устройство для герметизации устья скважины

Формула изобретения

Устройство для герметизации устья скважины, включающее корпус с фланцами на концах, уплотнительные элементы, размещенные вдоль оси корпуса с возможностью образования между ними внутренней полости, сообщенной с первыми радиальными каналами, выполненными в корпусе, отличающееся тем, что оно снабжено кожухом, установленным концентрично и герметично относительно корпуса, патрубком для отвода жидкости в сборник, распределителем и патрубками для подвода сжатого воздуха, уплотнительные элементы образуют с корпусом герметичные камеры, сообщенные через вторые радиальные каналы, выполненные в корпусе и кожухе, патрубки и распределитель с источником сжатого воздуха, а первые радиальные каналы сообщены через кольцевую проточку, выполненную в корпусе и прикрытую кожухом, и отверстие, выполненное в кожухе для сообщения с патрубком для отвода жидкости в сборник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для предотвращения обрызгивания, переливания скважинной жидкости, преимущественно при ремонте нагнетательных скважин.

Известно устройство для герметизации устья скважин (Э.А. Гуринович и др. "Чертежи оборудования и приспособлений для ликвидации нефтегазопроявлений и открытых фонтанов ", Львов, УкрНИГРИ, 1977 г, с. 129), содержащее корпус с фланцами, вдоль оси которого размещены самоуплотняющиеся элементы с образованием между ними внутренних полостей.

Известна также "Устьевая герметизирующая головки" (а.с. N 1705545, кл. E 21 B 33/03, опубл. 1992 г.), содержащая корпус с фланцами, вдоль оси которого размещены самоуплотняющиеся элементы с образованием между ними внутренних полостей, и узлы для выравнивания давления, а также датчики положения замковых соединений колонны труб, размещенные во внутренних полостях корпуса над самоуплотняющимися элементами (прототип).

Недостатком как аналога, так и прототипа является сильный износ и разрушение самоуплотняющихся элементов муфтовыми соединениями насосно-компрессорных труб при их подъеме из скважины, отсюда недолговечность уплотнительных элементов, следовательно неизбежны недолговечность уплотнительных элементов, следовательно, неизбежны обрызгивание и излив скважинной жидкости минерализованной водой или нефтепродуктами, и создание тем самым опасности окружающей среде.

Устройство по прототипу в какой-то степени облегчает проход муфтовых соединений через уплотнительные элементы, но быстрый износ их неизбежен. Такого рода уплотнители работает надежно только при обхвате строго цилиндрических труб, а также при небольшой разнице диаметра труб и муфтовых соединений.

Целью изобретения является снижение износа герметизирующих элементов, защита окружающей среды от загрязнений минерализованной агрессивной водой или нефтепродуктами, изливающимися при спуско-подъемных операциях в нагнетательных скважинах.

Цель достигается описываемым устройством, включающим корпус с фланцами на концах, уплотнительные элементы, размещенные вдоль оси корпуса с возможностью образования между ними внутренней полости, сообщенной с первыми радиальными каналами, выполненными в корпусе.

Новым является то, что оно снабжено кожухом, установленным концентрично и герметично относительно корпуса, патрубком для отвода жидкости в сборник, распределителем и патрубками для подвода сжатого воздуха, уплотнительные элементы образуют с корпусом герметичные камеры, сообщенные через вторые радиальные каналы, выполненные в корпусе и кожухе, патрубки и распределитель с источником сжатого воздуха, а первые радиальные каналы сообщены через кольцевую проточку, выполненную в корпусе и прикрытую кожухом, и отверстие, выполненное в кожухе, для сообщения с патрубком для отвода жидкости в сборник.

На чертеже изображен общий вид устройства, смонтированного на устьевом оборудовании скважины, частичный продольный разрез.

Устройство содержит корпус 1 с фланцами 2 и 3 на концах и с уплотнительными элементами 4 и 5, размещенными вдоль оси корпуса с возможностью образования между ними внутренней полости 6, сообщенной с первыми радиальными каналами 7, выполненными в корпусе 1. Уплотнительные элементы 4 и 5 выполнены в виде эластичных рукавов и образуют с корпусом герметичные камеры 8 и 9. Устройство снабжено кожухом 10, установленным концентрично и герметично относительно корпуса, а также патрубком 11 для отвода жидкости в сборник 12, распределителем 13 и патрубками 14 и 15 для подвода сжатого воздуха. В теле корпуса выполнены вторые радиальные каналы 16 и 17 и совмещенные с ними каналы 18 и 19, выполненные в кожухе. Герметичные камеры 8 и 9 уплотнительных элементов сообщены через указанные вторые радиальные каналы 16 и 17, а также 18 и 19, патрубки 14 и 15 и распределитель 13 с источником сжатого воздуха. Первые радиальные каналы 7 сообщены через кольцевую проточку 20, выполненную в корпусе и прикрытую кожухом, и отверстие 21, выполненное в кожухе, для сообщения с патрубком 11 для отвода жидкости в сборник 12. Сборник монтируется на муфте 21 эксплуатационной колонны 22 герметично.

Устройство работает следующим образом. До открытия устья скважины монтируют сборник 12 жидкости, затем открывают задвижку 23 устьевой арматуры и скважину пускают на излив. Накопившуюся жидкость в сборнике откачивают насосным агрегатом через кран 24. Затем открывают устье скважины и вмонтируют устьевое герметизирующее устройство на фланце 25 устьевого оборудования, как это изображено на чертеже, поджимая уплотнительные элементы 4 и 5 с помощью упорного кольца 26 и винта 27. Далее в герметичные камеры 8 и 9 уплотнительных элементов 4 и 5 подают сжатый воздух от пневмосистемы подъемного агрегата (пневносистема подъемного агрегата на фиг. не изображена) через кран 28, распределитель 13 и патрубки 14 и 15. Давление воздуха в камерах 8 и 9 регулируют в зависимости от напора жидкости в скважине.

При спуске насосно-компрессорных труб 29 (НКТ) в скважину кран 30 патрубка 11, отводящего жидкость в сборник, закрывают, а изливающаяся жидкость через открытую задвижку 23 устьевой арматуры сливается в сборник 12, откуда по мере наполнения откачивают насосным агрегатом. В процессе спуска колонны труб в скважину уплотнительные элементы 4 и 5, подвергаясь деформации, сжимают находящийся в них воздух и пропускают трубы через себя без больших трений. При проходе муфтовой части 31 трубы через верхний уплотнительный элемент 4 давление в нижерасположенном уплотнительном элементе 5 повышается за счет разности диаметров труб, надежно обхватывая трубу и герметизируя, не пропускает жидкость.

При подъеме колонны труб на устье скважины кран 30 отводящего патрубка 11 и задвижку 24 устьевой арматуры открывают. При проходе муфтовой части 31 труб НКТ через нижний уплотнительный элемент 5 не исключено попадание скважинной жидкости частично в полость 6 между уплотнительными элементами 4 и 5, которая через отводящий патрубок 11 сливается в сборник, что предотвращает обрызгивание и излив через верхний уплотнительный элемент 4.

В случае излива жидкости из колонны труб в них закачивают технологическую жидкость более высокой плотности, чем скважинная.

Подача сигнала на включение насоса для откачки жидкости из сборника 12, а также открывание крана 24 осуществляется датчиками-герконами Г₁, Г₂, Г₃, приводимыми в действие постоянным магнитом 32 поплавка 33.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем. Выполнение устройства для герметизации устья скважины такой конструкции позволяет надежно герметизировать. Сила обжатия труб уплотнительными элементами является регулируемым рабочим агентом сжатым воздухом в камерах уплотнителей, что резко снижает их износ.

Устройство позволяет выполнять спуско-подъемные операции насосно-компрессорных труб под избыточным давлением, т.к. уплотняющие элементы перекрывают затрубное пространство независимо от направления движения НКТ.

Благодаря возможности перетока уплотняющего агента из одной камеры в уплотнительных элементах в другую при прохождении муфтовых соединений насосно-компрессорных труб дополнительно уменьшается износ уплотняющих элементов и повышается надежность герметизации затрубного пространства. Кроме того, его уплотнительные элементы изготавливаются более эластичными по сравнению с жестким самоуплотняющимися элементами по прототипу, что позволяет герметизировать межтрубное пространство при значительной разнице по диаметру и конфигурации пропускаемого инструмента (глубинного насоса, труб с разным диаметром и др.).