Магнитные ловители для ремонта нефтяных и газовых скважин

• Автор: Кокорин, Андрей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 212 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Аналитический обзор
1.1. Состояние вопроса по очистке забоя нефтяных и
газовых скважин от металлических предметов
1.2. Обзор методов расчета стационарных магнитных полей
в магнитных системах с постоянными магнитами
1.3. Выводы
2» Математическая модель скважинного магнитного ловителя
2.1. Построение расчетных моделей магнитных ловителей
2.2. Полевая модель магнитного ловителя
2.3. Описание нелинейных свойств сред
2.4. Выводы
3. Расчет магнитного поля магнитного ловителя методом конечных элементов
3.1. Постановка задачи
3.2. Разбиение расчетной области на конечные элементы
3.3. Моделирование в МКЭ постоянных магнитов
3.4. Конечно-элементная модель магнитного ловителя
3.5. Реализация граничных условий
3.6. Выводы
4. Расчет параметров магнитных систем магнитных ловителей
4.1. Учет нелинейных свойств ферромагнитных элементов
в расчетах конструкций магнитного ловителя
4.2. Влияние ширины магнитопроводов и длины магнитов на величину статических суммарных и удельных усилий притяжения магнитных ловителей
4.3. Влияние высоты магнитной системы на величину

статических суммарных и удельных усилий
притяжения магнитных ловителей
4.4. Влияние материала магнитопроводов и характеристик самарий - кобальтовых постоянных магнитов на величину суммарных и удельных усилий притяжения магнитных систем магнитных ловителей
4.5. Стохастическая модель вторичной среды
4.6. Выводы
5. Экспериментальные исследования и практическая
реализация магнитных ловителей
5.1. Измерение усилий притяжения магнитных ловителей
5.2. Измерение магнитной индукции
5.3. Практическая реализация магнитных ловителей
5.4. Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
На нефтяных и газовых месторождениях в процессе бурения скважин часто происходит их засорение различными ферромагнитными элементами. Это могут быть обломки бурового инструмента, стружка от разбури-вания труб, слабомагнитные твердосплавные насадки инструментов и другие материалы. Наличие таких элементов в скважине препятствует нормальному ведению буровых работ, увеличивает износ бурового оборудования и повышает вероятность возникновения аварийных ситуаций, связанных с разрушением в забое скважины породоразрушающего инструмента. В некоторых случаях эти факторы могут стать причиной вывода скважины из строя. При бурении скважин наиболее частой из встречающихся аварий является разрушение шарошечных долот.
Для удаления посторонних ферромагнитных предметов с забоя скважины могут применяться различные способы. К ним относятся механические, гидравлические и способы с использованием магнитных полей. Для устранения засоренности забоя скважины металлическими предметами наиболее эффективным методом является применение скважинных магнитных ловителей на постоянных магнитах. Однако выпускаемые для этой цели отечественной промышленностью магнитные ловители обладают низкими удельными характеристиками и ограниченным, как правило до трех лет, сроком эксплуатации. Это обусловило создание нового типа магнитных ловителей, обладающих высокой эффективностью и высокими эксплуатационными показателями.
Создание магнитных ловителей с высокими тяговыми характеристиками возможно только при использовании в их конструкциях высококоэрцитивных постоянных магнитов. Как показала XII Международная конференция по постоянным магнитам (г. Суздаль, 22 — 26 сентября 1997 г.) в области создания новых высококоэрцитивных постоянных магнитов

Конструкции магнитных систем ловителей разных типоразмеров однотипны и таковы, что их сборка осуществляется отдельно на немагнитной плите (4, рис. 2.1). Немагнитная плита с магнитной системой вставляется в гнездо в рабочем торце корпуса ловителя и расклинивается клиньями (5) в виде сегментов. Области (6) необходимы для исключения шунтирования магнитного потока. Эти области заполняются механически прочным немагнитным составом, в качестве которого используется эпоксидная смола с наполнителем.
При построении расчетной модели магнитного ловителя учитываются его конструкция, устройство, принцип действия, метод решения поставленной задачи, а также различные факторы, оказывающие влияние на работу магнитного ловителя (условия эксплуатации). Правильная постановка задачи, применение оправданных допущений и выбор оптимального метода решения во многом определяют решение поставленной задачи с допустимой точностью. Расчетная модель магнитного ловителя является упрощенной моделью, однако она должна максимально учитывать реальные процессы, протекающие при его работе в скважине. При построении расчетной модели важно определить те факторы, не учет которых в расчетах не оказывает значительного влияния на точность результатов исследований.
Так как магнитная система ловителя симметрична, и полюсные деления Ь значительно меньше ее ширины а (рис. 2.1), то расчетная модель устройства может быть рассмотрена на плоскости, что значительно упрощает поставленную задачу. На рис. 2.2 показана расчетная область для магнитного ловителя с четырьмя постоянными магнитами, соответствующая поперечному сечению магнитной системы. Расчетная область включает в себя корпус магнитного ловителя, магнитную систему, притягиваемое (вторичное) тело (тела) и рабочий зазор. Расчетная область имеет форму прямоугольника. Конструкция ловителя такова, что его магнит-