое частично гасится на стенках обсадной колонны скважины и в приводных механизмах, размещенных на поверхности, что приводит к повреждению стенок обсадной колонны скважины и оказывает негативное воздействие на приводные механизмы, снижая ресурс их работы;

- во-вторых, вследствие восприятия колонной бурильных труб реактивного момента, затрачиваемого на обратное вращение колонны труб, снижается коэффициент полезного действия винтового забойного двигателя на 15-20%;

- в-третьих, для сбора технологической жидкости, поднимающейся на устье скважины по межколонному пространству, необходимо выкопать амбар, произвести его гидроизоляцию, что требует дополнительных затрат и наносит вред окружающей среде.

Техническими задачами предложения являются повышение коэффициента полезного действия забойного двигателя, повышение эффективности работы устройства за счет исключения обратного вращения колонны труб при восприятии реактивного момента от корпуса забойного двигателя.

Поставленные задачи решаются устройством для фиксации колонны труб с забойным двигателем, включающим спущенную через опорный фланец в обсадную колонну скважины колонну труб, образованную из нескольких труб, с винтовым забойным двигателем и породоразрушающим инструментом на конце.

Новым является то, что верхняя труба колонны труб выполнена с квадратным сечением и на ней установлены два полукольца с прямоугольными вырезами в центре, охватывающими верхнюю трубу квадратного сечения, сверху полукольца жестко стянуты фланцем, ниже между полукольцами и опорным фланцем обсадной колонны жестко установлена втулка с вырезанным сегментом, при этом сверху втулка жестко закреплена с полукольцами, а снизу - с опорным фланцем обсадной колонны скважины, причем в опорный фланец обсадной колонны скважины установлен двухсторонний устьевой герметизатор для герметизации пространства между обсадной колонной и колонной труб, а колонна труб в процессе работы винтового забойного двигателя имеет возможность герметичного осевого перемещения без вращения на длину квадратного сечения верхней трубы колонны труб.

На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство.

На фиг.2 изображен разрез А-А в горизонтальной плоскости.

Устройство для компенсации реактивного момента винтового забойного двигателя включает спущенные через опорный фланец 1 (фиг.1) в обсадную колонну 2 скважины колонну труб 3 с забойным двигателем и породоразрушающим инструментом (на фиг.1 и 2 не показаны) на конце. В качестве колонны труб 3 (фиг.1) используется колонна насосно-компрессорных труб диаметром 73 мм, которая представляет собой несколько труб, соединенных между собой посредством муфт. В качестве винтового забойного двигателя применяют, например, двигатель марки ДЗ-106МР.7/8.37.

Верхняя труба 4 (фиг.1 и 2) колонны труб 3 (фиг.1) выполнена с квадратным сечением, и на ней установлены полукольца 5 и 6 (фиг.2) с прямоугольными вырезами 7 и 8, по центру охватывающими верхнюю трубу 4 квадратного сечения. Сверху полукольца 5 и 6 жестко стянуты фланцем 9 (см. фиг.1) посредством болтов 9'; 9"; 9ⁿ (на фиг.1 показаны частично).

Ниже между полукольцами 5 и 6 и опорным фланцем 1 жестко установлена втулка 10 с вырезанным сегментом 11. Сверху втулка 10 жестко закреплена с полукольцами 5 и 6, например, с помощью шпилечного соединения (на фиг.1 показано условно).

Снизу втулка 10 (фиг.1) жестко соединена с опорным фланцем 1 обсадной колонны 2 скважины, например, с помощью шпилечного соединения (на фиг.1 показано условно).

В опорный фланец 1 (фиг.1) обсадной колонны 2 скважины между обсадной колонной 1 и колонной труб 3 установлен двухсторонний устьевой герметизатор 12, оснащенный снаружи герметизирующим элементом 13, а изнутри герметизирующим элементом 14, выполненными, например в виде резиновых колец.

В процессе работы винтового забойного двигателя колонна труб 3 имеет возможность герметичного осевого перемещения без вращения на длину квадратного сечения верхней трубы 4 колонны труб 3.

Длина L квадратного сечения равна длине одной трубы за исключением ниппельного и муфтового соединений и составляет, например, 8,7 м.

Полукольца 5 и 6 фиксируют верхнюю трубу 4 квадратного сечения, исключая вращение колонны труб 3 при работе винтового забойного двигателя.

Устройство работает следующим образом.

Перед монтажом устройства для фиксации колонны труб с забойным двигателем через опорный фланец 1 (фиг.1) обсадной колонны 2 производят спуск в скважину колонны труб 3 с забойным двигателем и породоразрушающим инструментом на конце. Забойный винтовой двигатель содержит корпус с камерой для нагнетания рабочего агента, установленный на подшипниках в полости корпуса ротор.

В качестве породоразрушающего инструмента применяют, например, трехшарошечное долото для удаления цементного моста или разбуриваемого пакера (удаляемый объект) или универсальное вырезающее устройство для удаления части обсадной колонны. Забойный двигатель спускают в скважину в качестве привода породоразрушающего инструмента.

Колонну труб 3 спускают до тех пор, пока породоразрушающий инструмент не окажется в верхнем интервале удаляемого объекта (на фиг. 1 и 2 не показан), после чего монтируют предлагаемое устройство на опорный фланец 1 скважины (как показано на фиг.1 и 2). Верхний конец верхней трубы 4 (фиг.1) колонны труб 3 соединяют с нагнетательной линией 15 насосного агрегата (на фиг.1 и 2 не показан). Межколонное пространство 16 (фиг.1) обвязывают с желобной емкостью (на фиг.1 и 2 не показана). Начинают закачку насосным агрегатом технологической жидкости, например пресной воды плотностью 1000 кг/м³ , по колонне труб 3 (фиг.1). Поток технологической жидкости приводит в действие винтовой забойный двигатель.

В процессе работы винтового забойного двигателя реактивный момент от корпуса винтового забойного двигателя передается на колонну труб 3, что приводит к обратному вращению колонны труб 3. Активный момент от ротора забойного двигателя используется на вращение породоразрушающего инструмента, который разрушает удаляемый объект, и по мере удаления этого объекта колонна труб 3 перемещается вниз, при этом технологическая жидкость с материалом удаленного объекта поднимается по межколонному пространству 16 вверх и попадает в желобную емкость (на фиг.1 и 2 не показана), откуда технологическая жидкость попадает во всасывающую линию и циркуляция технологической жидкости через винтовой забойный двигатель продолжается.

Благодаря двухстороннему устьевому герметизатору 12 обеспечивается герметизация устья скважины в опорном фланце 1 обсадной колонны 2, при этом технологическая жидкость из межколонного пространства 16 направляется сразу в желобную емкость, что исключает необходимость копки амбара для сбора технологической жидкости и его гидроизоляцию, а следовательно, дополнительные затраты, а также не наносит вред окружающей среде.

Максимальное герметичное осевое перемещение колонны труб 3 вниз без вращения возможно на длину квадратного сечения верхней трубы 4 колонны труб 3, т.е. на длину 8,7 м.

Предлагаемое устройство для фиксации колонны труб с забойным двигателем позволяет предотвратить обратное вращение колонны труб от при восприятии реактивного момента от корпуса забойного двигателя в процессе его работы, что исключает повреждение стенок колонны вертикальных и наклонных скважин, а также негативное воздействие на приводные механизмы, сохраняя ресурс их работы, при этом на 15-20% повышается коэффициент полезного действия винтового забойного двигателя.