устройство для перекрытия колонны насосно-компрессорных труб

Формула изобретения

Устройство для перекрытия колонны насосно-компрессорных труб, содержащее корпус с окнами, заякоривающий узел, состоящий из сердечника, механизма привода и комплекта фиксаторов в виде рычагов, узел фиксации, уплотнительный узел, состоящий из уплотнителя и механизма посадки в виде разжимного конуса, жестко связанного с сердечником, и обратный клапан, отличающееся тем, что заякоривающий узел в качестве фиксаторов содержит комплект одноплечих рычагов, жестко связанных кольцом, головки которых в исходном положении располагаются на уровне внешней кольцевой проточки, выполненной в корпусе, а его механизм привода состоит из толкателя, связанного с сердечником тарированным срезным элементом, установленным в осевом канале корпуса с возможностью осевого перемещения, причем сердечник и корпус телескопически связаны друг с другом, а узел фиксации дополнительно содержит цангу, охватывающую корпус и имеющую внутренний кольцевой выступ, входящий в ответный паз корпуса, и комплект подпружиненных захватов, расположенных в боковых окнах корпуса, причем уплотнитель уплотнительного узла расположен под кольцом заякоривающего узла с внешней стороны цанги с возможностью взаимодействия с захватами узла фиксации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для перекрытия осевого канала насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважине, и может быть использовано при проведении различных технологических операций, например для установки диспергаторов или струйных насосов.

Анализ существующего уровня показал следующее: известно устройство для перекрытия колонны НКТ, содержащее корпус с продольными каналами, в котором расположена камера с сеткой, разделяющей камеру на две части, одна из которых заполнена веществом, растворимым в добываемой жидкости, подпружиненный шток, конус, герметизирующие элементы и фиксатор (см. а.с. N 933950 от 18.07.80 г. по кл. E 21 В 34/10, опубл. в ОБ N 21, 1982 г.). Устройство через лубрикатор спускается в скважину под собственным весом к месту расположения стопорного патрубка и садится на его конусную фаску и далее в осевой канал стопорного патрубка вводится фиксатор и уплотнитель с образованием между ними герметичного контакта.

Недостатком известного устройства является ненадежность конструкции и неэффективность работы.

Это обусловлено целым рядом причин:

необходимостью предварительной установки в составе колонны НКТ стопорного патрубка, что подразумевает подъем на поверхность внутрискважинного оборудования с соответствующим проведением операции по глушению скважины; применением вещества, растворимого в пластовой жидкости, как источника команды для обеспечения выравнивания давления над и под устройством, после его растворения и удаления из верхней части камеры не являющегося критерием оценки времени, за которое происходит выравнивание давления, т.к. спуск устройства осуществляют в скважину, заполненную жидкостью, а растворение вещества происходит в различное время, что обусловлено составом жидкости и различной глубиной.

Таким образом, устройство может быть приведено в нерабочее состояние еще в процессе спуска к стопорному патрубку;

в качестве прототипа взято устройство для перекрытия колонны НКТ, содержащее корпус с окнами, патрубок с заякоривающим узлом, состоящим из установленного внутри него с возможностью осевого перемещения сердечника, а также механизма привода и комплекта фиксаторов в виде рычагов, узел фиксации, уплотнительный узел, состоящий из уплотнителя и механизма посадки в виде разжимного конуса, жестко связанного с сердечником, тормоз и обратный клапан (см. а.с. N 1145121 от 11.01.83 г. по кл. E 21 В 34/06, опубл. в ОБ N 10, 1985 г.).

Устройство дополнительно снабжено установленным между патрубком и сердечником и зафиксированным относительно последнего вкладышем с подпружиненными плашками, установленными с возможностью взаимодействия с сердечником. Тормоз установлен на патрубке, а уплотнитель расположен под нижним торцом патрубка. Тормоз выполнен в виде подпружиненных стержней, нижние концы которых связаны с патрубком, а верхние отогнуты до постоянного контакта со стенкой НКТ в процессе спуска. Устройство подсоединяется к установочному инструменту и спускается в скважину на требуемую глубину. Лебедку переключают на подъем до входа фиксаторов в первый стык муфтового соединения НКТ и с деформацией уплотнителя. Установочный инструмент снимается и устройство подготовлено к работе по восприятию давления снизу. Съем устройства осуществляется путем ввода съемного инструмента в осевой канал патрубка до зацепления с седлом. Съемный инструмент давит на вкладыши с выводом из взаимодействия плашек с сердечником.

Недостатком известного устройства является ненадежность конструкции и неэффективность работы. Это обусловлено целым рядом причин:

при посадке устройства в стык труб муфтового соединения фиксацию уплотнительного элемента в напряженном состоянии ведут путем взаимодействия конуса с подпружиненными секторами. Однако необходимость радиального перемещения по ласточкиным пазам секторов до контакта со стенкой НКТ в момент посадки устройства при длительном нахождении в условиях скважины может привести к заклиниванию устройства;

съем устройства с места установки возможен только лишь при наличии силового контакта съемного устройства с вкладышами, что требует оснащения съемного устройства дополнительным тарированным весом. Но при вводе съемного устройства во взаимодействие с седлом, требуется иметь определенный ход вниз для его размещения и силового нагружения. При этом возможен частичный возврат вверх с соответствующим возвратом плашек во взаимодействие с сердечником, что затруднит съем устройства с места установки;

отсутствует механизм контроля за посадкой устройства с гарантированным перекрытием осевого канала НКТ;

не известно, каким образом осуществляется отсоединение установочного инструмента от устройства при посадке и фиксации в стыке труб с деформацией уплотнительного элемента;

при длительном нахождении устройства в скважине на сопрягаемых поверхностях возможно отложение солей, что может служить дополнительным препятствием для съема устройства с места.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему: повышается надежность конструкции и эффективность проведения операции перекрытия осевого канала НКТ в скважине за счет:

отсутствия элементов, имеющих напряжение и перемещение в плоскости, перпендикулярной к оси скважины, что при приложении осевой нагрузки (в период посадки и съема устройства) может привести к его заклиниванию;

увеличения срока службы устройства, т.к. заявляемая конструкция позволяет отказаться при съеме устройства от применения тарированной нагрузки, действующей сверху на сердечник, а также от силового воздействия, направленного на возврат фиксаторов в исходное положение.

Технический результат достигается с помощью известного устройства, содержащего корпус с окнами, заякоривающий узел, состоящий из сердечника, механизма привода и комплекта фиксаторов в виде рычагов, узел фиксации, уплотнительный узел, состоящий из уплотнителя и механизма посадки в виде разжимного конуса, жестко связанного с сердечником, и обратный клапан, в котором заякоривающий узел в качестве фиксаторов содержит комплект одноплечих рычагов, жестко связанных кольцом, а его механизм привода состоит из толкателя, связанного с сердечником тарированным срезным элементом, установленными в осевом канале корпуса с возможностью осевого перемещения, причем сердечник и корпус телескопически связаны друг с другом, а узел фиксации дополнительно содержит цангу, охватывающую корпус и имеющую внутренний кольцевой выступ, входящий в ответный паз корпуса, и комплект подпружиненных захватов, расположенных в боковых окнах корпуса, причем уплотнитель уплотнительного узла расположен под кольцом заякоривающего узла с внешней стороны цанги с возможностью взаимодействия с захватами узла фиксации.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: совокупность конструктивных элементов отличительной части формулы изобретения, дающих вышеуказанный технический результат, не выявлена по имеющимся источникам. Заявляемое изобретение обладает изобретательским уровнем.

Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами:

на фиг. 1 представлена конструкция устройства в разрезе в положении спуска в скважину;

на фиг. 2 представлена конструкция устройств в разрезе в положении перекрытия межтрубного пространства уплотнителем при фиксации головок фиксатора в стыке НКТ;

на фиг. 3 представлена конструкция устройства в положении его извлечения с места установки в осевом канале НКТ;

на фиг. 4 представлена конструкция устройства в разрезе при взаимодействии с корпусом в момент съема.

Заявляемое устройство имеет корпус 1 с продольными окнами (полостями) "а" в нижней части. Заякоривающий узел расположен с внешней стороны корпуса 1, в осевом канале "б" которого расположен механизм привода, содержащий сердечник 2, связанный с толкателем 3 тарированным срезным элементом 4 с возможностью образования подвижной связи. Комплект одноплечих рычагов 5 жестко связан кольцом 6, головки 7 которых в исходном положении располагаются на уровне внешней кольцевой проточки "в" корпуса 1. Сердечник 2 и корпус 1 телескопически связаны друг с другом. Узел фиксации содержит цангу 8, охватывающую корпус 1 и имеющую внутренний кольцевой выступ 9, входящий в ответный паз 10 корпуса 1. Комплект подпружиненных захватов 11 установлен в продольных окнах "а" корпуса 1 и жестко связан нижними концами с цангой 8. Уплотнительный узел состоит из уплотнителя 12, расположенного на цанге 8 под кольцом 6 с возможностью взаимодействия с захватом 11. Разжимной конус 13 жестко связан с сердечником 2 и нижним концом цанги 8. Сердечник 2 связан через переходник 14 и удлинитель 15 с корпусом 16 диспергатора (или обратного клапана), внутри которого установлен перфорированный ограничитель 17 и шар 18, посаженный на седло 19. Внутренняя полость диспергатора гидравлически связана с осевым каналом "г" сердечника 2, каналом "д" толкателя 3, который в свою очередь через радиальные каналы "е" связан с полостью "ж" внутренней кольцевой проточки корпуса 1.

Устройство имеет следующие габариты:

Максимальный наружный диаметр корпуса, мм - 56

по головкам фиксатора, мм - 64

Длина, мм - 500

Масса, кг - Не более 4,5

Работа устройства: устройство в сборе через резьбовой конец толкателя 6 подсоединяют к тросу промысловой лебедки марки Азинмаш-8А (или Азинмаш-8В). Далее его устанавливают в лубрикаторе марки ОУГ 80-350 (или ОУГ 80-350ХЛ) и спускают в колонну НКТ. При этом головки 7 одноплечих рычагов фиксаторов находятся в постоянном контакте со стенкой труб и при проходе через стык труб в муфтовом соединении свободно деформируются внутрь кольцевой проточки "в" корпуса 1. По достижению необходимой глубины прекращают спуск устройства и плавным натяжением троса осуществляют перемещение толкателем 3 вверх до ввода головок 7 одноплечих рычагов 5 в первый стык труб муфтового соединения, расположенный выше. Головки 7 входят в торцовый контакт с трубой (см. фиг. 2). Дальнейшим совместным перемещением толкателя 3 с сердечником 2 и корпусом 1 осуществляют подвод цилиндрического участка корпуса 1 под головки 7 одноплечих рычагов 5, препятствуя их выходу из взаимодействия с торцом трубы. Разжимной конус 13 вводится под уплотнитель 12, опирающийся сверху на кольцо 6. Захват 11, располагающийся выше места нахождения кольца 6, выходит из продольных окон "а" и деформируется к стенке колонны НКТ с расположением над ним, тем самым предотвращая осевое перемещение устройства вниз при воздействии осевой нагрузки сверху. Усилие деформации уплотнителя 12 подобрано таким образом, что оно меньше усилия разрушения тарированного срезного элемента 4. При расчетном осевом нагружении тарированный срезной элемент 4 разрушается и толкатель 3 извлекается на поверхность, что открывает канал "б" для свободного поступления газа или жидкости через обратный клапан в осевой канал труб над устройством. В этом положении устройство подготовлено к работе.

Необходимость ввода и установки устройства в осевом канале НКТ обусловлена реализацией технологии обеспечения выноса жидкости из малодебитных обводняющихся газовых скважин. Для этого на нижний конец устройства устанавливается диспергатор, состоящий из корпуса 16, в котором размещен перфорированный ограничитель 17 и шар 18, установленный на седле 19.

При открытии задвижки на устье скважины газожидкостный поток поступает во внутреннюю полость корпуса 16 диспергатора, поднимает шар 18, обтекает последний и по осевому каналу удлинителя 15, осевому каналу "г" сердечника 2 и осевому каналу "д" толкателя 3 поступает в полость внутренней кольцевой проточки "ж" корпуса 1 и далее по колонне НКТ выходит на поверхность.

При прохождении потока газожидкостной смеси через диспергатор и по каналам устройства происходит дробление капелек жидкости до структуры тумана и вынос его потоком в колонну НКТ.

В случае остановки процесса добычи газа по различным технологическим причинам шар 18 садится на седло 19 в корпусе 16 и отделяет полость колонны НКТ над устройством с полостью под ним.

Слой жидкости, который сформировался на внутренней поверхности колонны НКТ, стекает к устройству и скапливается над уплотнителем 12. Тем самым исключается накопление столба жидкости на забое скважины, что для малодебитных газовых скважин с малым пластовым давлением может привести к глушению продуктивного пласта.

Устройство может быть оснащено также и обратным клапаном, как в прототипе, что позволит использовать его в качестве клапана-отсекателя.

Извлечение устройства из скважины осуществляется путем применения тросовой промысловой техники, оснащенной цанговым захватом (см. фиг. 4), который через лубрикатор спускается в скважину до места расположения устройства и вводится в кольцевую проточку "ж" корпуса 1.

Съем устройства осуществляется с применением устьевого лубрикатора, что исключает операцию по глушению скважин.

Технологическая операция по съему устройства осуществляется следующим образом:

плавным натяжением троса цанговый захват фиксируется внутри кольцевой проточки "ж" корпуса 1.

Дальнейшим натяжением троса корпус 1 выходит из взаимодействия с кольцевым выступом 9 цанги 8 и перемещается относительно сердечника 2 и одноплечих рычагов 5, что освобождает от фиксации цилиндрической поверхностью корпуса 1 головки 7 одноплечих рычагов, которые через кольцо 6 воздействуют на уплотнитель 12 и перемещают его под разжимной конус 13 на удлинитель 15. В таком положении, которое показано на фиг. 3, устройство извлекается на поверхность.

При подъеме на поверхность головки 7 одноплечих рычагов 5 контактируют с торцом труб и свободно деформируют последние к оси, что не препятствует подъему.

Заявляемое устройство прошло стендовые испытания на моделях скважин, имитирующих перепад давления в пределах 2 МПа, а герметичность уплотнителя определялась при перепаде давления 1 МПа.