Пристрій для підвищення ефективності цементування свердловин з комбінованими робочими елементами

Реферат: Винахід належить до технологічного обладнання для оснащення обсадних колон нафтових і газових свердловин, зокрема до пристроїв, що використовуються для підготовки ствола свердловини до цементування з метою створення належних умов формування якісного кріплення. Пристрій для підвищення ефективності цементування свердловин з комбінованими робочими елементами, що складається з корпуса, скомпонованого з приєднувальною муфтою і ніпелем, і робочих елементів, згідно з пропонованим винаходом, корпус оснащений по UA 102023 C2 (12) UA 102023 C2 зовнішній поверхні гвинтоподібними шліцами і додатково оснащений рухомою обоймою, яка знаходиться в шліцьовому зачепленні з корпусом і споряджена комбінованими робочими елементами у вигляді дугоподібних шкребків, виконаних із сталевого пружного дроту і закріплених обома кінцями по периметру на поверхні верхньої частини обойми під кутом 45° до вертикальної осі пристрою з максимальним віддаленням центральної частини кожного елемента від поверхні обойми, і лопатей, розташованих по периметру поверхні нижньої частини обойми під кутом 35° до вертикальної осі пристрою. Пропонований пристрій для підвищення ефективності цементування свердловин забезпечує високу ефективність очищення стінок свердловин і створення належних умов для формування якісного і надійного їх кріплення зі зниженням витрат на спорудження свердловин. UA 102023 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до технологічного обладнання для оснащення обсадних колон нафтових і газових свердловин, зокрема до пристроїв, що використовуються для підготовки ствола свердловини до цементування з метою створення належних умов формування якісного кріплення. Відомий шкребок рознімний, корпус якого складається з двох половинок, що з'єднані між собою штирем, робочі елементи якого виконані з пучків сталевого пружинного дроту і прикріплені до корпуса накладками так, що вільні кінці робочих елементів виходять за межі корпуса [Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Заканчивание скважин. - М., 2000. - с. 346]. Проте цей відомий пристрій не забезпечує достатньої ефективності очищення стінок свердловин, оскільки встановлюється на обсадній колоні так, щоб робочі елементи були направлені вверх, через що вони відхиляються і знімають глинисту кірку тільки при русі колони вверх. Крім того, при русі пристрою вверх вільні кінці робочих елементів можуть защемлюватися у перешкодах і виходити з ладу. Найбільш близькими до винаходу, що заявляється, за технічною суттю є шкребки віялового та кабельного типу, які складаються з суцільного корпуса, на якому розташовані по периметру робочі елементи з пружинного дроту у вигляді віяла або півкілець [Erik В. Nelson. Well Cemeting.1990, Texas. Pnc. 10-52], а також турбулізатор, який складається з нероз'ємного корпуса і лопатей, встановлених в корпусі під кутом 45°, які кріпляться до корпуса металевими накладками, привареними контактним зварюванням, при цьому пристрій фіксується на обсадних трубах за допомогою спірального клина [Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Заканчивание скважин. - М., 2000. - с. 347]. Однак і ці відомі пристрої також не забезпечують достатньої ефективності при цементуванні свердловин з причин, які зазначені вище. Зокрема, турбулізатор фіксується на обсадній колоні нерухомо і тому не надає висхідному потоку розчину достатньої турбулентності, унаслідок чого зменшується ефективність очищення кільцевого простору свердловини від згустків бурового розчину. В основу винаходу поставлено задачу розробити ефективний пристрій для підготовки ствола свердловини до цементування з комбінованими робочими елементами шляхом поєднання властивостей шкребка і турбулізатора спорядженням пристрою рухомою обоймою, яка знаходиться з корпусом у шліцьовому з'єднанні і оснащена комбінованими робочими елементами у вигляді шкребків та лопатей, закріплених у різних частинах обойми під відповідними кутами до вертикальної осі пристрою, забезпечити високу ефективність очищення стінок свердловин і таким чином створення належних умов для формування якісного і надійного їх кріплення зі зниженням витрат на спорудження свердловин. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для підвищення ефективності цементування свердловин з комбінованими робочими елементами, що складається з корпуса, скомпонованого з приєднувальною муфтою і ніпелем, і робочих елементів, згідно з пропонованим винаходом, корпус оснащений по зовнішній поверхні гвинтоподібними шліцами і додатково оснащенийрухомою обоймою, яка знаходиться в шліцьовому зачепленні з корпусом і споряджена комбінованими робочими елементами у вигляді дугоподібних шкребків, виконаних із сталевого пружного дроту і закріплених обома кінцями по периметру на поверхні верхньої частини обойми під кутом 45° до вертикальної осі пристрою з максимальним віддаленням центральної частини кожного елемента від поверхні обойми, і лопатей, розташованих по периметру поверхні нижньої частини обойми під кутом 35° до вертикальної осі пристрою. Саме завдяки комбінованому поєднанню в робочих елементах властивостей шкребка і турбулізатора додатковим оснащенням пристрою рухомою обоймою, яка знаходиться в шліцьовому зачепленні з корпусом і може повертатися довкола корпуса і одночасно переміщатися в шліцах по вертикалі, для чого корпус оснащений по зовнішній поверхні гвинтоподібними шліцами, при цьому спорядження обойми комбінованими робочими елементами у вигляді дугоподібних шкребків, виконаних із сталевого пружного дроту і закріплених обома кінцями по периметру на поверхні верхньої частини обойми під кутом 45° до вертикальної осі пристрою з максимальним віддаленням центральної частини кожного елемента від поверхні обойми, і лопатей, розташованих по периметру поверхні нижньої частини обойми під кутом 35° до вертикальної осі пристрою, забезпечує високу ефективність очищення стінок свердловин і таким чином створення належних умов для формування якісного і надійного їх кріплення зі зниженням витрат на спорудження свердловин. Очищення стінок відбувається в процесі спуску обсадної колони у свердловину контактуванням верхньої частини комбінованих робочих елементів - шкребків, які завдяки пружинному дроту адаптуються до форми стінки свердловини, забезпечуючи таким чином ефективне очищення стінок від глинистої кірки. При 1 UA 102023 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 цьому очищена кірка підхоплюється висхідним потоком бурового розчину, який проходить через нижню частину комбінованих робочих елементів - лопатей, і через кільцевий простір свердловини виноситься на поверхню. При надто суттєвому забрудненні ствола, особливо, коли ствол має каверни, колоні надають поступального руху вверх-вниз, при цьому рухома обойма пристрою за рахунок шліцьового з'єднання з корпусом, повертаючись навколо корпусу вправо/вліво, у залежності від напряму руху колони, одночасно переміщається по корпусу по вертикалі, забезпечуючи таким чином ефективне очищення ствола навіть із руйнуванням застійних зон у кавернах. Крім того, закріплення шкребків на поверхні верхньої частини обойми обома кінцями запобігає їх руйнуванню. Пристрій очищує стінки свердловини при будь-якому напрямку руху обсадної колони; за рахунок розташування лопатей безпосередньо під шкребками, а турбулізований потік бурового розчину відразу підхоплює частинки зруйнованої глинистої кірки і виносить їх на поверхню, при цьому ефект очищення стінок свердловини і турбулізація потоку посилюється за рахунок можливості обертання обойми навколо корпуса пристрою і переміщення по вертикалі. Таким чином сукупністю відомих і внесених суттєвих ознак, що відповідають критеріям новизни і винахідницького рівня, і їх причинно-наслідковим зв'язком, маємо комплексне технічне рішення, яке забезпечує досягнення якісно нового технічного результату, достатнього для вирішення поставленої задачі винаходу. Суть винаходу пояснюється кресленням. На Фіг. 1 наведено схему пристрою для підвищення ефективності цементування свердловин з комбінованими робочими елементами, на Фіг. 2 - те ж у поперечному перерізі по лінії А-А і на Фіг. 3 - те ж у поперечному розрізі по лінії Б-Б. Пристрій для підвищення ефективності цементування свердловин з комбінованими робочими елементами складається з корпуса 1 з гвинтоподібними шліцами 2 по зовнішній поверхні, у верхній частині корпус (1) має приєднувальну муфту 3, а у нижній - ніпель 4, у корпусі (1) виконаний центральний прохідний канал 5. Корпус (1) оснащений рухомою обоймою 6, яка знаходиться у шліцьовому зачепленні з корпусом (1), і на якій розташовано комбіновані робочі елементи у вигляді шкребків 7 і лопатей 8, при цьому шкребки (7) виконані дугоподібно із сталевого пружного дроту і закріплені двома кінцями на поверхні верхньої частини обойми (6) під кутом 45° так, що центральна частина кожного робочого елемента (7) максимально віддалена від поверхні обойми (6), а лопаті (8) розташовані у нижній частині обойми (6) по периметру під кутом 35° до вертикальної осі пристрою. Пристрій працює наступним чином. Підготовлений пристрій ніпелем 4 згвинчується з муфтою обсадної труби (на кресл. не наведено), а ніпель обсадної труби вгвинчується у муфту 3 пристрою. Кількість пристроїв у обсадній колоні визначається станом ствола свердловини і вимогами до якості кріплення. Оснащена, таким чином, обсадна колона опускається у свердловину. У процесі спуску обсадної колони у свердловину шкребки комбінованих робочих елементів 7, які розташовані на рухомій обоймі 6, контактують з стінками свердловини, очищаючи їх від глинистою кірки. За рахунок того, що шкребки 7 розташовані під кутом 45° і перекривають один одного, ними охоплюється весь периметр стінки свердловини. Крім того, за рахунок пружності вони можуть набувати форми стінок свердловини, не руйнуючись при цьому, оскільки обидва кінці закріплені на поверхні обойми (6). Знята зі стінок глиниста кірка підхоплюється висхідним потоком бурового розчину у кільцевому просторі свердловини і виноситься на поверхню. Ефективність очищення свердловини підвищується за рахунок турбулізації висхідного потоку бурового розчину лопатями 8 комбінованих робочих елементів, які розташовані на нижній частині рухомої обойми 6. Після досягнення обсадною колоною проектної глибини спуску ствол свердловини додатково очищується від глинистої кірки та застійних зон бурового розчину, особливо, коли ствол свердловини має каверни. Для цього обсадній колоні надають поступального руху верхвниз. При цьому обойма 6 пристрою за рахунок гвинтового шліцьового з'єднання 2 з корпусом 1 повертається навколо корпусу 1 вправо або вліво у залежності від напрямку руху колони і одночасно переміщається по вертикалі, а шкребки 7 комбінованих робочих елементів очищають стінки свердловини при обертово-поступальному русі. Потік бурового розчину турбулізується лопатями 8 комбінованих робочих елементів, розташованими на нижній частині обойми 6. Такі маніпуляції дозволяють не тільки якісно очистити стінки свердловини від глинистої кірки, але й зруйнувати застійні зони бурового розчину у кавернах і після підготовки ствола свердловини приступити до операції цементування. Пропонований пристрій для підвищення ефективності цементування свердловин з комбінованими робочими елементами забезпечує високу ефективність очищення стінок 2 UA 102023 C2 свердловин і створення належних умов для формування якісного і надійного їх кріплення зі зниженням витрат на спорудження свердловин. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Пристрій для підвищення ефективності цементування свердловин з комбінованими робочими елементами, що складається з корпуса, скомпонованого з приєднувальною муфтою і ніпелем, і робочих елементів, який відрізняється тим, що корпус оснащений по зовнішній поверхні гвинтоподібними шліцами і додатково оснащений рухомою обоймою, яка знаходиться в шліцьовому зачепленні з корпусом і споряджена комбінованими робочими елементами у вигляді дугоподібних шкребків, виконаних із сталевого пружного дроту і закріплених обома кінцями по периметру на поверхні верхньої частини обойми під кутом 45° до вертикальної осі пристрою з максимальним віддаленням центральної частини кожного елемента від поверхні обойми, і лопатей, розташованих по периметру поверхні нижньої частини обойми під кутом 35° до вертикальної осі пристрою. 3 UA 102023 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4