Патент на изобретение №2272888

(54) СКВАЖИННЫЙ МАГНИТНЫЙ ЛОВИТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к инструментам, используемым при бурении нефтяных и газовых скважин для целей извлечения на поверхность обломков инструмента, твердосплавных слабомагнитных зубьев шарошек и других ферромагнитных частиц и предметов. Устройство включает фрезерную коронку, цилиндрический корпус с отверстиями каналов для промывки скважины на части боковой поверхности под углом относительно оси ловителя, установленную на немагнитной плите в цилиндрической полости магнитную систему. Магнитная система набрана из постоянных магнитов из редкоземельных металлов, закрепленных на боковых поверхностях ферромагнитных вставок, образующих полюса магнитной системы. Постоянные магниты расположены навстречу друг другу по полярности и закрыты скобообразными титановыми экранами. По ширине полюсов магнитная система имеет не менее одной трети больше ширины магнитов. Магнитная система и полость заполнены наполнителем, обеспечивающим ударную прочность системы вдоль оси ловителя и исключение замыкания магнитного потока. Повышается эффективность, срок службы и технологичность изготовления. 3 ил.

Изобретение относится к инструментам, используемым при бурении нефтяных и газовых скважин, их эксплуатации и ремонте для целей извлечения на поверхность обломков инструмента, твердосплавных слабомагнитных зубьев шарошек, стружки от разбуривания труб обсадной колонны, сухарей и других ферромагнитных частиц и предметов.

Известен магнитный ловитель, включающий цилиндрический корпус, фрезерную коронку, установленную в корпусе магнитную систему, выполненную в виде радиально намагниченного постоянного магнита, закрепленного между концентрично расположенных центрального и наружного магнитопроводов. Ловитель имеет центральное промывочное отверстие на рабочей поверхности (Пат. 2069737, МКИ Е 21 В 31/06, Заявл. 12.04.94, Опубл. 1996).

Недостатком такого ловителя является требование высокой точности к изготовлению узлов магнитной системы, применение магнита специальной формы и намагниченности, плохое использование рабочей поверхности полюсами магнитной системы, большое падение магнитного потенциала в магнитопроводе и, следовательно, малая подъемная сила. Наличие промывочного отверстия на рабочей поверхности приводит к разбросу ферромагнитных частиц в забое к его периферии и отрыву их от рабочей поверхности ловителя.

Известен магнитный ловитель, содержащий цилиндрический корпус с переводником и фрезерной коронкой, размещенную в корпусе магнитную систему с периферийными осевыми каналами, включающую постоянные магниты, размещенные между боковыми гранями и верхним торцом центрального магнитопровода и периферийных магнитопроводов разноименной полярности, выполненных в виде стаканов (Пат. 1700195, МКИ Е 21 В 31/06, Заявл. 31.07.89, Опубл. БИ №47, 1991).

Недостатком такого ловителя является сложность магнитной системы, использование магнитов специальной формы и их незащищенность от механических и химических воздействий, большой путь магнитного потока по магнитопроводу и, как следствие, большое падение магнитного потенциала, что снижает подъемную силу ловителя. Кроме того, магнитная система сложна в сборке и требует высокой точности изготовления. В силу малой площади центрального магнитопровода происходит его насыщение и снижение плотности магнитного потока, что также снижает подъемную силу ловителя. Наличие промывочных каналов на периферии магнитной системы затрудняет захват ферромагнитных частиц в забое и приводит к отрыву их от рабочей поверхности ловителя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является магнитный ловитель, содержащий корпус и установленный в нем магнитный узел в виде магнитопроводов противоположной полярности и размещенных между ними одного или нескольких постоянных магнитов, намагниченных в направлении продольной оси корпуса и включенных в магнитную цепь параллельно (Пат. 2094589, МКИ: Е 21 В 31/06, Заявл. 21.06.94, Опубл. 1997).

Недостатками этого ловителя являются малая индукция магнитного поля в полюсах, расположенных над магнитами, и большая в полюсах между магнитами и ярме основного магнитопровода. Кроме того, большая индукция в основном магнитопроводе и большой путь замыкания магнитного потока по нему приводят к большому падению магнитного потенциала. Все упомянутое приводит к снижению тягового усилия ловителя. Площадь рабочей поверхности ловителя также используется крайне неэффективно, а наличие промывочных каналов на рабочей поверхности затрудняет захват ферромагнитных частиц в забое и способствует их отрыву от магнитной системы. Магнитная система ловителя трудна в сборке.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение удельного тягового усилия на единицу рабочей поверхности ловителя, диапазона рабочих температур, а также срока службы ловителя, снижение расхода используемых в конструкции постоянных магнитов, улучшение массогабаритных показателей и коррозийной стойкости, повышение технологичности изготовления узлов и сборки изделия в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в магнитном ловителе, включающем фрезерную коронку, цилиндрический корпус с отверстиями каналов для промывки скважины, расположенными на части боковой поверхности под углом относительно оси ловителя, установленную на немагнитной плите в цилиндрической полости с рабочей стороны ловителя магнитную систему, набранную из постоянных магнитов из редкоземельных металлов, закрепленных на боковых поверхностях ферромагнитных вставок, образующих полюса магнитной системы, постоянные магниты расположены навстречу друг другу по полярности для обеспечения увеличения плотности магнитных потоков и закрыты скобообразными титановыми экранами, а по ширине полюсов магнитная система имеет не менее одной трети больше ширины магнитов, при этом магнитная система в полости заполнена наполнителем, обеспечивающим ударную прочность магнитной системы вдоль оси ловителя и исключение замыкания магнитного потока магнитной системы с нерабочей стороны через корпус ловителя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид скважинного магнитного ловителя; на фиг.2 – сечение корпуса по оси части промывочного канала перпендикулярного оси ловителя; на фиг.3 – вид ловителя со стороны магнитной системы.

Скважинный магнитный ловитель содержит цилиндрический корпус 1 с замковой конической резьбой 2 в верхней части корпуса для подсоединения к колонне буровых труб, на боковой поверхности которого имеются отверстия промывочных каналов 3, а также фрезерную коронку 4, магнитную систему 5. Промывочная жидкость подается через колонну буровых труб в камеру 6 и по каналам 3 поступает в околозабойное пространство скважины. Каналы 3 располагаются под углом к оси ловителя в направлении забоя, а их выходные отверстия расположены на части боковой поверхности корпуса, например на одной трети его окружности. С рабочей стороны ловителя имеется цилиндрическая полость 7 с посадочным местом 8, над которой находится полость 9, заполненная наполнителем, что обеспечивает ударную прочность магнитной системы вдоль оси ловителя, предназначенная для исключения замыкания магнитного потока магнитной системы с нерабочей стороны через корпус ловителя.

Магнитная система 5 расположена на немагнитной плите 10. Для ее сборки на плите 10 крепят полюсы 11 магнитной системы, к которым крепят постоянные магниты 12 со встречным направлением магнитных потоков, что позволяет увеличить индукцию магнитного поля в полюсах 11 магнитной системы, причем размер полюсов 11 магнитной системы больше размера магнитной системы не менее, чем на одну треть. После сборки магнитную систему устанавливают в полость 7 на посадочное место 8. На магниты надевают скобообразные экраны 13 и вся конструкция заливается высокотемпературным наполнителем 14, обеспечивающим ударную прочность магнитной системы вдоль оси ловителя и исключение замыкания магнитного потока магнитной системы с нерабочей стороны через корпус ловителя.

В качестве высокотемпературного наполнителя (компауда) могут быть использованы, например, клей эпоксидный универсальный марки ЭДП, ТУ 2252-001-56793573-2001. Его рабочая температура в твердом состоянии – до 120 град. Цельсия. В исходном состоянии она представляет собой вязкое жидкое вещество, после отвердевания с помощью входящего в комплект отвердителя становится стеклоподобным, но устойчивым к ударным нагрузкам.

Также может быть использована, например, эпоксидная винилэфирная смола типа HETRON 922 с отвердителем (ускорителем) типа NL-23. Рабочая температура в твердом состоянии до 250 град. Цельсия. В исходном состоянии также вязкое жидкое вещество после отвердевания становится стеклоподобным, но устойчивым к ударным нагрузкам в забое скважины.

Перед использованием наполнители предварительно разогревают на водяной бане (около 100 град.) для повышения текучести. При заливке полостей дополнительно используется немагнитный наполнитель: для рабочей температуры до 120 град. – х/б нити, стружка алюминиевая, медная или обрубки проволоки и т.п. При температуре до 250 град. можно применить металлический немагнитный наполнитель. Наполнитель повышает прочность компауда.

После сборки рабочая поверхность 15 ловителя шлифуется. Скважинный магнитный ловитель работает следующим образом. С помощью замковой конической резьбы 2 ловитель подсоединяют к колонне буровых труб. В процессе спуска ловителя в скважину через отверстие буровых труб подают промывочную жидкость. При достижении забоя скважины колонна приводится во вращение, промывочная жидкость очищает посторонние ферромагнитные предметы от мелких частиц пород, а зубья фрезерной коронки, взрыхляя забой, одновременно перемещают посторонние ферромагнитные предметы к центру забоя, облегчая их захват магнитным полем ловителя. Так как плотность магнитного потока ловителя велика, то происходит надежный захват ферромагнитных предметов, включая слабомагнитных, например зубьев шарошек. После подъема ловителя из скважины фрезерная коронка отворачивается и рабочая поверхность ловителя очищается от захваченных ферромагнитных предметов. После описанных операций ловитель вновь готов к спуску в скважину.

Существенное увеличение удельного тягового усилия на единицу рабочей поверхности ловителя достигается за счет использования в конструкции магнитной системы постоянных магнитов, например из редкоземельных металлов, встречного их включения относительно боковых поверхностей полюсов, что позволяет сжать магнитный поток и значительно увеличить индукцию магнитного поля. А также за счет рациональной конструкции магнитной системы, позволяющей до минимума сократить путь замыкания магнитного потока и вследствие этого уменьшить падение магнитного потенциала в полюсах. Последнее позволяет использовать энергию постоянных магнитов в основном на производство полезной работы, то есть на захват ферромагнитных частиц в забое скважины. Применение в качестве материала полюсов кобальтовой стали или химически чистого железа позволяет, как минимум, вдвое увеличить удельное тяговое усилие ловителя.

Снижение расхода используемых в конструкции постоянных магнитов достигается за счет рациональной высоты магнитной системы, а также рациональной толщины слоев магнитов.

Улучшение массогабаритных показателей достигается за счет рациональных размеров магнитной системы и применяемой системы промывки скважины.

Повышение эксплуатационной эффективности достигается значительным увеличением непрерывной работы ловителя для полной очистки скважины в сравнении с ранее известными конструкциями ловителей, шлифованная рабочая поверхность существенно облегчает съем ферромагнитных частиц после подъема ловителя. Ловитель имеет небольшой вес и высоту, что достигнуто за счет малого объема магнитной системы и схемы расположения промывочных отверстий.

Увеличение срока службы ловителей (более пяти лет) достигается за счет прочностных и энергетических характеристик постоянных магнитов из редкоземельных металлов, пространственного разделения магнитной системы и системы промывки.

Увеличение диапазона рабочих температур стало возможным за счет высокой предельной эксплуатационной температуры магнитов до 200°С без снижения их характеристик и параметров, а также используемого компаунда с рабочей температурой также до 200 градусов Цельсия.

Улучшение коррозийной стойкости достигается за счет применения различного вида покрытий, а именно чернения, анодирования, хромирования конструкций ловителя.

Технологичность изготовления и сборки отдельных узлов ловителя, а также изделия в целом обеспечивается простотой конструкции корпуса и элементов магнитной системы, не требующих высокой точности изготовления и специальной подгонки. Изготовления слоев магнитов не монолитом, а из отдельных магнитов существенно облегчает сборку этого элемента магнитной системы, так как не требует преодоления больших сил магнитного тяжения. Съемная коронка позволяет производить быструю ее замену в случае износа.

Скважинный магнитный ловитель предлагаемой конструкции позволяет увеличить удельное тяговое усилия на единицу рабочей поверхности ловителя, диапазон рабочих температур, а также срок службы ловителя, снизить расход используемых в конструкции постоянных магнитов, улучшить массогабаритные показатели и коррозийную стойкость, повысить технологичность изготовления узлов и сборки изделия в целом.

Формула изобретения

Скважинный магнитный ловитель, включающий фрезерную коронку, цилиндрический корпус с отверстиями каналов для промывки скважины на части боковой поверхности под углом относительно оси ловителя, установленную на немагнитной плите в цилиндрической полости с рабочей стороны ловителя магнитную систему, набранную из постоянных магнитов из редкоземельных металлов, закрепленных на боковых поверхностях ферромагнитных вставок, образующих полюса магнитной системы, постоянные магниты расположены навстречу друг другу по полярности для обеспечения увеличения плотности магнитных потоков и закрыты скобообразными титановыми экранами, а по ширине полюсов магнитная система имеет не менее одной трети больше ширины магнитов, при этом магнитная система и полость заполнены наполнителем, обеспечивающим ударную прочность магнитной системы вдоль оси ловителя и исключение замыкания магнитного потока магнитной системы с нерабочей стороны через корпус ловителя.

РИСУНКИ