Ловильный инструмент: особенности, виды и применение

Ловильные работы являются важной частью процесса строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Применение качественного ловильного инструмента позволяет быстро и эффективно ликвидировать различные осложнения и аварии, возникающие при бурении.

Определение и назначение ловильного инструмента

Ловильные работы - это комплекс мероприятий по освобождению ствола скважины от упавших в него предметов с помощью специальных инструментов и приспособлений. К таким предметам относятся элементы бурильной колонны, обсадных труб, породоразрушающего инструмента и другие посторонние объекты.

Ловильный инструмент предназначен для выполнения следующих задач:

• Извлечение прихваченного или оборванного бурильного инструмента
• Удаление из скважины отдельных элементов бурильной колонны
• Подъем со дна скважины падающих предметов и мусора
• Разбуривание и извлечение прихваченных колонн обсадных труб
• Ликвидация аварий, связанных с обрывом труб или падением посторонних предметов в скважину

Ловильные инструменты широко применяются при следующих ситуациях:

• Прихваты бурильного инструмента или обсадных труб
• Обрыв бурильных труб или кабелей
• Попадание в скважину инородных предметов
• Необходимость подъема со дна отдельных элементов бурильной колонны
• Аварии, связанные с падением в скважину тяжелых предметов

Таким образом, ловильный инструмент позволяет оперативно ликвидировать аварии, извлекать упавшие предметы и восстанавливать нормальную работу скважины.

Классификация ловильных инструментов

Под ловильнымй работамипонимают совокупность операций, необходимых для освобождения ствола скважины от посторонних предметов до возобновления в нем бурения. Для ловильных работ используют специальные (ловильные) инструменты самых различных типов и назначений.

Ловильные инструменты классифицируются по различным признакам:

По функциональному назначению

Все многообразие ловильных инструментов делится на две большие группы:

• Основной ловильный инструмент - предназначен непосредственно для захвата объекта и извлечения его на поверхность.
• Вспомогательный ловильный инструмент - используется для изучения объекта и подготовки к проведению ловильных работ.

К основному ловильному инструменту относятся метчики, колокола, овершоты, фрезеры. К вспомогательному - различные каротажные инструменты, шламоловки, свинцовые печати.

По принципу действия

По принципу действия различают следующие типы ловильных инструментов:

• Механические - метчики, колокола, овершоты.
• Гидравлические - гидравлические ясы, штанговыбиватели.
• Комбинированные - имеют и механические, и гидравлические узлы.

По способу установки в скважине

По способу размещения в скважине бывают:

• Внутрискважинные - устанавливаются непосредственно внутри обсадных труб или открытого ствола скважины. Например, ловильный метчик.
• Наружные - монтируются на устье скважины снаружи обсадных колонн или на столе ротора. К ним относятся штанговыбиватели, наружные ловильные переводники.

Наиболее часто применяются внутрискважинные ловильные инструменты благодаря бóльшим технологическим возможностям.

Основные параметры и характеристики ловильного инструмента

Основными параметрами ловильного инструмента являются:

• Допустимая растягивающая нагрузка
• Диаметр захвата
• Ход поршня
• Усилие срабатывания
• Разрушающая нагрузка

Допустимая растягивающая нагрузка определяет максимальное усилие, которое можно прикладывать к инструменту в процессе извлечения объекта из скважины. Рассчитывается по формуле:

Фдоп = k * S * [σ],

где Фдоп - допустимая нагрузка, k - коэффициент запаса прочности, S - площадь поперечного сечения инструмента, [σ] - допускаемое напряжение.

Диаметр захвата определяет максимальный диаметр объекта, который может быть извлечен данным инструментом.

Ход поршня - для гидравлических инструментов это величина перемещения рабочего органа.

Усилие срабатывания - минимальное усилие, необходимое для срабатывания ловильного инструмента и захвата объекта.

Разрушающая нагрузка показывает предельное усилие, при котором происходит разрушение ловильного инструмента.

Правильный выбор ловильного инструмента с учетом всех этих параметров позволяет обеспечить надежность проведения ловильных работ и безопасность персонала.

Общие требования к конструкции ловильного инструмента

К конструкции ловильных инструментов предъявляется ряд общих требований:

• Высокая прочность и износостойкость применяемых материалов.
• Обеспечение герметичности всех узлов и соединений.
• Применение надежных и простых в обслуживании приводов.
• Унификация отдельных деталей и узлов.
• Возможность quick-release соединения с надежным разъединением.
• Наличие стопорных элементов, предохраняющих от самопроизвольного раскрытия.

Современные ловильные инструменты изготавливаются из высокопрочных сталей и сплавов. Широко используются алюминиевые сплавы, обладающие высокой коррозионной стойкостью. Для повышения износостойкости ответственные детали изготавливают из закаленных или наплавленных материалов.

Герметичность конструкции обеспечивается применением высококачественных уплотнительных элементов, таких как резиновые кольца, манжеты, сальники. Особые требования предъявляются к герметичности гидропривода ловильных инструментов.

Приводы современных ловильных инструментов, как правило, основаны на гидравлическом, электрическом или механическом принципе действия. Конструкция приводов должна обеспечивать плавное, точное управление инструментом.

Таким образом, грамотное конструирование ловильного инструмента позволяет существенно повысить надежность и эффективность проведения ловильных работ.

Метчики

Метчики относятся к наиболее распространенным видам ловильных инструментов внутреннего захвата. Они предназначены для извлечения из скважины оборванных бурильных или обсадных труб.

Принцип действия метчиков основан на врезании специальной резьбы в торец захватываемой трубы с последующим ее выворачиванием. Различают метчики правой и левой резьбы:

• Метчики левой резьбы применяются для извлечения труб по частям.
• Метчики правой резьбы используются для подъема всей колонны целиком.

К достоинствам метчиков можно отнести простоту конструкции, надежность крепления, возможность многократного применения. К недостаткам - ограниченность применения для труб одного диаметра.

При выборе метчика для конкретных условий необходимо учитывать его допустимую нагрузку, тип и размеры резьбы, материал изготовления.

Колокола

Ловильные колокола предназначены для извлечения из скважин предметов и инструментов посредством внешнего захвата. Колокола применяются, если обрыв произошел не в резьбовом соединении или при срыве замкового соединения.

Основные разновидности ловильных колоколов:

• Сквозные колокола - используются при неровном срезе трубы.
• Калибрующие колокола - предназначены для извлечения долот.
• Колокола с левой и правой резьбой.

К преимуществам колоколов относятся простота конструкции и эксплуатации. К недостаткам - ограниченность применения для узкого диапазона диаметров.

При выборе колокола необходимо учитывать диаметр извлекаемого объекта, тип соединения, глубину и условия работы.

Овершоты

Овершоты представляют собой пружинные ловильные инструменты внешнего захвата. Их применяют, когда не удается произвести стыковку метчиком или колоколом.

Существуют следующие разновидности овершотов:

• Стандартные овершоты с 4-мя пружинами.
• Легкие овершоты для труб малого диаметра.
• Гидравлические овершоты для горизонтального бурения.
• Овершоты с боковым замком.

К достоинствам овершотов относятся надежность захвата, возможность многократного использования, простота конструкции. К недостаткам – ограниченность применения по диаметру.

При выборе овершота необходимо учитывать диаметр извлекаемого объекта, глубину скважины, характер аварии.

Фрезеры

Фрезеры применяются в ловильных работах для разрушения металлических предметов, которые невозможно извлечь другими способами. Фрезерование позволяет превратить объект в стружку и поднять его на поверхность.

Основные типы фрезеров:

• Фронтальные фрезеры различной формы (плоские, конические, цилиндрические).
• Внешние конические и цилиндрические фрезеры.
• Внутренние комбинированные фрезеры.

К преимуществам фрезеров можно отнести высокую производительность, надежность крепления, возможность обработки твердых материалов. Недостатком является износ режущей части.

При выборе фрезера необходимо учитывать размеры обрабатываемого объекта, типоразмер фрезерующей головки, мощность привода.

Удочки (ерши)

Удочки (ерши) относятся к простейшим ловильным инструментам внутреннего захвата. Они предназначены для извлечения из скважины стальных канатов, кабелей, цепей.

Конструктивно удочка представляет собой стержень с наваренными или нарезанными на нем зубьями-крючками. За счет этих крючков происходит надежный захват извлекаемых предметов.

К достоинствам удочек можно отнести простоту конструкции, надежность захвата, возможность многократного использования. К недостаткам – ограниченная область применения.

При выборе удочки необходимо учитывать диаметр извлекаемых предметов, количество и размер крючков, прочностные характеристики.

Магнитные ловители

Магнитные ловители используются для извлечения ферромагнитных предметов со дна скважины. Принцип действия основан на магнитном захвате металлических объектов.

Основные типы магнитных ловителей:

• Шламовые магнитные ловители для сбора мелких ферромагнитных частиц.
• Магнитные фрезеры с карбидно-кобальтовыми режущими элементами.
• Комбинированные магнитно-гидравлические ловители.

К достоинствам магнитных ловителей относят высокую эффективность, возможность многократного применения, простоту конструкции. К недостаткам – ограниченная сфера применения.

При выборе магнитного ловителя необходимо учитывать мощность магнита, габариты ловителя, характеристики извлекаемых предметов.

Ясы

Ясы относятся к гидравлическим ловильным инструментам, они позволяют оказывать большие усилия на захваченный объект.

Основные типы ясов:

• Одностороннего действия.
• Двустороннего действия.
• Ударного действия.
• Комбинированные механико-гидравлические.

К достоинствам ясов относят высокую эффективность, возможность создания больших усилий, надежность захвата. К недостаткам – сложность конструкции.

При выборе яса необходимо учитывать требуемое усилие, диаметр объекта, глубину работы, наличие промывочной жидкости.

Особенности применения ловильного инструмента при КРС

При КРС наиболее часто применяются такие основные виды ловильного инструмента как:

• Метчики.
• Колокола.
• Гидравлические ясы.

Эти инструменты позволяют эффективно справляться с такими авариями как обрыв колонны или прихват инструмента. При этом выбор конкретного типа ловильного инструмента зависит от диаметра скважины, характера аварии, глубины и других факторов.