Аннотация
Каракозов А. А., Антецкая А.М. Гидравлический ударный механизм для ликвидации сложных прихватов в скважинах
В данной статье описано устройство и принцип действия гидравлического ударного механизма для ликвидации сложных прихватов
Один из самых распространенных, многообразных, сложных и трудоемких типов аварий в разведочном бурении – прихваты. На их долю приходится до 60-80% аварийного времени. [1]
Весьма тяжелыми являются прихваты под действием перепада давления, которые обусловлены разницей гидростатического и пластового давления, в результате чего часть бурильной колонны определенной длины прижимается к стенке скважины. Обычно такие прихваты происходят при наличии в разрезе скважины проницаемых отложений и использовании в качестве промывочной жидкости глинистого раствора.
Чаще всего такие прихваты возникают при длительном нахождении в скважине колонны труб в неподвижном состоянии. Поверхность труб, соприкасаясь с постоянно уплотняющейся фильтрационной коркой, принимает на себя действие перепада давления. [2,3]
Для ликвидации таких прихватов наиболее действенным может быть снижение гидростатического давления в зоне прихвата в сочетании с действием осевой нагрузки или крутящего момента. При работе существующих ударных механизмов создаются лишь мощные единичные удары или вибрация, поэтому они мало пригодны для ликвидации таких прихватов. Это означает, что разработка и внедрение эффективных методов и технических средств предупреждения и ликвидации прихватов является одной из актуальных проблем бурения геологоразведочных и технических скважин.
В работе предложена принципиально новая схема гидравлического ударного механизма для ликвидации сложных прихватов в скважине, обусловленных разницей гидростатического и пластового давления.
Устройство состоит из гидроударника двойного действия с насосным блоком и пакера с раздуваемой камерой, выполненного ограниченно подвижным относительно гидроударника. Схема устройства представлена на рис. 1а.
Гидроударник состоит из верхнего переходника 1, корпуса 2, внутри которого установлена клапанная коробка 3 с цилиндром 4, в котором размещен поршень 5, соединённый с бойком 6. Боёк 6 установлен между верхней 7 и нижней 8 наковальнями, соединёнными с корпусом 2. В состав насосного блока входит шток 9, соединённый с бойком 6, а также всасывающий и нагнетательный насосные клапана 10 и 11. В нижней части наковальни 8 имеется переходник 12 для соединения с аварийным инструментом. Клапанная группа гидроударника состоит из впускного 13 и выпускного 14 клапанов, соединённых толкателем 15.
В верхней части гидроударника, для соединения с бурильными трубами, установлен полый шток 16 с отверстием 17, а сам гидроударник снабжён кожухом 18.
Пакер состоит из раздуваемой камеры 19 и корпуса 20, установленного подвижно относительно штока 16. Полость раздуваемой камеры 19 связана с полостью штока отверстием 17 и каналом 21, а полость кожуха 18 гидроударника соединена со скважиной выше пакера каналами 22 и 23. Корпус 20 снабжён патрубком 24, установленным в кожухе 18, в нижней части которого выполнен ограничитель 25. В исходном положении патрубок 24 зафиксирован относительно кожуха 18 срезным штифтом 26.
Расположение механизма в скважине и схема его работы показаны на рис. 1б и 1в. Направление движения жидкости в устройстве при его работе указано стрелками.
Устройство присоединяется к прихваченному снаряду. Рабочая жидкость подаётся к гидроударнику по колонне бурильных труб. Срабатывает пакер и отделяет зону прихвата от остальной скважины. В системе возрастает давление, гидроударник запускается в работу и наносит удары, передающиеся на прихваченный снаряд.
Рисунок 1 - Гидравлический ударный механизм для ликвидации сложных прихватов
Работа гидроударника, который является генератором ударных импульсов, сводится к следующему. В исходном положении боёк 6 под действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении. Впускной клапан 13 закрыт, а выпускной 14 открыт. Промывочная жидкость, подаваемая от бурового насоса по шлангу к переходнику 1, поступает под поршень 5, вызывая силой своего давления подъем поршня-бойка.
Жидкость, находящаяся над поршнем 5, вытесняется через осевые каналы клапанной коробки в полость кожуха гидроударника. В период хода бойка вверх клапанная группа остается в исходном положении за счет давления жидкости на впускной клапан 13. По мере подъема поршня-бойка пружина, упираясь в хвостовик выпускного клапана 14, сжимается.
Поршень встречается с выпускным клапаном 14 и наносит по нему удар. За счет энергии удара и силы сжатой пружины выпускной клапан 14 закрывает осевые каналы клапанной коробки 3, а впускной клапан 13, перемещаясь вверх, откроет центральный канал клапанной коробки, обеспечивая доступ жидкости и в верхнюю полость цилиндра 4.
Так как площадь поршня со стороны верхней полости цилиндра больше, чем его площадь со стороны нижней полости, боёк 6 устремится вниз. При этом клапанная группа сохранит свое верхнее положение за счет давления воды на выпускной клапан 14. В момент, когда поршень захватит хвостовик клапана 14, произойдет перестановка клапанов в исходное положение. Далее цикл работы гидроударника повторится.
В периоды перестановки клапанов боёк, за счет накопленной энергии, продолжает движение вверх или вниз до соударения с наковальнями 7 и 8.
При ходе бойка 6 вверх происходит всасывание жидкости из скважины через всасывающий клапан насосного блока 10 в пространство под штоком, а при ходе штока вниз жидкость будет выбрасываться через нагнетательный клапан 11 в зону над пакером.
Данная конструкция позволяет перемещаться гидроударнику на бурильных трубах, относительно пакера, что обеспечивает возможность перемещения прихваченного снаряда в случае ликвидации прихвата.
Рисунок 2 - Интерфейс программы расчёта параметров гидроударников для ликвидации прихватов в скважинах
Для данного механизма была разработана программа, позволяющая определить энергетические параметры гидроударника. Интерфейс программы расчёта параметров гидроударника представлен на рис. 2.
После проведения расчётов, были приняты рациональные параметры гидроударника: ход бойка – 25 мм; рабочий ход – 22 мм; свободный ход – 3 мм
Разработанный механизм, обеспечивающий в процессе работы снижение давления в зоне прихвата, имеет преимущества:
- При работе обеспечивается нанесение ударов вниз и вверх;
- Обеспечивается постоянное снижение давления в зоне прихвата.
Предполагается, что внедрение предложенного устройства позволит обеспечить более высокую результативность в ликвидации прихватов, а также сократит время на их ликвидацию.
Библиографический список
- Коломоец А.В. Предупреждение и ликвидация прихватов в разведочном бурении. – М.: Недра, 1985. – 220 с.
- Самотой А.К. Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважин. – М.: Недра, 1979. – 182 с.
- Самотой А.К. Прихваты колонн при бурении скважин. – М.: Недра, 1984. – 205с.