УСТЬЕВОЙ СКВАЖИННЫЙ ЗАМОК (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к нефтяной, газовой и горной промышленности и может быть использовано для быстрого вскрытия 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 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, содержащая закрепленную на верхнем фланце обсадной колонны заслонку с размещенным над ней полым патрубком (см. Золин М. Л. Опыт эксплуатации устьевого глубинного насосного оборудования.- М.: Гостоптехиздат, 1954, с. 66, фиг. 67).

Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения быстрого дистанционного вскрытия заглушки.

Известен устьевой скважинный замок, выбранный в качестве прототипа, содержащий заслонку, закрепленную на верхнем фланце обсадной колонны (ствола скважины), с размещенным под ней полым патрубком, крышку, расположенную под ней с образованием между ними полости, устройство для вскрытия скважины, состоящее из подпружиненного штока, жестко связанного с фиксирующим элементом (см. А.С. СССР N1758205, МПК 6 E 21 B 33/03, 30.08.92, бюл. N 32).

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 открыть скважину. Все эти операции проводятся в присутствии людей в течение времени не менее 3 часов.

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

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

Поставленная задача решается тем, что в устьевом скважинном замке, содержащем заслонку, расположенную над верхним фланцем ствола скважины, и размещенный под ней полый патрубок, патрубок телескопически установлен в ствол скважины и соединен с его фланцем разрушаемой связью, высота патрубка больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли, заслонка шарнирно соединена с верхним торцом патрубка, а также дополнительно закреплена на нем разрушаемой связью, причем внутри ствола скважины установлен источник газов высокого давления (ИГВД).

Устьевой скважинный замок может содержать один или несколько дополнительных полых патрубков, телескопически соединенных друг с другом и с патрубком, телескопически установленным в ствол скважины. Верхний фланец ствола скважины при этом соединен разрушаемой связью с первым из выдвигаемых дополнительных полых патрубков, а с верхним торцом этого же патрубка шарнирно соединена заслонка, дополнительно закрепленная на нем разрушаемой связью. Суммарная высота патрубков в этом случае больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли.

На наружной поверхности заслонки может быть закреплена емкость с грунтом конической формы, вершиной обращенная к поверхности земли, при этом внешняя поверхность емкости содержит противоадгезионное покрытие.

Наружная поверхность заслонки так же может быть выполнена конической формы, обращена вершиной к поверхности земли и содержать противоадгезионное покрытие.

От прототипа заявляемый устьевой скважинный замок отличается тем, что патрубок телескопически установлен в ствол скважины и соединен с его фланцем разрушаемой связью, высота патрубка больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли, заслонка шарнирно соединена с верхним торцом патрубка, а также дополнительно закреплена на нем разрушаемой связью, причем внутри ствола скважины установлен источник газов высокого давления.

Устьевой скважинный замок может содержать один или несколько дополнительных полых патрубков, телескопически соединенных друг с другом и с патрубком, телескопически установленным в ствол скважины. Верхний фланец ствола скважины при этом соединен разрушаемой связью с первым из выдвигаемых дополнительных полых патрубков, а с верхним торцом этого же патрубка шарнирно соединена заслонка, дополнительно закрепленная на нем разрушаемой связью. Суммарная высота патрубков в этом случае больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли.

На наружной поверхности заслонки может быть закреплена конической формы емкость с грунтом, вершиной обращенная к поверхности земли, при этом внешняя поверхность емкости содержит противоадгезионное покрытие.

Наружная поверхность заслонки так же может быть выполнена конической формы, обращена вершиной к поверхности земли и содержать противоадгезионное покрытие.

Расположение над верхним фланцем ствола скважины заслонки, размещение под ней полого патрубка, телескопически установленного в ствол скважины, и соединение его с фланцем разрушаемой связью, выполнение высоты патрубка больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли, шарнирное соединение заслонки с верхним торцом патрубка, а также дополнительное закрепление ее на нем разрушаемой связью, установка источника газов высокого давления внутри ствола скважины позволяют дистанционно открыть ствол скважины за время не более 10 с запуском ИГВД по радиоканалу или по проводной линии связи.

Выполнение устьевого скважинного замка содержащим один или несколько дополнительных полых патрубков, телескопически соединенных друг с другом и с патрубком, телескопически установленным в ствол скважины, верхний фланец ствола скважины, соединенный разрушаемой связью с первым из выдвигаемых дополнительных полых патрубков, шарнирное соединение заслонки с верхним торцом этого же патрубка, дополнительное закрепление заслонки на нем разрушаемой связью, выполнение суммарной высоты патрубков большей расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли позволяет так же дистанционно открыть ствол скважины за время не более 10 с запуском ИГВД по радиоканалу или по проводной линии связи. Кроме того, этот вариант позволяет уменьшить габариты замка в закрытом положении по высоте, что увеличивает вместимость скважины.

Закрепление на наружной поверхности заслонки емкости конической формы с грунтом, вершиной обращенной к поверхности земли, и содержание на внешней поверхности емкости противоадгезионного покрытия позволяет снизить уровень давления внутри скважины при вскрытии и соответственно снизить материалоемкость замка и ствола скважины.

Выполнение наружной поверхности заслонки конической формы, обращенной вершиной к поверхности земли и содержащей противоадгезионное покрытие, предлагается как вариант исполнения и позволяет также снизить уровень давления внутри скважины при вскрытии и соответственно снизить материалоемкость замка и ствола скважины.

Изобретение поясняется чертежами:
- на фиг. 1 представлен разрез предлагаемого устьевого скважинного замка;
- на фиг. 2 и фиг. 3 представлены увеличенные элементы А и Б разреза предлагаемого устьевого скважинного замка в районе фланца ствола скважины;
- на фиг. 4 представлен вариант исполнения предлагаемого устьевого скважинного замка с конической крышкой;
- на фиг. 5 представлен разрез предлагаемого устьевого скважинного замка после вскрытия скважины.

Над верхним фланцем ствола 1 скважины установлена заслонка 2, под ней помещен полый патрубок 3, телескопически установленный в ствол 1 скважины. В ствол скважины может быть помещен дополнительный патрубок 4, телескопически соединенный с патрубком 3. Фланец ствола 1 скважины соединен разрушаемой связью 5, например, ослабленными винтами с первым из выдвигаемых патрубков, в данном примере с патрубком 4. С верхним торцом этого же патрубка 4 шарнирно посредством оси 6 соединена заслонка 2, которая дополнительно закреплена на нем разрушаемой связью 7, например, ослабленными винтами. Винты разрушаемой связи 7 ослаблены так, что суммарное усилие их разрушения больше суммарного усилия разрушения связи 5. Вместо ослабленных винтов разрушаемых связей 5 и 7 могут быть установлены пироболты с устройством запуска (на фигурах не показано). Длина патрубков 3 и 4 выбрана такой, что суммарная высота их выдвижения больше расстояния от верхнего фланца ствола 1 скважины до поверхности земли 8. Внутри ствола 1 скважины, например, на внутренней поверхности заслонки 2 установлен ИГВД 9, снабженный устройством запуска по проводной линии связи или радиоканалу (на фигурах не показано). На наружной поверхности заслонки 2 может быть закреплена емкость 10 с грунтом 11, выполненная, например, в виде тканевого мешка конической формы. Вершина емкости 10 обращена к поверхности земли. На верхнюю поверхность емкости нанесено противоадгезионное покрытие 12, выполненное, например, из 2 слоев герметично по контуру соединенных между собой полиэтиленовых пленок.

Возможен вариант исполнения устьевого скважинного замка, в котором наружная поверхность заслонки 2 выполнена конической (см. фиг. 4). Вершина заслонки обращена к поверхности земли 8. На наружную поверхность заслонки 2 также нанесено противоадгезионное покрытие 12, аналогичное описанному выше.

Работает устьевой скважинный замок в следующем порядке.

По проводной линии связи или по радиоканалу через устройство запуска включается в работу ИГВД 9. При достижении определенного давления внутри скважины происходит разрыв разрушаемой связи 5 торца патрубка 4 с фланцем ствола 1 скважины, и заслонка 2 с грунтом 11 над ней двигается вверх и увлекает за собой полые патрубки 4 и 3. Усилие разрыва связей 7 выбирается большим, чем сила взаимодействия заслонки с патрубками 3 и 4.

После выбора длин патрубков (заслонка 2 в этот момент находится выше поверхности земли) основная часть земли над заслонкой за счет конусности емкости с грунтом 10 и противоадгезионного покрытия 12 осыпается и на ней остается только емкость 10. Противоадгезионное покрытие 12 исключает при этом слипание и смерзание земли с емкостью 10. Так как масса земли на заслонке при этом уменьшается, а давление, действующее на ее внутреннюю поверхность, продолжает увеличиваться, происходит разрыв связей 7, и заслонка поворачивается вокруг оси 6 и открывает скважину.

При использовании в качестве разрушающихся связей пироболтов инициирование части их, крепящих торец патрубка 4 с фланцем ствола 1 скважины, производится одновременно с запуском ИВГД 9, а остальные, крепящие заслонку 2 с патрубком 4, через определенное время (~1 с) после полного выдвижения патрубков.

Аналогично работает устьевой скважинный замок с заслонкой, имеющей коническую форму наружной поверхности (см. фиг. 4).

За время не более 10 с с момента запуска ИГВД 9 в обоих случаях заслонка открывается, и можно приступать к работе с открытой скважиной. После чего заслонка быстро закрывается и крепится новыми разрушаемыми связями. Дальнейшие работы по возвращению патрубков в исходное положение безопасны, так как они производятся при закрытом стволе скважины.

Таким образом, предложенный устьевой скважинный замок позволяет дистанционно открыть ствол скважины за время не более 10 с, что более чем на порядок меньше, чем в прототипе.

Изобретение относится к нефтяной, газовой и горной промышленности и может быть использовано для быстрого вскрытия законсервированных или выработанных и используемых в качестве хранилищ шахт, нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин. Устройство содержит заслонку и размещенный под ней полый патрубок. Заслонка расположена над верхним фланцем ствола скважины. Патрубок телескопически установлен в ствол скважины и соединен с его фланцем разрушаемой связью. Высота патрубка больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли. Заслонка шарнирно соединена с верхним торцом патрубка и дополнительно закреплена на нем разрушаемой связью. Внутри ствола скважины установлен источник газов высокого давления. По второму варианту выполнения полый патрубок телескопически установлен в ствол скважины. Замок содержит один или несколько дополнительных полых патрубков. Верхний фланец ствола скважины соединен разрушаемой связью с первым из выдвигаемых дополнительных полых патрубков. Верхний торец верхнего патрубка шарнирно соединен с заслонкой разрушаемой связью. Суммарная высота патрубков больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли. Внутри ствола скважины установлен источник газов высокого давления. Изобретение позволяет предотвратить аварийную ситуацию и повысить производительность. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устьевой скважинный замок, содержащий заслонку, расположенную над верхним фланцем ствола скважины, размещенный под ней полый патрубок, отличающийся тем, что патрубок телескопически установлен в ствол скважины и соединен с его фланцем разрушаемой связью, высота патрубка больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли, заслонка шарнирно соединена с верхним торцом патрубка, а также дополнительно закреплена на нем разрушаемой связью, причем внутри ствола скважины установлен источник газов высокого давления. 2. Устьевой скважинный замок по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности заслонки закреплена емкость с грунтом конической формы, вершиной обращенная к поверхности земли, причем внешняя поверхность емкости содержит противоадгезионное покрытие. 3. Устьевой скважинный замок по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность заслонки выполнена конической формы, обращена вершиной к поверхности земли и содержит противоадгезионное покрытие. 4. Устьевой скважинный замок, содержащий заслонку, расположенную над верхним фланцем ствола скважины, размещенный под ней полый патрубок, отличающийся тем, что полый патрубок телескопически установлен в ствол скважины, замок содержит один или несколько дополнительных полых патрубков, телескопически соединенных друг с другом и с патрубком, телескопически установленным в ствол скважины, верхний фланец ствола скважины соединен разрушаемой связью с первым из выдвигаемых дополнительных полых патрубков, с верхним торцом этого же патрубка шарнирно соединена заслонка, дополнительно закрепленная на нем разрушаемой связью, причем суммарная высота патрубков больше расстояния от верхнего фланца ствола скважины до поверхности земли, а внутри ствола скважины установлен источник газов высокого давления. 5. Устьевой скважинный замок по п.4, отличающийся тем, что на наружной поверхности заслонки закреплена емкость с грунтом конической формы, вершиной обращенная к поверхности земли, причем внешняя поверхность емкости содержит противоадгезионное покрытие. 6. Устьевой скважинный замок по п.4, отличающийся тем, что наружная поверхность заслонки выполнена конической формы, обращена вершиной к поверхности земли, и содержит противоадгезионное покрытие.