оборудование для эксплуатации фонтанирующих скважин

Формула изобретения

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФОНТАНИРУЮЩИХ СКВАЖИН, содержащее колонну подъемных труб с верхним и нижним пакерами, установленный в верхней части колонны подъемных труб ниппель с клапаном - отсекателем, трубкой управления, связанной с системой управления и узлом фиксации, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы оборудования при одновременном снижении металлоемкости и упрощении конструкции, оно снабжено верхним и нижним патрубками, установленными на колонне подъемных труб между узлом фиксации ниппеля и нижним пакером, размещенными в патрубках с возможностью взаимодействия с колонной труб соответственно верхним и нижним кольцевыми поршнями одного диаметра и подвижной втулкой, размещенной концентрично между патрубками и колонной подъемных труб и связывающей поршни между собой, причем колонна труб на уровне размещения нижнего патрубка под его поршнем выполнена с радиальным отверстием, а патрубки с поршнями и колонной образуют камеры, одна из которых над верхним поршнем связана гидравлически с системой управления, а другая - под нижним поршнем - с полостью колонны подъемных труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и применяется в нефтяных и газовых скважинах, эксплуатируемых фонтанным способом.

Известно оборудование для эксплуатации фонтанных скважин, включающее колонну подъемных труб с пакером на нижнем конце, установленный в верхней части колонны подъемных труб ниппель с клапаном-отсекателем, трубкой системы управления и узлом фиксации и скважинное оборудование, расположенное между клапаном-отсекателем и пакером.

Введением в состав этого комплекса дополнительного пакера достигнуто закрытие затрубной зоны скважин при закрытии прохода колонны подъемных труб управляемым клапаном-отсекателем в аварийных и пожароопасных ситуациях.

Однако конструкция дополнительного пакера здесь слишком сложна и его работа в основном зависит от усилия тарельчатых пружин, изготовление которых на необходимое усилие при ограниченном размере скважин в большинстве случаев невозможно. Кроме того, эта пружина на весь период эксплуатации скважин остается в скважине в сжатом состоянии и за счет остаточной деформации изменяется ее техническая характеристика, вследствие чего надежность оборудования в целом теряется.

Целью изобретения является повышение надежности работы оборудования при одновременном снижении и упрощении конструкции.

Для этого оборудование для эксплуатации фонтанирующих скважин, содержащее колонну подъемных труб с верхним и нижним пакерами, установленный в верхней части колонны подъемных труб ниппель с клапаном-отсекателем, трубкой управления, связанной с системой управления и узлом фиксации, снабжено верхним и нижним патрубками, установленными на колонне подъемных труб между узлом фиксации ниппеля и нижним пакером, размещенными в патрубках с возможностью взаимодействия с колонной труб соответственно верхним и нижним кольцевыми поршнями одного диаметра и подвижной втулкой, размещенной концентрично между патрубками и колонной подъемных труб и связывающей поршни между собой, причем колонна труб на уровне размещения нижнего патрубка под его поршнем выполнена с радиальным отверстием, а патрубки с поршнями и колонной образуют камеры, одна из которых над верхним поршнем связана гидравлически с системой управления, а другая под нижним поршнем - с полостью колонны подъемных труб.

На фиг. 1 приведено предлагаемое оборудование в процессе эксплуатации скважины; на фиг. 2 - то же, в аварийных и пожароопасных ситуациях или в момент принудительной остановки эксплуатации скважины.

Оборудование для эксплуатации фонтанных скважин содержит колонну подъемных труб 1, на которых установлен нижний пакер 2, и верхний пакер 3, над которым на колонне подъемных труб размещено скважинное оборудование различного назначения для проведения технологических и профилактических работ. Далее над верхним пакером 3, от устья на глубине до 200 м на колонне подъемных труб установлен ниппель 4 с клапаном-отсекателем 5, связанный через трубку управления 6 с размещенной на поверхности земли системой управления 7. Под ниппелем 4 на колонне подъемных труб установлен узел фиксации 8 и набор эластичных манжет 9 верхнего пакера. Ниппель 4 служит для установки в нем клапана-отсекателя 5 с замком 10. Узел фиксации 8 служит для предотвращения проскальзывания скважинного оборудования наверх в процессе эксплуатации и в аварийных ситуациях, когда клапан-отсекатель 5 закрывается, эластичные манжеты 9 сжимаются до предела (см.фиг.2) под действием пластового давления Р_n в трубном пространстве скважины, действующего снизу на нижний поршень 11. Причем это давление при разгерметизации какого-нибудь из узлов скважинного оборудования, размещенного между ниппелем 4 клапана-отсекателя 5 и нижним пакером 2, одновременно действует и в затрубной зоне скважины.

Верхний пакер 3 снабжен верхним патрубком 13 и нижним патрубком 14, которые с колонной труб образуют соответственно камеры "б" и "в", первая из которых связана с пультом управления 7, а вторая - с полостью колонны подъемных труб через радиальное отверстие "а".

На фиг. 1 и 2 имеются следующие обозначения:

Р_у - величина давления в трубке управления 6 и над верхним поршнем 12;

Х - ход поршней 11 и 12, соединенных подвижной втулкой 15;

Р_n - величина пластового давления под нижним поршнем 11;

Х₁ - ход, необходимый для сжатия и повторного освобождения набора эластичных манжет 9.

Работа оборудования для фонтанных скважин осуществляется следующим образом.

После спуска оборудования в скважину, обвязки устья, посадки и опрессовки нижнего пакера 2, освоения и ввода в эксплуатацию скважин в ниппеле 4 устанавливается управляемый клапан-отсекатель 5 и при помощи системы управления 7 в трубке управления 6, создается давление Р_y, больше пластового давления Р_n. Это давление поддерживает управляемый клапан-отсекатель 5 в открытом состоянии, а набор эластичных манжет 9 в свободном состоянии и скважина переводятся на автоматический режим эксплуатации. В аварийных и пожароопасных ситуациях из трубки управления 6 и камеры "б" давление мгновенно стравливается в емкости системы управления 7, что приводит к закрытию запорного элемента клапана-отсекателя 5 (см.фиг.2). При этом давление под запорным элементом клапана-отсекателя 5 возрастает до величины давления Р_n, которое соответствует статическому пластовому давлению на глубине установки клапана-отсекателя 5. Под действием этого давления в камере "в" нижний поршень 11 двигается наверх и сжимает набор эластичных манжет 9 до контакта с обсадной колонной (см. фиг. 2). Тем самым проход колонны подъемных труб 1 герметично закрывается клапаном-отсекателем 5, а проход обсадной колонны - набором эластичных манжет 9, верхнего пакера 3 в независимости от состояния функционирования нижнего пакера 2. После устранения неполадок (утечек) наземного оборудования (фонтанной арматуры, трубной головки, утечек в затрубном выкиде фонтанной арматуры и др.) для повторного ввода в эксплуатацию скважин достаточно создать и поддерживать в камере "б" давление, равное Р_у, большим, чем Р_n в камере "в", что приводит к открытию запорного элемента клапана-отсекателя 5 и освобождению набора эластичных манжет 9 верхнего пакера. В случае необходимости извлечения подземного оборудования на поверхность, например, при выходе из строя одного из скважинных узлов, находящихся ниже набора эластичных манжет 9, при помощи инструментов тросовой техники клапан-отсекатель 5 извлекается на поверхность, открывается один из циркуляционных клапанов, расположенных ниже верхнего пакера 3, после чего в ниппель 4 устанавливается предохранитель и через трубку 6 в камере "б" создается и поддерживается давление, большее Р_n в камере "в", и путем прямой или обратной циркуляции производится глушение скважины. Поскольку в затрубном и трубном пространствах скважины давления выравниваются, после стравливания давления Р_у из камеры "б" через трубки управления 6 набор эластичных манжет 9 остается в свободном состоянии и все скважинное оборудование легко поднимается натяжением колонны подъемных труб 1. В случае разгерметизации скважинной части трубки 6 и невозможности обеспечения свободного состояния набора эластичных манжет 9 после их сжатия необходимо извлечь клапан-отсекатель 5, открыть один из циркуляционных клапанов, после чего в затрубной зоне скважины выше набора эластичных манжет 9 создается давление, равное или большее давления P_n в камере "в" и в таком состоянии производится глушение. В таких случаях глушение скважин можно производить также постепенной закачкой раствора прямо в пласт через клапан-отсекатель 5, поскольку он имеет запорный орган в виде хлопушки, которая в направлении пласта пропускает закачиваемую жидкость, а из пласта не пропускает.

Таким образом, создание скважинного оборудования для эксплуатации фонтанных скважин дает возможность герметичного закрытия прохода скважин в целом, а именно прохода колонны подъемных труб 1 управляемым клапаном-отсекателем 5, в прохода эксплуатационной (обсадной) колонны набором эластичных манжет 9 верхнего пакера в аварийных и пожароопасных ситуациях, а также принудительного, когда оно требуется.

Создание предлагаемого оборудования позволяет обеспечить повышенную безопасность эксплуатации фонтанирующих нефтяных и газовых скважин, особенно тех, в продукции которых содержатся агрессивные компоненты Н₂S и CO₂ (cкважины месторождений Западного Казахстана (Тенгиз, Жанажол), Астрахань, а также скважины континентального щельфа), и способствовать решению экологических вопросов в этих местностях.