Устройство для улавливания шлама

 

Использование: при подземном и капитальном ремонте скважин в нефтедобывающей и водохозяйственной промышленности. Сущность: устройство содержит секции шламосборника, установленные одна на другой, подводящий патрубок, отсекающий клапан и отводящий канал, а так же снабжено противосифонным клапаном и узлом интенсификации улавливания шлама. Отводящий канал выполнен в виде патрубка, установленного нижним концом в верхней части одной секции шламосборника соосно ей, пропущен через дно вышерасположенной секции шламосборника и переходит в подводящий патрубок для вышерасположенной секции шламосборника, при этом секции шламосборника жестко связаны с упомянутым патрубком. Противосифонный клапан установлен в боковом отверстии, выполненном между секциями шламосборника в связывающем их патрубке. Узел интенсификации улавливливания шлама выполнен в виде насосного элемента с лопастями, циклонной камеры и разделенных перегородкой, приемной и входной кольцевых камер. Входная камера изолирована от циклонной и сообщена с выходным отверстием подводящего патрубка и с приемной камерой через отверстия, выполненные в разделяющей их перегородке. Циклонная камера сообщена с приемной камерой продольно-вытянутыми вертикальными тангенциальными щелями, образованными жестко закрепленными в верхней части секции шламосборника лопастями насосного элемента и имеет выход в полость секции шламосборника. 2 ил.

Изобретение относится к подземному и капитальному ремонту скважин в нефтедобывающей и водохозяйственной промышленности и предназначено для повышения эффективности освоения и промывки от песчаных пробок, в том числе поглощающих скважин при наличие прикрытых песчаной пробкой продуктивных горизонтов.

Известно устройство буровой дробоизвлекатель для шламоулавливания в скважинах в процессе бурения, содержащее корпус из нескольких отдельных секций, концентрически установленные внутри их конусообразные подводящие трубки, образующие кольцевые шламоприемные камеры, а также обратный клапан в нижнем конце корпуса, что обеспечивает заполнение шламоприемной камеры шламом при обратной циркуляции текучей среды и исключающий вымыв шлама из устройств при его подъеме из забоя скважины [1] .

Известно также устройство для очистки бурового раствора от шлама, содержащее корпус с приемной камерой, установленные внутри корпуса эксцентрично к продольной оси устройства подводящий патрубок с радиальным выводным каналом в верхней части, снабженной с перфорацией, и отводящий патрубок с приемным каналом, связанным с подводящим патрубком ниже его перфорации пластинами, а шламоприемная камера расположена ниже отводящего патрубка [2] .

Недостатками этих устройств являются низкое качество сепарации - одноступенчатый цикл сепарации, основанной на уменьшении скорости восходящего потока, применяемых в бурении крепких скальных пород для крупнозернистых частиц по размеру в виде измельченных дробьев. При промывке песчаной пробки с большими процентами пескосодержания с тонко- и мелкозернистыми фракциями эти устройства желаемых результатов не дают из-за возникновения радиальных потоков текучей среды у выхода подводящего патрубка и вынос ими во вход отводящего патрубка, следовательно и наверх в слив даже более крупных частиц. Причем при промывке глубоких нефтяных скважин с большой мощностью песчаной пробки также тонко и мелкие частицы в виде механического наполнителя могут захватываться циркулирующим агентом наверх и во время подъема устройства с забоя могут загрязнять экологию окружающего пространства - устья скважины и ухудшать условия труда обслуживающего персонала.

При этом использование клапанного устройства [3] для излива в скважину практически уменьшает эффективность сепарации из-за большего процента содержания тонко и мелких песчинок в текучей среде в результате вымыва шламопеска из устройства при его подъеме из скважины. Также установка отсекающего клапана в нижнем конце подводящей трубки не обеспечивает надежную работу клапана при случайном срыве циркуляции из-за роста концентрации песчинки в текучей среде внутри этой трубки, вследствие образования пробки.

Известна шламовая труба для шламоулавливания в скважинах в процессе бурения, содержащая трубчатый корпус и штангу, снабженная патрубком с верхним и нижним раструбами, установленным соосно со штангой в верхней части корпуса, и лопастями, прикрепленными к корпусу и патрубку [4] .

Недостатком устройств является низкое качество сепарации из-за неполного охвата к сепарации циркулирующего агента, в результате отсутствия на верхней части корпуса пакера, тонко и мелкие частицы в виде механического наполнителя могут захватываться на верх текучей средой. Причем устройство позволяет сепарацию только крупных частиц в процессе бурения с прямой циркуляцией при вращении инструмента специально установленными лопастями.

Известны шламоулавливающие трубы для сбора шлама в скважине в процессе бурения с прямой промывкой, в которых внутри нижней закрытой шламовой трубы установлен патрубок с шариковым клапаном и выводным каналом в виде продольной сквозной щели на верхнем конце этого патрубка, причем закрытая шламовая труба имеет боковые отверстия, сообщающиеся с затрубным пространством и отделена от открытой шламовой трубы ниппелем с перегородкой [5] .

Недостатком настоящих устройств является низкое качество сепарации, из-за неполного охвата к сепарации циркулирующего агента. Также через боковые отверстия шламовой трубы в процессе промывки, тонко и мелкие частицы в виде механического наполнителя могут захватываться на верх текучей средой в затрубное пространство. Причем процесс сепарации происходит только путем оседания частиц за счет собственного веса в процессе бурения с отбором керна.

Целью изобретения является повышение эффективности и качества очистки и промывки песчаных пробок с большим процентом пескосодержания в глубоких нефтяных артезианских скважинах, даже при наличии поглощения пласта.

Сущность принципа работы устройств заключается в применении обратной циркуляции, в поглощающих скважинах местной обратной циркуляции путем применения гидроциклонных устройств. Причем гидроциклонные устройства соединены друг с другом последовательно, для многоступенчатого цикла сепарации, что позволяет обеспечить достаточную эффективность и качественную сепарацию при промывке, т. е. выделять из восходящего потока текучей среды даже тонкодисперсных и илистых фракций с диаметрами зерничек менее 0,10 мм.

Для интенсификации сепарации песчинок из текучей среды устройство позволяет использовать для промывки не только воды, воздуха, также водного раствора ПАВ с разной концентрации. Также для активизации сепарации все камеры заправить водой перед спуском в скважину.

На фиг. 1 и 2 представлено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из корпуса шламопескосборника 1, подводящей трубки 2, разгрузочного патрубка отводящего канала 2а, эксплуатационной колонны 3, корпуса гидроциклона с цилиндрической камерой, образующих из корпуса шламопескосборника 4, подводящего патрубка 5 с прорезанными щелями вертикально-вытянутой формы для придания тангенциально-вращательного движения потоку текучей среды, камеры шламопескосборника для выпадения частиц 6, промывочного наконечника устройства 7 и песчаной пробки 8.

Вариант устройства (фиг. 2) состоит из корпуса шламопескосборника 1, трубы с отводящим каналом 2, разгрузочного патрубка отводящего канала 2а, эксплуатационной колонны 3, клапана излива-противосифонного 4, верхней части корпуса шламопескосборника с цилиндрической гидроциклонной камерой 5, входной тангенциальной щели 6 гидроциклона, входной приемной камеры 7 гидроциклона, цилиндрической циклонной камеры 8, обратного отсекающего клапана 9, камеры отсекающего клапана 10, переходное отверстие в разделяющей перегородке камеры обратного клапана с циклонной камеры 10а, подводящей трубки 11 текучей среды, камеры 12 шламопескосборника для выпадения частиц, наконечник 13 с косым срезом и песчаной пробки 14.

Данное устройство при промывке скважин работает следующим образом: последовательно соединенные секции шламопескосборников опускаются в скважину на колонне труб (НКТ). После нащупывания песчаной пробки подготовленный рабочий агент прокачивается в затрубное пространство и сообщается с внутренней полосой камеры гидроциклона через внутреннюю приемную трубку 5, чем исключается необходимость обеспечения полной циркуляции при наличии поглощения пласта.

Размывая песчаные пробки, восходящий поток текучей среды вместе с песчаными частицами через отверстие камеры отсекающего клапана 9, 10, 10а через (входной) приемные камеры и тангенциальные щели 5 (фиг. 2) входит в циклонную камеру и приобретает сильное вращательное движение. Внутри циклонной камеры образуются два винтообразных потока: наружный (периферийный), по которому в сторону к камере выпадения частиц 6 (фиг. 2) двигаются вниз отброшенные под действием центробежных сил и силой свободного падения твердые частицы и внутренний, центральный, по которому в сторону слива на верх в насосно-компрессорную трубу 2а перемещается восходящим потоком основная масса более осветленной части текучей среды на вышележащую секцию гидроциклона.

Далее осветленная текучая среда через подводящие приемные трубки вышележащих секций направляются во вторую циклонную камеру и подвергаются вторичному циклу сепарации и далее - третьему, четвертому и т. д. Так происходит многоступенчатый цикл сепарации.

Такой многоступенчатый цикл сепарации с помощью гидроциклона как крупных размеров частиц, так тонкодисперсных частиц с большим процентом пескосодержащих пульпы повышает эффективность и качество промывки глубоких, поглощающих скважин с большими мощностями песчаной пробки.

Для оптимального удаления песчаной пробки с забоя устройством количество секции и объем внутренней полосы камеры шламопескосборника подбирается из следующих условий: У_шпу = (1 - 1,1) У_п.п., где У_шпу - общий объем внутренней полос шламопескоуловителей ; У_п.п - ожидаемый объем песчаной пробки.

Кроме того, при поглощающих скважинах в начальной стадии промывки часть промывочной жидкости может быть поглощена в пласт до насыщения, вследствие чего будут сокращаться расходы промывочной жидкости.

Таким образом, по мере размывания песчаной пробки устройство погружается до искусственного забоя, не останавливая циркуляцию. При большой мощности песчаной пробки промывка производится с наращиванием трубы. После достижения устройства на забое производится медленный подъем и спуск инструмента, не останавливая циркуляцию, для убеждения чистоты забоя. Этот процесс расхаживания повтоpяется 3-4 раза и в каждом наращивании колонны труб в процессе промывки. Затем устройство извлекается из забоя для разгрузки.

Указанные устройства можно снабжать отсекающими клапанами 9 и клапанами 4 излива (фиг. 2) для повышения экологической чистоты устья скважины для улучшения условий труда обслуживающего персонала при подъемных операциях устройств. Кроме того, все рабочие узлы (клапанные, циклонные камеры) обеспечивают безотказную работу во время промывки, даже при кратковременной остановке циркуляции. Рабочим агентом могут служить: вода, воздух, глинистый раствор, хлористый кальций, аэрированная жидкость и водные растворы ПАВ с разной концентрацией. Особенно эффективен при использовании рабочего агента вода и водный раствор ПАВ. Предлагаемое устройство позволяет также произвести промывку с одновременным вращением при крепких песчаных пробках скважин.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ШЛАМА, включающее секции шламосборника, установленные одна над другой, подводящий патрубок, установленный в секции шламосборника с возможностью расположения входного отверстия соосно и выходного отверстия - эксцентрично с продольной осью шламосборника, отсекающий клапан, установленный в выходном отверстии подводящего патрубка, и отводящий канал с входным отверстием, расположенным ниже выходного отверстия подводящего патрубка, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и качества промывки скважины, оно снабжено противосифонным клапаном и узлом интенсификации улавливания шлама, отводящий канал выполнен в виде патрубка, установленного нижним концом в верхней части одной секции шламосборника соосно с ней, пропущенного через дно вышерасположенной секции шламосборника и переходящего в подводящий патрубок для вышерасположенной секции шламосборника, при этом секции шламосборника жестко связаны с упомянутым патрубком, противосифонный клапан установлен в боковом отверстии, выполненном между секциями шламосборника в связывающем их патрубке, узел интенсификации улавливания шлама выполнен в виде насосного элемента с лопастями, циклонной камеры и разделенных перегородкой приемной и входной кольцевых камер, причем входная камера изолирована от циклонной камеры и сообщена с выходным отверстием подводящего патрубка и с приемной камерой через отверстия, выполненные в разделяющей их перегородке, а циклонная камера сообщена с приемной камерой продольно вытянутыми вертикальными тангенциальными щелями, образованными жестко закрепленными в верхней части секции шламосборника лопастями насосного элемента, и имеет выход в полость секции шламосборника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2