Глубинный гидродомкрат для ликвидации прихватов

Глубинный гидродомкрат для ликвидации прихватов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к бурению и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин и предназначено для ликвидации прихватов и извлечения из обсаженных скважин насосно-компрессорных, бурильных труб, пакеров и других прихваченных объектов.

Известен глубинный гидравлический домкрат для ликвидации прихватов (RU 2190080 С2), на корпусе которого силовые гидроцилиндры соединены с гидравлическим якорем, а ствол гидродомкрата непосредственно соединен с ловильной колонной и, внизу, через ловильный инструмент соединяется с прихваченным объектом. На прихваченный объект кроме основного усилия, развиваемого гидроцилиндрами, может передаваться дополнительное осевое усилие от грузоподъемной установки через ловильную колонну. Конструкция домкрата предусматривает возможность контроля с поверхности за ходом извлечения прихваченного объекта.

Для надежного сцепления якоря с обсадной колонной, исключения скольжения по стенке трубы при включении, между гидравлическим якорем и силовыми гидроцилиндрами установлен регулируемый перепускной клапан, обеспечивающий первоочередное включение якоря при создании давления.

Гидродомкраты описанной конструкции типа ГИД, изготовленные на заводе ОАО НПО «Бурение», были успешно испытаны на скважинах Кубани, Тюменнефтегаза и в др. районах. Испытания подтвердили соответствие рабочих параметров расчетным характеристикам. На нескольких скважинах успешно проведены операции по извлечению прихваченного инструмента.

В то же время испытания выявили недостатки и несоответствия указанной конструкции требованиям эксплуатации в определенных условиях.

Прежде всего, это необходимость повышения давления в обсадной колонне для «перезарядки» домкрата перед очередным рабочим ходом.

В глубоких и загрязненных скважинах и, особенно, при расположении домкрата в искривленном участке скважины давление в обсадной колонне при «перезарядке» может повышаться на 4,5 - 5 МПа и более. На ряде скважин, особенно газовых, имеющих высокую приемистость продуктивного пласта, такое повышение давления недопустимо, так как может вызвать загрязнение, закупорку каналов коллектора, осложнения при последующем вызове притока.

Далее, применение гидродомкратов типа ГИД предполагает предварительную промывку скважины. Узлы домкрата, прежде всего регулируемый клапан, при закупорке каналов грязью, поступающей с жидкостью через заливной клапан, могут выходить из строя.

В конструкции домкрата не предусмотрена возможность промывки скважины через инструмент при спуске и на забое.

Поэтому использование домкратов типа ГИД в скважинах с большой кривизной ствола, а также в скважинах, призабойная зона которых после прихвата заполнена осевшим шламом или песком - нецелесообразно.

Известна конструкция гидродомкрата более соответствующая указанным условиям работы.

Гидроцилиндры домкрата соединены с гидроякорем и, далее, с ловильной колонной. Ствол гидроцилиндров соединяется через ловильный инструмент с прихваченным объектом.

В верхней части гидроцилиндров выполнены радиальные разгрузочные окна, которые открываются в конце хода поршня, обеспечивая падение давления - сигнал о конце рабочего хода и выравнивание давления в полости устройства со скважиной. Предусмотрены заливной и сливной клапаны, соответственно для заполнения инструмента скважинной жидкостью при спуске и слива ее при подъеме инструмента.

Заливной клапан допускает возможность только обратной промывки, промывка скважины при спуске и на забое не предусмотрена.

Конструкция обеспечивает удобную перезарядку домкрата для проведения повторных операций простым подъемом инструмента на ход поршней после прекращения циркуляции, без повышения давления в скважине. [Применение технических устройств для ликвидации прихватов в нефтяной промышленности. Тематические научно-технические обзоры, серия «Бурение». Москва, ВНИИОЭНГ, 1977 г., стр.10].

Недостатком конструкции является опасность разрушения уплотнений поршня в разгрузочных окнах цилиндра под действием перепада давления.

Другим недостатком является ненадежный способ передачи вращения и крутящего момента на ловильный инструмент через кулачковые полумуфты, выполненные на головке ствола и верхнем переводнике, для чего корпус домкрата необходимо переместить в нижнее положение до упора в ствол домкрата. При других положениях поршней в цилиндре вращение и момент не передаются.

Известен забойный гидродомкрат для ликвидации прихватов, содержащий силовые гидроцилиндры, корпус которых соединен с гидравлическим якорем и, выше, с ловильной колонной. Ствол домкрата включает квадратную штангу в ниппеле ответного профиля на корпусе, что позволяет производить передачу вращения на ловильный инструмент на всем ходе поршней гидроцилиндров. Для «перезарядки» домкрата прекращают нагнетание жидкости и ловильную колонну с корпусом поднимают на длину хода поршней. Недостатком устройства является то, что промывку скважины при спуске и на забое, а также сброс давления в конце рабочего хода поршней конструкция не предусматривает (см. Композит-каталог нефтегазового оборудования, 1995-1996 г. М., Топливо и Энергетика, т.2, стр.640).

Задачей, поставленной перед изобретением, является повышение эффективности и надежности устройства и использование его для интенсивной промывки скважины при спуске и на забое.

Поставленная задача решается тем, что глубинный гидродомкрат для ликвидации прихватов насосно-компрессорных, бурильных труб, пакеров и других объектов в обсаженном стволе скважины, спускаемый в скважину на ловильной колонне насосно-компрессорных или бурильных труб, содержит силовые гидроцилиндры, гидравлический якорь и ствол, включающий граненую штангу в ниппеле ответного профиля на корпусе. Новым в устройстве является то, что над силовыми гидроцилиндрами, с возможностью взаимодействия с верхним торцом ствола, установлен выпускной клапан, при этом верхний торец ствола снабжен выдвижным толкателем, причем ствол выполнен пустотелым по всей длине, его граненая штанга соединена с переводником, в котором выполнено седло под шарик обратного клапана и установлен промывочный штуцер.

Выпускной клапан выполнен в виде подпружиненного поршня с уплотнительной манжетой, его корпус выполнен с продольными прорезями, а выдвижной толкатель состоит из направляющей втулки и скользящей, фиксирующейся в выдвинутом положении, цанги.

Гидродомкрат иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4. На фиг.1 изображен общий вид домкрата, его компоновка; на фиг.2 - схема выпускного клапана в закрытом положении; на фиг.3 - выдвижной толкатель в момент перемещения цанги в рабочее фиксируемое положение; на фиг.4 - выпускной клапан в открытом положении.

Компоновка гидродомкрата включает следующие, соединенные последовательно, основные элементы (фиг.1): сливной клапан 1, якорь 2 с выдвижными плашками 3, выпускной клапан 4 с узкими продольными прорезями 5 на корпусе, силовые гидроцилиндры 6, граненую штангу 7, установленную в ниппеле 8, нижний переводник 9 с промывочным штуцером 10.

Силовые гидроцилиндры 6 состоят из нескольких секций, количество которых устанавливается в зависимости от условий эксплуатации гидродомкрата. Каждая секция включает цилиндр 11, пустотелый шток 12 с радиальным отверстием 13, поршень 14 с односторонней манжетой 15 и ниппель 16 с эластичным уплотнением 17. Пустотелый ствол домкрата образуют штоки 12, соединенные поршнями 14, граненая штанга 7 и переводник 9.

Для фиксации ствола домкрата в верхнем положении при транспортировке и спуске в скважину установлены срезные штифты 18. Корпус домкрата образуют: сливной клапан 1, корпусы якоря 2 и выпускного клапана 4, цилиндры 11, соединенные ниппелями 16, ниппель 8 граненой штанги 7 и цилиндр с отверстиями под срезные штифты 18.

На штангу 7 навинчен переводник 9 для соединения с ловильным инструментом (не показан). В переводнике 9 выполнено седло 19 обратного клапана для посадки шарика 20. Переводник 21 сливного клапана 1 соединен с ловильной колонной 22.

Внутри корпуса 23 выпускного клапана 4 (фиг.2-4) установлен с возможностью осевого перемещения пустотелый поршень 24, имеющей кольцевое 25 и манжетное 26 уплотнения. В полости поршня 24 установлена пружина 27, прижимающая поршень 24 до упора в уступ корпуса 23. На торце ствола домкрата установлен выдвижной толкатель клапана 4, состоящий из втулки 28 и скользящей цанги 29.

При спуске домкрата в скважину, когда ствол с поршнями 14 зафиксирован в верхнем положении срезными штифтами 18, цанга 29 смещена вниз на втулке 28 до упора в торец ствола (фиг.2), а косые срезы на утолщениях пластин цанги 29 прижаты к конусной поверхности втулки 28.

При перемещении ствола с поршнями 14 в нижнее положение, цанга 29, упираясь в ниппель 16, скользит по втулке 28 вверх (фиг.3), пластины цанги 29 раздвигаются и, затем сходятся над торцом втулки 28, фиксируя цангу 29 в выдвинутом положении (фиг.4). В дальнейшем, в конце каждого хода поршней 14 вверх, выдвинутый толкатель выпускного клапана 4 открывает его, а при смещении ствола домкрата вниз под действием сжатой пружины 27 клапан 4 закрывается.

Домкрат работает следующим образом. При спуске в скважину жидкость через пустотелый ствол поступает в полость домкрата и колонну ловильных труб 22. На любой глубине спуск может быть остановлен, к ловильной колонне 22 присоединена нагнетательная линия и через пустотелый ствол домкрата и штуцер 10, установленный в нижнем переводнике 9, произведена промывка скважины. Следует иметь в виду, что при промывке в домкрате давление значительно превышает давление в скважине. Перепад давления прижимает плашки якоря 3 к обсадной колонне с большим усилием, поэтому перемещать колонну в скважине в процессе промывки запрещается.

При спуске на забой осевая струйная промывка через штуцер 10 должна способствовать очистке головы прихваченного объекта от осевшего песка или шлама, повысить возможность успешного присоединения ловильного инструмента (не показан). После присоединения в ряде случаев целесообразно предпринять попытку вызова циркуляции через каналы прихваченного объекта, что может облегчить ликвидацию прихвата. После завершения промывки производится натяжение инструмента, срезаются штифты 18, инструмент с корпусом домкрата поднимается вверх до упора. Создается усилие в 5-15 т для проверки надежности присоединения ловильного инструмента. В ловильную колонну 22 сбрасывается шарик 20 для посадки в седло 19 обратного клапана. Посадка может быть ускорена восстановлением циркуляции. Рост давления и прекращение циркуляции свидетельствуют о закрытии обратного клапана.

Для ликвидации прихвата давление в нагнетательной линии может повышаться до величины, предусмотренной в паспорте домкрата. При достижении усилия на стволе домкрата, достаточного для преодоления сопротивлений на прихваченном объекте, ствол с извлекаемым инструментом начинает подниматься. Конец хода поршней 24 сопровождается резким падением давления при открытии выпускного клапана 4. Циркуляция прекращается, делается выдержка для выравнивания давления в домкрате и скважине, что необходимо для защиты от износа вооружения плашек 3 якоря 2. Инструмент поднимается на величину хода поршней 14 домкрата, т.е. до появления натяжки. Снова создается давление, процесс повторяется до полной ликвидации прихвата.

Кроме рассмотренных особенностей, отличающих предлагаемую конструкцию от домкрата типа ГИД, следует отметить два обстоятельства:

- установка дополнительного цилиндра полностью компенсирует утраченную возможность передачи на прихваченный объект усилия через ловильный инструмент от грузоподъемной установки, т.к. общая нагрузка в обоих случаях лимитируется прочностью ствола домкрата;

- предлагаемая конструкция обеспечивает более надежную передачу крутящего момента на ловильный инструмент при его присоединении и отсоединении от прихваченного объекта, т.к. момент от ловильной колонны передается не через штоки домкрата, имеющие минимальную по диаметру резьбу, а по корпусу домкрата.

1. Глубинный гидродомкрат для ликвидации прихватов насосно-компрессорных, бурильных труб, пакеров и других объектов в обсаженном стволе скважины, спускаемый в скважину на ловильной колонне насосно-компрессорных или бурильных труб, содержащий силовые гидроцилиндры, гидравлический якорь и ствол, включающий граненую штангу в ниппеле ответного профиля на корпусе, отличающийся тем, что над силовыми гидроцилиндрами с возможностью взаимодействия с верхним торцом ствола установлен выпускной клапан, при этом верхний торец ствола снабжен выдвижным толкателем, причем ствол выполнен пустотелым по всей длине, его граненая штанга соединена с переводником, в котором выполнено седло под шарик обратного клапана и установлен промывочный штуцер.

2. Глубинный гидродомкрат для ликвидации прихватов по п.1, отличающийся тем, что выпускной клапан выполнен в виде подпружиненного поршня с уплотнительной манжетой, его корпус выполнен с продольными прорезями, а выдвижной толкатель состоит из направляющей втулки и скользящей фиксирующейся в выдвинутом положении цанги.