RU2594825C2 - Downhole catcher for kamyshev balls - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to devices for well servicing in oil and gas industry and can be used for gripping and extraction of balls from the well, including balls made from nonmagnetic materials, left in the well after the various technological operations using balls. Downhole ball catcher comprises cylindrical hollow housing of rigidly connected to each other separate hollow sections, inside the cavity of each section there is at least one hook made in the form of elastic, at least, one-layer plate rigidly attached by one of its edges to the housing section at an acute angle with the possibility of angular movement at action of force. Plate is arc-shaped in cross section. Through groove shape and dimensions of which correspond to those of the plate in plan are made in the housing section opposite the concave surface of the plate.

EFFECT: higher efficiency of catcher.

3 cl, 4 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к устройствам для обслуживания скважин в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для захвата и извлечения из скважины шаров, в том числе из немагнитных материалов (алюминий, фторопласт и т.д.), оставленных в скважине после проведения различных технологических операций с применением шаров.The claimed invention relates to a device for servicing wells in the oil and gas industry and can be used to capture and retrieve balls from a well, including non-magnetic materials (aluminum, fluoroplastic, etc.) left in the well after various technological operations using balls.

Известны аналоги заявляемого изобретения, например магнитный ловитель, описанный в патенте RU №2213200, МПК Е21В 31/06, опубл. 27.09.2003 г., содержащий корпус и расположенную в нем магнитную систему с постоянными магнитами, имеющую в поперечном сечении серповидную форму. Магнитная система выполнена из двух или более продольных магнитопроводов, между которыми размещены постоянные магниты. Недостатком аналога является то, что он не может извлекать из скважины предметы, изготовленные из немагнитных материалов.Known analogues of the claimed invention, for example a magnetic catcher, described in patent RU No. 2213200, IPC ЕВВ 31/06, publ. 09/27/2003, containing a housing and a magnetic system with permanent magnets located therein, having a crescent shape in cross section. The magnetic system is made of two or more longitudinal magnetic cores, between which permanent magnets are placed. The disadvantage of the analogue is that it cannot extract objects made from non-magnetic materials from the well.

Известен также гидромагнитный фрезер-ловитель, описанный в патенте RU №2194145, МПК Е21В 31/06, опубл. 10.12.2002 г., содержащий связанный с соединительным переводником и фрезерной воронкой корпус с размещенной внутри него магнитной системой, имеющий промывочный канал, выполненный с фильтрующей пластиной, установленной в нижней части переводника, с симметрично расположенными в ней отверстиями, оси которых параллельны оси корпуса, и образующей промывочный канал ловителя. Магнитная система содержит стакан, внутренние стенки которого образуют промывочный канал системы, сообщенный с промывочным каналом ловителя. В дне стакана выполнены наклонные отверстия, расходящиеся в сторону забоя. Диаметр промывочного канала ловителя больше диаметра промывочного канала системы. Диаметр отверстий в пластине меньше, чем диаметр отверстий в дне стакана. Общая пропускная площадь отверстий в пластине больше, чем в дне стакана. Данному устройству присущ тот же недостаток, что и предыдущему аналогу.Also known is a hydraulic magnetic milling cutter, described in patent RU No. 2194145, IPC ЕВВ 31/06, publ. December 10, 2002, comprising a housing connected to a connecting sub and a milling funnel with a magnetic system located inside it, having a flushing channel made with a filter plate installed in the lower part of the sub, with holes symmetrically located in it, the axes of which are parallel to the axis of the housing, and forming a washing channel of the catcher. The magnetic system contains a cup, the inner walls of which form a washing channel of the system, in communication with the washing channel of the trap. In the bottom of the glass inclined holes are made, diverging towards the bottom. The diameter of the washing channel of the catcher is larger than the diameter of the washing channel of the system. The diameter of the holes in the plate is smaller than the diameter of the holes in the bottom of the glass. The total throughput area of the holes in the plate is greater than in the bottom of the glass. This device has the same drawback as the previous counterpart.

Известно скважинное ловильное устройство, описанное в патенте RU №2276720, МПК Е21В 31/18, опубл. 20.05.2006 г., содержащее полый корпус с соосно установленным на радиально-упорных подшипниках подпятником и захватный элемент, концы которого жестко соединены с нижней частью корпуса, приспособление для вращения подпятника только в одну сторону. Подпятник выполнен с конической направляющей полостью и размещен в верхней части полости корпуса. Захватный элемент выполнен в виде гибкого звена, подвижно соединенного с подпятником. Гибкое звено выполнено в виде одной нити, средняя часть которой пропущена через выполненный в подпятнике диаметральный канал с возможностью осевого перемещения относительно последнего. Недостатком этого технического решения является то, что оно предназначено для подъема труб и с его помощью невозможно извлечь из скважины шары.Known downhole fishing device described in patent RU No. 2276720, IPC ЕВВ 31/18, publ. 05/20/2006, containing a hollow body with a thrust bearing coaxially mounted on angular contact bearings and a gripping element, the ends of which are rigidly connected to the lower part of the housing, a device for rotating the thrust bearing only in one direction. The thrust bearing is made with a conical guide cavity and is located in the upper part of the body cavity. The gripping element is made in the form of a flexible link movably connected to the thrust bearing. The flexible link is made in the form of a single thread, the middle part of which is passed through a diametrical channel made in the thrust bearing with the possibility of axial movement relative to the latter. The disadvantage of this technical solution is that it is designed for lifting pipes and with its help it is impossible to extract balls from the well.

Известен также скважинный ловитель, описанный в патенте по заявке RU №2005102523/03, МПК Е21В 31/08, опубл. 20.08.2006 г., включающий корпус с тяговым органом и располагаемый в его полости подпружиненный в осевом направлении шнек со ступенчатым хвостовиком, шламосборник и привод для вращения шнека в виде винтовой несамотормозящей пары. Тяговый орган выполнен в виде каната, соединенного с хвостовиком шнека с возможностью их относительного поворота, корпус - в виде перевернутого стакана. Шнек снабжен подшипниковым узлом, установленным на хвостовике между дном стакана и пружиной, а корпус - ударным механизмом. Ход шнека регулируется шайбами, свободно установленными на хвостовике шнека. Шламосборник выполнен в виде контейнера с перфорированным днищем, расположенным ниже верхнего торца спиральной лопасти шнека. Недостатком данного скважинного ловителя является то, что он предназначен для извлечения мелких фрагментов (зубья шарошек, твердосплавные зубки) и с его помощью невозможно извлечение предметов, наприме, шаров, диаметр которых соизмерим с диаметром шламосборника.Also known is a downhole catcher described in the patent according to the application RU No. 2005102523/03, IPC ЕВВ 31/08, publ. 08/20/2006, including a housing with a traction body and located in its cavity axially spring-loaded screw with a stepped shank, a sludge collector and a drive for rotating the screw in the form of a non-self-locking screw pair. The traction body is made in the form of a rope connected to the shank of the screw with the possibility of their relative rotation, the body in the form of an inverted glass. The auger is equipped with a bearing assembly mounted on the shank between the bottom of the cup and the spring, and the housing with a percussion mechanism. The auger travel is regulated by washers freely mounted on the auger shank. The sludge collector is made in the form of a container with a perforated bottom located below the upper end of the spiral auger blade. The disadvantage of this downhole catcher is that it is designed to extract small fragments (cone teeth, carbide teeth) and with its help it is impossible to extract objects, for example, balls, the diameter of which is comparable with the diameter of the sump.

В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбран магнитный извлекатель кольцевой, информация по которому выложена в Интернет-ресурсах на сайте: http://bittehnika.ru/ produkciya/instrument-dlya-likvidacii-avarijj/magnitnyjj-izvlekatel-kolcevojj-mik/ (дата выкладки информации не указана). Конструкция магнитного извлекателя кольцевого представляет собой трубчатый полый корпус цилиндрической формы, который с одной стороны имеет двухступенчатую упорную резьбу для крепления к обурочной трубе, а с другой установлена магнитная система, состоящая из постоянных магнитов, установленных по кольцу в латунных капсюлях. Данный магнитный извлекатель предназначен для извлечения из нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин мелких предметов, обладающих ферромагнитными свойствами. Недостатком прототипа является то, что с его помощью невозможно извлечь из скважины предметы, например шары, выполненные из немагнитных материалов (алюминий, фторопласт и др.).As a prototype, as the closest to the claimed technical solution, a ring magnetic extractor was selected, the information on which is available on the Internet resources on the website: http://bittehnika.ru/produkciya / instrument-dlya-likvidacii-avarijj / magnitnyjj-izvlekatel- kolcevojj-mik / (date of information upload is not specified). The design of the annular magnetic extractor is a tubular hollow body of cylindrical shape, which on the one hand has a two-stage stop thread for attachment to the oburochny pipe, and on the other a magnetic system is installed, consisting of permanent magnets mounted on the ring in brass capsules. This magnetic extractor is designed to extract small objects with ferromagnetic properties from oil, gas and exploration wells. The disadvantage of the prototype is that with its help it is impossible to extract objects from the well, for example balls made of non-magnetic materials (aluminum, fluoroplastic, etc.).

Задачей, решаемой изобретением, является гарантированное извлечение из скважины шаров, изготовленных из любых материалов.The problem solved by the invention is the guaranteed extraction from the well of balls made of any materials.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном скважинном ловителе, содержащем цилиндрический полый корпус, согласно изобретению:The stated technical problem is achieved by the fact that in a known downhole catcher containing a cylindrical hollow body, according to the invention:

- корпус состоит из жестко соединенных между собой отдельных полых секций;- the housing consists of hard-wired interconnected individual hollow sections;

- внутри полости каждой из секций установлен по меньшей мере один зацеп для удерживания шара, выполненный в виде упругой, по меньшей мере, однослойной пластины, жестко крепящейся одним из своих краев к корпусу секции, при этом пластина установлена относительно корпуса секции под острым углом с возможностью углового перемещения пластины по направлению к корпусу при воздействии на нее усилия;- at least one catch for holding the ball is installed inside the cavity of each of the sections, made in the form of an elastic, at least one-layer plate rigidly attached by one of its edges to the section body, the plate being mounted relative to the section body at an acute angle with the possibility angular movement of the plate towards the body when exposed to force;

- пластина в поперечном сечении имеет дугообразную форму, причем выпуклая поверхность пластины обращена к продольной оси симметрии секции;- the plate in cross section has an arcuate shape, with the convex surface of the plate facing the longitudinal axis of symmetry of the section;

- в корпусе секции напротив вогнутой поверхности пластины выполнен сквозной паз, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам пластины в плане.- in the section housing opposite the concave surface of the plate, a through groove is made, the shape and dimensions of which correspond to the shape and dimensions of the plate in plan.

Кроме этого, к нижней секции ловителя шаров может жестко крепиться защитный наконечник.In addition, a protective tip can be rigidly attached to the lower section of the ball catcher.

Кроме этого, к верхней секции ловителя шаров может жестко крепиться переходник для соединения ловителя с трубой.In addition, an adapter can be rigidly attached to the upper section of the ball catcher to connect the catcher to the pipe.

Выполнение скважинного ловителя шаров с зацепами, выполненными в виде многослойных пластин с поперечным сечением дугообразной формы, позволяет обеспечить надежный захват и удержание внутри ловителя шаров, используемых при освоении скважины, различного диаметра и изготовленных из любых, в том числе и немагнитных материалов.The implementation of the downhole ball catcher with hooks made in the form of multilayer plates with an arched cross-section, allows for reliable grip and retention inside the ball catcher, used in well development, of various diameters and made of any, including non-magnetic materials.

Проведенный патентный поиск показал, что из известного уровня техники не известна совокупность отличительных признаков заявляемого технического решения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».A patent search showed that the prior art does not know the totality of the distinguishing features of the proposed technical solution, therefore, it meets the criterion of "novelty."

Заявляемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, следовательно, оно соответствует критерию «изобретательский уровень».The claimed technical solution does not follow explicitly from the prior art, therefore, it meets the criterion of "inventive step".

Заявляемое техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».The claimed technical solution can be reproduced in an industrial way, therefore, it meets the criterion of "industrial applicability".

Технический результат заключается в повышении эффективности работы ловителя за счет надежного захвата и удержания шаров, изготовленных из любых материалов.The technical result is to increase the efficiency of the catcher due to the reliable capture and retention of balls made of any materials.

Суть изобретения приводится на фиг. 1 - фиг. 4, на которых изображено: на фиг. 1 - продольный разрез ловителя, на фиг. 2 - вид сверху ловителя, на фиг. 3 - увеличенный фрагмент продольного разреза ловителя с извлекаемым шаром, на фиг. 4 - поперечное сечение пластины зацепа ловителя.The essence of the invention is given in FIG. 1 - FIG. 4, in which: FIG. 1 is a longitudinal section through a catcher; FIG. 2 is a top view of a catcher, in FIG. 3 is an enlarged fragment of a longitudinal section of a catcher with an extractable ball; FIG. 4 is a cross section of a catch plate of a catcher hook.

Скважинный ловитель шаров (см. фиг. 1) содержит цилиндрический полый корпус, состоящий из жестко соединенных между собой, например, посредством резьбовых соединений отдельных полых секций 1. Количество секций определяется эксплуатационной необходимостью, на фиг. 1 приведены две секции. Внутри полости каждой из секций 1 установлен по меньшей мере один зацеп 2 (как вариант исполнения на фиг. 2 изображены три зацепа 2, устанавливаемые в каждой из секций 1). Зацеп 2, предназначенный для удержания шаров, выполнен в виде упругой тонкой металлической пластины, которая может состоять из двух и более слоев, механически не скрепленных друг с другом. На фиг. 4 показано поперечное сечение пластины, выполненной как вариант исполнения, из двух слоев 5 и 6. Одним из своих краев пластина зацепа 2 жестко крепится к корпусу секции 1 и установлена относительно корпуса секции 1 под острым углом α (см. фиг. 1). При этом пластина зацепа 2 может совершать угловое перемещение по направлению к корпусу секции 1 при воздействии на нее усилия со стороны шара при его движении снизу вверх внутри ловителя. В поперечном сечении (см. фиг. 4) пластина имеет дугообразную форму, при этом выпуклая поверхность пластины обращена к продольной оси симметрии γ (см. фиг. 3) секции 1. Кроме этого, в корпусе секции 1 напротив вогнутой поверхности пластины выполнен сквозной паз 7, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам пластины зацепа 2 в плане, что позволяет пластине входить в паз 7 при ее полном отгибании в сторону корпуса секции 1. Улавливаемые ловителем шары обозначены сноской 8 на фиг. 3, на которой стрелками обозначен поток газожидкостной среды. Для предотвращения повреждения присоединительной резьбы нижней секции 1 к ней может жестко крепиться, например, посредством резьбы защитный наконечник 4. Для соединения ловителя с трубой, посредством которой он опускается в скважину, к верхней секции ловителя может жестко крепиться, например, посредством резьбы переходник 3.The downhole ball catcher (see FIG. 1) comprises a cylindrical hollow body consisting of rigidly connected to each other, for example, by means of threaded joints of individual hollow sections 1. The number of sections is determined by the operational need, in FIG. 1 shows two sections. Inside the cavity of each of the sections 1, at least one hook 2 is installed (as an embodiment in FIG. 2 three hooks 2 are shown installed in each of the sections 1). The hook 2, designed to hold the balls, is made in the form of an elastic thin metal plate, which can consist of two or more layers, not mechanically bonded to each other. In FIG. 4 shows a cross section of a plate made as an embodiment of two layers 5 and 6. One of its edges, the hook plate 2 is rigidly attached to the housing of section 1 and mounted relative to the housing of section 1 at an acute angle α (see Fig. 1). In this case, the hook plate 2 can make an angular movement towards the section 1 body when the force exerts on it from the side of the ball as it moves upward inside the catcher. In the cross section (see Fig. 4), the plate has an arcuate shape, with the convex surface of the plate facing the longitudinal axis of symmetry γ (see Fig. 3) of section 1. In addition, a through groove is made in the case of section 1 opposite the concave surface of the plate 7, the shape and dimensions of which correspond to the shape and dimensions of the plate of the hook 2 in the plan, which allows the plate to enter the groove 7 when it is completely bent towards the body of the section 1. The balls caught by the catcher are indicated by footnote 8 in FIG. 3, in which the arrows indicate the flow of a gas-liquid medium. To prevent damage to the connecting thread of the lower section 1, a protective tip 4 can be rigidly fixed to it, for example, by means of a thread. To connect the catcher to the pipe by which it is lowered into the well, the adapter 3 can be rigidly fixed to the upper section of the catcher, for example.

Работа заявляемого технического решения происходит следующим образом. Ловитель шаров посредством переходника 3 монтируют на колонну труб (не показана) и опускают в скважину, из которой необходимо извлечь шары 8. После этого в скважину подают сжатый воздух, образующий с жидкостью скважины газожидкостную смесь, формирующую в скважине поток, направленный в верхнюю часть скважины (см. фиг. 3). Шар 8, находящийся вне ловителя (обозначен пунктирной линией), вовлекается потоком и заходит во внутреннюю полость нижней секции 1, начинает взаимодействовать с пластинами зацепов 2, отгибая их в сторону корпуса секции 1, и проходит в следующую секцию, расположенную выше. Наличие острого угла α между пластинами зацепов 2 и корпусом секции 1 позволяет снизить сопротивление шара 8 со стороны пластин зацепов 2 при его входе во внутреннюю полость секции 1. При полном отгибании пластины зацепа 2 она входит в паз 7 («утопает» в пазу 7), что также снижает сопротивление движению шара 8 в полости секции 1. Дугообразность формы поперечного сечения пластины зацепа 2 (см. фиг. 4) обеспечивает незначительное сопротивление при входе шара 8 во внутреннюю полость секции 1, но сопротивление выходу шара 8 многократно возрастает при его возможном обратном движении (при подъеме ловителя из скважины), что позволяет надежно удерживать шар 8 внутри секции 1. Установка зацепов 2 под острым углом α к корпусу секции 1 также повышает жесткость зацепов при воздействии на них шара 8 в сторону его выхода из секции ловителя (при подъеме ловителя). Выполнение пластины зацепа 2 многослойной из слоев, механически не скрепленных друг с другом, например из двух слоев 5 и 6, как показано на фиг. 4, позволяет значительно увеличить сопротивление зацепов при воздействии на них шара 8 в сторону возможного выхода из внутренней полости ловителя (при подъеме ловителя), обеспечивая тем самым надежное удержание шара 8 внутри ловителя. При этом увеличение усилия для изгиба зацепов 2 при воздействии шара со стороны входа во внутреннюю полость ловителя незначительно. Первый выловленный шар 8 под воздействием потока проходит все секции ловителя снизу вверх и задерживается в верхней секции. Следующий шар, проходя нижние секции ловителя, задерживается во второй (сверху) секции ловителя и т.д. Количество секций ловителя выбирают соответствующим количеству шаров в скважине, которое известно, вследствие чего все шары извлекаются из скважины за один спуск ловителя.The operation of the claimed technical solution is as follows. The ball catcher by means of the adapter 3 is mounted on a pipe string (not shown) and lowered into the well, from which it is necessary to extract the balls 8. After that, compressed air is fed into the well, forming a gas-liquid mixture with the well liquid, forming a flow directed to the top of the well in the well (see Fig. 3). The ball 8, located outside the trap (indicated by a dashed line), is drawn by the flow and enters the inner cavity of the lower section 1, begins to interact with the plates of the hooks 2, bending them towards the body of the section 1, and passes into the next section located above. The presence of an acute angle α between the plates of the hooks 2 and the housing of the section 1 allows to reduce the resistance of the ball 8 from the side of the plates of the hooks 2 when it enters the internal cavity of the section 1. When the plate of the hook 2 is completely bent, it enters into the groove 7 (it is “buried” in the groove 7) , which also reduces the resistance to movement of the ball 8 in the cavity of section 1. The curvature of the cross-sectional shape of the hook plate 2 (see Fig. 4) provides insignificant resistance when the ball 8 enters the internal cavity of section 1, but the resistance to the exit of the ball 8 multiplies when possible reverse movement (when lifting the catcher from the well), which allows you to reliably hold the ball 8 inside the section 1. Installing the hooks 2 at an acute angle α to the body of the section 1 also increases the stiffness of the hooks when the ball 8 acts on them in the direction of its exit from the catcher section ( when raising the catcher). The implementation of the hook plate 2 of a multilayer of layers not mechanically bonded to each other, for example from two layers 5 and 6, as shown in FIG. 4, it is possible to significantly increase the resistance of the hooks when the ball 8 is exposed to them in the direction of a possible exit from the internal cavity of the catcher (when the catcher is raised), thereby ensuring reliable retention of the ball 8 inside the catcher. Moreover, the increase in the force for bending the hooks 2 when the ball is exposed from the side of the entrance to the internal cavity of the catcher is negligible. The first ball 8 caught under the influence of the flow passes all sections of the catcher from the bottom up and is delayed in the upper section. The next ball, passing the lower sections of the catcher, is delayed in the second (top) section of the catcher, etc. The number of sections of the catcher is selected according to the number of balls in the well, which is known, as a result of which all balls are removed from the well in one descent of the catcher.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает надежное удержание шаров внутри полости ловителя, имеет относительно простую конструкцию, высокие эксплуатационные характеристики и позволяет извлекать из скважины шары, изготовленные как из ферромагнитных (сталь), так и немагнитных (алюминий, фторопласт) материалов.Thus, the claimed technical solution provides reliable retention of the balls inside the cavity of the trap, has a relatively simple design, high performance and allows you to retrieve from the well balls made of both ferromagnetic (steel) and non-magnetic (aluminum, fluoroplastic) materials.

Опытный образец заявляемого технического решения прошел испытания на скважинах компании «Сургутнефтегаз», где были подтверждены его надежность и высокие эксплуатационные характеристики.A prototype of the proposed technical solution was tested at the wells of Surgutneftegas, where its reliability and high performance were confirmed.

Учитывая новизну, изобретательский уровень и промышленную применимость заявляемого технического решения, заявитель считает, что заявленное техническое решение может быть защищено патентом на изобретение.Given the novelty, inventive step, and industrial applicability of the claimed technical solution, the applicant believes that the claimed technical solution can be protected by a patent for an invention.

Claims (3)

1. Скважинный ловитель шаров, содержащий цилиндрический полый корпус, отличающийся тем, что корпус состоит из жестко соединенных между собой отдельных полых секций, внутри полости каждой из секций установлен по меньшей мере один зацеп для удерживания шаров, выполненный в виде упругой, по меньшей мере, однослойной пластины, жестко крепящейся одним из своих краев к корпусу секции, при этом пластина установлена относительно корпуса секции под острым углом с возможностью углового перемещения пластины по направлению к корпусу при воздействии на нее усилия, пластина в поперечном сечении имеет дугообразную форму, причем выпуклая поверхность пластины обращена к продольной оси симметрии секции, а в корпусе секции напротив вогнутой поверхности пластины выполнен сквозной паз, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам пластины в плане.1. A downhole ball catcher comprising a cylindrical hollow body, characterized in that the body consists of separate hollow sections rigidly connected to each other, at least one hook for holding the balls is made inside the cavity of each section, made in the form of at least elastic a single-layer plate, rigidly fastened by one of its edges to the section body, the plate being mounted relative to the section body at an acute angle with the possibility of angular movement of the plate towards the body when exposed forces are applied to it, the plate in the cross section has an arcuate shape, the convex surface of the plate facing the longitudinal axis of symmetry of the section, and in the casing of the section opposite the concave surface of the plate, a through groove is made, the shape and dimensions of which correspond to the shape and dimensions of the plate in plan. 2. Скважинный ловитель шаров по п. 1, отличающийся тем, что к его нижней секции жестко крепится защитный наконечник.2. A downhole ball catcher according to claim 1, characterized in that a protective tip is rigidly attached to its lower section. 3. Скважинный ловитель шаров по п. 1, отличающийся тем, что к его верхней секции жестко крепится переходник для соединения ловителя с трубой. 3. A downhole ball catcher according to claim 1, characterized in that an adapter for connecting the catcher to the pipe is rigidly attached to its upper section.

Images