ПОДЗЕМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН Российский патент 1999 года по МПК E21B43/00 E21B33/12 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземному скважинному оборудованию для добычи нефти и газа.

Известно подземное оборудование для безопасной эксплуатации скважин (1), включающее установленную в эксплуатационной колонне лифтовую колонну с узлом разобщения пласта и затрубного пространства скважины, а также якорем. В лифтовой колонне под узлом разобщения пласта и затрубного пространства скважины размешен посадочных ниппель, а над - разъединитель лифтовой колонны, циркуляционный и ингибиторный клапаны узел компенсации изменения длины лифтовой колонны, клапан-отсекатель и др. Недостатком известного подземного оборудования для эксплуатации скважин является сложность его обслуживания с помощью канатной техники, необходимость нахождения на скважине специального оборудования и высококвалифицированного персонала, низкая надежность работ по установке и срыву узла разобщения пласта и затрубного пространства скважины вместе с якорем в случае необходимости, частые случаи преждевременного разъединения узла компенсации длины лифтовой колонны при посадках инструмента во время спуска в скважину и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, т.е. его прототипом, является подземное оборудования для эксплуатации скважин (2). Оно включает в себя установленную в эксплуатационной колонне лифтовую колонну, которая имеет узел разобщения пласта и затрубного пространства скважины. Этот узел состоит из корпуса с осевыми каналами. В центральном осевом канале корпуса размещен патрубок, связанный верхним концом с лифтовой колонной и имеющий возможность осевого перемещения относительно корпуса. Патрубок выполнен с радиальным каналом и с наружным кольцевым выступом в нижней части. В осевых каналах корпуса установлены ингибиторные клапаны, а к его нижней части присоединен наружный герметизирующий элемент в виде полого цилиндра, установленного концентрично с наружной стороны патрубка. Внутри корпуса размещены уплотнительная манжета, грундбукса и поршень. К нижнему концу патрубка присоединено на срезных элементах седло, которое перекрывается с помощью шарового запорного органа.

Недостатками прототипа являются сложность самой конструкции, ее недостаточная эксплуатационная надежность и невозможность извлечения из эксплуатационной колонны при подъеме лифтовой колонны узла разобщения пласта и затрубного пространства скважины.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности работы и технологических возможностей подземного оборудования, а также упрощение его конструкции.

Поставленная задача достигается тем, что подземное оборудование, состоящее из размещенной в эксплуатационной колонне лифтовой колонны с узлом разобщения пласта и затрубного пространства скважины, который включает в себя ступенчатый корпус цилиндрической формы, выполненный с осевыми каналами, размещенный в центральном осевом канале корпуса с возможностью осевого перемещения патрубок, связанный верхним концом с лифтовой колонной и имеющей радиальный канал, а также наружный кольцевой выступ в своей нижней части, установленные в осевых каналах корпуса ингибиторные клапаны, имеющий форму полого цилиндра и размещенный снаружи корпуса герметизирующий элемент, установленные внутри корпуса уплотнительную манжету, грундбуксу и поршень в виде кольца, а также соединенное с нижним концом патрубка седло, которое может перекрываться шаровым запорным органом, снабжено гильзой и фигурными толкателями, каждый из которых имеет площадку и основание, причем в средних частях корпуса и патрубка выполнены соответственно внутренний и наружный кольцевые выступы, гильза и корпус имеют на боковой поверхности сквозные осевые пазы, при этом поршень связан с гильзой и они концентрично размещены с возможностью осевого перемещения между корпусом и наружными кольцевыми выступами патрубка, а фигурные толкатели установлены своими основаниями в осевых пазах корпуса и гильзы с возможностью взаимодействия с гильзой, причем площадки фигурных толкателей имеют вид разъемных секторных элементов, при этом фигурные толкатели размещены с возможностью радиального перемещения между герметизирующим элементом и патрубком и могут взаимодействовать с герметизирующим элементом, а наружные стороны площадок в транспортном положении образуют поверхность, которая ответна внутренней поверхности герметизирующего элемента, причем патрубок размещен в корпусе с возможностью взаимодействия с ним своим наружным кольцевым выступом, расположенным в средней части и выполненным с радиальным каналом, который сообщает трубный канал лифтовой колонны с полостью, образованной внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями патрубка и поршня, а последний может взаимодействовать с внутренним кольцевым выступом корпуса и с наружным кольцевым выступом в нижней части патрубка.

В одном из частных случаев каждая из площадок фигурных толкателей может иметь несколько оснований, которые последовательно размещены по ее длине в осевом направлении, а смежные боковые стороны площадок могут быть выполнены с чередующимися впадинами и выступами, которые ответны друг другу и могут взаимодействовать между собой при перемещениях фигурных толкателей в радиальном направлении.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения, проведенный по патентной и технической литературе, не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники, не выявил в них признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Конструкция предлагаемого подземного оборудования для эксплуатации скважин поясняется чертежом, где на фиг.1 показан его общий вид в транспортном положении.

Подземное оборудование устанавливается в эксплуатационной колонне 1 и состоит из размещенного в составе лифтовой колонны узла разобщения пласта и затрубного пространства скважины. Этот узел включает в себя ступенчатый цилиндрический корпус 2 с осевыми и радиальными каналами. В центральном осевом канале корпуса 2 установлен с возможностью осевого перемещения патрубок 3. Его верхний конец соединен с лифтовой колонной (на фиг.1 не показана). Корпус 2 выполнен в средней части с внутренним кольцевым выступом 4, а в его нижней части на боковой поверхности имеются сквозные осевые пазы. В верхней части корпуса 2 размещены уплотнительная манжета 5, грундбукса 6 и установленные в осевых каналах ингибиторные клапаны 7.

Патрубок 3 имеет в средней и нижней частях наружные кольцевые выступы 8 и 9. В наружном кольцевом выступе 8 патрубка 3 выполнен сквозной радиальный канал 10. К нижнему концу патрубка 3 присоединено с помощью срезного элемента седло 11, которое перекрывается шаровым запорным органом 12.

Поршень 13 имеет кольцевую форму. С ним жестко связана гильза 14, на боковой поверхности которой имеются сквозные осевые пазы, одна из боковых плоскостей которых выполнена наклонной по отношению к оси гильзы 14. Поршень 13 и гильза 14 концентрично размещены между корпусом 2 и наружными кольцевыми выступами 8, 9 патрубка 3.

Снаружи корпуса 2 установлен эластичный (например, резиновый) герметизирующий элемент 15 в виде полого цилиндра. Он закреплен на корпусе 2 с помощью накидной гайки 16.

Между патрубком 3 и герметизирующим элементом 15 размещены с возможностью радиального перемещения фигурные толкатели 17. Основания 18 фигурных толкателей 17 выполнены с односторонним скосом (ответным наклонной боковой плоскости осевых пазов гильзы 14) и установлены в осевых пазах корпуса 2 и гильзы 14. При этом скошенные сторона основания 18 и боковая поверхность осевого паза гильзы 14 являются смежными и взаимодействуют друг с другом. Основания 18 фигурных толкателей 17 жестко связаны с площадками 19, имеющими вид разъемных секторных элементов, взаимодействующих с герметизирующим элементом 15. В транспортном положении наружные стороны площадок 19 образуют цилиндрическую поверхность, ответную внутренней поверхности герметизирующего элемента 15.

Каждая из площадок 19 может иметь несколько связанных с ней оснований 18, которые размещены последовательно в осевом направлении по ее длине. Смежные боковые стороны площадок 19 фигурных толкателей 17 выполнены с чередующимися выступами и впадинами, которые ответны друг другу и имеют возможность взаимодействия между собой при радиальном перемещении фигурных толкателей 17.

Радиальный канал 10 в патрубке 3 сообщает трубный канал лифтовой колонны с полостью 20, которая образована внутренней поверхностью корпуса 2 и наружными поверхностями патрубка 3 и поршня 13. Последний имеет возможность взаимодействия с внутренним кольцевым выступом 4 корпуса 2 и с наружным кольцевым выступом 9 патрубка 3.

Патрубок 3 установлен в корпусе 2 таким образом, что может взаимодействовать с ним своим наружным кольцевым выступом 8. Герметизация патрубка 3 относительно корпуса 2 осуществляется с помощью предварительного поджатия уплотнительной манжеты 5 грундбуксой 6.

Подземное оборудование для эксплуатации скважин работает следующим образом.

Вместе с лифтовой колонной подземное оборудование в транспортном положении спускают в эксплуатационную колонну 1. Размещенный в седле 11 шаровой запорный орган 12 не препятствует спуску лифтовой колонны. Наружный кольцевой выступ 8 на патрубке 3 взаимодействует с корпусом 2, не позволяя последнему смещаться вниз.

После спуска лифтовой колонны на требуемую глубину в трубный канал с помощью насосного агрегата начинают закачивать жидкость, создавая расчетную величину избыточного давления. При этом шаровой запорный орган 12 прижимается к седлу 11 и перекрывает трубный канал лифтовой колонны. Созданное в трубном канале избыточное давление жидкости через радиальный канал 10 в патрубке 3 передается в полость 20. Поршень 13 вместе с гильзой 14 под действием избыточного давления начинают перемещаться вниз в осевом направлении относительно корпуса 2. Осевое перемещение гильзы 14 за счет взаимодействия наклонных боковых поверхностей осевых пазов в ней и скошенных сторон оснований 18 приводит к тому, что фигурные толкатели 17 также начинают перемещаться в радиальном направлении. Площадки 19 фигурных толкателей 17 деформируют эластичный герметизирующий элемент 15 в радиальном направлении, прижимая его к внутренней поверхности эксплуатационной колонны 1. Этим достигается надежное разобщение пласта и затрубного пространства скважины. Взаимодействующие между собой чередующиеся выступы и впадины на смежных боковых сторонах площадок 19 способствуют равномерной деформации герметизирующего элемента 15 в радиальном направлении. Поршень 13 перемещается в корпусе 2 до момента упора во внутренний кольцевой выступ 4. При этом гильза 14 фиксирует раздвинутые фигурные толкатели 17 в осевых пазах корпуса 2.

При дальнейшем увеличении избыточного давления внутри лифтовой колонны происходит разрушение срезного элемента и седло 11 вместе с шаровым запорным органом 12 опускаются на забой. По резкому падению давления в напорной линии насосного агрегата отмечают срез седла 11 и процесс закачки жидкости в лифтовую колонну прекращают. Подземное оборудование готово к работе.

Затем приступают к выполнению требуемых технологических работ: геофизическим исследованиям скважины, перфорационно-прострелочным работам, промывке скважины, ее освоению, вводу в эксплуатацию и др.

В случае температурных колебаниях в скважине лифтовая колонна может беспрепятственно изменять свою длину, при этом патрубок 3 будет совершать возвратно-поступательное осевое перемещение внутри корпуса 2.

При необходимости ингибитор или другую жидкость нагнетают в затрубное пространство скважины, откуда она через ингибиторные клапаны 7 поступает в трубный канал лифтовой колонны.

В случае необходимости извлечения подземного оборудования осуществляют задавку скважины, после чего приподнимают лифтовую колонну. При этом наружный кольцевой выступ 9 патрубка 3 взаимодействует с поршнем 13, перемещая его в осевом направлении вверх относительно корпуса 2. Эластичный герметизирующий элемент 15 за счет сил упругой деформации (вместе с фигурными толкателями 17) возвращается в первоначальное транспортное положение. После этого подземное оборудование для эксплуатации скважин вместе с лифтовой колонной готово к извлечению из скважины.

Повторную установку подземного оборудования в скважине можно производить после проведения его ревизии, замены изношенных уплотнительных элементов и присоединения к патрубку 3 нового седла 11 с шаровым запорным органом 12.

Источники информации
1. Кроль B.C. и Карапетов А.К. Подземный ремонт скважин с помощью канатной техники. М.; Недра, 1985, с. 13-14, рис. П-4.

2. Патент РФ N 2081999, E 21 B 43/00, 1997.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных и газовых скважин, обеспечивает повышение надежности работы и технологических возможностей подземного оборудования, а также упрощение его конструкции. Сущность изобретения: устройство имеет корпус. В его осевом канале размещен патрубок. Он связан верхним концом с лифтовой колонной. Внутри корпуса размещены уплотнительная манжета, грундбукса и ингибиторные клапаны. Патрубок выполнен с наружными кольцевыми выступами и радиальным каналом. К патрубку присоединено срезное седло с шаровым запорным органом. Между корпусом и патрубком концентрично установлены поршень и соединенная с ним гильза. Она и корпус имеют на боковой поверхности сквозные осевые пазы. Снаружи корпуса установлен герметизирующий элемент. Между ним и патрубком размещены фигурные толкатели. Они состоят из оснований и площадок. Основания установлены в осевых пазах корпуса и гильзы. Площадки имеют вид разъемных секторных элементов. Они взаимодействуют с герметизирующим элементом. Радиальный канал сообщает трубный канал лифтовой колонны с полостью. 2 з.п.ф-лы. 1 ил.

1. Подземное оборудование для эксплуатации скважин, включающее установленную в эксплуатационной колонне лифтовую колонну с узлом разобщения пласта и затрубного пространства скважины, состоящим из ступенчатого цилиндрического корпуса с осевыми каналами, размещенного в его центральном осевом канале с возможностью осевого перемещения патрубка, который связан верхним концом с лифтовой колонной и выполнен с наружным кольцевым выступом в нижней части и с радиальным каналом, установленных в осевых каналах корпуса ингибиторных клапанов, герметизирующего элемента в виде полого цилиндра, установленного снаружи корпуса, размещенных внутри корпуса уплотнительной манжеты, грундбуксы, поршня в виде кольца, а также связанного с нижним концом патрубка седла, перекрываемого с помощью шарового запорного органа, отличающееся тем, что оно снабжено связанной с поршнем гильзой, а также фигурными толкателями с площадками и основаниями, причем на боковой поверхности корпуса и гильзы выполнены сквозные осевые пазы, а в средней части корпуса - внутренний кольцевой выступ, патрубок выполнен с наружным кольцевым выступом в средней части, при этом поршень с гильзой концентрично размещен между корпусом и наружными кольцевыми выступами патрубка с возможностью осевого перемещения, а фигурные толкатели установлены своими основаниями в осевых пазах корпуса и гильзы с возможностью взаимодействия с ней и размещены между герметизирующим элементом и патрубком с возможностью радиального перемещения, причем площадки фигурных толкателей выполнены в виде разъемных секторных элементов и имеют возможность взаимодействия с герметизирующим элементом, при этом в транспортном положении наружные стороны площадок образуют поверхность, ответную внутренней поверхности герметизирующего элемента, а поршень имеет возможность взаимодействия с внутренним кольцевым выступом корпуса и с наружным кольцевым выступом в нижней части патрубка, при этом в наружном кольцевом выступе в средней части патрубка выполнен радиальный канал для сообщения трубного канала лифтовой колонны с полостью, образованной внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями патрубка и поршня, а патрубок установлен в корпусе с возможностью взаимодействия с ним своим расположенным в средней части наружным кольцевым выступом. 2. Подземное оборудование по п.1, отличающееся тем, что каждая из площадок фигурных толкателей имеет несколько оснований, последовательно расположенных в осевом направлении по ее длине. 3. Подземное оборудование по п.1, отличающееся тем, что смежные боковые стороны площадок фигурных толкателей выполнены с чередующимися выступами и впадинами, ответными друг другу и имеющими возможность взаимодействия между собой при радиальных перемещениях фигурных толкателей.