Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки
Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к очистке обсадных колонн буровых скважин. Устройство представляет собой спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки, выполненный с возможностью соскабливания и удаления отложений. Инструмент имеет центральную ось, протяженность в продольном направлении и содержит корпус, имеющий первую и вторую часть, выполненный с возможностью выдвижения держатель, шарнирно соединенный с первой частью корпуса первым концом, держатель выполнен с множеством долот на втором конце и с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса для приведения долот в контакт с объектом посредством узла приведения в действие держателя. Инструмент содержит выполненный с возможностью вращения вал, расположенный во второй части корпуса и соединенный с возможностью вращения с первой частью корпуса для обеспечения вращения выполненного держателя. Долота расположены вдоль траектории, проходящей от второго конца к первому концу выполненного с возможностью выдвижения держателя. Указанная траектория является криволинейной для изменения расстояния от корпуса инструмента до долота в контакте с объектом при вращении держателя. Держатель имеет протяженность поперек центральной оси инструмента по меньшей мере во втянутом положении, так что долота держателя обеспечивают возможность скобления всей площади внутреннего поперечного сечения обсадной колонны при его вращении. Повышается эффективность очистки, расширяются технологические возможности устройства. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к спускаемому на кабеле скважинному инструменту для очистки, выполненному с возможностью соскабливания и удаления объектов, например отложений, уменьшающих внутренний диаметр обсадной колонны в стволе скважины, и увеличения, тем самым, указанного внутреннего диаметра до первоначального внутреннего диаметра. Настоящее изобретение также относится к скважинной системе, содержащей вышеописанный спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки, и к способу очистки для очистки скважины.
Уровень техники
Скважина часто имеет сужения, например ниппели, ограничительные элементы или накладки, и поэтому внутренний диаметр в этом сужении определяет максимальный наружный диаметр вводимого инструмента, который вводят в скважину для выполнения операции. Для очистки нижней части скважины необходимо использование гибкой щетки, выполненной с возможностью изгиба ее чистящих держателей при прохождении сужения. Кроме того, скважины иногда имеют обсаженную часть и необсаженную часть, при этом необсаженная часть упоминается также как необсаженная скважина. Для очистки необсаженной части щетка или подобный инструмент для очистки также должны быть гибкими для прохода через узкую обсаженную часть. Однако было доказано, что использование известных чистящих щеток вызывает затруднения при чистке определенных типов отложений, которые могли бы быть удалены с большей легкостью посредством в некоторой степени гибкой щетки.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в полном или частичном устранении вышеуказанных недостатков уровня техники. В частности, задачей изобретения является создание улучшенного инструмента для очистки, который может проходить через сужения и счищать отложения в скважине.
Вышеуказанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из нижеприведенного описания, выполнены в решении согласно настоящему изобретению посредством спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки, выполненного с возможностью соскабливания и удаления объектов, например отложений, уменьшающих внутренний диаметр обсадной колонны в стволе скважины, и увеличения, тем самым, указанного внутреннего диаметра до первоначального диаметра обсадной колонны, причем обсадная колонна имеет площадь внутреннего поперечного сечения, ограниченную стенкой обсадной колонны, при этом указанный инструмент имеет центральную ось, протяженность в продольном направлении, и содержит:
- корпус инструмента, имеющий первую часть корпуса и вторую часть корпуса;
- выполненный с возможностью выдвижения держатель, шарнирно соединенный с первой частью корпуса первым концом выполненного с возможностью выдвижения держателя и имеющий множество долот на втором конце, причем указанный выполненный с возможностью выдвижения держатель выполнен с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса инструмента для приведения долот в контакт с объектом;
- узел приведения в действие держателя, предназначенный для перемещения выполненного с возможностью выдвижения держателя между втянутым положением и выдвинутым положением; и
- выполненный с возможностью вращения вал, расположенный во второй части корпуса и соединенный с возможностью вращения с первой частью корпуса для обеспечения вращения выполненного с возможностью выдвижения держателя;
при этом долота расположены вдоль траектории, проходящей от второго конца к первому концу выполненного с возможностью выдвижения держателя, причем указанная траектория является криволинейной для изменения расстояния от корпуса инструмента до долота в контакте с объектом при вращении выполненного с возможностью выдвижения держателя; и
держатель имеет протяженность поперек центральной оси инструмента по меньшей мере во втянутом положении, так что долота держателя обеспечивают возможность скобления всей площади внутреннего поперечного сечения обсадной колонны при вращении держателя.
Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки согласно настоящему изобретению может иметь множество выполненных с возможностью выдвижения держателей, при этом по меньшей мере один из держателей может иметь протяженность поперек центральной оси инструмента по меньшей мере во втянутом положении.
Кроме того, описанный выше спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки может иметь по меньшей мере два выполненных с возможностью выдвижения держателя, расположенных напротив друг друга, причем каждый из указанных держателей имеет протяженность от центральной оси инструмента радиально наружу, так что долота выполненных с возможностью выдвижения держателей, расположенных напротив друг друга, обеспечивают возможность скобления всей площади внутреннего поперечного сечения обсадной колонны при вращении держателей.
Также долота одного из двух расположенных напротив друг друга держателей могут быть расположены со смещением относительно долот других расположенных напротив друг друга держателей.
Благодаря наличию долот, расположенных со смещением, указанные долота могут покрывать большую область обсадной колонны, чем при расположении долот точно напротив друг друга. Траектории, образуемые долотами одного держателя во время вращения, могут быть расположены со смещением относительно траекторий, образуемых долотами другого держателя во время вращения. Таким образом, при вращении держателей результирующая очищаемая область увеличивается.
Дополнительно, выполненный с возможностью выдвижения держатель может быть шарнирно соединен с первой частью корпуса с возможностью вращения вокруг шарнира, причем шарнир может быть неподвижно соединен с первой частью корпуса, так что во время удаления объектов шарнир обеспечивает противодействие результирующему усилию в продольном направлении.
Благодаря наличию шарнира, неподвижно соединенного с первой частью корпуса, обеспечена возможность предотвращения выдвижения выполненного(ых) с возможностью выдвижения держателя(ов) относительно первой части корпуса.
Кроме того, долота могут быть долотами нережущего типа.
Помимо этого, долота могут быть долотами истирающего типа.
Также может быть обеспечено вращение выполненного с возможностью вращения вала вокруг центральной оси инструмента.
Траектория расположения долот может быть криволинейной.
Выполненный с возможностью выдвижения держатель может иметь серповидную форму, L-образную форму, может быть частично U-образным или может иметь подобную полукруглую форму.
Также узел приведения в действие выполненного с возможностью выдвижения держателя может содержать двигатель, по меньшей мере частично снабженный резьбой вал, приводимый во вращение двигателем, и корпус узла приведения в действие выполненного с возможностью выдвижения держателя, имеющий резьбу, взаимодействующую с резьбой вала, причем снабженный резьбой вал расположен внутри выполненного с возможностью вращения вала.
Кроме того, узел приведения в действие выполненного с возможностью выдвижения держателя может содержать корпус поршня, расположенный в первой части корпуса и содержащий камеру поршня, и поршневой элемент, расположенный в камере поршня для перемещения выполненного с возможностью выдвижения держателя между втянутым положением и выдвинутым положением, причем поршневой элемент выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении скважинного инструмента и имеет первую поверхность поршня, при этом поршневой элемент выполнен с возможностью прикладывания выдвигающего усилия к выполненному с возможностью выдвижения держателю путем прикладывания гидравлического давления к первой поверхности поршня и перемещения поршня в первом направлении.
Вышеописанный спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки может дополнительно содержать насос, приводящий в действие узел приведения в действие держателя, причем указанный насос выполнен с возможностью его приведения в действие посредством двигателя, получающего питание через кабель.
Дополнительно, камера поршня может быть разделена на первую секцию камеры и вторую секцию камеры, причем гидравлическое давление на первой поверхности поршня, перемещающее поршень в первом направлении, может быть приложено к первой секции камеры.
Кроме того, гидравлическое давление может быть приложено ко второй секции камеры, обеспечивая перемещение поршневого элемента во втором направлении, противоположном первому направлению.
Также камера может быть разделена поршнем.
Дополнительно камера может быть разделена разделительной стенкой корпуса поршня, причем через разделительную стенку проходит поршневой элемент.
Помимо этого вторая камера может иметь канал, обеспечивающий поступление скважинной текучей среды во вторую камеру, когда поршневой элемент перемещается в первом направлении.
Помимо этого поршневой элемент может иметь канавку, взаимодействующую со вторым концом выполненного с возможностью выдвижения держателя.
Дополнительно выполненный с возможностью выдвижения держатель может иметь криволинейную форму, выполненную с изгибом от второго конца к первому концу.
Выполненный с возможностью выдвижения держатель может иметь форму поперек протяженности держателя, причем форма поперечного сечения является частично круглой.
Дополнительно долота могут быть расположены в два ряда, причем ряды смещены таким образом, что одно долото в одном ряду расположено между двумя долотами в другом ряду.
Также ряды могут проходить от второго конца к первому концу.
Дополнительно два ряда долот могут быть расположены на расстоянии друг от друга вдоль частично круглой формы поперечного сечения.
В узле приведения в действие может быть расположен пружинный элемент, обеспечивающий приложение упругого усилия для перемещения выполненного с возможностью выдвижения держателя из выдвинутого положения во втянутое положение.
Кроме того, снабженный резьбой вал может иметь канавку, взаимодействующую со вторым концом выполненного с возможностью выдвижения держателя.
Дополнительно, пружинный элемент может быть расположен в первой части корпуса с приложением упругого усилия для перемещения поршневого элемента во втором направлении, противоположном первому направлению.
Более того, пружинный элемент может быть расположен во второй секции камеры.
Также по меньшей мере частично снабженный резьбой вал может иметь канавку, взаимодействующую со вторым концом выполненного с возможностью выдвижения держателя.
Кроме того, узел приведения в действие держателя может содержать срезаемый штифт, срезаемый в случае, если выполненная с возможностью выдвижения часть застревает в скважине.
Вышеописанный спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки может дополнительно содержать приводной модуль для продвижения инструмента вперед в скважине.
Настоящее изобретение также относится к скважинной системе, содержащей вышеописанный спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки и обсадную колонну, имеющую сужение.
Наконец, настоящее изобретение относится к способу очистки для очистки скважины, имеющей сужение, содержащему следующие этапы:
- погружение вышеописанного спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки для выполнения операции очистки;
- прохождение сужения, при этом выполненные с возможностью выдвижения держатели находятся во втянутом положении; и
- перемещение выполненных с возможностью выдвижения держателей из втянутого положения в выдвинутое положение напротив подлежащей очистке части скважины.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых для иллюстрации показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения и на которых:
на фиг. 1 показан спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки, только что прошедший сужение;
на фиг. 2 показан вид в аксонометрии части спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки, имеющего долота, расположенные на выполненных с возможностью выдвижения держателях;
на фиг. 3 показан частичный вид в поперечном сечении спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки, показанного на фиг. 2, в выдвинутом положении;
на фиг. 4 показан частичный вид в поперечном сечении спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки, показанного на фиг. 2, во втянутом положении;
на фиг. 5 показан вид в аксонометрии части другого спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки, имеющего долота, расположенные на выполненных с возможностью выдвижения держателях;
на фиг. 6 показан частичный вид в поперечном сечении спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки, показанного на фиг. 5, в выдвинутом положении;
на фиг. 7 показан частичный вид в поперечном сечении спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки, показанного на фиг. 2, во втянутом положении;
на фиг. 8 показан частичный вид в поперечном сечении еще одного спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки в выдвинутом положении;
на фиг. 9 показан спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки, показанный на фиг. 8, расположенный в скважине;
на фиг. 10 показан еще один спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки, имеющий приводной модуль для продвижения инструмента вперед в скважине;
на фиг. 11 показан частичный вид в поперечном сечении части спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки;
на фиг. 12 показан частичный вид в поперечном сечении части другого спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки;
на фиг. 13 показан частичный вид в поперечном сечении части еще одного спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки; и
на фиг. 14 показана площадь внутреннего поперечного сечения обсадной колонны.
Все чертежи являются очень схематичными и выполнены не обязательно в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, а другие части не показаны или показаны без объяснения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан спускаемый на кабеле скважинный инструмент 1 для очистки, выполненный с возможностью соскабливания и удаления объектов, например отложений 57, уменьшающих внутренний диаметр обсадной колонны 2 в стволе 3 скважины, и увеличения, тем самым, указанного внутреннего диаметра Di до ее начального внутреннего диаметра Dii, причем таким образом удаляют отложения, поскольку они уменьшают поток нефти или газа из пласта. Обсадная колонна имеет сужение 41, уменьшающее внутренний диаметр обсадной колонны, причем отложения, которые необходимо удалить, расположены ниже по ходу обсадной колонны, так что инструмент, прежде чем он достигнет отложений, должен пройти сужение. Инструмент содержит корпус 4 инструмента, имеющий первую часть 5 корпуса и вторую часть 6 корпуса, и по меньшей мере один выполненный с возможностью выдвижения держатель 7, шарнирно соединенный с первой частью корпуса на первом конце 8 держателя. Выполненный с возможностью выдвижения держатель 7 имеет множество долот 9, расположенных вдоль траектории на втором конце 10 к первому концу 8. Выполненный с возможностью выдвижения держатель может перемещаться между втянутым положением (показанным на фиг. 4) и выдвинутым положением (показанным на фиг. 3) относительно корпуса инструмента для приведения долот в контакт с отложениями с целью соскабливания отложений. Инструмент содержит двигатель 15, получающий питание через кабель 42, причем инструмент показан в выдвинутом положении на фиг. 1 и на частичном виде на фиг. 2, когда инструмент готов к удалению отложений и чистке обсадной колонны изнутри при вращении держателя.
Долота расположены вдоль части держателя по траектории, проходящей поперек центральной оси 53 инструмента по меньшей мере во втянутом положении, так что долота держателя расположены с обеспечением возможности скобления всей площади Ас внутреннего поперечного сечения обсадной колонны (показанной на фиг. 14), даже когда начальный диаметр практически равен нулю, как показано на фиг. 10.
Благодаря наличию инструмента для очистки с выполненным с возможностью выдвижения держателем, инструмент обеспечивает возможность прохождения сужения при нахождении выполненного с возможностью выдвижения держателя в его втянутом положении, последующего выдвигания держателя в выдвинутое положение, соответствующее внутреннему диаметру обсадной колонны, и удаления отложений с внутренней поверхности обсадной колонны. Кроме того, инструмент обеспечивает возможность очистки части необсаженного ствола скважины (показанной ниже на фиг. 1) путем прохождения обсаженной части, имеющей меньший внутренний диаметр, чем необсаженная часть ствола скважины. После того как инструмент прошел через обсаженную часть скважины, держатели выдвигают для обеспечения соответствия внутреннему диаметру необсаженной части ствола скважины, и может быть начата операция очистки. Кроме того, поскольку долота расположены вдоль траектории, проходящей поперек центральной оси 53 инструмента, инструмент для очистки обеспечивает очистку обсадной колонны даже в том случае, когда обсадная колонна полностью или почти полностью заблокирована отложениями.
Двигатель 15 спускаемого на кабеле скважинного инструмента 1 для очистки приводит во вращение выполненный с возможностью вращения вал 12, показанный на фиг. 3, причем вал расположен во второй части 6 корпуса и соединен с возможностью вращения с первой частью 5 корпуса, чтобы обеспечивать возможность вращения выполненного с возможностью выдвижения держателя 7. Таким образом, долота 9 вращаются и обеспечивают полное удаление отложений по окружности обсадной колонны. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент 1 для очистки дополнительно содержит узел 11 приведения в действие держателя для перемещения выполненного с возможностью выдвижения держателя между втянутым положением и выдвинутым положением. Долота расположены вдоль траектории 14, проходящей от второго конца 10 к первому концу 8 выполненного с возможностью выдвижения держателя 7. Данная траектория является криволинейной для изменения расстояния d от корпуса инструмента до долота в контакте с объектом при вращении держателя. Как показано на фиг. 3, выполненный с возможностью выдвижения держатель выдвинут в такой степени, что обеспечено расстояние, равное приблизительно 0 вследствие того, что долота входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны. Как показано на фиг. 4, выполненные с возможностью выдвижения держатели находятся во втянутом положении, что приводит к расстоянию больше чем 0 и имеющему максимальное значение.
Как показано на фиг. 1 и 2, спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки имеет множество выполненных с возможностью выдвижения держателей, и по меньшей мере один из держателей имеет протяженность поперек центральной оси инструмента по меньшей мере во втянутом положении, как показано на фиг. 4 и 5, или в выдвинутом положении, показанном на фиг. 1 и 2. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки показан имеющим два выполненных с возможностью выдвижения держателя, расположенных напротив друг друга и имеющих протяженность поперек центральной оси инструмента. Каждый из двух выполненных с возможностью выдвижения держателей, расположенных напротив друг друга, имеет протяженность от центральной оси инструмента радиально наружу, если смотреть спереди инструмента, так что долота выполненных с возможностью выдвижения держателей, расположенных напротив друг друга, расположены с возможностью скобления всей площади внутреннего поперечного сечения обсадной колонны при вращении держателей.
Как показано на фиг. 2, долота одного из двух расположенных напротив друг друга держателей расположены со смещением относительно долот другого из двух расположенных напротив друг друга держателей. Это показано пунктирными линиями 59. Благодаря тому, что долота одного держателя расположены со смещением относительно долот другого держателя, долота обеспечивают возможность скобления большей площади обсадной колонны, чем если бы долота были бы расположены точно напротив друг друга. Таким образом, траектории, описываемые долотами одного держателя при вращении, расположены со смещением относительно траекторий, описываемых долотами другого держателя при вращении. Таким образом, при вращении держателей результирующая площадь, на которой выполняется скобление, увеличивается.
Спускаемый на кабеле скважинный инструмент 1 для очистки скоблит обсадную колонну изнутри и, таким образом, удаляет объекты, например отложения, не врезаясь в обсадную колонну. Таким образом, долота являются долотами нережущего или истирающего типа.
Узел приведения в действие держателя обеспечивает регулирование положения выполненного с возможностью выдвижения держателя. Таким образом, держатель может быть втянут, чтобы пройти сужение, и впоследствии снова выдвинут, причем такое регулирование может быть выполнено с поверхности активированием узла приведения в действие держателя с поверхности путем отправки управляющих сигналов в модуль 51 управления (показанный на фиг. 9 и 10) через кабель. Благодаря расположению долот вдоль криволинейной траектории некоторые из долот всегда будут находиться в контакте с объектом, который необходимо счистить, независимо от положения выполненного с возможностью выдвижения держателя. Часто при работе в скважине внутренний диаметр может изменяться более, чем ожидается, и отложения могут блокировать почти всю обсадную колонну, и/или сужение, например ограничительный элемент, может быть расположено в неожиданном месте вдоль обсадной колонны. Поэтому благодаря возможности регулирования положения держателя, инструмент не нужно извлекать из скважины, если возникают неожиданные сужения скважины, так как можно лишь втянуть держатели, и тогда инструмент сможет пройти сужение или удалить отложения. Поэтому благодаря наличию такого регулируемого инструмента для очистки, инструмент обеспечивает очистку внутренней поверхности обсадной колонны даже при том, что далее выше в скважине расположены сужения, и даже при том, что отложения почти полностью блокируют обсадную колонну.
Узел приведения в действие держателя, показанный на фиг. 3 и 4, содержит частично снабженный резьбой вал 16, имеющий резьбу 43 и приводимый во вращение посредством двигателя. Узел приведения в действие держателя содержит корпус 17 узла приведения в действие держателя, имеющий внутреннюю резьбу 18, взаимодействующую с резьбой 43 вала. Снабженный резьбой вал расположен внутри выполненного с возможностью вращения вала 12, и при вращении снабженного резьбой вала в первом направлении снабженный резьбой вал перемещается относительно корпуса 17 узла держателей в направлении от второй части 6 корпуса, приводя к выдвижению выполненных с возможностью выдвижения держателей 7, как показано на фиг. 3. При вращении снабженного резьбой вала 16 во втором направлении, противоположном первому направлению, выполненные с возможностью выдвижения держатели втягиваются, как показано на фиг. 4.
Частично снабженный резьбой вал 16 имеет первую концевую часть 30, выступающую из корпуса 17 рычажного узла, и вторую концевую часть 44, которая посредством резьбы соединена с корпусом 17 узла приведения в действие держателя. Первая концевая часть 30 и вторая концевая часть частично снабженного резьбой вала соединены посредством срезаемых штифтов 45. Частично снабженный резьбой вал взаимодействует с выполненным с возможностью выдвижения держателем благодаря наличию кольцевой канавки 31, в которую входит первый конец 8 выполненного с возможностью выдвижения держателя. Первый конец 8 выполненного с возможностью выдвижения держателя закруглен, чтобы обеспечивалась возможность его поворота в указанной канавке. Выполненный с возможностью выдвижения держатель шарнирно соединен с первым корпусом 5 с возможностью поворота вокруг шарнира 33. При выдвижении выполненного с возможностью выдвижения держателя 7 в полости корпуса 17 между фланцем 46 корпуса 17 и второй концевой частью 44 снабженного резьбой вала 16 расположена пружина. Полость часто заполняют консистентной смазкой для предотвращения поступления скважинной текучей среды в инструмент. При застревании инструмента в скважине срезаемый штифт 45 разрушается, когда вторая концевая часть 44 смещается в направлении к первой концевой части 30 снабженного резьбой вала. Затем пружина вызывает перемещение первой концевой части 30 в направлении ко второй части 6 корпуса, в связи с чем держатели втягиваются, и, таким образом, пружина обеспечивает безопасное функционирование.
Как показано на фиг. 2-4, выполненный с возможностью выдвижения держатель 7 является частично U-образным, причем держатель является по существу L-образным, имеющим закругленную протяженность. Одна часть "U-профиля" срезана, а другая шарнирно соединена с первой частью 5 корпуса посредством шарнира 33. Как показано на фиг. 5-7, выполненные с возможностью выдвижения держатели являются l-образными, имеющими закругленную траекторию 14, вдоль которой расположены долота 9. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент 1 для очистки может иметь сочетание l-образных держателей, показанных на фиг. 5-8, и частично U-образных держателей, показанных на фиг. 2-4, для обеспечения наличия пространства для всех четырех держателей, когда эти держатели находятся во втянутом положении.
Выполненный с возможностью выдвижения держатель шарнирно соединен с первой частью корпуса с возможностью поворота вокруг шарнира 33, неподвижно соединенного с первой частью корпуса, так что при удалении объектов шарнир обеспечивает противодействие результирующему усилию в продольном направлении. Благодаря наличию шарнира, неподвижно соединенного с первой частью корпуса, предотвращается выдвижение выполненного(ых) с возможностью выдвижения держателя(ов) относительно первой части корпуса, когда долота соскребают отложения, в связи с чем результирующее усилие в продольном направлении от долот, воздействующих на отложения и обсадную колонну, не отжимает держатель назад.
Как показано на фиг. 8, узел приведения в действие держателя содержит корпус 19 поршня, расположенный в первой части корпуса и содержащий камеру 20 поршня, и поршневой элемент 21, расположенный внутри камеры поршня, для перемещения выполненного с возможностью выдвижения держателя между втянутым положением и выдвинутым положением, причем поршневой элемент выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении спускаемого на кабеле скважинного инструмента 1 для очистки и имеет первую поверхность 36 поршня, при этом поршневой элемент обеспечивает возможность прикладывания выдвигающего усилия к выполненному с возможностью выдвижения держателю путем прикладывания гидравлического давления к первой поверхности поршня и перемещения поршня в первом направлении.
Как показано на фиг. 8, узел 11 приведения в действие держателя содержит корпус 19 поршня, расположенный в первой части 5 корпуса и содержащий камеру 20 поршня. Внутри камеры поршня расположен поршневой элемент 21, взаимодействующий с выполненным с возможностью выдвижения держателем 7, тем самым обеспечивая перемещение выполненного с возможностью выдвижения держателя 7 между втянутым положением и выдвинутым положением. Поршневой элемент 21 выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении спускаемого на кабеле скважинного инструмента 1 для очистки и имеет первую поверхность 36 поршня и вторую поверхность 37 поршня. Гидравлическую текучую среду от насоса закачивают в первую секцию 25 камеры 20 через первый канал 38 для текучей среды путем прикладывания гидравлического давления к первой поверхности 36 поршня, при этом поршень перемещается в первом направлении с приложением выдвигающего усилия к выполненному с возможностью выдвижения держателю 7.
Когда выполненный с возможностью выдвижения держатель выдвинут и прижат к внутренней поверхности обсадной колонны или буровой трубы и одновременно приводится во вращение посредством двигателя через поворотный вал, долота 9 обеспечивают удаление отложений с обсадной колонны.
Как показано на фиг. 8, выполненный с возможностью вращения вал 12 подводит текучую среду к первой секции 25 камеры 20. Текучую среду от насоса подают к валу 12 через кольцевую канавку 27, соединенную с возможностью передачи текучей среды со вторым каналом 28 для текучей среды во второй части 6 корпуса. Таким образом, текучую среду из второго канала 28 для текучей среды распределяют в кольцевой канавке 27, так что при вращении в первый канал 38 для текучей среды в выполненном с возможностью вращения валу 12 всегда подается от насоса текучая среда под давлением. Кольцевая канавка 27 уплотнена посредством кольцевых уплотнений 29, например уплотнительных колец, с обеих сторон кольцевой канавки 27.
Поршневой элемент перемещается в продольном направлении инструмента 1 внутри поршневой камеры и делит камеру 20 на первую секцию 25 камеры и вторую секцию 26 камеры. Когда поршневой элемент перемещается в первом направлении, пружинный элемент 40, примыкающий ко второй поверхности 37 поршня, расположенной напротив первой поверхности 36 поршня, сжимается. Поскольку поршневой элемент сжимается, сжимается и вторая секция 26 камеры, и текучая среда из нее вытекает через четвертый канал 44а. Таким образом, пружинный элемент, представляющий собой цилиндрическую пружину, окружающую часть поршневого элемента, расположенную во второй секции 26 камеры, сжимается между второй поверхностью 37 поршня и камерой 20 поршня. Поршневой элемент имеет первый конец 30, выступающий из корпуса 19 поршня и взаимодействующий с выполненным с возможностью выдвижения держателем благодаря наличию кольцевой канавки 31, в которую входит первый конец 8 выполненного с возможностью выдвижения держателя. Второй конец выполненного с возможностью выдвижения держателя закруглен для обеспечения возможности поворота в указанной канавке. Выполненный с возможностью выдвижения держатель шарнирно соединен с первым корпусом с возможностью поворота вокруг шарнира 33. Поршневой элемент своим другим, вторым, концом 34 проходит в вал 12. Когда поршневой элемент перемещается в первом направлении, между вторым концом 34 поршневого элемента и валом образуется пространство 55. Это пространство 55 соединено с возможностью передачи текучей среды с текучей средой в скважине через третий канал 35, показанный пунктирной линией. Таким образом, поршню не нужно преодолевать давление, окружающее инструмент в скважине. Второй конец 34 поршневого элемента снабжен двумя кольцевыми уплотнениями 29 для уплотнения поршневой камеры от грязной скважинной текучей среды.
Как показано на фиг. 9, спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки дополнительно содержит насос 23, приводящий в действие узел приведения в действие держателя и приводимый в действие посредством двигателя, получающего питание через кабель. Когда операция очистки завершена, гидравлическое давление от насоса больше не подают к первому каналу, и пружинный элемент 40 вынуждает поршневой элемент 21 перемещаться во втором направлении, противоположном первому направлению, вдоль продольного направления 37 инструмента, показанного на фиг. 8.
Как показано на фиг. 3, 6 и 8, держатель имеет криволинейную форму, выполненную с изгибом от второго конца 10 к первому концу 8. Как показано на фиг. 2, держатель имеет форму поперек протяженности держателя, причем эта форма является частично круглой, как обозначено номером позиции 24. Долота расположены в два ряда, причем два ряда долот расположены на расстоянии друг от друга вдоль частично круглой формы 24. Кроме того, ряды смещены так, что одно долото в одном ряду расположено между двумя долотами в другом ряду, так что долота во втором ряду удаляют то, что не было удалено долотами в первом ряду.
Как показано на фиг. 11, узел 11 приведения в действие держателя содержит поршневой элемент 21, имеющий канавку, с которой взаимодействует первый конец выполненного с возможностью выдвижения держателя 7, так что, когда гидравлическая текучая среда из насоса вынуждает поршневой элемент перемещаться от второй части корпуса, держатель выдвигается, и поршневой элемент 40 сжимается. Первая часть 5 корпуса вращается относительно второй части корпуса, и, таким образом, долота на держателе скребут вдоль внутренней поверхности обсадной колонны, очищая и увеличивая внутренний диаметр обсадной колонны.
Как показано на фиг. 12, узел 11 приведения в действие держателя содержит поршневой элемент 21, вынуждающий держатели выступать радиально наружу посредством гидравлики. Поршневой элемент имеет наклонную поверхность 48 и, таким образом, образует коническую форму, которая, когда поршневой элемент перемещается, вынуждает держатели выступать наружу к внутренней поверхности обсадной колонны, поскольку вторые концы держателей набегают на наклонную поверхность поршневого элемента. Первые концы держателей поворачиваются таким же образом, как на фиг. 11, в канавке поршневого элемента.
Узел приведения в действие держателя, показанный на фиг. 13, содержит червячный вал 58, причем имеющаяся на нем кольцевая канавка 54 взаимодействует с выступающей частью в форме зуба 56, расположенной в первой части 5 корпуса. Когда червячный вал вращается, держатель 7 выдвигается вследствие того, что первый конец держателя взаимодействует с канавкой вала и поворачивается вокруг шарнира 33.
Таким образом, как показано на фиг. 1, 9 и 10, спускаемый на кабеле скважинный инструмент 1 для очистки является частью скважинной системы 100, имеющей обсадную колонну 2 с сужением 41 и некоторыми объектами, например отложениями, которые необходимо удалить для очистки обсадной колонны и обеспечения большего потока углеводородосодержащей текучей среды.
Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, например сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой соответственно.
Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.
В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован приводной модуль 52, например скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выполненные с возможностью выдвижения держатели с колесами, причем колеса входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны для продвижения трактора и инструмента вперед в обсадной трубе. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor®.
Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в области техники очевидно, что возможны несколько модификаций данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.
1. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент (1) для очистки, выполненный с возможностью соскабливания и удаления объектов, например отложений, уменьшающих внутренний диаметр обсадной колонны (2) в стволе (3) скважины, и увеличения, тем самым, указанного внутреннего диаметра до первоначального диаметра обсадной колонны, причем обсадная колонна имеет площадь (Ас) внутреннего поперечного сечения, ограниченную стенкой обсадной колонны, при этом указанный инструмент имеет центральную ось инструмента, протяженность в продольном направлении и содержит:
- корпус (4) инструмента, имеющий первую часть (5) корпуса и вторую часть (6) корпуса;
- выполненный с возможностью выдвижения держатель (7), шарнирно соединенный с первой частью корпуса первым концом (8) выполненного с возможностью выдвижения держателя, причем выполненный с возможностью выдвижения держатель имеет множество долот (9) на втором конце (10), причем указанный выполненный с возможностью выдвижения держатель выполнен с возможностью перемещения между втянутым положением и выдвинутым положением относительно корпуса инструмента для приведения долот в контакт с объектом;
- узел (11) приведения в действие держателя, предназначенный для перемещения выполненного с возможностью выдвижения держателя между втянутым положением и выдвинутым положением; и
- выполненный с возможностью вращения вал (12), расположенный во второй части корпуса и соединенный с возможностью вращения с первой частью корпуса для обеспечения вращения выполненного с возможностью выдвижения держателя;
при этом долота расположены вдоль траектории (14), проходящей от второго конца к первому концу выполненного с возможностью выдвижения держателя, причем указанная траектория является криволинейной для изменения расстояния (d) от корпуса инструмента до долота в контакте с объектом при вращении выполненного с возможностью выдвижения держателя; и
держатель имеет протяженность поперек центральной оси инструмента по меньшей мере во втянутом положении, так что долота держателя обеспечивают возможность скобления всей площади внутреннего поперечного сечения обсадной колонны при вращении держателя.
2. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по п. 1, причем спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки имеет множество выполненных с возможностью выдвижения держателей, при этом по меньшей мере один из держателей имеет протяженность поперек центральной оси инструмента по меньшей мере во втянутом положении.
3. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по п. 1 или 2, причем спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки имеет по меньшей мере два выполненных с возможностью выдвижения держателя, расположенных напротив друг друга, при этом каждый из указанных держателей имеет протяженность от центральной оси инструмента радиально наружу, так что долота выполненных с возможностью выдвижения держателей, расположенных напротив друг друга, обеспечивают возможность скобления всей площади внутреннего поперечного сечения обсадной колонны при вращении держателей.
4. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по п. 3, в котором долота одного из двух держателей, расположенных напротив друг друга, расположены со смещением относительно долот других держателей, расположенных напротив друг друга.
5. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2 или 4, в котором выполненный с возможностью выдвижения держатель шарнирно соединен с первой частью корпуса с возможностью поворота вокруг шарнира (33), причем указанный шарнир неподвижно соединен с первой частью корпуса, так что во время удаления объектов шарнир обеспечивает противодействие результирующему усилию в продольном направлении.
6. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2 или 4, в котором долота являются долотами нережущего типа.
7. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2 или 4, в котором долота являются долотами истирающего типа.
8. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2 или 4, в котором обеспечено вращение выполненного с возможностью вращения вала вокруг центральной оси инструмента.
9. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2 или 4, в котором траектория (14) расположения долот является криволинейной.
10. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2 или 4, в котором узел приведения в действие выполненного с возможностью выдвижения держателя содержит:
- двигатель (15);
- по меньшей мере частично снабженный резьбой вал (16), приводимый во вращение указанным двигателем; и
- корпус (17) узла приведения в действие выполненного с возможностью выдвижения держателя, имеющий резьбу (18), взаимодействующую с резьбой вала;
причем снабженный резьбой вал (16) расположен внутри выполненного с возможностью вращения вала (12).
11. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2 или 4, в котором узел приведения в действие выполненного с возможностью выдвижения держателя содержит:
- корпус (19) поршня, расположенный в первой части корпуса и содержащий камеру (20) поршня; и
- поршневой элемент (21), расположенный внутри камеры поршня для перемещения выполненного с возможностью выдвижения держателя между втянутым положением и выдвинутым положением, причем поршневой элемент выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении скважинного инструмента и имеет первую поверхность (36) поршня, при этом поршневой элемент выполнен с возможностью прикладывания выдвигающего усилия к выполненному с возможностью выдвижения держателю путем прикладывания гидравлического давления к первой поверхности поршня и перемещения поршня в первом направлении.
12. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по п. 11, дополнительно содержащий насос, приводящий в действие узел приведения в действие держателя, причем указанный насос выполнен с возможностью его приведения в действие посредством двигателя, получающего питание через кабель.
13. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по п. 11, в котором камера поршня разделена на первую секцию (25) камеры и вторую секцию (26) камеры, причем гидравлическое давление на первой поверхности поршня, обеспечивающее перемещение поршня в первом направлении, приложено к первой секции камеры.
14. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2, 4, 12 или 13, в котором выполненный с возможностью выдвижения держатель имеет криволинейную форму, выполненную с изгибом от второго конца к первому концу.
15. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2, 4, 12 или 13, в котором выполненный с возможностью выдвижения держатель имеет форму поперек протяженности держателя, причем указанная форма является частично круглой.
16. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2, 4, 12 или 13, в котором долота расположены в два ряда, причем ряды смещены таким образом, что одно долото в одном ряду расположено между двумя долотами в другом ряду.
17. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2, 4, 12 или 13, в котором в узле приведения в действие расположен пружинный элемент (40), обеспечивающий приложение упругого усилия для перемещения выполненного с возможностью выдвижения держателя из выдвинутого положения во втянутое положение.
18. Спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1, 2, 4, 12 или 13, дополнительно содержащий приводной модуль для продвижения инструмента вперед в скважине.
19. Скважинная система, содержащая спускаемый на кабеле скважинный инструмент для очистки по любому из пп. 1-18 и обсадную колонну, имеющую сужение.
20. Способ очистки для очистки скважины, имеющей сужение, содержащий следующие этапы:
- погружение спускаемого на кабеле скважинного инструмента для очистки по любому из пп. 1-18 для выполнения операции очистки;
- прохождение сужения, при этом выполненный с возможностью выдвижения держатель находится во втянутом положении; и
- перемещение выполненного с возможностью выдвижения держателя из втянутого положения в выдвинутое положение напротив подлежащей очистке части скважины.
