EA012892B1 - Устройство и способ для удаления железосодержащих материалов из ствола скважины - Google Patents

Abstract

Предлагаемое чистящее устройство, предназначенное для использования при удалении железосодержащих материалов из ствола скважины, содержит основной корпус и по меньшей мере один магнит, установленный для избирательного движения относительно основного корпуса между активированным и деактивированным положением и расположенный в деактивированном положении радиально внутри относительно основного корпуса устройства и в активированном положении радиально снаружи относительно основного корпуса устройства. Узел, предназначенный для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины, содержит множество соединенных между собой указанных чистящих устройств. Буровая или фрезерная колонна содержит буровой или фрезерный инструмент и указанное чистящее устройство. Способ удаления железосодержащего материала из ствола скважины включает в себя следующие операции: опускание чистящего устройства в ствол очищаемой скважины с магнитом чистящего устройства, находящимся в деактивированном положении, перемещение магнита из деактивированного положения в активированное положение посредством его перемещения радиально наружу относительно основного корпуса чистящего устройства и перемещение чистящего устройства относительно ствола скважины для сбора железосодержащего материала, находящегося в стволе скважины.

Description

Настоящее изобретение относится к чистящему устройству, предназначенному для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины, и чистящему узлу, содержащему множество таких устройств для очистки ствола скважины, а также к способу удаления железосодержащих материалов из ствола скважины. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к чистящему устройству, содержащему по меньшей мере один магнит, предназначенный для удаления железосодержащего материала из ствола скважины.

При изыскательских работах, а также промышленной добыче нефти и газа ствол скважины или скважину на нефть или газ обычно пробуривают от поверхности до первой глубины и облицовывают стальной обсадной трубой, которую закрепляют на месте цементом. Затем ствол скважины продолжают и в ствол скважины помещают еще один отрезок трубы, известной как хвостовик, проходящий от обсадной колонны до продуктивного пласта, и также закрепляется на месте цементом. После этого скважину завершают путем размещения внутри обсадной трубы/хвостовика эксплуатационной колонны труб, через которую текучая среда поступает на поверхность.

Однако до завершения скважины необходимо очистить облицованный ствол скважины и заменить текучие среды, присутствующие в стволе скважины, буровым раствором для закачивания скважины, таким как рассол. Процесс очистки служит для удаления твердых частиц, приставших к стенке обсадной трубы или хвостовика, для откачивания остаточного бурового раствора и других текучих сред из ствола скважины и для отфильтровывания твердых частиц, присутствующих в скважинной текучей среде. Значительное количество обломков породы в стволе скважины и на поверхности обсадной трубы/хвостовика содержат частицы ржавчины и металлическую стружку или отходы, происходящие от оборудования, использованного в скважине и в самой обсадной трубе или хвостовике.

Известны различные виды чистящих устройств, одно из которых, в общем, упоминается как скребок для чистки обсадных труб. Устройства такого типа обычно содержат скребковые ножи, предназначенные для очистки внутренней поверхности обсадной трубы/хвостовика, для удаления относительно крупных частиц или обломков породы с поверхности труб. Хотя признано, что желательно использовать такие чистящие устройства для очистки обсадной трубы/хвостовика, однако при извлечении скребка для очистки обсадных труб из скважины, скребковые ножи могут сбросить дополнительные обломки в скважинную текучую среду, аннулируя результат выполненных ранее операций очистки. Аналогичные трудности возникают при использовании чистящих устройств других типов, включая те, которые содержат щетки или другие абразивные поверхности, циркулирующие приспособления и тому подобное.

Для устранения недостатков, связанных с использованием таких устройств, было разработано магнитное устройство для очистки скважин, такое как описанное в выданном заявителю патенте Великобритании № 2350632, которое содержит несколько магнитов. В процессе применения черный металл и обломки, присутствующие в стволе скважины, притягиваются к магнитам и выносятся из ствола скважины при извлечении или «выключении» чистящего устройства из скважины.

Целью настоящего изобретения является устранение или ослабление по меньшей мере одного из указанных выше недостатков и создание усовершенствованных способа и устройства очистки ствола скважины.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения создано чистящее устройство, предназначенное для использования при удалении железосодержащих материалов из ствола скважины, содержащее основной корпус и по меньшей мере один магнит, установленный для избирательного движения относительно основного корпуса между активированным и деактивированным положением и расположенный в деактивированном положении радиально внутри относительно основного корпуса устройства и в активированном положении радиально снаружи относительно основного корпуса устройства.

За счет снабжения чистящего устройства магнитом, который можно избирательно перемещать между деактивированным положением и активированным положением, чистящее устройство может быть введено в скважину, предназначенную для очистки, и помещено в нужном месте в стволе скважины без перегрузки устройства железосодержащим материалом во время ввода и перед установкой в нужном месте. Поэтому данное чистящее устройство может быть избирательно активировано или включено путем управляющего перемещения магнита между деактивированным и активированным положениями. Таким образом, после ввода и помещения устройства в указанном нужном месте магнит может быть переведен в активированное положение и начата операция очистки. Это обеспечивает также достижение преимущества, состоящего в отсутствии затруднения прохождения мимо чистящего устройства текучей среды, несущей захваченный ею железосодержащий материал.

Понятно, что приводимые здесь ссылки на железосодержащий материал относятся к материалам, содержащим железо, таким как металлические опилки, стружка, крошка, отделившаяся ржавчина и тому подобное, которые обнаруживаются в скважине и могут быть образованы во время операций, выполняемых в скважине. Такие железосодержащие материалы могут, например, образоваться во время бурения или вытачивания проема в обсадной трубе или хвостовике или могут быть отделены во время операции очистки.

Понятно также, что устройство служит для удаления железосодержащего материала из ствола скважины при создании магнитом магнитного поля, которое притягивает присутствующий в стволе

- 1 012892 скважины железосодержащий материал в направлении устройства. Таким образом, путем перемещения устройства относительно ствола скважины (с магнитом, находящимся в активированном положении), магнит способен притягивать находящиеся в стволе скважины железосодержащие материалы к устройству и обеспечить их прилипание к нему, облегчая, таким образом, извлечение железосодержащего материала из ствола скважины.

Предпочтительно деактивированным положением магнита является отведенное назад или отключенное положение, в то время как активированным положением является выдвинутое рабочее положение/включенное положение. Чистящее устройство может избирательно активироваться или включаться путем управляемого перемещения магнита между отведенным и выдвинутым положениями.

Предпочтительно также магнит приспособлен избирательно поддерживаться в деактивированном положении. Магнит может удерживаться в деактивированном положении до начала операции очистки, при которой магнит может быть перемещен в выдвинутое положение.

Основной корпус устройства может содержать в своей стенке проход или канал, а магнит может быть приспособлен для перемещения внутри или относительно прохода между деактивированным и активированным положениями. Проход может проходить по существу в радиальном направлении относительно основного корпуса устройства. В вариантах реализации изобретения магнит может быть установлен внутри прохода и может располагаться внутри прохода в деактивированном положении. В альтернативных вариантах реализации изобретения магнит в деактивированном положении может располагаться снаружи прохода и может быть перемещен внутрь и вдоль прохода во время перемещения из деактивированного положения в активированное положение.

Устройство может содержать клапан выравнивания давления, предназначенный для облегчения выравнивания давления между наружной и внутренней частью устройства. Клапаном может служить дыхательный клапан, имеющий отверстие, для прохождения текучей среды между наружной и внутренней частью устройства. Применение такого клапана позволяет избежать возможности разрушения компонентов устройства, которое может произойти в случае, если давление в герметизированных внутренних компонентах или участках устройства доведено до атмосферного перед опусканием в скважину, что может в противном случае произойти, когда устройство подвергается воздействию высокого давления, наблюдаемого в скважине.

Клапан может быть выполнен из гибкого материала, такого как резина, эластомерный и подобный ему материал, и может содержать отверстие в форме прорези. Клапан может также быть предназначен для ограничения поступления твердых частиц во внутреннюю часть устройства, допуская при этом перетекание текучей среды. Внутренняя часть устройства может быть, по меньшей мере, частично заполнена наполнительной текучей средой, в частности смазкой, такой как масло, и наполнительная текучая среда может сжиматься под воздействием наружной относительно устройства текучей среды. В вариантах реализации изобретения, в которых устройство включает в себя основной корпус, имеющий проход или канал в его стенке, в котором установлен для перемещения один или каждый магнит, проход может быть заполнен наполнительной текучей средой. Это может предотвратить или ограничить поступление твердых частиц, в особенности твердых частиц, входящих в состав бурового раствора, в проход, что может ограничивать или предотвратить перемещение магнита между деактивированным и активированным положениями.

Магнит может быть приспособлен для отжимания или принудительного смещения в направлении активированного положения, а устройство может содержать смещающий узел, предназначенный для смещения магнита в активированное положение. Устройство может содержать механический смещающий узел, такой как пружина, поршень и тому подобное, или же уступ или криволинейную поверхность на исполнительном стакане или сердечнике, или электромеханический смещающий узел, такой как соленоид, предназначенный для перевода магнита в активированное положение. С другой стороны, устройство может содержать основной магнит, который служит для удаления железосодержащего материала из ствола скважины, и смещающий магнит, связанный с основным магнитом и предназначенный для избирательного принудительного смещения основного магнита в активированное положение. Смещающий магнит может быть приспособлен для установки в положении с противостоянием общих полюсов (например, Ν-Ν или 8-8) с основным магнитом, для приложения магнитного смещающего усилия к основному магниту и таким образом принудительного смещения основного магнита в активированное положение.

Чистящее устройство может содержать фиксирующее приспособление или механизм, предназначенный для избирательного удерживания магнита в деактивированном положении. Фиксирующее приспособление может содержать внутренний стакан или сердечник, приспособленный для перемещения относительно основного корпуса, причем перемещение сердечника служит для перемещения магнита между деактивированным и активированным положениями. Внутренний сердечник может перемещаться между первым положением, при котором магнит находится в деактивированном положении, и следующим положением, при котором магнит имеет возможность переместиться, или его принудительно перемещают в активированное положение. Перемещение внутреннего сердечника между указанными первым и следующим положениями может управлять перемещением магнита.

- 2 012892

Внутренний сердечник может избирательно удерживаться в первом положении для избирательного удерживания магнита в деактивированном положении. Для достижения этого, фиксирующее приспособление может содержать срезаемый штифт, винт и тому подобное или высвобождаемый запор или защелку, которые могут удерживать сердечник в первом положении. Срезаемый штифт может быть приспособлен к сдвигу под воздействием приложенного усилия и таким образом освободить сердечник, позволяя сердечнику передвинуться в следующее положение и позволяя таким образом магниту переместиться в активированное положение. Срезаемый штифт может быть приспособлен к сдвигу после применения определенного усилия сдвига.

В предпочтительных вариантах реализации устройство содержит клапан или седло шарового клапана, выполненное в центральном канале или проходе устройства, в частности на внутреннем сердечнике или внутри его. Указанное седло может образовать высадку или уступ, проходящий внутрь центрального канала устройства и приспособленный для размещения шарового клапана. Таким образом, шар, перемещающийся по стволу скважины, может быть зафиксирован в седле для блокировки или ограничения прохождения потока через центральный канал. Это может облегчить применение силы давления текучей среды на седло шарового клапана и, таким образом, на внутренний сердечник. Когда давление текучей среды на шар превысит определенный уровень, сила давления текучей среды может быть приложена к сердечнику для сдвига срезаемого штифта с целью перемещения сердечника из первого в следующее положение.

Шар и/или седло шара могут подвергаться деформации, что может облегчить прохождение шара через седло. Таким образом, после перемещения сердечника в следующее положение может быть возобновлено протекание текучей среды через центральный канал. Чистящее устройство может, например, содержать стакан, имеющий седло шарового клапана, описанного в принадлежащей заявителю международной патентной заявке № ν02004088091, описание которой включено в данное описание посредством ссылки. В \ν02004088091 описан скважинный инструмент, обеспечивающий циркуляцию текучей среды в радиальном направлении от инструмента. Эта функция избирательно выполняется с помощью втулки, движущейся внутри центрального канала инструмента. Перемещение втулки осуществляется путем падения шара через седло во втулке и контролируется посредством установочной втулки, так что инструмент может циклически возвращаться в первое рабочее положение путем сбрасывания идентичных шаров через втулку. Понятно, что для проталкивания шара через седло может потребоваться приложение к шару повышенного усилия давления текучей среды. Инструмент может содержать захватывающее шар устройство, предназначенное для захвата или сбора шаров после продувки.

В вариантах реализации магнит может быть установлен во внутреннем сердечнике, на нем или соединен с ним иным образом, так что перемещение сердечника между первым и следующим положением ведет к перемещению магнита вместе с ним. Когда основной корпус устройства содержит проход для размещения магнита, сердечник может перемещаться из первого положения, при котором магнит может быть смещен относительно прохода, и следующим положением, при котором магнит может быть совмещен с проходом. Это обеспечит прохождение магнита в проход и его перемещение в активированное положение. Возможно ограничение возможности вращения сердечника относительно основного корпуса, что обеспечит правильное вращательное выравнивание магнита с проходом. Устройство может включать в себя шпоночный узел, включающий в себя дорожку, выполненную в сердечнике или в основном корпусе, и шпонку, выполненную в основном корпусе или сердечнике, причем узел допускает аксиальное смещение сердечника относительно основного корпуса, но препятствует относительному вращению.

В альтернативных вариантах реализации магнит может быть установлен на основном корпусе устройства или внутри его и может быть, в частности, установлен в проходе основного корпуса. Магнит может притягиваться к внутреннему сердечнику и удерживаться таким образом в деактивированном положении. После перемещения внутреннего сердечника из первого в следующее положение магнит может быть принудительно смещен/отодвинут в направлении активированного положения отжимающим магнитом.

В активированном положении магнит предпочтительно остается внутри окружности основного корпуса устройства, но может в качестве альтернативы выступать из наружной поверхности основного корпуса.

Устройство может содержать непроходной участок, уступ или что-либо подобное для ограничения перемещения внутреннего сердечника далее следующего положения.

Предпочтительно устройство содержит множество магнитов. В определенных вариантах реализации устройство может содержать по меньшей мере один комплект магнитов, размещенных через определенные промежутки по окружности основного корпуса устройства. Магниты в комплекте могут быть распределены через одинаковые промежутки по окружности основного корпуса окружности. В особенно предпочтительных вариантах реализации устройство содержит множество таких комплектов магнитов, причем комплекты распределены относительно друг друга вдоль оси основного корпуса устройства. Магниты в соседних комплектах могут быть выровнены по окружности с соответствующими магнитами в соседнем комплекте или комплектах, или же могут иметь шахматное расположение. Это может облегчить создание распространенного магнитного поля при пользовании устройством.

- 3 012892

Магнитом может служить постоянный магнит или электромагнит.

Предпочтительно устройство содержит магнитный переводник или участок корпуса, который вмещает или ограничивает магниты, данный участок может формировать часть основного корпуса устройства. Устройство может содержать стабилизатор, центратор и тому подобное. В предпочтительном варианте реализации устройство содержит первый и второй разделенные аксиальным промежутком стабилизаторы, с магнитным переводником или участком, расположенным между стабилизаторами. Магнитный переводник может иметь наружный диаметр, который меньше максимального наружного диаметра стабилизатора, для образования кольцевого зазора между обсадной трубой, хвостовиком и тому подобным и наружной поверхностью магнитного переводника. Этот зазор предназначен для сбора и накопления железосодержащего материала во время прохождения устройства через ствол скважины.

Устройство может содержать множество магнитных переводников, каждый из которых вмещает или ограничивает соответствующий магнит. Магнитные переводники могут быть установлены на общем внутреннем сердечнике или вокруг него, или же каждый из них может содержать соответствующий внутренний сердечник, и внутренний сердечник одного магнитного переводника может соединяться с соответствующим сердечником соседнего переводника. Таким образом, когда устройство содержит три таких магнитных переводника, внутренний сердечник первого или верхнего переводника может соединяться со вторым переводником, и внутренний сердечник второго переводника может быть соединен с соответствующим сердечником третьего переводника.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается узел, предназначенный для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины и содержащий множество вышеописанных чистящих устройств, соединенных между собой.

Другие признаки чистящих устройств описаны выше в отношении к первому аспекту настоящего изобретения.

Предпочтительно чистящие устройства разделены между собой аксиальными промежутками и могут быть соединены вместе промежуточными трубами, переводниками, соединительными деталями и тому подобным. Чистящие устройства могут быть приспособлены к последовательной активации или применению. Этого можно достигнуть путем опускания шара в седло первого устройства и приведения в действие устройства так, как описано выше, с последующим проталкиванием шара через первое устройство во второе устройство, когда шар опускается в седло второго устройства, приводя в действие второе устройство. Этот процесс может быть повторен в случае необходимости для последовательного приведения в действие следующих устройств. Аксиальный промежуток между устройствами может быть выбран таким образом, что при проталкивании шара через первое устройство он не проталкивается через следующее устройство, расположенное ниже первого устройства, но попадает в седло следующего устройства.

С другой стороны, устройства могут быть соединены между собой концами, например два устройства могут быть соединены последовательно. Устройства могут быть приспособлены для одновременного приведения в действие.

Предпочтительным является также приспособление магнитов соответствующих чистящих устройств для одновременного перемещения в их соответствующие активированные положения. При таком подходе каждое чистящее устройство может одновременно приводиться в действие. Для достижения этой цели внутренние сердечники устройств могут быть соединены между собой. С другой стороны, устройство может содержать один внутренний сердечник, проходящий между чистящими устройствами, так что перемещение сердечника из первого в следующее положение ведет к перемещению магнитов чистящих устройств в их соответствующие активированные положения.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается буровая или фрезерная колонна, которая содержит буровой или фрезерный инструмент и вышеописанное чистящее устройство.

С помощью указанной колонны можно осуществлять операцию бурения или фрезерования, а чистящее устройство может быть использовано для очистки ствола скважины во время подъема колонны из скважины и, таким образом, в ходе единой операции или интервала проходки. Это может оказаться особенно полезным во время вытачивания проема в стенке обсадной трубы, такого как при формировании ответвления ствола скважины.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается способ удаления железосодержащего материала из ствола скважины, включающий в себя следующие операции:

опускание чистящего устройства в ствол скважины, предназначенной для очистки, с магнитом чистящего устройства, находящимся в деактивированном положении;

перемещение магнита из деактивированного положения в активированное положение посредством его перемещения радиально наружу относительно основного корпуса чистящего устройства;

перемещение чистящего устройства относительно ствола скважины для сбора железосодержащего материала, находящегося в стволе скважины.

Далее будут описаны варианты реализации настоящего изобретения исключительно в качестве примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг. 1-5 показывают виды в продольном, половинном разрезе чистящего устройства, предназначен

- 4 012892 ного для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения и проиллюстрированного сверху до низу от фиг. 1 до фиг. 5;

фиг. 6 изображает вид части устройства, соответствующий виду, показанному на фиг. 3, где нижняя половина фигуры иллюстрирует чистящее устройство после перемещения магнита устройства из деактивированного положения в активированное положение;

фиг. 7 - в увеличенном масштабе вид в разрезе чистящего устройства с фиг. 1-6, выполненный по линии А-А на фиг. 3;

фиг. 8 - вид в продольном, половинном разрезе части чистящего устройства, предназначенного для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины, согласно альтернативному варианту реализации настоящего изобретения, причем в верхней части фигуры устройство показано с магнитом устройства, находящимся в деактивированном положении, и в нижней половине фигуры с магнитом, находящимся в активированном положении.

фиг. 9 - вид в разрезе чистящего устройства с фиг. 8, выполненный по линии В-В на фиг. 8; и фиг. 10 - вид в продольном, половинном разрезе части чистящего устройства, предназначенного для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины, согласно еще одному альтернативному варианту реализации настоящего изобретения, причем устройство показано в деактивированном положении.

На фиг. 1-5 показаны виды в продольном, половинном разрезе чистящего устройства 12, предназначенного для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины 10 согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. Устройство 12 проиллюстрировано на фиг. 1 до фиг. 5 сверху донизу. Ствол скважины 10 является стволом нефтегазовой скважины, пробуренным с поверхности через горные породы и облицованным стальной обсадной трубой 16, закрепленной цементом 18 способом, известным в технике. Для упрощения иллюстрации ствол скважины 10 показан в деталях только на фиг. 1. Как будет описано более подробно ниже, чистящее устройство 12 обычно используется для удаления железосодержащих материалов из ствола скважины 10 при подготовке к завершению скважины.

Чистящее устройство 12 обычно содержит основной корпус 19 и по меньшей мере один магнит 20, установленный для избирательного перемещения относительно основного корпуса 19 между деактивированным положением и активированным или выдвинутым, рабочим положением, которое показано в нижней половине фиг. 6.

Чистящее устройство 12 показано как часть инструментальной колонны, расположенной в стволе скважины 10, и может, например, образовать часть буровой или фрезерной колонны (не показана), включающей в себя фрезерный инструмент, предназначенный для использования при формировании проема в обсадной трубе 16. Проем может быть сформирован в обсадной трубе 16 при операции формирования бокового ствола скважины, связанного с основной скважиной 10 и отходящего от нее. Применение колонны, включающей в себя буровой и фрезерный инструмент и чистящее устройство 12, позволяет выполнять операцию бурения и фрезерования, а чистящее устройство 12 может быть использовано для очистки ствола скважины во время подъема колонны из скважины и, таким образом, в ходе единой операции или интервала проходки, не требуя отдельной чистящей проходки после вытачивании проема.

Устройство показано на фиг. 1-5 при спуске в скважину с магнитом 20, находящимся в деактивированном или отведенном положении. Как только чистящее устройство 12 помещается в нужное положение в стволе скважины 10, магнит 20 перемещается наружу в активированное, или выдвинутое, рабочее положение, показанное на фиг. 6. Магнитное поле, создаваемое магнитом 20, служит для притягивания железосодержащего материала, присутствующего в скважине 10, и накопления такого железосодержащего материала во время прохождения чистящего устройства 12 вдоль ствола скважины 10. Таким образом, за счет прохождения чистящего устройства 12 из нижней части скважины до поверхности собирается и возвращается на поверхность железосодержащий материал из ствола скважины 10, очищая, таким образом, скважину.

Далее будут более подробно описаны конструкция и применение чистящего устройства 12 со ссылкой также на фиг. 7, на которой представлен вид в поперечном разрезе чистящего устройства 12, выполненный по линии А-А с фиг. 3.

Чистящее устройство 12 включает в себя два стабилизатора, верхний стабилизатор 22 (фиг. 2) и нижний стабилизатор 24 (фиг. 3 и 4), находящийся на расстоянии от верхнего стабилизатора 22. Верхний стабилизатор 22 содержит верхний переводник или участок основного корпуса устройства 19, в то время как нижний стабилизатор 24 содержит нижний переводник или участок 28, который соединен с верхним участком 26 резьбовым соединением 30. Магнитная секция 32 расположена между верхним и нижним стабилизаторами 22, 24 и содержит несколько комплектов магнитов, пять из которых показаны на фигурах и обозначены числовыми позициями 34а, Ь, с, й, е. Каждый из комплектов магнитов 34 содержит пять расположенных по окружности и разделенных промежутками магнитов 20, как показано в разрезе на фиг. 7, который иллюстрирует комплект 34й.

Основной корпус 19 включает в себя наружную втулку 26, которая располагается вокруг промежу

- 5 012892 точного участка корпуса 38, и внутреннюю втулку 40. Наружная втулка 36 и промежуточный участок 38 обычно выполнены из немагнитной стали, в то время как внутренняя втулка 40 обычно выполнена из магнитопроводящей стали. Промежуточный участок корпуса 38 и внутренняя втулка 40 образуют часть запорного приспособления 37 и вместе ограничивают ряд проходов 42, каждый из которых предназначен для каждого из магнитов 20.

Соответственно ряд комплектов таких проходов 42а, Ь, с, ά, е предназначен для магнитов 20 комплектов магнитов от 34а до 34е. Кроме того, внутренняя втулка 40 закреплена с возможностью вращения относительно промежуточного участка корпуса 38 шпоночным узлом 44 и имеет скошенную поверхность 46 для облегчения прохождения магнитов 20, как будет описано ниже.

Запорное устройство 37 также включает в себя внутренний сердечник 50, установленный для перемещения относительно основного корпуса 19 вдоль основного канала 52 чистящего устройства 12. Сердечник 50 может аксиально перемещаться между первым положением, показанным на фиг. 1-5, и следующим положением, показанным на фиг. 6, и первоначально удерживается в первом положении рядом срезаемых винтов или штифтов 54, каждый из которых вставлен в аксиальный паз 56, выполненный в наружной поверхности сердечника 50. Срезаемые винты 54 предотвращают аксиальное перемещение сердечника 50 внутри основного корпуса 19 до сдвига винтов и предотвращения вращения сердечника относительно корпуса 20. Как будет описано ниже, это гарантирует аксиальное выравнивание магнитов 20 с проходами 42.

Сердечник 50 имеет седло 58 клапана в форме уступа или высадки, проходящей внутрь в основной канал 52 и принимающей шар (не показан), подаваемый насосом вниз через основной канал 52. Шар и/или седло 58 могут быть деформируемыми и могут относиться к типу, описанному в принадлежащей заявителю международной патентной заявке № XVО 2004088091, описание которой включено сюда посредством ссылки. Однако должна быть понятна возможность использования альтернативных конструкций или компоновок шара и/или сферического гнезда.

В случае, когда требуется привести в действие чистящее устройство 12 и переместить различные магниты 20 в их выдвинутые положения, шар прокачивают вниз, в инструментальную колонну через основной канал устройства 52, и его принимает седло 58. Это ограничивает протекание текучей среды через устройство 12, повышает противодавление и ведет к приложению усилия давления текучей среды к сердечнику 50. Это повышение давления обнаруживается на поверхности, после чего давление текучей среды резко возрастает, превысив пороговое значение и срезая винты 54. После этого сердечник 50 высвобождается и перемещается вниз, аксиально выравнивая магниты 20 с проходами 42.

Устройство включает в себя также ряд смещающих узлов 60, связанных по одному с каждым магнитом 20. Каждый узел 60 включает в себя кожух 62 из проводящей стали, в котором установлен магнит

20. Кожух 62 установлен в цилиндрическом углублении 64, выполненном в наружной поверхности сердечника 50. Сдвигающая пружина 66 располагается между основанием выемки 64 и кожухом 62 и прикладывает усилие к кожуху 62 и, таким образом, к магниту 20, стремясь сместить магнит 20 в радиальном направлении наружу. В отведенном назад положении магнита 20, показанном на фиг. 1-5, пружины 66 сжаты. Когда сердечник 50 перемещается вниз, кожухи 62 оказываются аксиально выровненными с соответствующими проходами 42 и кожух перемещается по скошенной поверхности 46 (под воздействием пружины 66), перемещая магниты 20 в выдвинутое, рабочее положение, показанное на фиг. 6.

При рабочем положении магнитов 20 магниты создают магнитное поле, которое, например, в пункте X (фиг. 6) вблизи с наружной втулкой 36 имеет напряженность поля порядка 3600 Гс. Это резко отличается от напряженности поля, которое составляет в пункте X порядка всего 15 Гс в то время, когда магниты 20 находятся в отведенном назад положении, поскольку магнитное поле ограничивается непроводящим промежуточным участком корпуса 38. Аналогичным образом поле напряженностью всего около 40 Гс генерируется в центральном канале 52 рядом с магнитами 20, находящимися в отведенном назад положении.

Магнитное поле, воспринимаемое железосодержащими материалами, присутствующими в стволе скважины в то время, когда магниты 20 находятся в их отведенных назад или деактивированных положениях, недостаточно велико для притяжения материалов к чистящему устройству 12, в особенности в условиях протекания флюида. Это гарантирует, что устройство 12 не окажется перегруженным железосодержащим материалом до тех пор, пока оно не будет опущено и установлено в нужном положении внизу.

Когда магниты 20 будут зафиксированы в их выдвинутых положениям, давление текучей среды позади шара может вновь резко возрасти для того проталкивания деформируемого шара через седло 58, допуская возобновление неограниченного прохождения потока текучей среды через устройство 12. Должно быть понятно, что в случае возможности деформации седла 58 шар может быть продвинут скорее за счет деформации седла 58, а не самого шара. Однако, как было отмечено выше, возможно использование альтернативных конструкций и/или компоновок шара и/или сферического гнезда, и такие конструкции или компоновки могут допустить возобновление неограниченного потока. Подходящее средство улавливания шара (не показано) помещают ниже устройства 12 для улавливания шара и предотвращения его падения в ствол скважины.

- 6 012892

Сердечник 50 удерживается в положении, показанном на фиг. 6, сочетанием размещения магнитов 20 в их соответствующих проходах 42 и того факта, что верхний конец 68 сердечника 50 испытывает усилие давления флюида (вызванное протеканием флюида через основной канал 52), стремящееся сместить сердечник вниз. Дальнейшее перемещение сердечника 50 вниз ограничивается, однако, уступом 70 на нижнем переводнике 28, который упирается в хомут 72 на нижнем конце сердечника 50.

При приведенном теперь в действие чистящем устройстве 12 генерируется магнитное поле, которое притягивает железосодержащий материал 73, находящийся в стволе скважины 10, к наружной втулке 36. Эти материалы удерживаются в кольцевом зазоре 74 между обсадной трубой 16 и наружной втулкой 36, ограниченном стабилизаторами 22 и 24. Чистящее устройство 12 перемещается затем вдоль обсадной трубы 16 к поверхности, а железосодержащие материалы в стволе скважины 10 собираются в кольцевом зазоре 74.

При возвращении устройства на поверхность сердечник 50 может быть возвращен в первое положение, и магниты 20 возвращаются в их деактивированные, отведенные назад положения, показанные на фиг. 1-5, облегчая отделение железосодержащих материалов. Устройство может быть затем настроено на следующую операцию очистки просто путем оставшихся срезанных частей винтов 54 и замены срезаемых винтов.

На фиг. 8 показан вид в продольном, половинном разрезе части чистящего устройства, предназначенного для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины, согласно альтернативному варианту реализации настоящего изобретения, причем чистящее устройство обозначено в целом числовой позицией 100. Устройство 100 показано также в поперечном разрезе на фиг. 9, выполненном в направлении В-В, показанном на фиг. 8. Одинаковые детали устройства 100 и устройства 10, показанного на фиг. 1-7, обозначены одинаковыми числовыми позициями, увеличенными на 100. Однако далее будут подробно описаны только различия между устройством 100 и устройством 10.

В устройстве 100 магниты 120 установлены внутри проходов 142 и, таким образом, располагаются внутри проходов 142 в то время, когда находятся в своих соответствующих отведенных назад положениях, как показано в верхней половине фиг. 8. Каждый комплект 134 магнитов включает в себя девять расположенных по окружности и разделенных промежутками магнитов 120.

Устройство 100 включает в себя смещающие узлы 160, связанные с каждым магнитом 120 и включающие в себя сжимающие магниты 76. Магниты 120 образуют, таким образом, основные магниты, которые служат для удаления железосодержащих материалов из ствола скважины 10. Магниты 76 располагаются с ориентацией полюсов, противоположной ориентации полюсов основных магнитов 120, и в проиллюстрированном варианте реализации полюс 8 обращен в радиальном направлении внутрь. Устройство 100 включает также в себя поддерживающую пластину 78, связанную с каждым магнитом 120 и прикрепленную к сердечнику 150. При первом положении сердечника 150 основные магниты 120 притягиваются к поддерживающим пластинам 78 и, таким образом, удерживаются в своих деактивированных или отведенных назад положениях. Когда требуется переместить основные магниты в их активированные или выдвинутые положения, сердечник 150 перемещается вниз таким же образом, как устройство 10, для совмещения смещающих магнитов 76 с основными магнитами 120. При этом положении сердечника 150 магнитное отталкивание (полюса с полюсом) между отжимающими магнитами 76 и основными магнитами 120 принудительно выдвигает основные магниты 120 в радиальном направлении наружу из проходов 142 в их выдвинутые положения, как показано в нижней половине фиг. 8. После этого основные магниты 120 служат для сбора железосодержащих материалов таким же образом, как и в чистящем устройстве 10.

На фиг. 10 показан вид в продольном, половинном разрезе части чистящего устройства 200, предназначенного для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины, согласно еще одному альтернативному варианту реализации настоящего изобретения. Устройство 200 показано в деактивированном положении. Устройство 200 является фактически сходным по конструкции и работе с устройством 100, показанным на фиг. 8 и 9, и компоненты устройства 200, подобные компонентам устройства 100, обозначены одинаковыми числовыми позициями, увеличенными на 100. Однако далее будут подробно описаны только существенные различия между устройством 200 и устройством 100.

На фиг. 10 проиллюстрирована только часть устройства 200, демонстрирующая смещающий магнит 276е. Понятно, что устройство 200 включает в себя ряд комплектов таких магнитов 276, распределенных через определенные промежутки по окружности вокруг устройства аналогично тому, как это имеет место для устройства 100. Как отмечено выше, устройство 200 показано в деактивированном положении, когда смещающие магниты 276е аксиально не совмещаются с соответствующими магнитами 220е, которые служат для очистки ствола скважины 10.

Устройство 200 включает в себя клапан 80 выравнивания давления, предназначенный для облегчения выравнивания давления между стволом скважины 10 и внутренней частью 82 устройства 200, ограниченной сердечником 250 и промежуточной частью корпуса 38. Клапан 80 имеет вид дыхательного клапана, который выполнен из гибкого материала, такого как резина, эластомерный и подобный ему материал. Дыхательный клапан имеет в целом дисковидную форму и содержит щель (не показана), прорезанную в середине и допускающую перетекание флюида между стволом скважины 10 и внутренней ча

- 7 012892 стью 82. Клапан 80 удерживается на месте удерживающим приспособлением 86, содержащим полый установочный винт с плоским концом и резьбой 88. В процессе использования дыхательный клапан 80 служит для ограничения поступления твердых частиц во внутреннюю часть 82, допуская, таким образом, перетекание текучей среды.

Внутренняя часть 82 устройства заполнена наполнительной текучей средой 84, в частности смазкой, такой как масло. Масло 84 заполняет каждый из проходов 242, в которых размещаются основные магниты 220, однако, основные магниты 220 не плотно прилегают к стенкам проходов 242 для предотвращения гидравлической пробки и допусткают желательное перемещение. Масло 84 подается в область 82 с поверхности и, таким образом, под атмосферным давлением. Когда устройство 200 опускают в ствол скважины 10, масло 84 сжимается благодаря перетеканию флюида через дыхательный клапан 80, но удерживается на месте дыхательным клапаном.

Такая компоновка дыхательного клапана 80 и масла 84 дает многочисленные преимущества. В частности, как рассматривалось выше в отношении устройства 100, основные магниты 220 размещаются на дне проходов 242, будучи в деактивированном положении, и принудительно перемещаются в верхнюю часть этих проходов во время перемещения в свое активированное положение. В устройстве 100 предполагается, что проходы 142 заполнены буровым раствором или другой текучей средой, присутствующей в верхней части скважины во время развертывания устройства 100. Однако буровой раствор насыщен твердыми частицами, которые могут выпадать при вибрации раствора, такой как та, что происходит при вращении устройства 100 во время бурения. Заявитель предполагает, что такое выпадение или декантация может, возможно, вызвать заедание основных магнитов 120 устройства 100 в соответствующих проходах 142 и, следовательно, их неспособность перейти в активированные положения.

Путем заполнения проходов 242 устройства 200 чистым маслом 84 на поверхности, при опускании устройства 200 в скважину, масло 84 в проходах 242 будет сжиматься за счет поступления под давлением некоторого количества флюида из ствола скважины 10 через дыхательный клапан. Аналогичным образом будет допускаться снижение давления масла 84 через дыхательный клапан при извлечении из скважины. Специалистам в данной области техники должна быть понятна предпочтительность такого решения, позволяющего исключить возможность разрушения стальных и других компонентов устройства 200 из-за высокого гидростатического давления в скважине.

Должно быть понятно, что устройство 10 может быть снабжено дыхательным клапаном, аналогичным клапану 80 устройства 10, и может быть заполнено смазочным маслом.

Каждое из устройств 10, 100, 200 может быть представлено как часть инструментальной колонны, содержащей ряд таких устройств, размещенных вдоль колонны. Чистящие устройства 10, 100 или 200 могут последовательно приводиться в действие путем опускания шара в седло первого устройства 10, 100 или 200 и приведения в действие устройства так, как описано выше, с последующим проталкиванием шара посредством дутья через первое устройство во второе устройство 10, 100 или 200, причем шар опускается в седло второго устройства для приведения в действие второго устройства. Этот процесс повторяется в случае необходимости для последовательного приведения в действие следующих устройств в случае их наличия. Аксиальные промежутки между устройствами подбирают таким образом, чтобы при проталкивании шара посредством дутья через первое устройство 10, 100, 200 он бы не проталкивался через следующее устройство 10, 100, 200, расположенное ниже первого устройства, но чтобы он лег в сферическое гнездо следующего устройства.

Во все описанное выше могут быть внесены различные модификации без отступления от существа и объема настоящего изобретения.

Например, в то время как настоящее изобретение описано как чистящее устройство, узел и способ удаления железосодержащих материалов из ствола скважины, должно быть понятно, что изобретение может использоваться для удаления железосодержащих материалов из альтернативных каналов или труб, таких как трубопроводы или другие скважинные трубы.

В узле, состоящем из множества устройств, устройства могут соединяться между собой непрерывной цепью. Устройства могут быть приспособлены для работы одновременно, а не последовательно. В этих обстоятельствах сердечники соответствующих устройств могут быть соединены вместе, так что когда шар попадает в сферическое гнездо верхней части такого устройства, перемещение вниз сердечника верхнего устройства перемещает каждый сердечник вниз, таким одновременно приводя в действие все устройства. В колонне под самым нижним чистящим устройством должен быть предусмотрено подходящее устройство улавливания шаров.

Устройство может содержать механический смещающий узел, такой как поршень или что-либо подобное, или же уступ или криволинейную поверхность на исполнительном стакане или сердечнике; или на электромеханическом отжимающем узле, таком как соленоид, для принудительного перемещения магнита в выдвинутое положение.

В выдвинутом положении магнит может выступать из наружной поверхности основного корпуса. Магнитом может служить электромагнит.

Claims (41)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Чистящее устройство, предназначенное для использования при удалении железосодержащих материалов из ствола скважины, содержащее основной корпус и по меньшей мере один магнит, установленный для избирательного движения относительно основного корпуса между активированным и деактивированным положением и расположенный в деактивированном положении радиально внутри относительно основного корпуса устройства и в активированном положении радиально снаружи относительно основного корпуса устройства.
2. 2. Чистящее устройство по п.1, в котором деактивированным положением по меньшей мере одного магнита является отведенное назад положение, а активированным положением является выдвинутое положение.
3. 3. Чистящее устройство по любому из пп.1 или 2, в котором по меньшей мере один магнит приспособлен для избирательного удерживания в деактивированном положении.
4. 4. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один магнит приспособлен для удерживания в деактивированном положении до начала операции очистки.
5. 5. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором основной корпус содержит в своей стенке по меньшей мере один проход и по меньшей мере один магнит приспособлен для перемещения относительно прохода между деактивированным и активированным положениями.
6. 6. Чистящее устройство по п.5, в котором по меньшей мере один проход проходит, по существу, в радиальном направлении относительно основного корпуса устройства.
7. 7. Чистящее устройство по любому из пп.5 или 6, в котором по меньшей мере один магнит в деактивированном положении расположен внутри прохода.
8. 8. Чистящее устройство по любому из пп.5 или 6, в котором по меньшей мере один магнит в деактивированном положении расположен снаружи прохода и приспособлен для перемещения в проход и вдоль прохода при перемещении из деактивированного положения в активированное положение.
9. 9. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее клапан выравнивания давления, предназначенный для облегчения выравнивания давления между наружной и внутренней частью устройства.
10. 10. Чистящее устройство по п.9, в котором клапаном служит дыхательный клапан, содержащий отверстие, обеспечивающее перетекание текучей среды между наружной и внутренней частью устройства.
11. 11. Чистящее устройство по любому из пп.9 или 10, в котором клапан приспособлен для ограничения поступления твердых частиц во внутреннюю часть устройства и обеспечения поступления текучей среды.
12. 12. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором внутренняя часть устройства, по меньшей мере, частично заполнена смазочной текучей средой.
13. 13. Чистящее устройство по п.12, зависимому от п.5, в котором по меньшей мере один проход содержит смазочную текучую среду.
14. 14. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором магнит способен смещаться в активированное положение.
15. 15. Чистящее устройство по п.14, которое содержит механический смещающий узел для смещения магнита в активированное положение.
16. 16. Чистящее устройство по п.14, которое содержит по меньшей мере один основной магнит, предназначенный для удаления железосодержащего материала из ствола скважины, и соответственно по меньшей мере один смещающий магнит, связанный с основным магнитом и предназначенный для избирательного принудительного смещения основного магнита в активированное положение.
17. 17. Чистящее устройство по п.16, в котором по меньшей мере один смещающий магнит приспособлен для установки в положение с противостоянием общих полюсов с основным магнитом для приложения магнитного отталкивающего усилия к основному магниту и, таким образом, принудительного смещения основного магнита в активированное положение.
18. 18. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее фиксирующее приспособление, предназначенное для избирательного удерживания по меньшей мере одного магнита в деактивированном положении.
19. 19. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, которое содержит внутренний сердечник, приспособленный для перемещения относительно основного корпуса, и перемещение сердечника предназначено для перемещения по меньшей мере одного магнита между деактивированным и активированным положениями.
20. 20. Чистящее средство по п.19, в котором внутренний сердечник способен перемещаться между первым положением, при котором по меньшей мере один магнит находится в деактивированном положении, и следующим положением, при котором по меньшей мере один магнит способен переместиться в активированное положение.
21. 21. Чистящее средство по п.20, в котором внутренний сердечник способен избирательно удерживаться в первом положении для избирательного удерживания по меньшей мере одного магнита в деакти

    - 9 012892 вированном положении.
22. 22. Чистящее устройство по любому из пп.20 или 21, в котором по меньшей мере один магнит соединен с внутренним сердечником таким образом, что перемещение сердечника между первым и следующим положением приводит к перемещению магнита.
23. 23. Чистящее устройство по п.22, в котором основной корпус содержит по меньшей мере один проход в его стенке, по меньшей мере один магнит, приспособленный для перемещения относительно прохода между деактивированным и активированным положениями, и сердечник способен перемещаться из первого положения, при котором магнит смещен относительно прохода, в следующее положение, при котором магнит совмещен с проходом.
24. 24. Чистящее устройство по любому из пп.19-23, которое включает в себя шпоночный узел, имеющий дорожку, выполненную в сердечнике или в основном корпусе, и шпонку, выполненную в основном корпусе или сердечнике соответственно, причем шпоночный узел способен допускать аксиальное смещение сердечника относительно основного корпуса, но препятствовать их относительному вращению.
25. 25. Чистящее устройство по любому из пп.19-21, в котором по меньшей мере один магнит установлен в основном корпусе и удерживается в деактивированном положении за счет магнитного притяжения к внутреннему сердечнику.
26. 26. Чистящее устройство по п.25, зависимому от п.16, которое выполнено так, что за перемещением внутреннего сердечника из первого в следующее положение по меньшей мере один основной магнит способен принудительно смещаться в активированное положение посредством по меньшей мере одного смещающего магнита.
27. 27. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором при активированном положении по меньшей мере один магнит расположен внутри окружности основного корпуса устройства.
28. 28. Чистящее устройство по любому из пп.1-26, в котором при активированном положении по меньшей мере один магнит выступает из наружной поверхности основного корпуса.
29. 29. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, которое содержит седло шарового клапана, выполненное в центральном канале устройства, образующее высадку, проходящую внутрь центрального канала и приспособленное для размещения шарового клапана для перемещения по меньшей мере одного магнита в активированное положение.
30. 30. Чистящее устройство по п.29, зависимому от п.19, в котором седло шарового клапана выполнено во внутреннем сердечнике.
31. 31. Чистящее устройство по любому из предшествующих пунктов, которое содержит по меньшей мере один комплект магнитов, расположенных через определенные промежутки по окружности основного корпуса устройства.
32. 32. Чистящее устройство по п.31, которое содержит множество комплектов магнитов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль оси основного корпуса устройства.
33. 33. Чистящее устройство по п.32, которое содержит магнитный переводник, вмещающий магниты.
34. 34. Чистящее устройство по п.33, в котором магнитный переводник расположен аксиально между верхним и нижним стабилизаторами на корпусе устройства, причем наружный диаметр переводника меньше максимального наружного диаметра стабилизаторов для образования кольцевого зазора для сбора и накапливания железосодержащего материала при прохождении устройства через ствол скважины.
35. 35. Чистящее устройство по п.33 или 34, которое содержит множество магнитных переводников, вмещающих, каждый, соответствующие магниты и установленных вокруг общего внутреннего сердечника для принудительного смещения магнитов в их активированные положения.
36. 36. Узел, предназначенный для использования при удалении железосодержащего материала из ствола скважины и содержащий множество соединенных между собой чистящих устройств по любому из пп.1-35.
37. 37. Узел по п.36, в котором чистящие устройства приспособлены к последовательной активации.
38. 38. Узел по п.37, в котором чистящие устройства приспособлены к последовательной активации путем опускания шара в седло первого устройства для приведения в действие первого устройства с последующим проталкиванием шара через первое устройство в следующее устройство для приведения в действие следующего устройства.
39. 39. Узел по п.36, в котором устройства соединены между собой концами и приспособлены для одновременного приведения в действие.
40. 40. Буровая или фрезерная колонна, содержащая буровой или фрезерный инструмент и чистящее устройство по любому из пп.1-35.
41. 41. Способ удаления железосодержащего материала из ствола скважины, включающий в себя следующие операции:

    опускание чистящего устройства в ствол очищаемой скважины с магнитом чистящего устройства, находящимся в деактивированном положении;

    перемещение магнита из деактивированного положения в активированное положение посредством его перемещения радиально наружу относительно основного корпуса чистящего устройства;

    перемещение чистящего устройства относительно ствола скважины для сбора железосодержащего материала, находящегося в стволе скважины.