RU2805321C1 - Скважинное магнитное устройство, система удаления обломков и способ очистки ствола скважины - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к очистке скважин от металлических обломков. Устройство включает корпус, имеющий продольную ось, и совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов, соединенных с корпусом. Один или более массивов Хальбаха для магнитов имеют сильную сторону и слабую сторону и расположены внутри одного или более держателей, выполненных с возможностью независимого удерживания указанной совокупности магнитов. Каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), при этом длина (L) совокупности магнитов находится в пределах 10 градусов от параллели продольной оси, или длина (L) совокупности магнитов находится в пределах 10 градусов от перпендикуляра к продольной оси. Повышается безопасность установки и извлечения мощных магнитов из инструмента. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 39 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[1] Данная заявка испрашивает приоритет заявки США №17/196,388, поданной 9 марта 2021 г. и озаглавленной «USE OF HALBACH ARRAY IN DOWNHOLE DEBRIS RETRIEVAL MAGNETS», которая испрашивает преимущество предварительной заявки на патент США №62/989,559, поданной от 13 марта 2020 г. и озаглавленной «USE OF HALBACH ARRAY IN DOWNHOLE DEBRIS RETRIEVAL MAGNETS», в общем связанной с этими заявками и полностью включенной в данный документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] В процессе бурения нефтяных/газовых скважин в скважине часто находятся и/или образуются металлические обломки. В случае, если эти обломки являются магнитными, обычно из-за того, что они достаточно железистые, их можно удалить, поместив в скважину инструмент, имеющий один или более магнитов внутри скважины. Магниты будут притягивать магнитные обломки изнутри скважины, особенно если эти обломки рассеяны в флюидах внутри скважины. Удаление магнитных обломков может снизить затраты на обработку флюидов, извлекаемых из скважины, и способствовать добыче из скважины другими способами, преимущественно известными в данной области техники. Например, из патентной публикации US 2013/0000884 известно скважинное магнитное устройство для удаления обломков, содержащее корпус и совокупность магнитных вставок, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов, соединенных с корпусом, причем один или более массивов Хальбаха для магнитов имеют сильную сторону и слабую сторону. Однако это известное устройство характеризуется недостаточной безопасностью установки в него магнитных вставок, а также извлечения из него магнитных вставок.

[3] Следовательно, существует потребность в магнитном инструменте с одним или более мощными магнитами, которые можно безопасно устанавливать и извлекать из инструмента, вставке, помогающей достичь этой цели, и способе безопасной установки вставок в магнитном инструменте и удаления их из него.

КОРОТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[4] Далее дается ссылка на следующее описание, рассматриваемое совместно с прилагаемыми графическими материалами, в которых:

[5] на ФИГ. 1 проиллюстрирована скважинная система, содержащая скважинное магнитное устройство для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и работающее в соответствии с настоящим изобретением;

[6] на ФИГ. 2А и ФИГ. 2В проиллюстрированы два примера массива Хальбаха для магнитов, которые можно использовать в скважинном магнитном устройстве для удаления обломков в соответствии с данным изобретением;

[7] на ФИГ. 3А и ФИГ. 3В проиллюстрированы различные виды одного такого скважинного магнитного устройства для удаления обломков;

[8] на ФИГ. 4A-4D проиллюстрированы четыре различных вида магнитных вставок, проиллюстрированных на ФИГ. 3А и ФИГ. 3В;

[9] на ФИГ. 5А и ФИГ. 5В проиллюстрирован альтернативный вариант реализации магнитной вставки, в которой четыре магнита с аналогичной полярностью окружают два магнита с противоположной полярностью;

[10] на ФИГ. 6-6D проиллюстрировано скважинное магнитное устройство для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[11] на ФИГ. 7-7D проиллюстрировано скважинное магнитное устройство для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[12] на ФИГ. 8-8В проиллюстрировано скважинное магнитное устройство для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[13] на ФИГ. 9-9В проиллюстрировано скважинное магнитное устройство для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[14] на ФИГ. 10 проиллюстрирован держатель, спроектированный, изготовленный и эксплуатируемый в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;

[15] на ФИГ. 11-11В проиллюстрирован держатель, спроектированный, изготовленный и эксплуатируемый в соответствии с ФИГ. 10, но содержащий совокупность магнитов, расположенных в виде массива Хальбаха для магнитов;

[16] на ФИГ. 12-12В проиллюстрировано скважинное магнитное устройство для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[17] на ФИГ. 13А-13С проиллюстрировано скважинное магнитное устройство для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[18] на ФИГ. 14 проиллюстрирован один вариант реализации удерживающей муфты, спроектированной, изготовленной и эксплуатируемой в соответствии с одним или более вариантами реализации данного изобретения; и

[19] на ФИГ. 15 проиллюстрирован альтернативный вариант реализации удерживающей муфты, спроектированной, изготовленной и эксплуатируемой в соответствии с одним или более вариантами реализации данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[20] В графических материалах и описании, которые следуют, одинаковые части обычно обозначены в спецификации и графических материалах одинаковыми ссылочными позициями соответственно. Изображенные фигуры не обязательно представлены с соблюдением масштаба. Определенные признаки данного изобретения могут быть показаны в преувеличенном масштабе или в несколько схематичной форме, а некоторые детали определенных элементов могут быть не показаны в интересах ясности и краткости. Настоящее изобретение может быть реализовано в вариантах реализации различных форм.

[21] Конкретные варианты реализации подробно описаны и показаны в графических материалах, причем необходимо понимать, что настоящее изобретение следует рассматривать как иллюстрацию принципов данного изобретения и оно не предназначено для ограничения данного изобретения проиллюстрированным и описанным в данном документе. Следует полностью признать, что различные идеи обсуждаемых в данном документе вариантов реализации можно применять отдельно или в любой подходящей комбинации для достижения требуемых результатов.

[22] Если не указано иное, использование терминов «присоединять», «входить в зацепление», «соединять», «прикреплять» или любых других подобных терминов, описывающих взаимодействие между элементами, не подразумевает ограничения взаимодействия прямым взаимодействием между элементами и может также включать косвенное взаимодействие между описанными элементами. Если не указано иное, использование терминов «вверху», «верхний», «вверх», «вверх по стволу скважины», «выше по течению» или других подобных терминов должно толковаться как преимущественно направленное от забоя, конечного местоположения скважины, независимо от ориентации ствола скважины; аналогичным образом, использование терминов «внизу», «нижний», «вниз», «вниз по стволу скважины» или других подобных терминов должно толковаться как преимущественно направленное к забою, конечному местоположению скважины, независимо от ориентации ствола скважины. Использование любого одного или более из вышеприведенных терминов не следует толковать как обозначение положений вдоль идеально вертикальной оси. В некоторых случаях часть вблизи конца скважины может быть горизонтальной или даже слегка направленной вверх. Если не указано иное, использование термина «подземный пласт» следует толковать как охватывающее как участки под открытой землей, так и участки под землей, покрытые водой, такой как вода в океане или пресная вода.

[23] Сначала со ссылкой на ФИГ. 1 схематично проиллюстрирована скважинная система 100, содержащая скважинное магнитное устройство 180 для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с настоящим изобретением. Скважинное магнитное устройство 180 для удаления обломков в проиллюстрированном варианте реализации расположено в требуемом местоположении в подземном пласте 110 с помощью средства 105 транспортировки, такого как труба, гибкая насосно-компрессорная труба, трос, канат или любое другое скважинное средство транспортировки. Скважинная система 100, показанная на ФИГ. 1, без ограничений, содержит полупогружную платформу 115, имеющую рабочую площадку 120 буровой, расположенную над нефтегазовым пластом 110, который в этом варианте реализации расположен под морским дном 125. Полупогружная платформа 115 в проиллюстрированном варианте реализации может содержать подъемное устройство/буровую вышку 130 для подъема и спуска скважинного магнитного устройства 180 для удаления обломков с помощью средства 105 транспортировки. Скважинная система 100 может дополнительно содержать насос 135 для гидроразрыва для проведения процесса гидроразрыва подземного пласта 110 в соответствии с данным изобретением. Скважинная система 100, проиллюстрированная на ФИГ. 1, дополнительно содержит систему 140 управления, расположенную на рабочей площадке 120 буровой. Систему 140 управления в одном варианте реализации можно использовать, помимо прочего, для управления насосом 135 для гидроразрыва.

[24] В варианте реализации, показанном на ФИГ. 1, подводный трубопровод 145 проходит от платформы 115 к устьевой установке 150, которая может содержать один или более подводных противовыбросовых превенторов 155. Ствол 160 скважины проходит через различные пласты земли, включая подземный пласт 110. В варианте реализации, показанном на ФИГ. 1, обсадная труба 165 ствола скважины зацементирована в стволе 160 скважины цементом 170. В проиллюстрированном варианте реализации ствол 160 скважины имеет начальный, преимущественно вертикальный участок 160а и нижний, преимущественно наклонный участок 160b, который проиллюстрирован как горизонтальный. Однако следует отметить, что скважинное магнитное устройство 180 для удаления обломков по настоящему изобретению в равной степени хорошо подходит для использования в других конфигурациях скважин, включая, помимо прочего, наклонные скважины, скважины с ограничениями, ненаклонные скважины, необсаженные скважины, частично обсаженные скважины и т.п. Более того, хотя ствол 160 скважины расположен ниже морского дна 125 в проиллюстрированном варианте реализации, показанном на ФИГ. 1, принципы настоящего изобретения в равной степени применимы к другим подземным пластам, в том числе к тем, которые охватывают как участки под открытой землей, так и участки под землей, покрытые водой, такой как вода в океане или пресная вода.

[25] В соответствии с одним или более вариантами реализации данного изобретения в скважинном магнитном устройстве 180 для удаления обломков используют совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов. Массив Хальбаха представляет собой конкретную компоновку магнитов, которая усиливает магнитное поле на одной стороне массива и уменьшает и/или аннулирует магнитное поле практически до нуля на другой стороне. Массив Хальбаха для магнитов можно использовать для максимального увеличения производительности и сведения к минимуму стоимости скважинного магнитного устройства 180 для удаления обломков. Возможность использования магнитов для большего извлечения обломков улучшает скважинное магнитное устройство 180 для удаления обломков и повышает эффективность циклов очистки ствола скважины, снижая вероятность того, что проблемы, связанные с обломками, приведут к проблемам при установке оборудования для заканчивания. Кроме того, сведение к минимуму стоимости магнитных компонентов повышает рентабельность и позволяет производителю поставлять конкурентоспособные по цене изделия на рынке продуктов, ориентированных на самые разнообразные категории товаров широкого спроса.

[26] С краткой ссылкой на ФИГ. 2А и 2В проиллюстрированы два примера массива 200, 250 Хальбаха для магнитов, соответственно, которые можно использовать в скважинном магнитном устройстве для удаления обломков (например, таком как скважинное магнитное устройство 180 для удаления обломков) в соответствии с данным изобретением. Как обсуждалось выше, каждый из массива 200, 250 Хальбаха для магнитов содержит совокупность магнитов 210a-210i, 260а-260l, имеющих положительный (например, обозначенный буквой N) и отрицательный полюс (например, обозначенный буквой S), соответственно. В по меньшей мере одном варианте реализации, таком как проиллюстрированный на ФИГ. 2В, каждый из магнитов 260а-260l массива 250 Хальбаха для магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L). В по меньшей мере одном или более вариантах реализации длина (L) больше, чем ширина (W) и высота (Н). В дополнение к одному или более вариантам реализации ширина (W) и высота (H) могут быть аналогичны друг другу, и, таким образом, поперечное сечение по длине (L) дает квадрат, такой как проиллюстрированный на ФИГ. 2А.

[27] На ФИГ. 3А представлен вид в перспективе скважинного магнитного устройства 300 для удаления обломков для удаления металла из скважины, причем скважинное магнитное устройство 300 для удаления обломков содержит одну или более магнитных вставок 320, причем по меньшей мере одна из магнитных вставок 320 имеет вышеупомянутый массив 324 Хальбаха для магнитов. Скважинное магнитное устройство 300 для удаления обломков содержит корпус 310, имеющий продольную ось, который можно опустить в скважину с помощью соединителя 312 для удаления металлических обломков, таких как изношенные части долот или других инструментов, из флюида в скважине. Скважинное магнитное устройство 300 для удаления обломков имеет несколько углублений 314 по своему периметру, проходящих в длину вдоль скважинного магнитного устройства 300 для удаления обломков. Каждое углубление 314 имеет выступ 316 инструмента на одном конце и канал 318 инструмента с резьбой на противоположном конце выступа 316. Каждое углубление 314 может вмещать магнитную вставку 320.

[28] На ФИГ. 3В представлен вид в перспективе скважинного магнитного устройства 300 для удаления обломков, показанного на ФИГ. 3А, причем магнитная вставка 320 частично установлена в скважинном магнитном устройстве 300 для удаления обломков. Магнитная вставка 320 имеет муфту 322, удерживающую массив 324 Хальбаха для магнитов, как будет более подробно описано ниже. Массив 324 Хальбаха для магнитов виден на ФИГ. 3А и ФИГ. 3В, но в действительно может быть скрыт муфтой 322 и, следовательно, не виден. Тем не менее, массив 324 Хальбаха для магнитов показан в иллюстративных целях. Муфта 322 закрыта с одного конца ведущей концевой частью 326, а с противоположного конца последующей концевой частью 328. Ведущая концевая часть 326 расположена под выступом 316 углубления 314. Последующая концевая часть 328 разнесена от углубления 314 установочным болтом 330. Частично удаленные магнитные вставки 320 могут представлять собой либо устанавливаемые новые вставки, либо удаляемые старые вставки, как будет описано ниже.

[29] На ФИГ. 4А представлен вид сверху одной магнитной вставки 320 из скважинного магнитного устройства 300 для удаления обломков, проиллюстрированного на ФИГ. 3А и 3В. Вставка 320 может иметь муфту 322, закрытую ведущей концевой частью 326 и последующей концевой частью 328. Ведущая концевая часть 326 может быть закруглена, как показано, для облегчения размещения и ориентации. Последующая концевая часть 328 может иметь резьбовое отверстие и гладкую просверленную прорезь 334. Резьбовое отверстие в по меньшей мере одном варианте реализации имеет резьбу для приема установочного болта 330. Гладкая просверленная прорезь 334 предпочтительно выполнена углубленной для приема крепежного болта 336 и шайбы в по меньшей мере одном варианте реализации. Муфта 322 в по меньшей мере одном варианте реализации представляет собой трубку из ферромагнитного материала, такого как нержавеющая сталь типа 410. Ведущую концевую часть 326 и последующую концевую часть 328 обычно выполняют из цветного материала, такого как нержавеющая сталь типа 303. Ведущая концевая часть 326 и последующая концевая часть 328 могут быть приварены к муфте 322 для герметизации муфты. Массив 324 Хальбаха для магнитов виден на ФИГ. 4А, но опять же может быть скрыт муфтой 322 и, следовательно, не виден. Опять же, массив 324 Хальбаха для магнитов показан в иллюстративных целях.

[30] Снова со ссылкой на ФИГ. 3А и ФИГ. 3В, ведущая концевая часть 326 размещена под выступом 316 скважинного магнитного устройства 300 для удаления обломков, а последующая концевая часть 328 удерживается на расстоянии от углубления 314. Затем последующую концевую часть 328 можно опускать до тех пор, пока установочный болт 330 не окажется в углублении 314, как показано на ФИГ. 3В. Затем можно постучать по последующей концевой части 328 неметаллическим молотком, чтобы зафиксировать ведущую концевую часть 326 под выступом 316 в углублении 314. Затем установочный болт 330 частично вывинчивают из резьбового отверстия, чтобы обеспечить приближение последующей концевой части 328 к углублению 314 с помощью массива 324 Хальбаха для магнитов. Затем можно постучать по последующей концевой части 328 неметаллическим молотком, чтобы дополнительно зафиксировать ведущую концевую часть 326 под выступом 316 в углублении 314. Этот процесс повторяют по мере необходимости, чтобы опустить магнитную вставку 320 в углубление 314 инструмента, при этом удерживая ведущую концевую часть 326 в закрепленном положении за выступом 316. После того как установочный болт 330 полностью выкручен с резьбы, последующая концевая часть 328 будет находиться в углублении 314, а гладкая просверленная прорезь 334 должна быть совмещена с резьбовым каналом 318 инструмента в углублении 314. Крепежный болт 336 размещают через гладкий канал, причем шайбу размещают поверх резьбы крепежного болта, над нерезьбовой последующей концевой частью 324 и ввинчивают в канал 318 инструмента, чтобы закрепить последующую концевую часть 328 и вставку 320 в скважинном магнитном устройстве 300 для удаления обломков. Шайба предпочтительно представляет собой стопорную шайбу для предотвращения обратного хода крепежного болта 336. Установочный винт может быть закреплен в резьбовом отверстии, чтобы предотвращать скопление обломков в резьбовом отверстии во время использования и дополнительно закрепить магнитную вставку 320, как показано на ФИГ. 3А и ФИГ. 3В. Установочный болт 330 обеспечивает спуск магнитной вставки 320 в углубление 314 без необходимости в использовании части тела, такой как палец, между магнитной вставкой 320 и скважинным магнитным устройством 300 для удаления обломков, которая может быть защемлена.

[31] Чтобы извлечь магнитную вставку 320 из скважинного магнитного устройства 300 для удаления обломков, может сначала потребоваться протереть последующую концевую часть 328 от любых обломков, оставшихся после использования. Установочные винты, в случае использования, а также крепежный болт 336 и шайба могут быть извлечены. Затем установочный болт 330 ввинчивают в резьбовое отверстие, чтобы поднять последующую концевую часть 328 из углубления 314. После того как установочный болт 330 будет полностью ввинчен в резьбовое отверстие, последующая концевая часть 328 должна быть безопасно отделена от скважинного магнитного устройства 300 для удаления обломков, а магнитная вставка 320 может быть извлечена из скважинного магнитного устройства 300 для удаления обломков путем скользящего выдвижения ведущей концевой части 326 из-под выступа 316.

[32] Со ссылкой на ФИГ. 4В проиллюстрирован вид в сечении сбоку магнитной вставки 320, показанной на ФИГ. 4А. Вид в сечении позволяет легко увидеть массив 324 Хальбаха для магнитов. В этом примере имеется совокупность магнитов (например, составляющих массив Хальбаха для магнитов), расположенных внутри муфты 322, хотя количество магнитов будет зависеть от размера магнитной вставки 320. Каждый магнит имеет северный полюс (N) и южный полюс (S). Отдельные магниты размещают внутри муфты 322 таким образом, что они образуют массив 324 Хальбаха для магнитов.

[33] Отдельные магниты могут иметь различную ширину (W), высоту (Н) и длину (L). В по меньшей мере одном варианте реализации каждый магнит имеет квадратное поперечное сечение (например, выполненное по длине (L)). Отдельные магниты различной толщины могут состоять из одного магнита конкретной высоты (Н) или могут состоять из двух или более магнитов, уложенных друг на друга, причем северный и южный магнитные полюса уложенных друг на друга магнитов обращены друг к другу и контактируют друг с другом для создания высоты (Н). Это может обеспечить более мощную магнитную цепь по сравнению с более тонким одиночным магнитом или более тонкой стопкой магнитов с высотой (Н) магнитов или стопки магнитов, расположенной на одном уровне по всему северному и южному полюсам для согласованной магнитной цепи от конца до конца внутри муфты 322. Магниты часто представляют собой необработанные магниты, такие как неодим-железо-бор, сверхвысокотемпературный неодим-железо-бор, самарий-кобальт, керамика или AlNiCo. Необработанные магниты N4OUH (неодим-железо-бор сверхвысокотемпературная номинальная марка 40) могут быть покрыты никелем для предотвращения коррозии. Необработанные магниты SmCo26 (самарий-кобальт марка 26) в некоторых случаях могут не иметь покрытия.

[34] С краткой ссылкой на ФИГ. 4С и ФИГ. 4D проиллюстрированы увеличенные виды участков, показанных на ФИГ. 4А и ФИГ. 4В, соответственно. Соответственно, массив 324 Хальбаха для магнитов может быть интегрирован в магнитные вставки 320, как показано с чередующимися полосами магнитов. Каждый из магнитов имеет северный (N) полюс и южный (S) полюс. В проиллюстрированном варианте реализации на ФИГ. 4С и ФИГ. 4D каждый из магнитов расположен таким образом, что образуется массив 324 Хальбаха для магнитов. В варианте реализации, показанном на ФИГ. 4С и ФИГ. 4D, как видно, три аналогичных полюса магнитов окружают единственный противоположный полюс магнитов, снова таким образом образуя массив 324 Хальбаха для магнитов. В дополнение к варианту реализации, показанному на ФИГ. 4С и ФИГ. 4D, массив 324 Хальбаха для магнитов расположен таким образом, что сильная сторона массива 324 Хальбаха для магнитов направленаот корпуса основной части корпуса (например, к кольцевому пространству в одном варианте реализации), а слабая сторона массива 324 Хальбаха для магнитов направлена к корпусу, который в данном варианте реализации представляет собой основную часть инструмента.

[35] С краткой ссылкой на ФИГ. 5А и ФИГ. 5В проиллюстрирован альтернативный вариант реализации магнитной вставки 520, в котором четыре аналогичных полюса магнитов окружают два противоположных полюса магнитов, снова таким образом образуя массив 524 Хальбаха для магнитов. Следует отметить, что хотя варианты реализации, показанные на ФИГ. 4A-4D и ФИГ. 5А и ФИГ. 5В, имеют конкретную ориентацию полярности для массива 324, 524 Хальбаха для магнитов, другие варианты реализации с другими ориентациями полярности для массива 324, 524 Хальбаха для магнитов находятся в пределах объема данного изобретения.

[36] Со ссылкой на ФИГ. 6-6D проиллюстрировано скважинное магнитное устройство 600 для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения. На ФИГ. 6 представлен вид в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 600 для удаления обломков. Кроме того, на ФИГ. 6A-6D представлены виды в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 600 для удаления обломков, проиллюстрированного на ФИГ. 6, выполненные по линиям А-А, В-В, С-С и D-D, соответственно. Как показано на ФИГ. 6-6D, скважинное магнитное устройство 600 для удаления обломков содержит корпус 610, имеющий продольную ось. В по меньшей мере одном варианте реализации, таком как показанный на ФИГ. 6, корпус 610 представляет собой оправку.

[37] Корпус 610 в варианте реализации, показанном на ФИГ. 6-6D, дополнительно содержит два или более центраторов 615. Специалистам в данной области техники будет понятно, что два или более центраторов 615 можно использовать для центрирования скважинного магнитного устройства 600 для удаления обломков в стволе скважины при развертывании в скважине. Центраторы 615 проиллюстрированы на ФИГ. 6-6D в виде двух или более жестких выступов из корпуса 610. Тем не менее, существуют другие варианты реализации, в которых два или более центраторов 615 представляют собой нежесткие конструкции, такие как пружинный элемент или дуговая пружина в одном или более вариантах реализации.

[38] В дополнение к варианту реализации, показанному на ФИГ. 6-6D, скважинное магнитное устройство 600 для удаления обломков содержит совокупность магнитов 622, расположенных в виде одного или более массивов 624 Хальбаха для магнитов. В по меньшей мере одном варианте реализации один или более массивов 624 Хальбаха для магнитов соединены с корпусом 610. Например, один или более массивов 624 Хальбаха для магнитов могут быть расположены внутри соответствующих одного или более углублений 612 внутри корпуса 610. В проиллюстрированном варианте реализации в одном углублении 612 размещается более одного массива 624 Хальбаха для магнитов.

[39] В дополнение к этому варианту реализации, как будет более подробно описано ниже, совокупность магнитов 622 и один или более массивов 624 Хальбаха для магнитов могут быть размещены внутри держателей 626, которые окружают корпус 610. Например, держатели 626 могут иметь одно или более углублений 627, в которых, в свою очередь, могут размещаться один или более массивов 624 Хальбаха для магнитов. Держатели 626 могут содержать цветной материал, такой как алюминий, в по меньшей мере одном варианте реализации.

[40] Кроме того, удерживающая муфта 628 также может быть расположена вокруг держателей 626, имеющих один или более массивов 624 Хальбаха для магнитов, чтобы удерживать один или более массивов 624 Хальбаха для магнитов внутри скважинного магнитного устройства 600 для удаления обломков. В одном или более вариантах реализации удерживающая муфта 628 также содержит цветной материал. В по меньшей мере одном варианте реализации удерживающая муфта 628 содержит нержавеющую сталь.

[41] В проиллюстрированном варианте реализации скважинное магнитное устройство 600 для удаления обломков содержит 42 магнита 622а-622рр, которые объединены в 14 массивов 624а-624n Хальбаха для магнитов. Тем не менее, другие варианты реализации скважинного магнитного устройства 600 для удаления обломков могут содержать более или менее 42 магнитов 622а-622рр, объединенных в более или менее 14 массивов 624а-624n Хальбаха для магнитов.

[42] В проиллюстрированном варианте реализации на ФИГ. 6-6D отдельные магниты 622 в каждом массиве 624 Хальбаха для магнитов соприкасаются друг с другом, но отдельные массивы 624 Хальбаха для магнитов отделены друг от друга. Например, в по меньшей мере одном варианте реализации массивы 624 Хальбаха для магнитов отделены друг от друга вдоль продольной оси (например, как показано на ФИГ. 6) корпуса 610, а также друг от друга радиально вокруг корпуса 610 (например, как показано на ФИГ. 6 В).

[43] Кроме того, в по меньшей мере одном варианте реализации смежные массивы 624 Хальбаха для магнитов расположены противоположно друг другу. Например, первый из смежных массивов 624 Хальбаха для магнитов может быть расположен таким образом, что несколько южных (S) полюсов магнитов 622 окружают северный (N) полюс магнитов 622, а второй из смежных массивов 624 Хальбаха для магнитов может быть расположен таким образом, что несколько северных (N) полюсов магнитов 622 окружают южный (S) полюс магнитов 622, и так далее и тому подобное. В варианте реализации, показанном на ФИГ. 6-6D, каждый из одного или более массивов 624 Хальбаха для магнитов содержит три аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих единственный противоположный полюс совокупности магнитов. Тем не менее, массивы 624 Хальбаха для магнитов в варианте реализации, показанном на ФИГ. 6-6D, расположены таким образом, что их сильная сторона направлена от корпуса 610 (например, к кольцевому пространству в одном варианте реализации), а их слабая сторона направлена к корпусу 610.

[44] В дополнение к варианту реализации, показанному на ФИГ. 6-6D, длина (L) каждого из совокупности магнитов 622 по существу перпендикулярна продольной оси. Используемый в данном документе термин «по существу перпендикулярна» означает, что длина (L) совокупности магнитов 622 находится в пределах 10 градусов от перпендикуляра к продольной оси. В по меньшей мере одном другом варианте реализации каждый из совокупности магнитов 622 идеально перпендикулярен продольной оси. Используемый в данном документе термин «идеально перпендикулярен» означает, что длина (L) совокупности магнитов 622 находится в пределах 2 градусов от перпендикуляра к продольной оси.

[45] Со ссылкой на ФИГ. 7-7D проиллюстрировано скважинное магнитное устройство 700 для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения. На ФИГ. 7 представлен вид в поперечном разрезе скважинного магнитного устройства 700 для удаления обломков. Кроме того, на ФИГ. 7A-7D представлены виды в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 700 для удаления обломков, проиллюстрированного на ФИГ. 7, выполненные по линиям А-А, В-В, С-С и D-D, соответственно. Скважинное магнитное устройство 700 для удаления обломков во многих отношениях аналогично скважинному магнитному устройству 600 для удаления обломков. Соответственно, одинаковые ссылочные позиции использованы для иллюстрации аналогичных, если не идентичных, элементов. Скважинное магнитное устройство 700 для удаления обломков по большей части отличается от скважинного магнитного устройства 600 для удаления обломков тем, что совокупность магнитов 722 в каждом из массивов 724 Хальбаха для магнитов имеет интервал между собой, а не соприкасается, как было применено на ФИГ. 6-6D.

[46] Со ссылкой на ФИГ. 8-8В проиллюстрировано скважинное магнитное устройство 800 для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения. На ФИГ. 8 представлен вид в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 800 для удаления обломков. Кроме того, на ФИГ. 8А и ФИГ. 8В представлены виды в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 800 для удаления обломков, проиллюстрированного на ФИГ. 8, выполненные по линиям А-А и В-В, соответственно. Скважинное магнитное устройство 800 для удаления обломков во многих отношениях аналогично скважинному магнитному устройству 600 для удаления обломков. Соответственно, одинаковые ссылочные позиции использованы для иллюстрации аналогичных, если не идентичных, элементов. Скважинное магнитное устройство 800 для удаления обломков по большей части отличается от скважинного магнитного устройства 600 для удаления обломков тем, что держатель 826 содержит совокупность углублений 827, которые смещены друг относительно друга вдоль продольной оси, но и смещены друг относительно друга в радиальном направлении.

[47] Со ссылкой на ФИГ. 9-9В проиллюстрировано скважинное магнитное устройство 900 для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения. На ФИГ. 9 представлен вид в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 900 для удаления обломков. Кроме того, на ФИГ. 9А и ФИГ. 9В представлен вид в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 900 для удаления обломков, проиллюстрированного на ФИГ. 9, выполненный по линиям А-А и В-В, соответственно. Скважинное магнитное устройство 900 для удаления обломков во многих отношениях аналогично скважинному магнитному устройству 800 для удаления обломков. Соответственно, одинаковые ссылочные позиции использованы для иллюстрации аналогичных, если не идентичных, элементов. Скважинное магнитное устройство 900 для удаления обломков по большей части отличается от скважинного магнитного устройства 800 для удаления обломков тем, что его совокупность магнитов 922 из одного или более его массивов 324 Хальбаха для магнитов разнесены друг от друга.

[48] Со ссылкой на ФИГ. 10 проиллюстрирован держатель 1000, спроектированный, изготовленный и эксплуатируемый в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения. В соответствии с одним вариантом реализации держатель 1000 выполнен с возможностью размещения в углублении в корпусе скважинного магнитного устройства для удаления обломков. В проиллюстрированном варианте реализации держатель 1000 содержит углубление 1005, имеющее размещенные в нем необязательные прокладки 1010. В по меньшей мере одном варианте реализации необязательные прокладки 1010 выполнены с возможностью разнесения магнитов друг от друга. Необязательные прокладки 1010 в по меньшей мере одном варианте реализации содержат цветной материал. Держатель 1000 можно использовать со скважинным магнитным устройством для удаления обломков, аналогичным скважинному магнитному устройству 900 для удаления обломков, проиллюстрированному на ФИГ. 9. Например, держатель 1000 может быть расположен в углублениях на предыдущих фигурах или, альтернативно, может быть размещен в муфте на предыдущих фигурах и оставаться в пределах объема данного изобретения.

[49] Со ссылкой на ФИГ. 11-11В проиллюстрирован держатель 1000, спроектированный, изготовленный и эксплуатируемый согласно ФИГ. 10, но содержащий совокупность магнитов 1122, расположенных в виде массива 1124 Хальбаха для магнитов. На ФИГ. 11 представлен вид в поперечном сечении держателя 1000. Кроме того, на ФИГ. 11А и ФИГ. 11В представлены виды в поперечном сечении держателя 1000, проиллюстрированного на ФИГ. 11, выполненные по линиям А-А и В-В, соответственно.

[50] Со ссылкой на ФИГ. 12-12В проиллюстрировано скважинное магнитное устройство 1200 для удаления обломков, спроектированное, изготовленное и эксплуатируемое в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения. На ФИГ. 12 представлен вид в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 1200 для удаления обломков. Кроме того, на ФИГ. 12А и 12В представлены виды в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 1200 для удаления обломков, проиллюстрированного на ФИГ. 12, выполненные по линиям А-А и В-В, соответственно. Скважинное магнитное устройство 1200 для удаления обломков во многих отношениях аналогично скважинному магнитному устройству 900 для удаления обломков. Соответственно, одинаковые ссылочные позиции использованы для иллюстрации аналогичных, если не идентичных, элементов. Скважинное магнитное устройство 1200 для удаления обломков по большей части отличается от скважинного магнитного устройства 900 для удаления обломков тем, что его совокупность магнитов 1222 расположена таким образом, что их длина (L) по существу параллельна продольной оси. Используемый в данном документе термин «по существу параллельна» означает, что длина (L) совокупности магнитов 1222 находится в пределах 10 градусов от параллели продольной оси. В по меньшей мере одном другом варианте реализации каждый из совокупности магнитов 1222 идеально параллелен продольной оси. Используемый в данном документе термин «идеально параллелен» означает, что длина (L) совокупности магнитов 1222 находится в пределах 2 градусов от параллели продольной оси.

[51] Со ссылкой на ФИГ. 13А-13С проиллюстрирован еще один вариант реализации скважинного магнитного устройства 1300 для удаления обломков, спроектированного, изготовленного и эксплуатируемого в соответствии с данным изобретением, в котором используют один или более массивов 1324 Хальбаха для магнитов. На ФИГ. 13А представлен вид в поперечном сечении скважинного магнитного устройства 1300 для удаления обломков. Кроме того, на ФИГ. 13В представлен вид в поперечном сечении муфты 1310 держателя, проиллюстрированной на ФИГ. 13А, и на ФИГ. 13С представлен вид в поперечном сечении держателя 1310, проиллюстрированного на ФИГ. 13А. Скважинное магнитное устройство 1300 для удаления обломков во многих отношениях аналогично скважинному магнитному устройству 900 для удаления обломков. Соответственно, одинаковые ссылочные позиции использованы для иллюстрации аналогичных, если не идентичных, элементов. Скважинное магнитное устройство 1300 для удаления обломков содержит корпус 610, а также муфту 1310 держателя, расположенную вокруг корпуса 610. В по меньшей мере одном варианте реализации муфта 1310 держателя содержит два или более участков (например, две половины в одном варианте реализации), которые расположены вокруг корпуса 610 и могут содержать цветной материал, такой как алюминий. В углублениях 1315 в муфте 1310 держателя расположены один или более держателей 1320. Держатели 1320 в проиллюстрированном варианте реализации вмещают совокупность магнитов 1322, которые расположены таким образом, что образуют один или более массивов 1324 Хальбаха для магнитов. Держатели 1320 в по меньшей мере одном варианте реализации содержат только одно резьбовое отверстие 132 для вхождения в зацепление держателя 1320 с резьбовым элементом и, таким образом, извлечения держателей 1320. В одном или более вариантах реализации пластина из углеродистой стали может быть размещена радиально внутри одного или более массивов Хальбаха для магнитов для усиления магнитного поля со стороны кольцевого пространства.

[52] Со ссылкой на ФИГ. 14 проиллюстрирован один вариант реализации удерживающей муфты 1400, спроектированной, изготовленной и эксплуатируемой в соответствии с одним или более вариантами реализации данного изобретения. Удерживающая муфта 1400 в по меньшей мере одном варианте реализации содержит муфту без прорезей, выполненную с возможностью скольжения вокруг одного или более массивов Хальбаха для магнитов и, таким образом, удержания одного или более массивов Хальбаха для магнитов внутри корпуса. В дополнение к варианту реализации, показанному на ФИГ. 14, удерживающая муфта 1400 содержит одно или более отверстий 1410. Отверстия 1410 в варианте реализации, показанном на ФИГ. 14, расположены в нижней части удерживающей муфты 1400 и в по меньшей мере одном варианте реализации соответствуют тому месту, где стопорный штифт на корпусе будет совмещать удерживающую муфту 1400 таким образом, что удерживающая муфта 1400 будет надлежащим образом выровнена с корпусом.

[53] Со ссылкой на ФИГ. 15 проиллюстрирован альтернативный вариант реализации удерживающей муфты 1500, спроектированной, изготовленной и эксплуатируемой в соответствии с одним или более вариантами реализации данного изобретения. Удерживающая муфта 1500 в по меньшей мере одном варианте реализации содержит муфту с прорезями, выполненную с возможностью скольжения вокруг одного или более массивов Хальбаха для магнитов и, таким образом, удержания одного или более массивов Хальбаха для магнитов внутри корпуса. В по меньшей мере одном варианте реализации прорези 1505 немного меньше, чем один или более массивов Хальбаха для магнитов для обеспечения того, чтобы удерживающая муфта 1500 по-прежнему действовала, удерживая полосу магнита от выпадения. В дополнение к варианту реализации, показанному на ФИГ. 15, удерживающая муфта 1500 содержит одно или более отверстий 1510. Отверстия 1510 в варианте реализации, показанном на ФИГ. 15, расположены в нижней части удерживающей муфты 1500 и в по меньшей мере одном варианте реализации соответствуют тому месту, где стопорный штифт на корпусе будет совмещать удерживающую муфту 1400 таким образом, что прорези 1505 в удерживающей муфте 1500 совмещаются с одним или более массивами Хальбаха для магнитов.

[54] Аспекты, раскрытые в данном документе, включают следующее:

A. Скважинное магнитное устройство для удаления обломков, содержащее: 1) корпус, имеющий продольную ось; и 2) совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов, соединенных с корпусом, причем один или более массивов Хальбаха для магнитов имеют сильную сторону и слабую сторону.

B. Способ очистки ствола скважины, включающий: 1) спуск скважинного магнитного устройства для удаления обломков в ствол скважины с помощью средства транспортировки, причем скважинное магнитное устройство для удаления обломков содержит: а) корпус, имеющий продольную ось; и b) совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов, соединенных с корпусом, причем один или более массивов Хальбаха для магнитов имеют сильную сторону и слабую сторону; и 2) перемещение скважинного магнитного устройства для удаления обломков вверх и вниз в стволе скважины для сбора магнитных обломков.

С. Скважинная система, содержащая: 1) ствол скважины; и 2) скважинное магнитное устройство для удаления обломков, расположенное в стволе скважины с помощью средства транспортировки, причем скважинное магнитное устройство для удаления обломков содержит: а) корпус, имеющий продольную ось; и b) совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов, соединенных с корпусом, причем один или более массивов Хальбаха для магнитов имеют сильную сторону и слабую сторону.

[55] Аспекты А, В и С могут иметь один или более следующих дополнительных элементов в комбинации: Элемент 1: отличающийся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает три аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих единственный противоположный полюс совокупности магнитов. Элемент 2: отличающийся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает четыре аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих два противоположных полюса совокупности магнитов. Элемент 3: отличающийся тем, что каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), и дополнительно при этом длина (L) совокупности магнитов по существу параллельна продольной оси. Элемент 4: отличающийся тем, что каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), и дополнительно при этом длина (L) совокупности магнитов по существу перпендикулярна продольной оси. Элемент 5: отличающийся тем, что корпус имеет одно или более углублений, и дополнительно при этом один или более массивов Хальбаха для магнитов расположены внутри одного или более углублений. Элемент 6: отличающийся тем, что один или более массивов Хальбаха для магнитов расположены внутри одного или более держателей, и дополнительно при этом один или более держателей расположены внутри одного или более углублений. Элемент 7: дополнительно содержит одну или более магнитных вставок, расположенных внутри корпуса, причем каждая из одной или более магнитных вставок содержит муфту, удерживающую совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов. Элемент 8: дополнительно включающий два или более центраторов, соединенных с корпусом. Элемент 9: отличающийся тем, что корпус представляет собой оправку, и дополнительно при этом сильная сторона одного или более массивов Хальбаха для магнитов направлена от оправки, а слабая сторона одного или более массивов Хальбаха для магнитов направлена к оправке. Элемент 10: отличающийся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает три аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих единственный противоположный полюс совокупности магнитов. Элемент 11: отличающийся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает четыре аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих два противоположных полюса совокупности магнитов. Элемент 12: отличающийся тем, что каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), и дополнительно при этом длина (L) совокупности магнитов по существу параллельна продольной оси. Элемент 13: отличающийся тем, что каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), и дополнительно при этом длина (L) совокупности магнитов по существу перпендикулярна продольной оси. Элемент 14: отличающийся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает три аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих единственный противоположный полюс совокупности магнитов. Элемент 15: отличающийся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает четыре аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих два противоположных полюса совокупности магнитов. Элемент 16: отличающийся тем, что каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), и дополнительно при этом длина (L) совокупности магнитов по существу параллельна продольной оси. Элемент 17: отличающийся тем, что каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), и дополнительно при этом длина (L) совокупности магнитов по существу перпендикулярна продольной оси.

[56] Специалистам в области техники, к которой относится данная заявка, будет понятно, что в описанные варианты реализации могут быть внесены другие и дополнительные добавления, удаления, замены и модификации.

Claims (22)

1. Скважинное магнитное устройство для удаления обломков, содержащее:

корпус, имеющий продольную ось; и

совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов, соединенных с корпусом, причем один или более массивов Хальбаха для магнитов имеют сильную сторону и слабую сторону, при этом один или более массивов Хальбаха для магнитов расположены внутри одного или более держателей, выполненных с возможностью независимого удерживания указанной совокупности магнитов,

причем каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), при этом длина (L) совокупности магнитов находится в пределах 10 градусов от параллели продольной оси, или длина (L) совокупности магнитов находится в пределах 10 градусов от перпендикуляра к продольной оси.

2. Скважинное магнитное устройство для удаления обломков по п. 1, отличающееся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает три аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих единственный противоположный полюс совокупности магнитов, или, необязательно, при этом каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает четыре аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих два противоположных полюса совокупности магнитов.

3. Скважинное магнитное устройство для удаления обломков по п. 1, отличающееся тем, что корпус имеет одно или более углублений, и дополнительно при этом один или более массивов Хальбаха для магнитов расположены внутри одного или более углублений, или, необязательно, при этом один или более держателей расположены внутри одного или более углублений.

4. Скважинное магнитное устройство для удаления обломков по п. 1, отличающееся тем, что указанные один или более держателей представляют собой одну или более магнитных вставок, расположенных внутри корпуса, причем каждая из одной или более магнитных вставок содержит муфту, удерживающую совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов.

5. Скважинное магнитное устройство для удаления обломков по п. 1, дополнительно содержащее два или более центраторов, соединенных с корпусом.

6. Скважинное магнитное устройство для удаления обломков по п. 1, отличающееся тем, что корпус представляет собой оправку, и дополнительно при этом сильная сторона одного или более массивов Хальбаха для магнитов направлена от оправки, а слабая сторона одного или более массивов Хальбаха для магнитов направлена к оправке.

7. Способ очистки ствола скважины, включающий:

спуск внутрискважинного магнитного устройства для удаления обломков внутри ствола скважины с помощью средства транспортировки, причем скважинное магнитное устройство для удаления обломков содержит:

корпус, имеющий продольную ось; и

совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов, соединенных с корпусом, причем один или более массивов Хальбаха для магнитов имеют сильную сторону и слабую сторону, при этом один или более массивов Хальбаха для магнитов расположены внутри одного или более держателей, выполненных с возможностью независимого удерживания указанной совокупности магнитов, причем каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), при этом длина (L) совокупности магнитов находится в пределах 10 градусов от параллели продольной оси, или длина (L) совокупности магнитов находится в пределах 10 градусов от перпендикуляра к продольной оси;

и перемещение скважинного магнитного устройства для удаления обломков вверх и вниз внутри ствола скважины для сбора магнитных обломков.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает три аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих единственный противоположный полюс совокупности магнитов, или, необязательно, при этом каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает четыре аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих два противоположных полюса совокупности магнитов.

9. Скважинная система для удаления обломков, содержащая:

ствол скважины; и

скважинное магнитное устройство для удаления обломков, расположенное в стволе скважины с помощью средства транспортировки, причем скважинное магнитное устройство для удаления обломков содержит:

корпус, имеющий продольную ось; и

совокупность магнитов, расположенных в виде одного или более массивов Хальбаха для магнитов, соединенных с корпусом, причем один или более массивов Хальбаха для магнитов имеют сильную сторону и слабую сторону, при этом один или более массивов Хальбаха для магнитов расположены внутри одного или более держателей, выполненных с возможностью независимого удерживания указанной совокупности магнитов, причем каждый из совокупности магнитов имеет ширину (W), высоту (Н) и длину (L), при этом длина (L) совокупности магнитов находится в пределах 10 градусов от параллели продольной оси, или длина (L) совокупности магнитов находится в пределах 10 градусов от перпендикуляра к продольной оси.

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает три аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих единственный противоположный полюс совокупности магнитов.

11. Система по п. 9, отличающаяся тем, что каждый из одного или более массивов Хальбаха для магнитов включает четыре аналогичных полюса совокупности магнитов, окружающих два противоположных полюса совокупности магнитов.