УСТЬЕВОЙ СКВАЖИННЫЙ ЗАМОК Российский патент 1999 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к нефтяной, газовой и горной промышленности и может быть использовано для быстрого открытия законсервированных или выработанных и используемых в качестве хранилищ шахт, нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин.

Выработанные шахты или скважины могут быть использованы для захоронения токсичных материалов. После их закладки скважины закрываются специальным замком и обваловываются. Для пополнения или контроля состояния периодически необходимо быстрое дистанционное вскрытие, так как ручное небезопасно. Такие же требования предъявляются при необходимости быстрого извлечения хранимых материалов.

Известна заглушка для устья скважины (1), содержащая закрепленную на верхнем фланце обсадной колонны заслонку с размещенным под ней полым патрубком. Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения быстрого дистанционного вскрытия заглушки.

Известен устьевой скважинный замок, содержащий заслонку, закрепленную на верхнем фланце обсадной колонны (ствола скважины), крышку, расположенную под ней с образованием между ними полости, устройство для вскрытия скважины, состоящее из подпружиненного штока, жестко связанного с фиксирующим элементом (2).

Данное устройство выбрано в качестве прототипа. Недостатком этого замка является то, что для его вскрытия необходимо убрать насыпной грунт, снять заслонку, а потом специальным ключом повернуть устройство для вскрытия скважины и вскрыть скважину. Все эти операции проводятся в присутствии людей в течение времени не менее 3-х часов.

Задачей предлагаемого решения является обеспечение дистанционного вскрытия скважины и сокращение времени вскрытия.

Технический результат: возможность предотвращения аварийной ситуации (отрицательного воздействия на людей содержимого скважины и повышение производительности (уменьшение времени вскрытия).

Поставленная задача решается тем, что в устьевом скважинном замке, содержащем заслонку, закрепленную на верхнем фланце ствола скважины, крышку, расположенную под ней с образованием полости между ними, и устройство для вскрытия ствола скважины, крышка закреплена на верхнем фланце ствола скважины, устройство для вскрытия ствола скважины выполнено в виде источника газов высокого давления (ИГВД), в полости между заслонкой и крышкой размещены ИГВД и гибкий элемент, один конец которого соединен с заслонкой, а другой - с крышкой. Причем, в полости между крышкой и заслонкой может быть установлен демпфер, а гибкий элемент при этом соединен с заслонкой через демпфер, и на заслонке может быть закреплена емкость с грунтом.

От прототипа заявляемый устьевой скважинный замок отличается тем, что в нем крышка закреплена на верхнем фланце ствола скважины, устройство для вскрытия ствола скважины выполнено в виде ИГВД, в полости между заслонкой и крышкой размещены ИГВД и гибкий элемент, один конец которого соединен с заслонкой, а другой - с крышкой. В полости между крышкой и заслонкой может быть размещен демпфер, гибкий элемент при этом соединен с заслонкой через демпфер, и на заслонке может быть закреплена емкость с грунтом.

Закрепление крышки на верхнем фланце ствола скважины, выполнение устройства для вскрытия ствола скважины в виде ИГВД, размещение в полости между заслонкой и крышкой ИГВД и гибкого элемента, один конец которого соединен с заслонкой, а другой - с крышкой, позволяет дистанционно открыть ствол скважины за время не более 5 с запуском ИГВД по радиоканалу или по проводной линии связи.

Снабжение гибкого элемента демпфером с постоянным усилием растяжения, установленным в полости между заслонкой и крышкой, позволяет уменьшить массу гибкого элемента и узлов его крепления к заслонке и крышке за счет обеспечения необходимого для вскрытия ствола скважины разгона крышки меньшим усилием.

Закрепление на заслонке емкости с грунтом позволяет уменьшить массу заслонки с обеспечением оптимального разгона крышки и заслонки путем обеспечения необходимой массы системы заслонка-емкость с грунтом за счет массы грунта.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 представлен разрез предлагаемого устьевого скважинного замка, на фиг. 2 - элемент A.

На верхнем фланце ствола 1 скважины закреплены крышка 2 и заслонка 3, в полости между которыми размещен ИГВД 4 и гибкий элемент 5, например, стальной канат, одним концом соединенный с крышкой 2, а вторым через демпфер 6 с постоянным усилием растяжения с заслонкой 3 ИГВД снабжен системой запуска по проводной линии связи или по радиоканалу (на фиг. не показано). Демпфер 6 содержит корпус 7 с пенопластовой втулкой 8 и коническим поршнем 9, связанным с гибким элементом 5. На заслонке закреплена емкость 10, выполненная, например, в виде капронового или холщевого мешка, заполненного грунтом 11. Длина гибкого элемента 5 выполнена большей толщины слоя грунта над скважиной.

Работает скважинный замок в следующем порядке. По проводной линии связи или по радиоканалу через систему запуска включается в работу ИГВД 4. При достижении определенного давления происходит разрыв элементов крепления заслонки 3 со стволом скважины и заслонка со столбом грунта над ней разгоняется до скорости 10 - 20 м/с. После выхода заслонки выше уровня земли, давление газов стравливается, выбирается слабина гибкого элемента и крышка 2 увлекается гибким элементом 5 за заслонкой 3. При этом система заслонка 3 - емкость 10 с грунтом 11 и крышка 2 будут взаимодействовать через гибкий элемент 5 до уравнивания их скоростей, т.е. заслонка 3 и емкость 10 с грунтом 11 будут тормозиться, а крышка 2 разгоняться.

Оптимальный вариант устьевого скважинного замка в массовом и кинематическом отношении будет в случае, когда масса заслонки 3 и емкости 10 с грунтом 11 будет значительно больше массы крышки, а усилие взаимодействия между ними в процессе разгона крышки 2 будет постоянно. Постоянство этой силы достигается демпфером путем радиального сжатия пенопластовой втулки 8 коническим поршнем 9.

Масса системы заслонка 3 - емкость 10 с грунтом 11 может увеличиваться за счет увеличения массы емкости 10 с грунтом 11, а массу заслонки 3 при этом можно уменьшать.

При разгоне заслонки 3 до скорости 20 м/с, что обеспечивает ее вылет на высоту до 20 м, она и крышка 2 упадут на землю не более, чем через 5 с с момента задействования ИГВД 4, после чего можно приступать к работе с открытой скважиной.

Таким образом, предложенный устьевой скважинный замок позволяет дистанционно открыть ствол скважины за время не более 5 с, что в более чем в 30 раз меньше, чем в прототипе.

Источники информации
1. Золин М.Л. Опыт эксплуатации устьевого глубинно-насосного оборудования. -М.: Гостоптехиздат, 1954, с. 66, фиг. 67.

2. Авторское свидетельство 1758205, кл. E 21 B 33/03, 1992 г.

Устьевой скважинный замок используется в нефтяной, газовой и горной промышленности для дистанционного вскрытия законсервированных или отработанных и используемых в качестве хранилищ нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин и шахт. Он содержит закрепленные на верхнем фланце ствола скважины заслонку и крышку под ней с образованием полости между ними. В образованной полости размещены устройство для вскрытия ствола скважины, выполненное в виде источника газов высокого давления (ИГВД), и гибкий элемент, один конец которого соединен с заслонкой, а другой с крышкой. Гибкий элемент может быть соединен с заслонкой через демпфер, установленный в полости между заслонкой и крышкой, а на заслонке закреплена емкость с грунтом. Дистанционно по радиоканалу или по проводной линии связи подают сигнал и приводят в действие ИГВД. Заслонка выходит выше уровня земли. Давление газов стравливается. Слабина гибкого элемента выбирается и крышка увлекается за заслонкой. Скважина открыта. Техническим результатом является получение возможности предотвращения аварийной ситуации (исключение отрицательного воздействия содержимого скважины на людей за счет дистанционного вскрытия), повышение производительности (уменьшение времени вскрытия). 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устьевой скважинный замок, содержащий заслонку, закрепленную на верхнем фланце ствола скважины, крышку, расположенную под ней с образованием полости между ними, устройство для вскрытия ствола скважины, отличающийся тем, что крышка закреплена на верхнем фланце ствола скважины, устройство для вскрытия ствола скважины выполнено в виде источника газов высокого давления, в полости между заслонкой и крышкой размещены источник газов высокого давления и гибкий элемент, один конец которого соединен с заслонкой, а другой с крышкой. 2. Устьевой скважинный замок по п.1, отличающийся тем, что в полости между заслонкой и крышкой установлен демпфер, а гибкий элемент соединен с заслонкой через демпфер. 3. Устьевой скважинный замок по п.1, отличающийся тем, что на заслонке закреплена емкость с грунтом.