устройство для вырезания участка обсадной колонны в скважине

Формула изобретения

Устройство для вырезания участка обсадной колонны в скважине, содержащее корпус с пазами, шарнирно закрепленные в пазах корпуса выдвижные резцы, радиальные каналы, выполненные в корпусе в плоскости выдвижения резцов и направленные в зону вырезания, причем выдвижные резцы выполнены с возможностью их фиксации в крайнем выдвинутом и транспортном положениях, а также гидравлический привод с возможностью взаимодействия с поверхностью выдвижных резцов в плоскости их режущей кромки, перпендикулярной оси устройства, причем гидравлический привод выполнен в виде подпружиненного от корпуса полого поршня с буртом и оканчивается клиновой поверхностью, последняя имеет вырез для опорной плоскости резцов, отличающееся тем, что гидравлический привод размещен в кольцевой полости, выполненной в корпусе выше выдвижных резцов, рабочая поверхность которых армирована твердым сплавом, полый поршень оснащен штуцером, а в корпусе выше гидравлического привода выполнены три радиальных канала, герметично перекрытых полой втулкой, зафиксированной относительно корпуса разрушаемым срезным винтом, ниже полой втулки в корпусе выполнена внутренняя кольцевая проточка, в которой размещено стопорное разрезное кольцо, сверху полая втулка снабжена посадочным седлом под сбрасываемый с устья скважины шар, полая втулка выполнена с возможностью осевого перемещения вниз под действием избыточного гидравлического давления в полости устройства и фиксации стопорным разрезным кольцом за верхний торец полой втулки после ее взаимодействия с ограничителем, выполненным в устройстве выше кольцевой полости с открытием радиальных каналов корпуса, при этом снизу корпус снабжен жестким центратором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для вырезания участка обсадной колонны в скважине.

Известно устройство для вырезания участка колонны труб в скважине (патент RU № 2136841, МПК Е21В 29/00, опубл. 10.09.1999 г., бюл. № 25), содержащее корпус с внутренним аксиальным проходом, внутреннюю оправку и подвижные резцы, выступающие радиально от корпуса, при этом внутренняя оправка установлена в корпусе перпендикулярно его аксиальной оси и жестко с ним связана, а каждый из резцов расположен во внутренней оправке и состоит из подвижных в осевом направлении охватывающих и охватываемых элементов, выполненных с возможностью телескопического движения, причем каждый элемент резца имеет ограничитель движения внутри оправки, ограничитель движения каждого элемента резца выполнен в виде уступа, рабочая поверхность элементов подвижных резцов имеет сферическую форму и армирована твердым сплавом.

Недостатками конструкции данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, устройство не позволяет осуществить промывку скважины в интервале вырезанной части обсадной колонны сразу после вырезания, поэтому после вырезания части обсадной колонны необходимо извлечь устройство из обсадной колонны и спустить гидромониторную насадку для промывки вырезанного участка эксплуатационной колонны от металлической и цементной крошки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для вырезания участка колонны труб в скважине (патент RU № 2110665, МПК Е21В 29/00, опубл. 10.05.1998 г., бюл. № 13), содержащее корпус с пазами, в пазах шарнирно закреплены выдвижные резцы с возможностью взаимодействия с поршнем гидравлического привода, выполненного в виде полого цилиндра с буртом и оканчивающегося клиновой поверхностью, взаимодействие осуществляется в плоскости режущей кромки резцов, перпендикулярной оси устройства, а в плоскости выдвижения резцов в корпусе выполнены радиальные каналы, направленные в зону вырезания, выдвижные резцы фиксируются в крайнем выдвинутом и транспортном положениях за счет наличия верхней и нижней опорных плоскостей и пружины, установленной в канавке, выполненной в корпусе и выдвижных резцах в зоне их выдвижения.

Недостатками конструкции данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, высокое рабочее давление до значений 10-15 МПа, создаваемое в процессе работы устройства, приводит к быстрому износу узлов устройства;

- в-третьих, устройство не позволяет осуществить промывку скважины в интервале вырезанной части обсадной колонны сразу после вырезания.

Техническими задачами предложения являются повышение надежности работы устройства за счет снижения перепадов давления в процессе его работы, упрощение конструкции устройства, а также повышение ресурса его работы.

Поставленные задачи решаются устройством для вырезания участка обсадной колонны в скважине, содержащим корпус с пазами, шарнирно закрепленные в пазах корпуса выдвижные резцы, радиальные каналы, выполненные в корпусе в плоскости выдвижения резцов и направленные в зону вырезания, причем выдвижные резцы выполнены с возможностью их фиксации в крайнем выдвинутом и транспортном положениях, а также гидравлический привод с возможностью взаимодействия с поверхностью выдвижных резцов в плоскости их режущей кромки, перпендикулярной оси устройства, причем гидравлический привод выполнен в виде подпружиненного от корпуса полого поршня с буртом и оканчивается клиновой поверхностью, последняя имеет вырез для опорной плоскости резцов.

Новым является то, что гидравлический привод размещен в кольцевой полости, выполненной в корпусе выше выдвижных резцов, рабочая поверхность которых армирована твердым сплавом, полый поршень оснащен штуцером, а в корпусе выше гидравлического привода выполнены три радиальных канала, герметично перекрытых полой втулкой, зафиксированной относительно корпуса разрушаемым срезным винтом, ниже полой втулки в корпусе выполнена внутренняя кольцевая проточка, в которой размещено стопорное разрезное кольцо, сверху полая втулка снабжена посадочным седлом под сбрасываемый с устья скважины шар, полая втулка выполнена с возможностью осевого перемещения вниз под действием избыточного гидравлического давления в полости устройства и фиксации стопорным разрезным кольцом за верхний торец полой втулки после ее взаимодействия с ограничителем, выполненным в устройстве выше кольцевой полости с открытием радиальных каналов корпуса, при этом снизу корпус снабжен жестким центратором.

На фиг.1 и 2 схематично изображено устройство в продольном разрезе.

При применении прототипа данного устройства после вырезания части обсадной колонны необходимо извлечь его из обсадной колонны и спустить гидромониторную насадку для промывки вырезанного участка обсадной колонны от металлической и цементной крошки, что увеличивает продолжительность ремонта скважины. Предлагаемое устройство позволяет совместить технологические операции по вырезанию части обсадной колонны и промывке вырезанного участка обсадной колонны от металлической и цементной крошки, что значительно сокращает время ремонта скважины.

Устройство для вырезания участка обсадной колонны в скважине содержит корпус 1 (фиг.1) с пазами 2, а также шарнирно, например с помощью осей 3, закрепленные в пазах 2 корпуса 1 выдвижные резцы 4.

Радиальные каналы 5 выполнены в корпусе 1 в плоскости выдвижения резцов 4 и направлены в зону вырезания.

Выдвижные резцы 4 выполнены с возможностью их фиксации в крайнем выдвинутом «а» и в транспортном «б» положениях (на фиг.1 показаны схематично).

Устройство содержит также гидравлический привод 6 (фиг.1) с возможностью взаимодействия с поверхностью выдвижных резцов 4 в плоскости их режущей кромки, перпендикулярной оси устройства.

Гидравлический привод 6 выполнен в виде подпружиненного пружиной 7 от корпуса 1 полого поршня 8 с буртом 9.

Полый поршень 8 оканчивается клиновой поверхностью 10, имеющей вырез для опорной плоскости резцов 4.

Гидравлический привод 6 размещен в кольцевой полости 11, выполненной в корпусе 1 выше выдвижных резцов 4.

Рабочая поверхность 12 выдвижных резцов 4 армирована твердым сплавом, например молибденовым.

Полый поршень 8 оснащен штуцером 13.

Штуцер 13 имеет проходное сечение диаметром d, который подбирается опытным путем в лабораторных условиях в зависимости от типоразмера обсадной колонны и обеспечивает перепад давления в устройстве в пределах 2-3 МПа. Наличие штуцера с регулируемым проходным сечением d позволяет снизить перепад давления, возникающий в процессе работы устройства, и продлить ресурс работы устройства.

В корпусе 1 выше гидравлического привода 6 выполнены три радиальных канала 14, 14', 14" (на фиг.1 показаны условно), например диаметром 3 мм, герметично перекрытых полой втулкой 15, зафиксированной относительно корпуса 1 разрушаемым срезным винтом 16, например одним срезным винтом диаметром 5 мм, выполненным из стали 45. Диаметр D проходного сечения полой втулки 15 больше диаметра d проходного сечения штуцера 13.

Ниже полой втулки 15 в корпусе 1 выполнена внутренняя кольцевая проточка 17, в которой размещено стопорное разрезное кольцо 18.

Сверху полая втулка 15 снабжена посадочным седлом 19 под сбрасываемый с устья скважины (на фиг.1 и 2 не показано) шар 20 (фиг.2).

Полая втулка 15 (фиг.1) выполнена с возможностью осевого перемещения вниз под действием избыточного гидравлического давления в полости 21 (фиг.2) устройства и фиксации стопорным разрезным кольцом 18 (фиг.1) за верхний торец полой втулки 15 после ее взаимодействия с ограничителем 22.

Ограничитель 22 выполнен в устройстве выше кольцевой полости 11.

После фиксации полой втулки 15 (фиг.1) стопорным разрезным кольцом 18 открываются радиальные каналы 14, 14', 14" корпуса 1.

Снизу корпус 1 снабжен жестким центратором 23 (фиг.2), обеспечивающим симметричное расположение устройства в вырезаемой обсадной колонне в процессе работы.

Устройство для вырезания участка обсадной колонны в скважине работает следующим образом.

Устройство на конце колонны труб (на фиг.1 и 2 не показана) спускают в обсадную колонну скважины так, чтобы выдвижные резцы 4 (фиг.1) находились в заданном интервале вырезания обсадной колонны, например в интервале 1823 м, в транспортном положении (фиг.1, положение «б»), т.е. выдвижные резцы зафиксированы полым поршнем под действием возвратной силы пружины 7, при этом само устройство благодаря жесткому центратору 23 располагается симметрично оси скважины.

Для вращения колонны труб с целью работы устройства на устье скважины монтируют механический ротор (на фиг.1 и 2 не показан), затем обвязывают насос (на фиг.1 и 2 не показан), например цементировочный агрегат марки ЦА-320, посредством гибкого шланга и вертлюга (на фиг.1 и 2 не показаны) с колонной труб.

Запускают в работу сначала механический ротор, например марки РУ-600, выпускаемый в г. Ишимбае (Башкортостан, РФ), с частотой вращения 48-60 об/мин, а затем включают насос, который подает промывочную жидкость, например пресную воду плотностью 1000 кг/м³, под давлением 6,0-7,0 МПа и подачей 7-8 л/с по колонне труб в устройство.

В устройстве промывочная жидкость проходит через штуцер 13 (фиг.1) и создает перепад давления в кольцевой полости 11, под действием которого приводится в действие гидравлический привод 6. Полый поршень 8 с буртом 9 перемещается вниз, сжимая пружину 7, и своей клиновой поверхностью 10 воздействует на выдвижные резцы 4, выдвигая их из пазов 2 корпуса 1 наружу относительно осей 3 (фиг.1, положение «а»). Радиальные каналы 5, выполненные в корпусе 1 в плоскости выдвижения резцов, направляют выдвижные резцы 4 в зону вырезания участка обсадной колонны скважины.

Сначала происходит соприкосновение рабочей поверхности 12 выдвижных резцов 4 со стенками вырезаемого участка обсадной колонны (на фиг.1 и 2 не показаны), и далее, не изменяя режим работы насоса и гидравлического ротора, как описано выше, производят прорезание колонны труб до полного раскрытия выдвижных резцов 4 (фиг.1, положение «а»).

Далее переходят на режим вырезания участка обсадной колонны. Для этого создают осевую разгрузку колонны труб до 10 кН на устройство, выдвижные резцы 4 (фиг.1 и 2) которого находятся в соприкосновении со стенками вырезаемого участка обсадной колонны скважины. Фиксируют прорезание обсадной колонны по выходу стружки и цементной крошки из заколонного пространства скважины.

Увеличивают частоту вращения колонны труб от 48-60 об/мин до 100 об/мин и нагрузку на выдвижные резцы 4 от 10 кН до 20 кН. Фиксируют проходку в единицу времени по перемещению вниз «ведущей» трубы колонны труб на устье скважины.

Продолжают вырезание участка обсадной колонны в скважине до заданной глубины вырезания, например до интервала 1827 м. После чего выключают механический ротор и насос, доспускают колонну труб с устройством вниз так, чтобы радиальные каналы 14, 14', 14" корпуса 1 располагались напротив верхнего интервала 1823 м вырезаемого участка обсадной колонны. Сбрасывают в колонну труб шар 20, который садится на посадочное седло 19 полой втулки 15.

С помощью насоса в полости 21 устройства создают избыточное гидравлическое давление, например 7 МПа. В результате разрушается срезной винт 16 и полая втулка 15 перемещается вниз, разжимая стопорное разрезное кольцо 18 во внутренней кольцевой проточке 17.

Полая втулка 15 перемещается вниз до взаимодействия с ограничителем 22, после чего стопорное разрезное кольцо 18, находящееся во внутренней кольцевой проточке 17, фиксирует полую втулку 15 в рабочем положении, при этом открываются радиальные каналы 14, 14', 14" корпуса 1, которые сообщают полость 21 устройства с верхним интервалом 1823 м вырезанного участка колонны.

Далее запускают в работу насос, который подает промывочную жидкость через колонну труб в устройство, откуда промывочная жидкость через радиальные каналы 14, 14', 14" корпуса 1 в виде струи под высоким давлением воздействует на верхний интервал 1823 м вырезанного участка обсадной колонны. Далее осевым перемещением колонны труб до нижнего интервала 1827 м вырезанного участка обсадной колонны с одновременным ее вращением с помощью механического ротора на 360° вымывают шлам, грязь, металлическую стружку, цементную крошку из вырезанного участка обсадной колонны. Промывка вырезанного участка обсадной колонны сразу после вырезания без проведения дополнительных спуско-подъемных операций позволяет сократить продолжительность проведения ремонтных работ.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность и ресурс работы за счет снижения перепадов давления в процессе работы.