устройство для опрессовки колонны труб

Формула изобретения

Устройство для опрессовки колонны труб, содержащее опрессовочный клапан для запуска в колонну труб в скважине, состоящий из корпуса с продольным пазом, снабженный головкой под ловитель, заякоривающим узлом, состоящим из штока, механизма привода и комплекта фиксаторов в виде рычагов, уплотнительным узлом с уплотнителем, установленным на корпусе с возможностью посадки уплотнителя, при этом оно содержит гильзу под опрессовочный клапан, установленную на нижнем конце опрессуемого интервала колонны труб, расположенный под гильзой башмак в виде трубы с внутренней кольцевой полостью большего диаметра, чем внутренний диаметр опрессуемой колонны труб, уплотнительный узел состоящий из нижнего и верхнего подвижного поршней и расположенного между последними уплотнительного элемента, причем верхний подвижный поршень снабжен с одной стороны разгрузочным клапаном с головкой под ловитель, а с другой - механизмом привода с подпружиненным штоком, при этом нижний поршень соединен с корпусом, в продольном пазу которого расположен комплект фиксаторов заякоривающего узла, выполненный в виде пары двуплечих установленных на оси рычагов с возможностью взаимодействия своими нижними концами с башмаком и подпружиненным клином, а верхними концами - с подпружиненным штоком через плоскую кинематическую пару в виде цепного звена.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для периодической опрессовки колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважине.

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. №933950 от 18.07.80 г. по кл. Е 21 В 34/10, опубл. в ОБ №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 соответствующими 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.

По конструктивным признакам, а также по функциональным особенностям обеспечения герметичности, т.е. путем предварительной принудительной посадки уплотнителя на его рабочем месте с целью обеспечения герметичности, наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для перекрытия колонны насосно-компрессорных труб (см. патент RU 2164587 C2 по кл. Е 21 В 34/06), содержащее запускаемый в колонну труб, находящуюся в скважине, опрессовочный клапан, включающий корпус с окнами, заякоривающий узел, состоящий из штока, комплекта фиксаторов в виде одноплечих рычагов и механизма привода с толкателем, связанным с сердечником тарированным срезным элементом и установленным в осевом канале корпуса с возможностью осевого перемещения. Кроме того, устройство включает узел фиксации из упругого элемента, уплотнительный узел, состоящий из уплотнителя и механизма посадки в виде разжимного конуса, жестко связанного со штоком.

К недостаткам известного устройства относятся сложность конструкции и технологии изготовления, а также недостаточная надежность устройства в работе. Работа таких деталей, как цанга, одноплечих рычагов и захвата, рассчитана на упругость их материала, которая обеспечивается за счет высокой дорогостоящей технологии. Уплотнительный элемент имеет сложный профиль и подвергается при работе чрезмерной деформации, после которой он должен принять первоначальную геометрическую форму за счет внутренних упругих сил, в то время как известно общепринятый материал упругого элемента склонен к затвердеванию в среде, в которой он работает, или с истечением времени теряет пластичность.

Наличие же различного рода мусора в технологической жидкости указывает на то, что не исключено попадание этого мусора в рабочие органы устройства, которые расположены так незащищенно, что в итоге приводит устройство к отказу в работе.

Техническая задача изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности устройства.

Устройство для опрессовки колонны труб, содержащее опрессовочный клапан, запускаемый в колонну труб в скважине, состоящий из корпуса с продольным пазом, снабженный головкой под ловитель, заякоривающим узлом, состоящим из штока, механизма привода и комплекта фиксаторов в виде рычагов, уплотнительным узлом с уплотнителем, установленным на продолжении корпуса с возможностью посадки уплотнителя, выполнено так, что оно содержит гильзу под опрессовочный клапан, установленную на нижнем конце опрессуемого интервала колонны труб, расположенный под гильзой башмак в виде трубы с внутренней кольцевой полостью большего диаметра, чем внутренний диаметр опрессуемой колонны труб, уплотнительный узел, состоящий из нижнего и верхнего подвижного поршней и расположенного между последними уплотнительного элемента, причем верхний подвижный поршень снабжен с одной стороны разгрузочным клапаном с головкой под ловитель, а с другой - механизмом привода с подпружиненным штоком, при этом нижний поршень соединен с корпусом, в продольном пазу которого расположен комплект фиксаторов заякоривающего узла, выполненный в виде пары двуплечих установленных на оси рычагов с возможностью взаимодействия своими нижними концами с башмаком и подпружиненным клином, а верхними концами - с подпружиненным штоком через плоскую кинематическую пару в виде цепного звена.

На фиг.1 изображен продольный разрез опрессовочного клапана на фронтальной проекции; на фиг.2 - продольный разрез опрессовочного клапана на профильной проекции; на фиг.3 - продольный разрез нижнего конца опрессуемого интервала колонны труб с гильзой и башмаком; на фиг.4 - продольный разрез устройства на уровне, перед входом фиксаторов в башмак; на фиг.5 - продольный разрез устройства в зафиксированном в колонне труб положении.

Устройство состоит из опрессовочного клапана (фиг.1, 2), запускаемого в колонну, например, насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 (фиг.3), находящуюся в скважине (не показаны) и снабженную установленной на нижнем конце опрессуемого интервала НКТ гильзой 2 с башмаком 3, в котором выполнена кольцевая полость (расточка) 4 большего диаметра, чем внутренний диаметр колонны НКТ, предусмотрены отверстия 5, предназначенные для уменьшения накопления мусора, образования отложений в кольцевой полости 4.

Внутренняя поверхность гильзы 2 должна соответствовать аналогичной поверхности цилиндра штангового насоса, т.е. должна обладать необходимыми характеристиками по твердости, стойкости против коррозии и чистоте поверхности, чтобы не было отложения парафина. С другой стороны, гильза может быть исполнена в армированном варианте: внутренняя поверхность стального кожуха заливается, например, полиамидом, что также соответствует требованиям, предъявляемым к гильзе.

Опрессовочный клапан (фиг.1, 2) состоит из корпуса 6 с продольным пазом 7, уплотнительного узла, содержащего нижний 8, верхний подвижный 9 поршни и расположенный между последними резиновый уплотнитель 10. Верхний подвижный поршень 9 снабжен с одной стороны разгрузочным клапаном, выполненным в виде шарика 11, поджатого пружиной 12 к седлу 13 через шарикодержатель 14 с головкой 15 под ловитель (не показан), смонтированный на конце каната специальной лебедки (не показаны). Седло 13 установлено в верхнем подвижном поршне 9 посредством седлодержателя 16 через шайбу 17.

С другой стороны верхний подвижный поршень 9 соединен со штоком 18, посаженным в нижнем поршне 8 на пружине 19. При этом нижний поршень 8 соединен с корпусом 6, в продольном пазу 7 которого расположен комплект фиксаторов заякорившего узла, выполненный в виде пары двуплечих установленных на оси 20 рычагов 21 с возможностью взаимодействия своими нижними концами с башмаком 3 (фиг.4, 5) и подпружиненным клином 22, приводимым в действие с помощью пружины 23, а верхними концами - с подпружиненным штоком 18 через плоскую кинематическую пару в виде цепного звена с щеками 24, установленными на общей оси 25 в штоке 18 и на соответствующих осях 26, 27, расположенных на верхнем конце рычагов 21.

Для прохождения жидкости при открытии разгрузочного клапана в подвижном верхнем поршне 9 предусмотрены радиальные отверстия 28 (фиг.1), а в седле 13, седлодержателе 16 и штоке 18 - соответственно центральные отверстия 29.

Опрессовочный клапан хранится в собранном (совмещенном) виде рычагов 21, положение которых фиксируется с помощью шплинта 30 (фиг.2), расположенного в соответствующих отверстиях корпуса 6 и рычагов 21. В положении хранения нижний 8 и верхний подвижный 9 поршни раздвинуты, а уплотнительный элемент 10 находится, соответственно, в исходном недеформированном состоянии. Перед спуском в колонну НКТ к нижнему концу опрессовочного клапана прикрепляется груз 31 с помощью переходника 32, что способствует преодолению сил трения, возникающих при спуске.

Работа устройства для опрессовки колонны труб заключается в том, что, например, в нагнетательную скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб, низ которой оснащен гильзой 2 и башмаком 3 (фиг.3). Опрессовочный клапан с грузом 31 (фиг.1) направляют в колонну НКТ 1 и опускают до уровня, где установлен шилинт 30 (фиг.2). Снимают шилинт 30, после чего нижние концы двуплечих рычагов 21 стремятся распуститься в разные стороны под действием подпружиненного клина 22 с нижней стороны и такого же подпружиненного штока 18 с верхней стороны через плоскую кинематическую пару в виде цепного звена с щеками 24, установленными на соответствующих осях 25, 26, 27. Таким образом, нижние концы двуплечих рычагов 22 прижимаются к внутренней стенке колонны НКТ на всем пути движения опрессовочного клапана вниз. Опрессовочный клапан в исходном положении, с раздвинутыми поршнями 8, 9, с первоначальным зазором между ними (см. фиг.4), уплотнительным элементом 10 в исходном состоянии попадает в гильзу 2. При дальнейшем движении опрессовочного клапана вниз нижние концы рычагов 21 попадают в кольцевую полость 4, расходятся и упираются об кольцевой выступ башмака 3. Одновременно шток 18, связанный с верхним подвижным поршнем 9, перемещается вниз относительно нижнего поршня 8, уменьшая имевшее ранее место зазор между ними, происходит предварительная посадка уплотнительного элемента 10, что обеспечивает герметичность между гильзой 2 и поршнями 8, 9. А в процессе опрессовки колонны НКТ получается окончательная посадка уплотнительного элемента 10 и зазор между поршнями 8, 9 полностью исчезает за счет давления жидкости на верхнем подвижным поршне 9.

После опрессовки колонны НКТ в последнюю спускается ловитель (не показан) с помощью специальной лебедки. Ловитель входит в зацепление с головкой 15 опрессовочного клапана. За счет натяга каната лебедки открывается разгрузочный клапан 11. Находящаяся над опрессовочным клапаном жидкость перетекает в затрубное пространство, после чего давление выравнивается и опрессовочный клапан срывается с гильзы 2 и башмака 3. При этом нижние концы рычагов 21, выходя из кольцевой полости 4 вверх, вынуждены сжиматься, отодвигая вверх подвижный верхний поршень 9 от нижнего поршня 8, тем самым расклинивая уплотнительный узел. Создаются благоприятные условия для страгивания опрессовочного клапана с места.

Опрессовочный клапан извлекается из колонны НКТ, промывается, смазывается, рычаги сводятся и зашплинтовываются (фиг.2).

Если колонна НКТ выдержала опрессовку, то она оставляется для дальнейшей эксплуатации и по истечении расчетного периода вновь подвергается очередной опрессовке и т.д. При обнаружении течи в колонне НКТ она подлежит замене.

Устройство для опрессовки колонны труб обеспечивает периодическую опрессовку, практически сохранив при этом ее полезное проходное сечение.