устройство для перекрытия ствола скважины

Формула изобретения

1. Устройство для перекрытия ствола скважины при извлечении из нее насосного оборудования, включающее корпус с уплотнительным элементом и центральным каналом с седлом и установленный на корпусе с возможностью перекрытия центрального канала клапан с фиксатором его закрытого положения, выполненным в виде противовеса, отличающееся тем, что оно снабжено прикрепленным к седлу гнездом с окнами, внутри которого размещен клапан, выполненный в виде кулачка с конической посадочной поверхностью и продольным пазом со вставленным в него рычагом с шаровым концом, который взаимодействует с противовесом, выполненным в виде патрубка, причем противовес выполнен автоматически взаимодействующим с кулачком при всех углах поворота рычага.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для повышения устойчивости посадки в стволе скважины устройство снабжено фиксирующим устройством, автоматически взаимодействующим с кулачком клапана.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для повышения надежности фиксации устройства в скважине и автоматического привода в действие фиксирующего устройства оно снабжено стопорным механизмом, выполненным в виде вилки, нижний конец которой выполнен в виде усеченного конуса, взаимодействующим со стопором, выполненным с возможностью радиального перемещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к скважинному оборудованию и может быть использовано в комплекте с насосно-компрессорными трубами для перекрытия ствола скважины в процессе подземного ремонта без глушения пласта и предупреждения полета скважинного насоса на забой.

Известны устройства для перекрытия ствола скважины, включающие подпружиненные клапана тарельчатого типа, спускаемые в скважину вместе с уплотнителем затрубного пространства [1].

Однако известные устройства не обеспечивают надежной герметизации при длительной эксплуатации для предотвращения излива жидкости из скважины и их надежной установки в стволе скважины. При длительном нахождении пакера в скважине (более 1 года) пружина, прижимающая клапан к корпусу, химически разрушается (коррозирует) и теряет свою работоспособность. В результате чего клапан-отсекатель не выполняет свою функцию.

Аналогом изобретения является скважинный клапан-отсекатель [2], применяемый для перекрытия ствола скважины с целью предотвращения излива жидкости при ремонте изливающей скважины, включающий корпус с перегородкой и затвором, в корпусе сильфонные блоки, заполненные сжатым газом, и толкатели для взаимодействия с затвором.

Недостатком данного аналога является то, что сильфонные клапаны предварительно заполняют сжатым газом под определенным давлением в зависимости от пластового давления и глубины спуска. При изменении затрубного давления изменяется и условие срабатывания сильфонного клапана, и его функциональные возможности снижаются.

Прототипом является устройство для перекрытия ствола скважины [3], включающее корпус с уплотнительным элементом и центральным каналом и установленную на корпусе с возможностью перекрытия центрального канала заслонку с фиксатором ее закрытого положения, а фиксатор закрытого положения заслонки выполнен в виде противовеса. К недостатку данного устройства относится его нетехнологичность изготовления, эксцентричное расположение проточного канала уменьшает его проходное сечение, а радиальный участок способствует задержанию в канале мехпримесей, что создает условия для негерметичного перекрытия ствола скважины. Асимметричный к потоку жидкости подвесной противовес при работе насоса подвержен колебательному движению.

Целью изобретения является повышение надежности герметизации ствола скважины при извлечении из нее насосного оборудования в процессе проведения подземного ремонта скважины без глушения пласта.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено прикрепленным к седлу гнездом с окнами, внутри которого размещен клапан, выполненный в виде кулачка с конической посадочной поверхностью и продольным пазом с вставленным в него рычагом с шаровым концом, который взаимодействует с противовесом, выполненным в виде патрубка, причем противовес выполнен автоматически взаимодействующим с кулачком при всех углах поворота рычага.

На фиг.1 показано устройство с толкателем во время спуска его в скважину. Устройство состоит из трех частей - верхней, средней и нижней. Верхняя и средняя части имеют возможность относительного осевого перемещения на высоту h₁, а средняя и нижняя части в процессе спуска в скважину зафиксированы.

Верхняя часть состоит из седла 1, в пазах снаружи которого расположены фонари 2, подпружиненные пружинами 3 и закрепленные кольцом 4 от выпадения.

Средняя часть состоит из плашек 5, плашкодержателя 6, упорной втулки 7. Плашки 5 имеют возможность перемещаться внутри паза «ласточкин хвост» в цилиндрической части седла 1. Плашкодержатель 6 соединен со стволом 8 при помощи резьбового соединения и подвижен относительно дистанционной втулки 9. Уплотнительный элемент 10 снизу ограничен средним корпусом 11, который крепится к стволу 8, к которому, в свою очередь, навинчивается кожух 12. Внутри кожуха установлено седло клапана 13, а снизу башмак 14. Внизу седла 13 установлена прокладка 15. К седлу 13 крепится гнездо клапана 16 с окнами, внутри вставлен клапан 17. В кулачке клапана имеется продольное окно, в которое вставляется рычаг 18, шаровой конец которого упирается в противовес 19. При спуске устройства в скважину до проектной глубины без ЭЦН в устройство входит толкатель 20, чтобы обеспечивать незначительное открытие клапана. На фиг.1 - «а» - монтажное отверстие, «б» - упорная конусная площадка - седло для посадки толкателя или хвостовика насоса. К кожуху 12 снизу при помощи резьбы крепится корпус, состоящий для удобства монтажа из двух частей 21 и 22. К корпусу крепится конус 23.

Для повышения устойчивости посадки в стволе скважины устройство снабжено фиксирующим устройством, автоматически взаимодействующим с кулачком клапана, причем для повышения надежности фиксации устройства в скважине и автоматического привода в действие фиксирующего устройства оно снабжено стопорным механизмом, выполненным в виде вилки, нижний конец которой выполнен в виде усеченного конуса, взаимодействующим со стопором, выполненным с возможностью радиального перемещения. Его конструктивное выполнение следующее. На корпус 22 посажен плашкодержатель с плашками 24, которые свободно перемещаются вдоль корпуса и относятся к нижней части устройства. Плашки 24 с плашкодержателем подпружинены при помощи пружин 25. Плашки 24 в середине стянуты кольцом 26, а внизу - кольцом 27. В отверстия корпуса 22 вставляются стопоры 28, выполненные с продольным пазом, в который вводится нижний конец усеченного конуса вилки 29. При этом стопоры 28 фиксируют плашкодержатель в нижнем положении, предотвращая перемещение плашек 24 вверх на конус 23, позволяя производить свободный спуск устройства, а при перемещении вилки 29 вниз плашки 24 становятся подвижными.

Устройство работает следующим образом. Транспортировка устройства до места посадки в стволе скважины осуществляется толкателем 20, навинченным на насосно-компрессорные трубы. Длина толкателя рассчитана так, чтобы при входе в устройство до упора в конусную площадку «б» седла 1 приоткрывался клапан на высоту «h₃» (фиг.2). При этом рычажная система за счет подъема шарового конца рычага 18 поднимает противовес 19 вверх. После чего устройство спускается в скважину при открытом клапане устройства. Во время спуска устройства в скважину плашкодержатель, упираясь в стопор 28, не дает перемещаться плашкам 24 на конус 23. Поэтому происходит свободный спуск устройства в скважину до необходимой глубины.

При подъеме колонны насосно-компрессорных труб с толкателем 20 происходит герметичное закрытие клапана. Устройство остается на месте за счет трения фонарей 2 о стенки обсадной колонны, которое обеспечивается при помощи пружин 3. При перемещении толкателя 20 вверх противовес 19, который упирается в шаровой конец кулачка 18, за счет своего веса способствует поднятию клапана 17, впоследствии герметичному перекрытию внутренней полости устройства. Так как внутренняя полость перекрыта, поток жидкости из пласта полностью поступает под уплотнительный элемент и расширяет ее, герметизируя затрубное пространство. Вместе с манжетой приподнимается и средний корпус 11 (на величину «h ₁») и перемещает плашки 5, которые, набегая на коническую поверхность, раздвигаются и фиксируют пакер в этом положении. После извлечения труб из скважины (без излива жидкости) в скважину спускается насос ЭЦН, снизу которого привинчен хвостовик - удлиненный толкатель 20 для полного открытия клапана 17 на величину «h ₂».

Спуск ЭЦН в скважину производится в герметично закрытом положении клапана без излива жидкости на устье. Скважинный насос, достигнув устройства, садится на конусную площадку «б» седла 1, а удлиненный толкатель 20, привинченный к нижнему концу насоса, входит в устройство и перемещает клапан 17 вниз на величину «h₂» (фиг.1), открывая тем самым внутреннюю полость устройства. В свою очередь клапан 17 перемещает вилку 29 вниз. Вилка 29, нижний конец которой усеченного конуса находится в пазе стопора 28, перемещает его радиально внутрь корпуса, освобождая плашкодержатель от фиксации. Плашкодержатель с плашками 24 за счет трения о стенки обсадной колонны остается на месте и надвигается на конус 23. Происходит дополнительная фиксация устройства перекрытия скважин в обсадной колонне во время работы ЭЦН. Это позволяет частично разгрузить вес труб и посадить на устройство ЭЦН с целью снижения вибрации насоса во время его работы.

В процессе подземного ремонта скважины устройство остается на месте, а внутритрубное и затрубное пространства перекрыты устройством. Следовательно, спускоподъемные операции осуществляются без излива жидкости на устье скважины и без глушения пласта утяжеленной жидкостью.

Надежность герметизации клапанного узла повышается за счет принудительного закрытия клапана и прижатия его к седлу под тяжестью противовеса. Причем противовес представляет собой цилиндрический патрубок и движение жидкости не влияет на его устойчивость.

Плашкодержатель, фиксирующий устройство в обсадной колонне, предотвращает полет ЭЦН в случае обрыва труб. Подъем устройства на поверхность производится ловителем, выполненным в виде внутренней труболовки. Освобождение устройства от фиксации в обсадной колонне достигается приподнятием колонны труб после захвата ловителем. При этом корпус 22 с конусом 23 перемещается вверх, а плашки 24 остаются на месте и под действием кольца 26 устанавливаются в транспортное положение.

Источники информации

1. Инструкция по эксплуатации пакера-отсекателя ППГО. - М.: ОКБ по бесштанговым насосам. - 1972.

2. Авторское свидетельство СССР №1543050, МКИ Е 21 В 34/06. Скважинный клапан-отсекатель / Ахмедов Х.Ю. Заявл. 19.10.87. Опубл. 15.02.1990. Бюл. №6.

3. Авторское свидетельство СССР №1476110, МКИ Е 21 В 23/00. Устройство для перекрытия ствола скважины / Гильманов А.А., Павлов Г.А., Шаламов A.M. Заявл. 06.04.1987. Опубл. 1989. Бюл. №16.