EA012916B1

EA012916B1 - Система и способ очистки от металлических обломков

Info

Publication number: EA012916B1
Application number: EA200800280A
Authority: EA
Inventors: Давид Дж. Руттлей
Original assignee: Раттлер Тоолс, Инк.
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2010-02-26
Also published as: BRPI0611929A2; DK1910231T3; CA2631974A1; CA2631974C; MX2007016418A; BRPI0611929B1; EA200800280A1

Abstract

В предлагаемых системе очистки и способе удаления металлических обломков из потока жидкости, такого как поток рециркулирующего бурового раствора, используют один или более блоков магнитов, установленных в потоке жидкости для того, чтобы отобрать металлические частицы из потока. Блок магнитов имеет сменный сердечник, установленный в немагнитном стакане. Когда сердечник удаляют из стакана, захваченные металлические частицы получают возможность падать из стакана под действием силы тяжести, чтобы облегчить их сбор и использование. Дефлектор жидкости установлен вверху по потоку от каждого блока магнитов и защищает магнитный блок от прямого воздействия сильным потоком. Блоки магнитов имеют возможность вращаться «бок-в-бок» и изменять свое положение в потоке.

Description

Настоящее изобретение касается системы и способа для удаления металлических обломков из перпендикулярно текущего потока жидкости, такого как поток рециркулирующей жидкости, создаваемый при операциях бурения/завершения скважины.

Операция бурения или завершения скважины приводит к образованию металлических обломков, образующихся в стволе скважины. Обломки суспендированы в высоко вязком буровом растворе или другой рециркулирующей жидкости и должны периодически удаляться из ствола скважины, чтобы улучшить производительность буровой скважины и избежать повреждение оборудования, работающего в скважине, такого как насосы и т.п. Буровой раствор несет с собой куски металлических стружек, которые являются особенно опасными для работы оборудования в течение операций завершения скважины и ее работы.

Традиционно, буровой раствор насосом подается к поверхности, очищается и вновь подается назад в ствол скважины. Для удаления больших кусков горной породы, кусков металла и других подобных объектов часто используются вибрационные сита и подобное оборудование. Буровой раствор затем подается в приемную емкость для бурового раствора, текущего по желобу, который может быть 100 футов длиной. Приемная емкость для бурового раствора предназначена для осаждения меньших частиц на дне, в то время как буровой раствор, относительно свободный от обломков, подается насосом назад к полу буровой вышки.

Для того, чтобы решить проблему металлических обломков, обычная техника предусматривает использование различных магнитов в желобе для пересечения потока жидкости, протекающей через желоб, и захвата такого количества металлических объектов, насколько это возможно. Однако улавливающие магниты трудно удерживать в потоке вязкой жидкости, а металл, накопленный на магнитах, трудно удалять.

Настоящее изобретение предусматривает устранение недостатков, свойственных аналогам и предоставляет систему очистки от металлических обломков, инструмент и способ, которые могут использоваться для удаления металлических обломков из бурового раствора и других подобных рециркулирующих жидкостей.

Краткое изложение сущности изобретения

Целью настоящего изобретения является обеспечение системы очистки от металлических обломков, которая позволяет улавливать металлические обломки в циркулирующих жидкостях прежде, чем они возвратятся в ствол скважины.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа очистки от металлических обломков путем захвата металлических обломков в потоке рециркулирующей жидкости.

Эти и другие цели настоящего изобретения достигаются при условии, что система для удаления металлических обломков из потока жидкости включает по крайней мере один блок магнитов, включающий полый стакан и сменный магнитный сердечник, установленный в стакане. Блок магнитов помещен в перпендикулярно текущий поток жидкости, таким образом, что жидкость контактирует со стаканом, и металлические обломки оседают на внешней поверхности стакана. Как только оператор обнаруживает значительное накопление металлических частиц на стакане, он удаляет блок магнитов из потока жидкости и вынимает магнитный сердечник. Металлические обломки падают под действием силы тяжести из немагнитного стакана и могут быть собраны для удаления. Блок магнитов может быть затем снова установлен в потоке жидкости для дальнейшего сбора металлических обломков.

Теперь будут рассмотрены чертежи, в которых подобные части обозначены подобными цифрами и на которых фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую циркуляцию жидкости из и в ствол скважины;

фиг. 1А представляет собой подробную схему линии рециркулирующей жидкости, показывающую множество дефлекторов жидкости, установленных в ней;

фиг. 2 представляет собой поузловой вид блока очищающих магнитов в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 3 - подробный вид, показывающий магнитный сердечник, установленный в немагнитном стакане;

фиг. 4 - вид сверху полого стакана с удаленным магнитным сердечником;

фиг. 5 - подробный вид, иллюстрирующий положение элемента дефлектора жидкости и поворотного вала, закрепленного на опорной плите;

фиг. 6 - вид сбоку, иллюстрирующий элемент дефлектора жидкости и блок магнитов по настоящему изобретению, с удаленной рукояткой;

фиг. 7 - схематический вид, иллюстрирующий положение элемента дефлектора жидкости относительно блока магнитов, при котором между ними сформирована область улавливания;

фиг. 8 - схематический вид сбоку, иллюстрирующий положение множества блоков магнитов и элементов дефлекторов жидкости в желобе возврата жидкости;

фиг. 9 - схематический вид сверху, иллюстрирующий систему очистки по настоящему изобретению, использующую множество блоков магнитных инструментов, установленных в пределах желоба возврата жидкости;

- 1 012916 фиг. 10 - схематический вид, иллюстрирующий установку блоков магнитных инструментов, использующих различный выбор расположения блоков магнитов на опорной плите;

фиг. 11 - схематический вид, иллюстрирующий еще один вариант расположения блоков магнитов;

фиг. 12 - схематический вид, иллюстрирующий еще один вариант расположения блока магнитов в возвратном желобе;

фиг. 13 иллюстрирует блок магнитов с металлическими обломками, осажденными на полом стакане;

фиг. 14 - легкое удаление металлических обломков из полого стакана после удаления магнитного сердечника.

Подробное описание предпочтительного варианта

Рассмотрим теперь чертежи более подробно, цифра 10 обозначает систему очистки от металлических обломков в соответствии с настоящим изобретением. Как можно увидеть на фиг. 1, система 10 может быть установлена в одном или более положениях в желобе 12 возврата жидкости, который проходит между устройством поверхностной очистки, например, вибрационным ситом 14, и областью накопления промывочной жидкости, типа приемной емкости для бурового раствора 16. Циркулирующая жидкость, такая как буровой раствор, подается на вибрационное сито по трубопроводу 18 из ствола скважины (не показан). Вибрационное сито 14 обычно включает сетчатое сито, через которое куски горной породы, металлические стружки и т.п. падают под действием гравитации в емкость, установленную ниже сетчатого сита. Буровой раствор или другая рециркулирующая жидкость, теперь свободная от относительно больших частей обломков, направляется в желоб возврата жидкости 12, который немного наклонен, чтобы позволить жидкости течь к приемной емкости для бурового раствора 16, где более тяжелые обломки осаждаются на дно, в то время как более легкая циркулирующая жидкость подается одним или более насосами 20 в линию возврата 22 для подачи к полу буровой установки (не показан). Система очистки 10 по настоящему изобретению установлена в перпендикулярном потоке жидкости, типа линии рециркулирующей жидкости, схематично показанной на фиг. 1А. Рециркулирующая жидкость 24 течет по дну 26 возвратного желоба 12.

Каждая система 10 включает множество блоков 30 магнитов, каждый из которых снабжен соответствующим элементом дефлектора 32 жидкости, который установлен вверху по потоку от блока магнитов 30. Элемент дефлектора потока жидкости 32 включает вертикальное твердое тело 34, которое имеет внешние размеры предпочтительно, по крайней мере, немного больше, чем наружные размеры блока магнитов 30. Элемент дефлектора 30 имеет в целом У-образное поперечное сечение и показан включающим пару под углом закрепленных частей 36 и 38. Части 36 и 38 могут быть соединены вместе под острым углом, под прямым углом, или под тупым углом, в зависимости от конкретной конструкции, выбранной пользователем. Элемент дефлектора изменяет направление потока жидкости и предотвращает прямое воздействие жидкости на защищенный блок магнитов 30. Конфигурация потока жидкости показана на чертежах стрелками 31. В результате расположения элементов дефлектора 32 на прямой траектории потока жидкости, скорость потока уменьшается, и множество турбулентных областей создается на краях частей 36 и 38 дефлектора. В то же самое время, области уменьшенных скоростей потока образуются между сторонами нисходящего потока 40, 42 элемента дефлектора 32. Дефлектор 32 изменяет направление движения жидкости и также создает Вихревой эффект. Это предотвращает смывание обломков, захваченных блоком магнитов 30, большой силой потока жидкости. Кроме того, дефлектор 32 жидкости создает множество областей улавливания 44, обеспечивающих дополнительное удаление обломков из бурового раствора через желоб 12. Магнитные инструменты 30 установлены в пределах зон наименьшей турбулентности, частично защищенных дефлекторами 32.

Каждый из узлов магнитов 30 включает магнитную вставку, или сердечник 50, сформированный для сменной установки в пределах полого стакана 52. Стакан 52 выполнен из немагнитного материала, например, нержавеющей стали, в то время как магнитная вставка 50 сделана от редкоземельных материалов. Вставка 50 включает верхний конец 54 и нижний конец 56, каждый обеспеченный выемкой, имеющей внутреннюю резьбу 58. Рукоятка 60 имеет стержень 62, снабженный внешней резьбой, соответствующей резьбе 58 на обоих концах вставки 50. Если одна из резьб 58 повреждается, ориентация вставки 50 может быть полностью изменена, и рукоятка 60 может взаимодействовать с любым концом магнитной вставки 50.

Кольцеобразный фланец 64 закреплен смежно верхней части стакана 52. Фланец 64 имеет диаметр больше, чем внешний диаметр стаканы 52, с целью которая будет более подробно объяснена в дальнейшем. Поворотный стакан 66 фиксировано присоединен к стакану 52 и проходит тангенциально по отношению к внешней поверхности стакана 52. Поворотный стакан 66 приспособлен для установки над вертикальным поворотным валом 70. Поворотный стопор 72 закреплен смежно с нижней частью поворотного вала 70 поперек нормальной оси поворотного вала 70. Дно 74 поворотного стакана 66 опирается на поворотный стопор 72, когда стакан 66 взаимодействует с поворотным валом 70. При установке на поворотном валу 70, полый стакан 52, вместе с поворотным стаканом 66, имеет возможность вращаться вокруг вертикальной оси, определенной валом 70 в направлениях, показанных стрелками 80 на чертежах. Ограниченное осевое движение стакана 62 обеспечивает вращение магнитного поля, созданного магнит

- 2 012916 ным сердечником 50, вдоль большей области в пределах потока жидкости и сбор большего количества металлических обломков. Сердечник 50 и стакан 52 выполнены таким образом, что могут перемешаться преобладающим потоком буровой жидкости, позволяя магнитам занимать удобное положение в пределах потока жидкости, чтобы максимизировать процесс сбора обломков.

Поворотный вал 70 и дефлекторы жидкости 32 устойчиво закреплены на опорной плите 90, которая поддерживает один или более дефлекторов жидкости 32 и один или более поворотных валов 70. Стаканы 52, 66 с магнитными вставками 50 могут быть легко удалены с опорной плиты 90, когда необходимо во время работы настоящей системы.

При работе пользователь располагает опорную плиту 90 с очистительным магнитным инструментом в перпендикулярном потоке рециркулирующей жидкости, например в желобе 12. Опорная плита 90 опирается на основание с магнитными блоками 30 и элементами дефлектора 32, проходящими вверх, как показано схематично на фиг. 1. Поток жидкости пропускают через блок магнитов, в направлении, показанном стрелками 92 на фиг. 9, при этом он двигается вокруг элементов дефлектора 32, а магнитный сердечник притягивает металлические обломки из потока жидкости и заставляет их оседать на внешней поверхности полого стакана 52 и поворотного стакана 66. Оператор контролирует накопление металлических частиц и, как только он определяет, что количество металлических уловленных обломков приближается к критическому пределу, оператор перемещает поворотный стакан 66 от поворотного вала 70 и удаляет стаканы 52, 66, вместе с магнитным сердечником 50 с опорной плиты 90. Блок 30 затем устанавливают в емкость, схематично обозначенную цифрой 94 на фиг. 14, которая является достаточно большой, чтобы вместить блок 30. Оператор затем удаляет сердечник 50, поднимая его рукояткой 60. Как только магнитный сердечник 52 удален, магнитное поле прекращает действовать на металлические обломки 96, и они падают под действием силы тяжести на дно емкости 94. Кольцевой фланец 64 препятствует движению обломков 96 вслед за движением магнитного поля, создаваемого вставкой 50 и останавливает перемещение металлических обломков 96 за пределами, определенными кольцом 64. Как только стаканы 52 и 66 освобождаются от обломков, их поднимают из емкости 94, магнитную вставку 50 повторно вставляют в стакан 52, и блок снова готов к установке на поворотный вал 70. Обломки 96 могут быть возвращены в емкость и подвергнуты анализу при возможности оператора или экологически безопасно отведены.

Настоящее изобретение обеспечивает эффективную и простую работу системы удаления металлических обломков, а также способ. По сравнению с обычными способами удаления металлических обломков, которые являются длительными и трудоемкими, сменная магнитная вставка позволяет безопасно и легко удалять накопленный металл с внешней поверхности стакана и немедленно повторно использовать блок без потребности в сложной очистке мытьем под давлением, соскабливанием и другими подобными способами, которые в настоящее время используются в промышленности.

Множество изменений и модификаций могут быть сделаны в конструкции настоящего изобретения, не отступая от его сущности. Поэтому я прошу, чтобы мои права на настоящее изобретение ограничивались только объемом приложенной формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Погружаемое в жидкость устройство для удаления металлических обломков из потока жидкости, включающее по крайней мере один полый стакан и сменный магнитный сердечник, выполненный с возможностью установки в упомянутом стакане.
2. Устройство по п.1, включающее по крайней мере один дефлектор жидкости, устанавливаемый вверху по потоку от упомянутого по крайней мере одного стакана с магнитом.
3. Устройство по п.1, в котором дефлектор жидкости имеет в общем У-образное поперечное сечение, при этом упомянутый дефлектор имеет размеры поперечного сечения, по крайней мере, немного больше, чем размеры поперечных сечений упомянутого по крайней мере одного блока магнитов.
4. Устройство по п.2, в котором упомянутый по крайней мере один дефлектор жидкости установлен на расстоянии от упомянутого по крайней мере одного стакана с магнитом так, что область улавливания металлических обломков образуется между упомянутым по крайней мере одним дефлектором жидкости и упомянутым по крайней мере одним стаканом с магнитом.
5. Устройство по п.1, в котором упомянутый по крайней мере один блок магнитов приспособлен для осевого движения вокруг вертикальной оси.
6. Устройство по п.2, в котором упомянутый по крайней мере один стакан с магнитом снабжен вертикальным валом и поворотным стаканом съемно с возможностью вращения установленным на упомянутом валу, при этом упомянутый поворотный стакан присоединен снаружи к упомянутому полому стакану.
7. Устройство по п.6, включающее опорную плиту, при этом упомянутый дефлектор жидкости и упомянутый вал закреплены на упомянутой опорной плите.
8. Устройство по п.7, в котором упомянутый вертикальный вал несет поперечный стопор поворотного стакана, обеспечивающий опору дна упомянутого стакана на упомянутый стопор выше упомянутой

- 3 012916 опорной плиты.
9. Устройство по п.1, в котором упомянутый магнитный сердечник включает рукоятку, съемно закрепленную на его конце для облегчения удаления этого магнитного сердечника из стакана при необходимости.
10. Устройство по п.1, в котором упомянутый полый стакан снабжен средствами для предотвращения восходящего движения металлических обломков, осажденных на упомянутом полом стакане, когда упомянутое магнитное воздействие снимается с упомянутого полого стакана.
11. Устройство по п.10, в котором упомянутые средства предотвращения восходящего движения металлических обломков представляют собой фланец, закрепленный на верхнем конце полого стакана.
12. Устройство по п.10, в котором магнитный сердечник снабжен внутренним резьбовым вырезом на каждом его конце.
13. Устройство по п.12, в которой упомянутый магнитный сердечник снабжен съемной рукояткой, выполненной с возможностью резьбового взаимодействия с выбранным концом магнитного сердечника.
14. Система очистки для удаления металлических обломков из рециркулирующей жидкости в стволе скважины, включающая опорную плиту, множество блоков магнитов, выполненных с возможностью установки в потоке рециркулирующей жидкости, при этом каждый из упомянутых блоков магнитов включает немагнитный полый стакан и сменный магнитный сердечник, выполненный с возможностью установки в упомянутом стакане, и дефлекторы жидкости, расположенные вверху по потоку от каждого из упомянутых блоков магнитов для отклонения прямого воздействия рециркулирующей жидкости на соответствующем блоке магнитов.
15. Система по п.14, в которой каждый из упомянутых дефлекторов жидкости включает в общем Vобразное твердое тело, проходящее поперечно нормальному потоку рециркулирующей жидкости, при этом упомянутые дефлекторы жидкости создают область улавливания металлических обломков между дефлектором и соответствующим стаканом с магнитом.
16. Система по п.14, в которой каждый из упомянутых стаканов с магнитом включает вертикальный вал и поворотный стакан, съемно с возможностью осевого вращения установленный на упомянутом валу, при этом упомянутый поворотный стакан присоединен к упомянутому полому стакану, а упомянутый вертикальный вал фиксированно закреплен на упомянутой опорной плите.
17. Система по п.14, в которой средства предотвращения восходящего движения металлических обломков, когда магнитный сердечник удаляют из упомянутого полого стакана, представляют собой фланец, закрепленный на верхнем конце полого стакана.
18. Система по п.14, в которой упомянутый магнитный сердечник снабжен рукояткой, съемно взаимодействующей с концом магнитного сердечника для облегчения удаления упомянутого сердечника из упомянутого полого стакана.
19. Способ удаления металлических обломков из потока жидкости, включающий следующие операции: установку устройства по пп.1-13 в нормальном потоке жидкости, обеспечение контакта жидкости с полым стаканом и осаждения на внешней поверхности полого стакана под действием магнитной силы, создаваемой упомянутым магнитным сердечником, удаление упомянутого по крайней мере одного стакана с магнитом из потока жидкости после обнаружения накопления металлических обломков на полом стакане и удаление магнитного сердечника из полого стакана и осаждение металлических обломков под действием силы тяжести с внешней поверхности упомянутого полого стакана.