ПЕРЕХОДНИК ДЛЯ ТРУБ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F16L39/00 

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию трубчатого элемента, расположенного в области, прилегающей к дну нефтяной скважины и предназначенного для соединения между собой двух труб и для обеспечения прохода механического устройства сопряжения (элемента раздела двух сред) из одной трубы в другую.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства межсоединения двух труб нефтяной скважины, позволяющего пропускать прерывистый поток нефти, который имеет место время от времени в одной трубе, а иногда в другой трубе. Пропусканию этого потока содействует механическое устройство сопряжения, которое вводят с поверхности земли в одну из труб и возвращают на поверхность через другую трубу.

После того, как произведено обустройство нефтяной скважины, нефть будет вытекать на поверхность только в том случае, когда статическое давление достаточно для преодоления обратного давления, оказываемого колонной нефти, накопленной в трубе. Если статическое давление недостаточно для преодоления этого обратного давления, то становится необходимым использование некоторого искусственного способа подъема, чтобы поднять поток нефти на поверхность.

Механические насосные системы, погружные центробежные насосные системы, насосные системы с последовательной полостью и пневматические насосные системы ("газлифт") являются примером тех, которые широко используются в нефтяной промышленности. Однако более тщательный анализ данного вопроса показывает, что все они сопряжены с некоторыми техническими трудностями, которые могут даже в некоторых случаях сделать их использование не целесообразным. В связи с указанным, становится необходимым развитие новых способов, которые позволяют улучшить возможность добычи нефти из района ее нахождения (залегания).

Авторами настоящего изобретения был разработан способ, в соответствии с которым используются две трубы, соединенные друг с другом в области, прилегающей к дну скважины. Механическое устройство сопряжения с поверхности земли вводится в одну из труб, после чего газ высокого давления нагнетается в эту трубу, так чтобы вызвать перемещение механического устройства сопряжения вдоль и внутри этой трубы.

Приводимое в движение газом механическое устройство сопряжения проходит по полной длине трубного элемента до того элемента, который расположен вблизи от дна скважины и образует межсоединение с другой трубой. После этого все еще под давлением газа механическое устройство сопряжения начинает подниматься по второй трубе, до тех пор, пока оно вновь не достигнет поверхности земли. При своем перемещении по трубам механическое устройство сопряжения выталкивает на поверхность нефть, которая содержится в трубах.

Этот способ создает значительный прогресс в технике добычи нефти. Однако, для его реализации потребовалось разработать переходник, который позволяет осуществить межсоединение труб без утечки, обеспечивая герметичность системы. В соответствии с настоящим изобретением предлагается конструкция переходника для труб нефтяной скважины, который удовлетворяет этим требованиям.

Предложены два вида переходников, а именно, один для использования в тех случаях, когда трубы устанавливаются с разрывом во времени, а другой - для использования в тех случаях, когда трубы устанавливаются одновременно.

Переходник первого типа имеет внутри два отверстия, предназначенные для соединения двух труб. Одно из отверстий имеет диаметр, соответствующий внутреннему диаметру труб, и его верхний участок имеет резьбу для соединения с одной из труб. Второе отверстие имеет диаметр больше первого, причем контур его внутренней поверхности позволяет вводить внутрь него, а также блокировать и герметизировать в нем трубчатый элемент, соединенный с участком второй трубы.

Переходник второго типа в соответствии с настоящим изобретением имеет внутри два отверстия, предназначенные для соединения двух труб. Эти два отверстия имеют одинаковый диаметр, эквивалентный общему диаметру двух труб, причем их верхние участки имеют резьбу.

В обоих типах переходников для труб нефтяной скважины внутренняя поверхность нижней части переходника имеет форму цилиндрического прохода, изогнутого на 180^o, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру труб. Такая конфигурация позволяет осуществлять сообщение между двумя отверстиями, что делает возможным осуществление взаимного сообщения между трубами.

Трубное соединение в нижней части переходника позволяет осуществить его подключение к трубе, в которой течет поднимающийся из района добычи поток прибывающей нефти, причем этот поток поступает в трубный переходник через отверстия, имеющиеся в нижней части трубного соединения.

Эти отверстия предотвращают проход механического переходника на дно скважины, что могло бы сделать невозможным применение способа прерывистой добычи нефти с использованием механического переходника.

Другие отличительные характеристики переходника в соответствии с настоящим изобретением будут более ясны из последующего детального описания преимущественного варианта его осуществления, приведенного только в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показана схематично скважина, которая подходит для применения оборудования, предназначенного для осуществления способа прерывистой добычи нефти с использованием механического устройства сопряжения, в котором применен трубный переходник в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показано продольное сечение трубного переходника нефтяной скважины первого типа в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2A показано поперечное сечение трубного переходника фиг. 2.

На фиг. 3 показано продольное сечение трубного переходника нефтяной скважины второго типа в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3A показано поперечное сечение трубного переходника фиг. 3
На фиг. 1 показана схематично скважина, оборудованная для осуществления способа прерывистой добычи нефти с применением механического устройства сопряжения. Механическое устройство сопряжения 8 показано в положении на поверхности земли, над двумя трубами 4, 4A и оболочкой скважины 7.

В зоне, которая расположена несколько выше района 2 добычи (залегания нефти), две трубы имеют межсоединение при помощи трубного переходника 1, который, в свою очередь, соединен с трубой 5. Следует указать, что эта труба 5 может содержать различные компоненты, которые не показаны на чертежах только для упрощения, так как они не являются частью настоящего изобретения.

Единственным компонентом трубы 5, который показан на фиг. 1, является запорный клапан 6, который можно видеть на нижнем конце трубы 5. Пакер 3 осуществляет герметизацию кольцевого пространства между трубой 5 и оболочкой скважины 7. Могут быть ситуации, в которых пакер 3 применять не требуется.

Совершенно четко видно, что трубный переходник 1 является компонентом фундаментальной важности для осуществления способа прерывистой добычи нефти с использованием механического устройства сопряжения, так как кроме обеспечения идеального межсоединения двух труб он устроен таким образом, что не препятствует проходу механического переходника 8 внутри него, и предотвращает проход этого переходника на дно скважины.

В данном описании будут описаны два типа трубных переходников. Тип переходника, показанный на фиг. 2, должен быть использован в том случае, когда две трубы устанавливаются с разрывом во времени. Тип переходника, показанный на фиг. 3, должен быть использован в том случае, когда две трубы устанавливаются одновременно.

На фиг. 2 показано продольное сечение первого типа трубного переходника 16 в соответствии с настоящим изобретением, который имеет два продольных отверстия 12 и 13, предназначенные для осуществления межсоединения труб, таких как 4 и 4A (на чертеже не показаны).

Верхний конец 14 продольного отверстия 12 имеет резьбу для осуществления соединения с одной из труб, причем эта операция может быть осуществлена заблаговременно на поверхности, раньше установки трубы в скважину. Диаметр отверстия 12 соответствует внутреннему диаметру труб, таких как 4, 4A, с которыми будет осуществлено соединение. Диаметр другого отверстия 13 больше диаметра отверстия 12, как это лучше видно на фиг. 2A.

Контуры внутренней поверхности отверстия 13 должны быть таковы, чтобы позволить осуществить ввод внутрь него, а также блокировку и герметизацию, трубного компонента, который соединен с концом второй трубы 4A и функцией которого является содействие соединению трубы 4A с трубным переходником 16.

Таким компонентом может быть, например, устройство, которое известно специалистам как уплотнительный патрубок (ниппель) с мгновенным защелкиванием, который заранее может быть присоединен к нижнему концу второй трубы 4A, ранее ее опускания внутрь скважины для соединения с трубным переходником 16.

Для присоединения второй трубы 4A к трубному переходнику 16 могут быть использованы и другие трубные компоненты, а уплотнительный патрубок (ниппель) с мгновенным защелкиванием указан только потому, что он может считаться наиболее подходящим и уже известным компонентом для осуществления указанной функции.

Таким образом, на фиг. 2 показан внутренний профиль отверстия 13 в той форме, которая делает его совместимым с внешним профилем уплотнительного патрубка с мгновенным защелкиванием. В этом случае внутри отверстия 13 имеется зона 18, которая имеет уменьшенный диаметр и функцией которой является блокировка (фиксация) уплотнительного патрубка с мгновенным защелкиванием. Область, расположенная непосредственно ниже зоны 18, имеет тот же самый диаметр, что и область, расположенная выше указанной зоны 18.

На нижнем участке отверстие 13 имеет другую область 20 уменьшенного диаметра, размер которого равен внутренним диаметрам труб и уплотнительного патрубка с мгновенным защелкиванием; при этом единый проходной диаметр выдерживается для всей системы.

Следует еще раз подчеркнуть, что приведенный в описании в предыдущих параграфах внутренний профиль отверстия 13 дан только в качестве примера и непосредственно связан с использованием уплотнительного патрубка с мгновенным защелкиванием. Поэтому данное выше описание профиля отверстия 13 ни в коем случае не может считаться ограничивающим объем настоящего изобретения.

Над верхним концом трубного переходника 16 располагается вертикальная секция 15, обод которой идет наклонно относительно продольной оси переходника 16 и предназначен для того, чтобы служить направляющей для уплотнительного патрубка с мгновенным защелкиванием в ходе подключения второй трубы 4A к переходнику.

Внутренняя поверхность 19 нижней части трубного переходника 16 имеет форму изогнутого на 180^o цилиндрического прохода, при помощи которого соединяются два отверстия 12 и 13. Форма его поперечного сечения и площадь поперечного сечения являются такими же, как и у двух труб и отверстия 12.

Соединение 22, расположенное в нижней части трубного переходника 16, позволяет соединять его с трубой 5, через которую транспортируется восходящий поток прибывающей из района добычи нефти. Эта труба 5 на фиг. 2 не показана. Нефть, поступающая из района добычи, втекает внутрь трубы 5 и проходит внутрь трубного переходника 16 через отверстия 21, которые осуществляют двойную функцию: кроме впуска восходящего потока добытой нефти они предотвращают нежелательный проход на дно скважины механического устройства сопряжения 8.

Трубный переходник 16 после его присоединения к одной из труб 4 или 4A с конца 14 отверстия 12 должен быть введен в скважину. После завершения установки первой трубы производится операция установки в скважине второй трубы.

По завершении этой операции две трубы 4, 4A имеют жесткое межсоединение и скважина готова для применения способа прерывистой добычи нефти при помощи механического устройства сопряжения 8.

В данном варианте осуществления настоящего изобретения предполагается, что корпус трубного переходника 16 должен быть образован двумя коаксиальными блоками 9 и 10, соединенными сварным швом 11. Соединение двух блоков 9 и 10 может быть произведено и другими средствами; сварной шов выбран единственно из соображений простоты и экономии в процессе изготовления трубного переходника 16.

На фиг. 3 показан другой вариант трубного переходника 50, который может быть использован в том случае, когда две трубы устанавливаются одновременно. Внутри трубного переходника 50 имеются два продольных отверстия 54 и 54A, предназначенные для осуществления межсоединения труб, таких как 4 и 4A (на чертеже не показаны). Диаметры отверстий 54 и 54A равны друг другу и эквивалентны внутреннему диаметру труб 4 и 4A, как это лучше видно на фиг. 3A.

Внутренняя поверхность 56 нижней части трубного переходника 50 (фиг. 3) имеет форму изогнутого на 180^o цилиндрического прохода, при помощи которого соединяются два отверстия 54 и 54A, и диаметр которого соответствует внутреннему диаметру этих отверстий.

Соединение 57, расположенное в нижней части трубного переходника 50, позволяет соединять его с трубой 5, через которую транспортируется восходящий поток прибывающей из района добычи нефти. Эта труба 5 на фиг. 3 не показана. Нефть, поступающая из района добычи, втекает внутрь трубы 5 и проходит внутрь трубного переходника 50 через отверстия 58, которые ( как и в случае отверстий 21 фиг. 2) осуществляют двойную функцию: кроме впуска восходящего потока добытой нефти они предотвращают нежелательный проход на дно скважины механического устройства сопряжения 8.

Верхние концы 55, 55A отверстий 54, 54A имеют резьбу, что позволяет подключать их к двум трубам. Эта операция может быть осуществлена на поверхности земли, ранее установки труб 4, 4A внутрь скважины.

В данном варианте осуществления настоящего изобретения предполагается, что корпус трубного переходника 50 должен быть образован двумя коаксиальными блоками 51 и 52, соединенными сварным швом 53. Соединение двух блоков 51 и 52 может быть произведено и другими средствами; сварной шов выбран единственно из соображений простоты и экономии в процессе изготовления трубного переходника 50.

Переходник для труб нефтяной скважины предназначен для создания трубного компонента, предназначенного для осуществления межсоединения двух труб внутри нефтяной скважины, а также позволяет осуществить проход внутри системы механическому устройству сопряжения, которое приводится в движение за счет газа высокого давления, нагнетаемого через одну из труб. Сообщение между двумя отверстиями корпуса осуществлено посредством изогнутого цилиндрического прохода. Имеется размерная зависимость диаметров отверстий, прохода и труб. В нижней части переходника имеется соединение для подключения к трубе. 2 с. и з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Переходник для труб нефтяной скважины, имеющий корпус с двумя отверстиями, предназначенными для соединения двух труб, отличающийся тем, что одно из отверстий имеет диаметр, соответствующий внутреннему диаметру труб, и его верхний участок имеет резьбу для соединения с одной из труб, а второе отверстие имеет такой контур его внутренней поверхности, который позволяет вводить внутрь него, блокировать и герметизировать в нем трубчатый компонент, соединенный с участком второй трубы, при этом сообщение между двумя отверстиями осуществлено посредством изогнутого на 180^o цилиндрического прохода, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру труб, причем в нижней части переходника расположено соединение для подключения к трубе, по которой течет поднимающийся поток нефти, а выполненные в этом соединении отверстия предназначены для поступления потока поднимающейся нефти в переходник. 2. Переходник по п.1, отличающийся тем, что внутри отверстия, предназначенного для ввода трубчатого компонента, имеется зона, которая расположена посредине его длины и имеет уменьшенный диаметр таким образом, что эта зона осуществляет функцию блокирующего упора трубного компонента, подключенного к участку второй из труб, причем упомянутое отверстие в нижней части имеет область с уменьшенным диаметром. 3. Переходник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что его корпус образован объединением двух блоков при помощи сварного соединения. 4. Переходник для труб нефтяной скважины, имеющий корпус с двумя отверстиями, предназначенными для соединения двух труб, отличающийся тем, что диаметр отверстий соответствует внутреннему диаметру труб, а их верхние участки имеют резьбу для соединения с трубами, при этом сообщение между двумя указанными отверстиями осуществлено посредством изогнутого на 180^o цилиндрического прохода, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру труб, причем в нижней части переходника расположено соединение для подключения к трубе, по которой течет поднимающийся поток нефти, а выполненные в этом соединении отверстия предназначены для поступления потока поднимающейся нефти в переходник. 5. Переходник по п.4, отличающийся тем, что его корпус образован объединением двух блоков при помощи сварного соединения.