УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ВНУТРИТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА КОЛОННЫ НАСОСНО- КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ПРИ ПОДЪЕМЕ ЕЕ ИЗ СКВАЖИНЫ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 1999 года по МПК E21B33/12 

Устройство относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб различного диаметра при подъеме ее из скважины под давлением.

Известно устройство для герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб при подъеме ее из скважины под давлением, содержащее корпус, элементы фиксации корпуса относительно трубы с приводом и элементы герметизации внутритрубного пространства (см. Справочник-каталог на оборудование и инструмент для предупреждения и ликвидации фонтанов, М., Недра, 1981, с. 1972) - прототип.

Указанное устройство используется для герметизации внутритрубного пространства, колонны насосно-компрессорных труб постоянного диаметра при подъеме ее из скважины под давлением. Корпус устройства имеет постоянный диаметр, соответствующий диаметру колонны герметизируемых труб. Использовать указанное устройство при подъеме колонны насосно-компрессорных труб различного диаметра невозможно.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб при подъеме ее из скважины под давлением, в котором за счет изменения конструкции корпуса устройства и конструкции привода элементов фиксации корпуса устройства обеспечивается возможность надежной герметизации колонны насосно-компрессорных труб различного диаметра, что позволяет обеспечить подъем ее из скважины под давлением.

Заявляемое техническое решение позволяет произвести спуск устройства по трубам большого диаметра, ввести его и провести по внутритрубному пространству труб меньшего диаметра, осуществить транспортировку герметизирующего элемента в защищающем его от износа кожухе, остановить устройство у низа колонны, зафиксировать устройство во внутритрубном пространстве двумя системами фиксации и отсечь внутритрубное пространство от давления скважины у низа колонны.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб при подъеме ее из скважины под давлением, содержащем корпус, элементы фиксации корпуса относительно трубы с приводом и элемент герметизации внутритрубного пространства новым является то, что устройство снабжено дополнительным корпусом, дополнительный корпус снабжен соединительной муфтой, размещен телескопически относительно основного корпуса и соединен с основным корпусом посредством срезных штифтов, дополнительный корпус снабжен элементами уплотнения его относительно колонны насосно-компрессорных труб. которые выполнены в виде манжет и размещены в верхней части дополнительного корпуса устройства, и дополнительный корпус снабжен центрирующими элементами, основной корпус выполнен составным, привод элементов фиксации основного корпуса относительно колонны насосно-компрессорных труб выполнен в виде подпружиненной тяги с упором, на котором размещен толкатель элементов фиксации, и снабжен механизмом его управления, содержащим шарнирно закрепленную на тяге серьгу с отверстием, в котором зафиксированы установленные в основном корпусе на осях две чеки с роликами, устройство снабжено дополнительными элементами фиксации основного корпуса относительно колонны насосно-компрессорных труб от осевого перемещения под давлением скважины с приводом, содержащим шток с размещенным на нем элементом герметизации внутритрубного пространства, шток привода дополнительных элементов фиксации основного корпуса выполнен полым и снабжен поршнем, поршень снабжен изолирующей диафрагмой, в соединительной муфте дополнительного корпуса выполнена полость, полости штока и соединительной муфты содержат соответственно жидкую и твердую составляющие газогенерирующие смеси, в соединительной муфте под поршнем выполнена соединительная полость, подпружиненная тяга снабжена бойком, который выполнен на ее торце и размещен в соединительной полости, в подпружиненной тяге выполнен соединительный канал, и устройство снабжено дополнительным элементом герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб, который размещен на штоке привода дополнительных элементов фиксации основного корпуса относительно колонны насосно-компрессорных труб, и дополнительный элемент герметизации внутритрубного пространства снабжен защитным кожухом.

Дополнительный корпус устройства обеспечивает его транспортировку по трубам большого диаметра. Срезные штифты служат для крепления дополнительного корпуса с основным во время транспортировки устройства по трубам большого диаметра и позволяют основному корпусу освободиться от дополнительного при его переходе в колонну труб меньшего диаметра. Дополнительный корпус снабжен элементами уплотнения его относительно колонны насосно-компрессорных труб большего диаметр и центрирующими элементами. Привод элементов фиксации основного корпуса выполнен в виде подпружиненной тяги с упором, на котором размещен толкатель элементов фиксации, и снабженный механизмом его управления обеспечивает срабатывание элементов фиксации основного корпуса при достижении устройством нижнего открытого торца колонны.

Дополнительные элементы фиксации основного корпуса относительно колонны насосно-компрессорных труб предназначены для удержания устройства в неподвижном положении под действием давления скважины. Привод дополнительных элементов фиксации основного корпуса содержит шток, служащий для передачи усилия дополнительным элементам фиксации, возникающего в результате действия на поршень давления выделяемого газа. Изолирующая диафрагма служит для разделения составных частей газогенерирующей смеси. Полость в соединительной муфте необходима для размещения в ней твердой составляющей газогенерирующей смеси. Полость в штоке служит для размещения в ней жидкой составляющей газогенерирующей смеси. Соединенная полость предназначена для передачи через обратный клапан давления скважины и создания области высокого давления над полостью с твердой составляющей газогенерирующей смеси. Боек необходим для разрушения изолирующей диафрагмы. Соединительный канал в подпружиненной тяге служит для объединения полостей, содержащих химические реагенты.

Дополнительный элемент герметизации внутритрубного пространства обеспечивает надежность герметизации. Защитный кожух защищает дополнительный элемент герметизации внутритрубного пространства от износа при перемещении устройства по трубам меньшего диаметра.

На чертежах фиг. 1 - фиг. 5 показан общий вид устройства.

Устройство для герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб 1, состоящее из труб двух различных диаметров, содержит основной корпус 2, элементы 3 фиксации основного корпуса 2 относительно колонны труб 1, элемент 4 герметизации внутритрубного пространства, дополнительный корпус 5, который размещен телескопически относительно основного корпуса 2 и соединен с ним посредством срезных штифтов 6. В верхней части дополнительного корпуса 5 располагаются манжеты 7 и центрирующие элементы 8, обеспечивающие прохождение устройства во внутритрубном пространстве колонны труб. Основной корпус 2 выполнен составным и снабжен соединительной муфтой 9. Привод элементов фиксации основного корпуса 2 относительно колонны труб 1 выполнен в виде подпружиненной тяги 10 с упором 11, над которым размещен толкатель 12 клиньев элементов 3 фиксации корпуса относительно колонны труб. Привод элементов 3 фиксации снабжен механизмом управления, содержащим шарнирно закрепленную на тяге 10 серьгу 13 с отверстием, в котором зафиксированы установленные в основном корпусе 2 на осях 14 две чеки 15 и 16, снабженные роликами 17 для контакта с внутренней поверхностью колонны труб при перемещении в них устройства.

Устройство снабжено дополнительными элементами 18 фиксации основного корпуса 2 относительно колонны труб 1 от его осевого перемещения под действием давления в скважине. Шток 19 привода дополнительных элементов фиксации основного корпуса выполнен полым и снабжен поршнем 20, который крепится при помощи резьбового соединения и снабжен изолирующей диафрагмой 21, разделяющей полость 22, выполненную в соединительной муфте дополнительного корпуса. и полость 23 штока. В соединительной муфте под поршнем выполнена соединительная полость 24. В полости 23 находится жидкая составляющая газогенерирующей смеси, а в полости 22 - твердая составляющая. Подпружиненная тяга 10 размещена внутри полости 22 и снабжена бойком 25, который выполнен на ее торце и размещен в соединительной полости. В подпружиненной тяге выполнен соединительный канал 25 в виде продольного паза. Дополнительный элемент 27 герметизации внутритрубного пространства колонны НКТ, снабженный защитным кожухом 28, расположен на удлинителе 29 штока 19 привода дополнительных элементов фиксации 18. Между элементами герметизации 4 и 27 расположена центрирующая шайба 30 и дистанционная втулка 31. Манжета 33 закреплена на удлинителе 29 штока при помощи винта 32 и разрезной шайбы 35, которая установлена в проточке удлинителя 29 между упорной втулкой 34 и соединительной втулкой 36. Удлинитель 29, установленный на резьбе в штоке 19, закрывает горловину полости 23, которую уплотняет торцевое кольцевое уплотнение 37, шток 19, установленный на резьбе в поршне, уплотняется круглыми резиновыми кольцами 39. Изолирующая диафрагма 21 фиксируется нажимной втулкой 40. Соединительная полость 24 сообщается с затрубным пространством при помощи обратного клапана 41, установленного в соединительной муфте 9. Втулка 42 устанавливается на резьбе в соединительной муфте 9 и содержит кольцевое уплотнение 43 тяги 10, которая в нижней части соединительной муфты уплотняется резиновыми кольцами 44. Основной корпус 2 выполнен составным и содержит верхнюю 45, соединительную муфту 9, среднюю часть 46 и нижнюю часть 47, соединенные на резьбе. Нажимная втулка 48 имеет три наклонных паза, расположенных равномерно по окружности и предназначенных для перемещения клиньев дополнительных элементов 13 фиксации, подпружиненных кольцевой пружиной 49. Аналогичные пазы для перемещения клиньев элементов 3 фиксации корпуса относительно труб НКТ выполнены в соединительной муфте 9. Клинья подпружинены кольцевой пружиной 50. Основной корпус 2 снабжен конической пробкой 51, которая соединена на резьбе с нижней частью 47 основного корпуса 2. Нижняя часть 47 основного корпуса 2 имеет окна 52 для обеспечения контакта роликов 17 с внутренней поверхностью колонны труб 1. Опорная шайба 53, установленная между средней 46 частью и нижней 47 частью основного корпуса 2, служит опорой для пружины 54. Колонна НКТ состоит из труб большего диаметра, соединяемых переводником 55 с трубами меньшего диаметра.

Устройство для герметизации внутритрубного пространства колонны НКТ 1, предназначенное для прохождения по колонне, состоящей из труб различного диаметра, остановки внизу колонны открытой меньшего диаметра и последующей герметизации внутритрубного пространства для поднятия труб из скважины под давлением, помещают в колонну большего диаметра, создают избыточное давление рабочей жидкости над устройством и благодаря установленным на дополнительном корпусе 5 манжет 7 перемещают во внутритрубном канале до упора устройства в переводник 55.

При транспортировке устройства в трубах большего диаметра дополнительный корпус 5 центрируется во внутритрубном пространстве центрирующими элементами 8. После установки устройства перед колонной меньшего диаметра увеличивается давление рабочей жидкости под устройством до расчетной величины, необходимой для разрушения срезных штифтов 6, после чего основной корпус 2, состоящий из верхней 45, средней 46 и нижней 47 частей и снабженный конической пробкой 51 для центрирования в колонне труб меньшего диаметра, перемещается в колонну труб меньшего диаметра благодаря воздействию рабочей жидкости на манжету 33, закрепленную на удлинителе 29 штока 19 при помощи винта 32 и разрезной упорной шайбы 35, которая установлена в проточке удлинителя 29 штока между упорной втулкой 34 и соединительной втулкой 36.

Основной корпус 2 перемещается в колонне труб меньшего диаметра, центрируясь во внутритрубном пространстве при помощи центрирующей шайбы 30.

При движении основного корпуса 2 осуществляется постоянный контакт со стенками колонны роликов 17, установленных на чеках 15 и 16, которые фиксируются в отверстии шарнирно закрепленной на тяге 10 серьги 13.

Тяга 10 подпружинена пружиной 54, которая находится в сжатом состоянии между опорной шайбой 53 и упором 11. При выходе нижней 47 части основного корпуса 2 из внутритрубного пространства колонны меньшего диаметра окна 52 оказываются ниже открытого торца колонны и ролики 17 выходят из контакта с внутренней поверхностью колонны труб, после чего усилие сжатой пружины, воздействуя через тягу 10 и шарнирно закрепленную серьгу 13 на оси чек 15 и 16, заставляет поворачиваться их вокруг осей 14, что приводит к расфиксации тяги 10. Пружина 54, разжимаясь, действует на упор 11, который через толкатель 12 перемещает в пазах муфты 9 клинья элементов 3 фиксации, которые подпружинены кольцевой пружиной 50. После заклинивания элементов 3 фиксации движение корпуса относительно колонны труб прекращается.

Обратный клапан 41 пропускает давление скважины в соединительную полость 24. Поскольку полость 22 уплотняется резиновыми кольцами 43 и 44, в ней находится твердая составляющая газогенерирующей смеси под атмосферным давлением. Тяга 10, перемещаясь под воздействием пружины 54, разрушает бойком 25 изолирующую диафрагму 21, закрепленную в поршне 20 нажимной втулкой 40.

Тяга 10 занимает положение, при котором соединительный канал 26 располагается за кольцевым уплотнением 43, установленным во втулке 42, что позволяет объединить соединительную полость 24 и полость 22.

Жидкая составляющая газогенерирующей смеси, находящаяся в полости 23, уплотняющейся резиновыми кольцами 37 и 38, благодаря разности давлений перемещается в полость 22 и соединяется с твердой составляющей газогенерирующей смеси, что вызывает течение химической реакции, в результате которой выделяется газ, накапливающийся в соединительной полости. При достижении соответствующего давления газа в соединительной полости 24, при котором поршень 20, уплотняемый круглыми резиновыми кольцами 39, перемещается вверх и воздействует торцевой поверхностью на нажимную втулку 48, в пазах которой перемещают клинья дополнительных элементов 18 фиксации, подпружиненные кольцевой пружиной 49. После заклинивания дополнительных элементов 18 фиксации происходит крепление, страхующее устройство от перемещения под действием давления скважины. Шток 19, перемещаясь вверх относительно закрепленного в колонне основного корпуса 2, извлекает из защитного кожуха 28 дополнительный элемент 27 герметизации внутритрубного пространства в дополнение к изношенному при транспортировке элементу 4 герметизации, установленному над дистанционной втулкой 31.

Устройство относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб различного диаметра при подъеме ее из скважины под давлением. В устройстве за счет изменения конструкции корпуса и конструкции привода элементов фиксации корпуса устройства обеспечивается возможность надежной герметизации колонны насосно-компрессорных труб различного диаметра, что позволяет обеспечить подъем ее из скважины под давлением. Дополнительный корпус устройства обеспечивает его транспортировку по трубам большого диаметра. Срезные штифты служат для крепления дополнительного корпуса с основным во время транспортировки устройства по трубам большого диаметра и позволяют основному корпусу освободиться от дополнительного при его переходе в колонну труб меньшего диаметра. Дополнительный корпус снабжен элементами уплотнения его относительно колонны насосно-компрессорных труб большего диаметра и центрирующими элементами. Привод элементов фиксации основного корпуса выполнен в виде подпружиненной тяги с упором, на котором размещен толкатель элементов фиксации, снабженный механизмом его управления. Упомянутый механизм управления содержит шарнирно закрепленную на тяге серьгу с отверстием, в котором зафиксированы две чеки. Обеспечивается срабатывание элементов фиксации основного корпуса при достижении устройством нижнего открытого торца колонны. Шток привода дополнительных элементов фиксации основного корпуса выполнен полым и снабжен поршнем. Поршень снабжен изолирующей диафрагмой. В соединительной муфте дополнительного корпуса выполнена полость. Полости штока и муфты содержат соответственно жидкую и твердую составляющие газогенерирующей смеси. Дополнительный элемент герметизации внутритрубного пространства обеспечивает надежность герметизации. Защитный кожух защищает дополнительный элемент герметизации внутритрубного пространства от износа при перемещении устройства по трубам меньшего диаметра. 5 ил.

Устройство для герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб при подъеме ее из скважины под давлением, содержащее корпус, элементы фиксации корпуса относительно трубы с приводом и элемент герметизации внутритрубного пространства, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным корпусом, дополнительный корпус снабжен соединительной муфтой, размещен телескопически относительно основного корпуса и соединен с основным корпусом посредством срезных штифтов, дополнительный корпус снабжен элементами уплотнения его относительно колонны насосно-компрессорных труб, которые выполнены в виде манжет и размещены в верхней части дополнительного корпуса устройства, и дополнительный корпус снабжен центрирующими элементами, основной корпус выполнен составным, привод элементов фиксации основного корпуса относительно колонны насосно-компрессорных труб выполнен в виде подпружиненной тяги с упором, на котором размещен толкатель элементов фиксации и снабжен механизмом его управления, содержащим шарнирно закрепленную на тяге серьгу с отверстием, в котором зафиксированы установленные в основном корпусе на осях две чеки с роликами, устройство снабжено дополнительными элементами фиксации основного корпуса относительно колонны насосно-компрессорных труб от осевого перемещения под давлением скважины с приводом, содержащим шток с размещенным на нем элементом герметизации внутритрубного пространства, шток привода дополнительных элементов фиксации основного корпуса выполнен полым и снабжен поршнем, поршень снабжен изолирующей диафрагмой, в соединительной муфте дополнительного корпуса выполнена полость, полости штока и соединительной муфты содержат соответственно жидкую и твердую составляющие газогенерирующей смеси, в соединительной муфте под поршнем выполнена соединительная полость, подпружиненная тяга снабжена бойком, который выполнен на ее торце и размещен в соединительной полости, в подпружиненной тяге выполнен соединительный канал, и устройство снабжено дополнительным элементом герметизации внутритрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб, который размещен на штоке привода дополнительных элементов фиксации основного корпуса относительно колонны насосно-компрессорных труб, и дополнительный элемент герметизации внутритрубного пространства снабжен защитным кожухом.