КОНСТРУКЦИЯ ЗАГЛУШКИ, СОДЕРЖАЩАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РАЗРУШАЮЩЕЕ ТЕЛО Российский патент 2013 года по МПК E21B33/12 

Настоящая патентная заявка относится к конструкции заглушки, содержащей гидравлическое разрушающее тело, как описано в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Использование взрывчатых веществ для удаления заглушек, устанавливаемых временно для закрывания буровых скважин или подобных устройств, хорошо известно. Как правило, заряды взрывчатого вещества устанавливают либо на верхнюю поверхность вставленной в скважину заглушки, либо в середину заглушки. Для подрыва взрывчатых зарядов используется множество различных механизмов.

При использовании современных систем с зарядами взрывчатого вещества остаются нежелательные остатки и кроме того, такие системы создают потенциальный риск при обращении пользователей с заглушкой.

Также хорошо известны технические решения, согласно которым взрывчатые вещества не применяются, а в скважину опускается человек и разрушает заглушку механически - ударами или рассверливанием.

Известно техническое решение, согласно которому отдельные тела заглушки установлены в предназначенные для них гнезда, например, как описано в WO 2007/108701.

Это решение основано на том, что пространство между телами заглушки заполняют несжимаемой текучей средой, которую по сигналу на открытие сливают в отдельную камеру с атмосферным давлением. При сливе текучей среды в эту камеру тела заглушки разламываются под действием гидростатического давления. Однако если в камере есть утечка, то это устройство не работает, так как текучая среда не будет сливаться. Другой недостаток этого решения заключается в том, что конструкция заглушки должна быть менее прочной, чем хотелось бы, поскольку тела заглушки должны быть достаточно тонкими, чтобы они могли разламываться только под действием давления в скважине.

Целью настоящего изобретения является создание способа удаления заглушки без использования взрывчатых веществ и не имеющего указанных выше недостатков.

Целью изобретения является также создание заглушки, конструкция которой не имеет ограничений, свойственных известным техническим решениям, в которых не применяются взрывчатые вещества, в частности в отношении ее толщины, и при использовании которой устраняется риск повреждения скважины при ее открытии при более высоком давлении, чем гидростатическое давление в скважине.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заглушка для проведения испытаний скважины, трубопровода или подобного устройства содержит одно или несколько тел из измельчаемого или дробимого материала, которые предназначены для разрушения при воздействии изнутри. Заглушка отличается тем, что она содержит внутреннюю полость, соединенную, с возможностью протекания текучей среды, с телом, создающим наружное давление, и может разрываться на части при подаче текучей среды во внутреннюю полость таким образом, что давление в ней превышает наружное давление на величину, при которой заглушка разрывается.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах 2-16 формулы.

Заглушка предпочтительно состоит из одного или нескольких элементов, т.е. двух или нескольких слоев, расположенных один на другом. Внутри этого составного заглушающего элемента создается давление предпочтительно с помощью расположенного в осевом направлении поршня круглого сечения, который приводится в действие механизмом открытия.

Давление, создаваемое этим поршнем, предпочтительно много больше давления в скважине, так что заглушка разрушается под действием внутреннего давления.

Поршень предпочтительно работает в камере, образованной расположенной в стеночной секции заглушки. Площадь поршня со стороны скважины предпочтительно больше его площади со стороны, где он создает давление во внутренней полости заглушающего элемента.

Поршень предпочтительно вставлен в стенку заглушки и удерживается на месте кожухом, который также удерживает заглушающий элемент.

Тела заглушки имеют предпочтительно плоскую поверхность, обращенную к скважине, и плавное углубление в виде арки (вогнутость) в центре заглушки.

Это углубление ослабляет заглушку так, что можно заранее задать, какое из тел заглушки будет разрушаться действующим изнутри давлением.

С этой же целью можно изменять толщину тел заглушки.

Могут использоваться так называемые «пиропатроны» (пиротехнические устройства, также используемые в варочных камерах), которые подрываются электрическим сигналом для создания повышенного внутреннего давления, требуемого для дробления/разлома тел заглушки.

В предпочтительном варианте для перемещения поршня используется предварительно сжатый газ, как описано выше. В альтернативном варианте сжатый газ может быть под таким давлением, которое само способно разломать заглушку, когда оно подается непосредственно в ее внутреннюю полость.

Такая система с гидравлическим разрушением исключает проблемы, связанные с применением взрывчатых веществ и обеспечением безопасности. Кроме того, в скважине не будет обломков от оболочек, в которых находятся взрывчатые вещества. Существенное преимущество состоит также в том, что разрушаемые заглушки можно устанавливать в скважины всех типов.

Важно, что разрушение осуществляется из внутренней полости или внутреннего объема в центре заглушки, так как этот объем можно изменять и создавать в нем намного большее давление, чем давление в остальной части трубопровода, в который вставлена заглушка. Были получены хорошие результаты при испытании стеклянных и керамических заглушек на разрушение гидравлическим путем.

Разрушающая система может быть выполнена так, что достаточно иметь очень маленький внутренний диаметр заглушки, так что может быть получено хорошее отношение наружного диаметра к внутреннему диаметру. Можно сделать заглушки, разрушаемые гидравлическим способом без применения взрывчатых веществ, с большим внутренним диаметром, что невозможно в настоящее время. Таким образом, отказ от зарядов взрывчатого вещества в современных системах и их замена на систему гидравлического разрушения заглушки является существенным преимуществом.

Хороший результат достигается при использовании стекла и керамических материалов. Эти материалы могут иметь такую форму, что они выдерживают высокое давление с одной стороны и низкое давление с другой стороны. Это не создает проблемы в отношении прочности заглушки, так как она разрывается изнутри и после этого ее оставшиеся части не выдерживают большое давление и будут легко разламываться при относительно низком давлении текучей среды в скважине.

Кроме того, такая система значительно дешевле в изготовлении ввиду отсутствия такого дорогостоящего компонента как взрывчатые вещества. В результате намного упрощается транспортировка и логистика.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению, в полость между различными телами или дисками заглушки вводится под давлением жидкая текучая среда.. В альтернативном варианте текучая среда под давлением вводится в полость, выполненную в отдельном или единственном теле заглушки. Это давление текучей среды может быть получено с помощью гидравлического поршня, перемещающегося в осевом направлении в отверстии внутри втулки заглушки при подаче предварительно сжатого газа из накопительной камеры.

В альтернативном варианте может использоваться пиротехническое устройство для получения мощного импульса давления для разлома заглушающего элемента.

Полость заглушки защищена прокладками от проникновения текучей среды из скважины и с верхней стороны заглушки, на которую может действовать давление со стороны буровой установки при работе насоса во время испытаний. Эти прокладки выполнены так, что они могут выдерживать гораздо большее давление текучей среды, чем сами тела заглушки. Таким образом, текучая среда под давлением, которая вводится в заглушенную скважину, сможет пройти дальше только после разрушения одного или нескольких тел заглушки.

Давление текучей среды может быть создано с помощью ориентированного в осевом направлении поршня, установленного в кожухе и имеющего такую форму, что его площадь больше на стороне, на которую может подаваться давление либо со стороны заглушки, обращенной к скважине, либо с верхней стороны заглушки через клапан. Имеющая меньшую площадь поверхность поршня, обращенная к внутренней полости между телами заглушки, которая заполняется жидкостью для создания в ней давления, будет получать повышенное давление относительно давления сверху или снизу заглушки из-за этой разницы площадей.

Это повышенное давление текучей среды создает разность между внутренним давлением в пространстве между телами (дисками) заглушки и гидростатическим давлением сверху над ними, а также давлением в скважине. Когда вследствие этой разности давлений тела заглушки разламываются, можно с помощью давления текучей среды, подаваемой из буровой установки на верхнюю сторону заглушки, разломать тело заглушки, оставшееся целым, так как это тело не настолько прочное, чтобы в одиночку выдержать максимальное давление текучей среды в трубопроводе, в который вставлена заглушка.

Количество и толщина установленных одно на другом тел заглушки выбраны так, что они не могут в одиночку выдержать максимальное давление текучей среды в трубопроводе. Для заглушек с внутренним пространством, рассчитанным на разрушение отдельного тела заглушки, это внутреннее пространство таково, что заглушка может выдержать максимальное давление, приложенное сверху и снизу, но не изнутри. Это может быть достигнуто, например, путем стачивания с формированием внутри «римского моста», который передает нагрузку от приложенного снаружи давления на наружный край тела заглушки и благодаря этому выдерживает давление, действующее снаружи. Внутренний профиль тела заглушки, позволяющий выдерживать высокое давление снаружи, но лишь небольшое давление изнутри, может быть также выполнен в виде полусферического купола.

В этом варианте выполнения есть только одно тело заглушки и когда оно разламывается, его остатки можно легко вывести.

Перемещение поршня осуществляется с помощью электрического, ультразвукового, акустического сигнала или гидравлических импульсов в скважине, которые принимаются механической или электрической системой.

Предлагаемое техническое решение также выгодно в отношении случайного разрушения заглушки, поскольку она не содержит взрывчатых веществ, которые могут упасть в скважину.

В альтернативном варианте выполнения изобретения может использоваться газ, предварительно сжатый до заданного давления. При подаче газа непосредственно в полость заглушки или в пространство над поршнем может быть достигнуто требуемое давление.

Необходимое давление может быть создано также с помощью пиропа-трона, соединенного с полостью между телами заглушки, При подрыве, электрически или механически, пиропатрона давление повышается до величины, при которой разрывается по меньшей мере одно тело заглушки. Гидравлическое давление, созданное с помощью пиропатрона, можно так же как и давление, созданное с помощью газа, подавать непосредственно в полость или через поршень, который может еще больше повысить давление.

При использовании современной системы со взрывчатыми веществами всегда существует опасность того, что в случае непредвиденных обстоятельств в скважине могут остаться невзорвавшиеся взрывчатые вещества. Поэтому заглушки, внутри которых находятся взрывчатые вещества, неприемлемы для пользователей, даже если эта опасность относительно невелика.

В современных технических решениях, где несколько элементов заглушки установлены один на другом и между ними находится жидкость, разрыв заглушки может быть достигнут и без использования взрывчатых веществ.

Это решение основано на том, что жидкость между элементами заглушки не может быть сжата и потому самый верхний элемент будет воспринимать осевую нагрузку от расположенных ниже элементов.

Недостаток этой системы состоит в том, что существует потенциальная опасность разлома верхнего элемента заглушки, если другие элементы упали в скважину, так как верхний элемент заглушки не может один выдержать большую механическую нагрузку и легко ломается. Поэтому заглушка может открыть скважину не тогда, когда нужно. Кроме того, в системе существует риск утечек жидкости между элементами заглушки, что также приводит к ее преждевременному открытию.

Чтобы можно было гарантировать, что заглушка разрушится после того, как жидкость между ее элементами будет слита управляемым образом, элементы заглушки должны иметь такую толщину, чтобы они разрывались при умеренном давлении. Такое решение нежелательно. Стекло, представляющее интерес в качестве материала для заглушки, имеет рекомендованный запас прочности, равный 3. Это может приводить к тому, что заглушка не разрушится в неблагоприятных ситуациях при низком давлении после открытия.

Понятие «запас прочности равен З» означает, что стеклянная заглушка, предназначенная для работы при разностном давлении 345 бар, должна выдерживать давление, которое в три раза больше, т.е. 345×3=1035 бар, чтобы соответствовать рекомендованному запасу прочности для стекла.

Другой недостаток указанной системы заключается в том, что после срабатывания системы открытия заглушки давление текучей среды должно увеличиваться. Это создает риск повреждения резервуара, когда заглушка разрывается под действием более высокого давления, чем гидростатическое давление в скважине.

Далее изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает известное типовое техническое решение с использованием взрывчатых веществ;

фиг.2 - вариант осуществления изобретения с заглушающим элементом 2 в нормальном положении, т.е. не в положении открытия,

фиг.3 - нижнюю часть фиг.2, когда на верхнем стеклянном диске тела заглушки образуются трещины;

фиг.4 - нижнюю часть фиг.2, когда верхнее тело заглушки начинает разламываться и вскоре будет разламываться ее нижнее тело, так как одно оно не в состоянии выдержать давление;

фиг.5 - нижнюю часть фиг.2, когда верхнее и нижнее тела заглушки разломаны и их остатки вымываются текучей средой, текущей по трубопроводу,

фиг.6 - нижнюю часть фиг.2 в увеличенном масштабе с заглушкой в нормальном положении,

фиг.7 - альтернативный вариант выполнения тел заглушки согласно изобретению. Внутренняя полость образована только за счет различия контуров противолежащих поверхностей заглушки, между которыми образована щель, показанная на фрагменте "Деталь 1";

фиг.8 - пример осуществления изобретения с альтернативным вариантом выполнения щели, показанном на фрагменте "Деталь 2", где между двумя телами заглушки расположено дополнительное тело для образования между ними полости;

фиг.9 - вариант, в котором одно из тел заглушки, тело 2b, выполнено ослабленным, чтобы оно разламывалось первым;

фиг.10 - альтернативный вариант выполнения тел заглушки, которые представляют собой две полусферы, расположенные друг против друга так, что они образуют внутри трубопровода два купола, обращенные в стороны, где присутствует давление;

фиг.11 - вариант осуществления изобретения, в котором использован альтернативный способ создания необходимого внутреннего давления при помощи одного или нескольких пиротехнических элементов;

фиг.12 - вариант осуществления изобретения, в котором использован другой альтернативный способ создания необходимого внутреннего давления при помощи предварительно сжатого газа в накопителе;

фиг.13 - типичную область применения испытательной заглушки согласно изобретению;

фиг.14 - вариант осуществления изобретения, в котором имеются более двух, а именно три тела заглушки. Количество тел заглушки может быть увеличено для увеличения ее общей прочности.

На фиг.1 показано типовое известное решение, согласно которому заглушка 20 установлена внутри пучка 11 труб, вставленного в эксплуатационный трубопровод/обсадную колонну 10 в скважине 30, проходящей через породу 12, содержащую нефть/газ. На верхней поверхности 21 измельчаемой заглушки 20 (выполненной из стекла, керамики или подобного материала) установлены взрывчатые элементы в виде двух колонн 15, 16.

Заглушка 20, далее называемая стеклянной заглушкой, вставлена в скважину 30 для ее испытания на герметичность, чтобы удостовериться, что все элементы конструкции не допускают утечек и могут выдерживать данное давление текучей среды.

По окончании испытаний заглушку 20 удаляют путем ее подрыва двумя зарядами 13, 14 взрывчатого вещества. Подрыв можно осуществить несколькими способами. Обычный способ заключается в том, что текучую среду с заданным давлением подают из скважины внутрь корпусов 15, 16 с зарядами взрывчатого вещества и под действием давления ударник 19 движется вниз и ударяет по воспламенителю 123, 17, 18, который инициирует возгорание заряда 13, 14 взрывчатого вещества, расположенного ниже. В результате стеклянная заглушка разрывается, превращаясь в мелкую пыль, которая не вызывает никаких повреждений в скважине. Сами элементы 15, 16 тоже разрываются на мелкие куски. От взрывчатых элементов, показанных на сриг.1, в текучей среде остается несколько более крупных кусков (обломков), что нежелательно. Взрывчатые элементы типа показанных на сриг.1 все же образуют после взрыва крупные куски или обломки, размеры которых больше допустимых.

Заглушка вставлена в скважину для временного прекращения протекания в ней текучей среды во время испытания на герметичность, чтобы убедиться в отсутствии утечек и способности всех элементов в скважине выдерживать заданное давление.

Изложенное выше не относится к другому техническому решению (не показано), согласно которому взрывчатые вещества помещаются в середину заглушки, но и в этом случае после взрыва остаются обломки. Кроме того, существуют проблемы транспортировки и обеспечения безопасности, связанные с использованием взрывчатых веществ.

Целью изобретения является создание решения, в котором заглушка разламывается без использования взрывчатых веществ и которое позволяет избежать ограничений, накладываемых на известные, не использующие взрывчатые вещества, технические решения, в отношении толщины заглушки и опасности повреждения скважины при открытии под давлением, превышающим гидростатическое давление в скважине.

Настоящее изобретение отличается тем, что тело заглушки имеет внутреннюю полость 1, в которой может создаваться внутреннее давление, которое не могут выдержать одно или несколько тел 2 заглушки, в результате чего происходит дробление/измельчение заглушки.

На фиг.2 показан предпочтительный вариант осуществления изобретения. Тело 2 заглушки предпочтительно имеет форму круглого диска и является частью секции 22 трубопровода, включающей верхнее и нижнее резьбовые соединения 200 и 210 соответственно для вставки ее между верхней и нижней секциями эксплуатационного трубопровода (не показаны). Круглое тело 2 заглушки (керамическое или стеклянное) установлено в гнезде 32 в секции 22 трубопровода и служит для закрывания канала 201, по которому течет текучая среда в полых секциях трубопровода. Тело 2 заглушки состоит из двух частей 2а, 2b, из которых часть 2а установлена на части 2b. Поверхности тел 2а, 2b заглушки, обращенные друг к другу, ограничивают полость, которая может быть образована вогнутостями в этих поверхностях. Между телом заглушки и секцией 22 трубопровода установлены уплотнительные элементы 3 (например уплотнительные кольца).

Полость 1 сообщается с каналом 201 трубопровода для текучей среды через систему каналов 203, 20, 21, 4, образованных в стенке секции 22 трубопровода. Система каналов проходит от входа 203 вниз в отверстие 4, соединенное с полостью 1. В этом канале ниже клапана 7 расположен удлиненный гидравлический поршень 5, который удерживается на месте срезным штифтом 31. Благодаря этому стеклянное тело 2а, 2b заглушки защищено от непредумышленного разрушения из-за обычных колебаний давления в системе каналов.

Клапан Услужит для подачи давления в полость 20 при своем открывании. Площадь поверхности поршня в кольцевой полости 20, куда поступает давление через клапан 7, больше площади поперечного сечения отверстия/кольцевой полости 4. Клапан открывается для пропускания текучей среды по сигналу. После этого срезной штифт 31 ломается, поршень 5 перемещается вниз и в результате давление текучей среды в канале 4 и затем в полости 1, ограниченной стеклянными телами 2а, 2b заглушки, повышается и начинается процесс дробления тела 2 заглушки с целью его удаления. Верхняя, более широкая часть 5а поршня 5 (фиг.2) перемещается в осевом направлении в расширенной части 20, 21 канала, образованного в стенке трубопровода.

Изобретение отличается тем, что давление текучей среды в полости 1 и сообщающемся с ней отверстии 4 создается при помощи гидравлического поршня, установленного в горизонтальном кожухе в теле заглушки (или корпусе) 9 так, что площадь поршня в кольцевой полости 20, куда подается давление через клапан 7, больше площади поперечного сечения отверстия/кольцевой полости 4. В результате этого при наличии давления в кольцевой полости 20 возникает разность давлений между давлением в камере/кольцевой полости 4 и давлением в полости 12. Из-за разницы площадей поршня 5 давление текучей среды в отверстии/кольцевой области 4 будет выше, чем давление текучей среды, поступающей в кольцевую полость 20.

Это обусловлено тем, что давление в кольцевой полости 21 или равно атмосферному или сбрасывается в накопитель (камера накопителя не показана).

Согласно изобретению, поршень 5 предпочтительно работает от гидравлического давления в скважине. В альтернативном варианте вместо гидравлического давления можно использовать давление сжатого газа. Согласно изобретению, также предпочтительно, чтобы поршень 5 был установлен в кожухе 30 горизонтально. В альтернативном варианте осуществления изобретения могут быть предусмотрены несколько отверстий для нескольких поршней, так что давление в полость 1 подается по нескольким каналам. В соответствии с потребностью поршни могут перемещаться внутрь и наружу от центральной линии заглушки 2.

На фиг.2-12 показаны варианты осуществления изобретения в вертикальном разрезе.

На фиг.2 видно, что поршень 5 удерживается на месте в верхней части кожуха 30 срезным штифтом 31. Кожух 30 также удерживает тело 2 заглушки в гнезде 32. Сам кожух 30 держится в заглушке 9 с помощью гайки 10. Под поршнем 5, работающим в щели, образованной полостями 20, 21 и 4 между телом 9 заглушки и кожухом 30, находится камера/отверстие 4, сообщающееся с полостью 1 в теле 2 заглушки.

Длина или протяженность заглушки определяется (см. также фиг.13) нижним и верхним резьбовыми соединениями 200 и 210 соответственно и она вставлена между верхней и нижней секциями эксплуатационного трубопровода.

Когда клапан 7 открывается, давление текучей среды подается в полость 20 и поршень 5 перемещается в осевом направлении вниз, создавая повышенное давление в полости 4, которое передается в полость 1. Осевое перемещение поршня 5 вниз происходит благодаря тому, что в кольцевой полости 21 присутствует атмосферное давление. Избыточное давление в полости 1 приводит к тому, что тела заглушки разрываются гидравлически. При необходимости, в полости 1 может быть предварительно установлено калиброванное давление через заглушенный канал 33 в теле 9 заглушки. Для этого в канале 33 должны быть установлены специальные приборы (не показаны). Это установленное предварительно давление должно быть ниже давления, необходимого для разрушения тела 2 заглушки. Более высокое давление, создаваемое поршнем 5 при его движении вниз, может быть сброшено только путем разрушения тела 2 заглушки, так как тело заглушки имеет уплотнительные элементы 3, 13 и 11, которые могут выдерживать высокое давление до разлома тела 2 заглушки.

На фиг.3 показано, что в результате перемещения поршня 5 гидравлическое давление в полости 1 вызвало появление трещин 112 в верхнем теле 2 заглушки. Поршень 5 также открыт для приема давления из отверстия 6, поскольку отверстие 8 в поршне теперь находится на одной линии с отверстием 6. Цилиндрический кожух 30 может иметь одно или несколько отверстий 6, выходящих к цилиндрическому поршню 5 и служащих для облегчения поступления давления в полость 1, чтобы оставшееся нижнее тело 2 заглушки подвергалось полному разностному давлению, когда на верхнюю часть заглушки действует давление из буровой установки. Нижнее тело 2b заглушки одно не может противостоять разности давлений, действующих на нее сверху и снизу и потому разрывается, открывая проход текучей среде из скважины.

На фиг.4 показано, что оба тела 2а и 2b заглушки находятся в состоянии, близком к разрыву под действием гидравлического давления, которое создается сперва вследствие осевого перемещения поршня 5, а затем вследствие поступления давления через тело 2 заглушки, которое разрывается первым, в полость 1, в результате чего на оставшееся тело 2 заглушки будет действовать такое большое давление, что оно тоже разрывается.

На фиг.5 показано, что оба тела 2а и 2b заглушки разломаны и их оставшиеся фрагменты вымываются под действием давления в скважине.

На фиг.6 показан в увеличенном масштабе фрагмент фиг.2 с поршнем 5 в верхнем, нерабочем положении.

На фиг.7 показан альтернативный вариант выполнения устройства, в котором полость 1 образована за счет естественных неровностей поверхностей тел 2 заглушки, как видно на фрагменте "Деталь 1".

На фиг.8 показан альтернативный вариант осуществления изобретения, где полость1 образована не в теле 2 заглушки, а во вставленном между телами заглушки промежуточном теле 23 в форме круглого диска, показанного на фрагменте "Деталь 2". Кольцевой диск 23 имеет канал 223, сообщающий осевой канал 4 для текучей среды и внутреннюю полость 220.

На фиг.9 показано, что на поверхности тела 2а образовано большее углубление или полость, чем на поверхности тела 2b, так что можно заранее задать, какое из тел заглушки будет разрываться первым.

В альтернативных вариантах для задания очередности разрушения тел 2а и 2b заглушки можно использовать другие способы, например может изменять их толщину.

На фиг.10 показан альтернативный вариант выполнения тела 2 заглушки, которая разрывается создаваемым внутри него гидравлическим давлением. Такое тело заглушки обычно может выдерживать наружное давление 10000 фунтов на квадратный дюйм (68947,6 кПа) и разность давлений между давлением внутри и давлением снаружи, равную лишь 1500 фунтам на квадратный дюйм (10342,1 кПа). Поэтому в этом варианте можно легко разломать нижнее тело заглушки путем нагнетания сверхудавления текучей среды до 345 бар. В этом варианте тела 2 заглушки выполнены в виде двух куполов, обращенных друг к другу.

На фиг.11 показан другой способ создания необходимого давления в полости 1, включающий подрыв пиротехнического блока 16 электрическим сигналом от электронного устройства 15, соединенного с датчиком 17 давления или снабженного таймером. Такая система также встроена в кожух 18, так как здесь кожух 30 заменен двумя меньшими кожухами 18 и 19.

На фиг.12 показан альтернативный способ создания давления, необходимого для разрыва заглушки, путем предварительного аккумулирования давления в накопительной камере 24, соединенной электрическим кабелем 29 с электронным устройством 15 и датчиком 17 давления. В этом варианте кольцевая полость 4 тоже сообщается с полостью 1.

На фиг.13 показана типичная область применения заглушки данного типа.

В содержащей углеводороды горной породе 100 пробурена скважина 102 для транспортировки углеводородов на поверхность 140 для их дальнейшего использования. На поверхности находится установка 130 для приема углеводородов 130. В скважине проходит эксплуатационный трубопровод 13 для углеводородов. Концевая секция эксплуатационного трубопровода 13 может быть при необходимости закрыта глухой заглушкой 25. По окончании испытания на герметичность в трубопроводе может быть выполнена перфорация вблизи горной породы или горных пород, содержащих углеводороды, для их поступления в эксплуатационный трубопровод.

Заглушка 25 установлена на конце трубопровода 27, где между трубопроводом 27 и трубопроводом 28 имеется прокладка для создания уплотнения между эксплуатационным трубопроводом и наружной стенкой скважины. Благодаря этому в трубопровод 27 можно подавать испытательное давление, которое выдерживает заглушка 25. После окончания испытания трубопровода 27 и его верхних элементов на герметичность заглушку 25 можно разломать, например, подавая сигналы в систему открывания, установленную в заглушке 25. Такими сигналами могут быть, например, импульсы гидравлического давления или электрический, акустический или ультразвуковой сигнал.

Фиг.14 изображает альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором для достижения достаточной прочности заглушки она состоит из трех тел 2a, 2b, 2c, установленных одно на другом. Давление в полости 1а и 1b, образованные между телами 2a и 2c, 2b и 2c, соответственно, может поступать по отдельным каналам 4a и 4b, чтобы обеспечить требуемую очередность разлома тел заглушки. При этом между различными телами (2) заглушки установлен уплотнительный элемент (3), так что давление, поданное в каждую полость (1), не зависит от давления, поданного в другие полости. Путем раздельного нагнетания давления в полости 1a и 1b двумя или несколькими поршневыми устройствами 5, расположенными вертикально в ряд во внутреннем кожухе 30 заглушки 9, можно управлять разломом тел 2а и 2b заглушки изнутри, подвергая их большим нагрузкам, вызванным разностью давлений текучей среды изнутри и снаружи. После приведения в действие механизма открытия останется только одно тело 2c в центре заглушки, однако оно недостаточно прочное для того, чтобы в одиночку выдержать давление текучей среды в скважине, и поэтому заглушка разрушается.

Благодаря изобретению сделан значительный шаг вперед в области испытательных заглушек из измельчаемого/дробимого материала.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройству, используемому в качестве заглушающего элемента, для проведения испытаний скважины, трубопровода или подобного устройства. Устройство содержит одно или большее число тел заглушки из измельчаемого/дробимого материала, установленных с возможностью их разрушения путем воздействия на них изнутри. Согласно изобретению заглушающий элемент содержит внутреннюю полость, сообщающуюся с телом, создающим наружное давление, а заглушка может разрываться при подаче текучей среды во внутреннюю полость таким образом, что давление в ней превышает наружное давление на величину, при которой заглушка разрывается на части. За счет использования гидравлической схемы разрушения заглушки обеспечивается безопасность при использовании устройства. 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Заглушающий элемент для проведения испытаний скважины или трубопровода, содержащий одно или большее число тел заглушки из измельчаемого/дробимого материала, которые установлены с возможностью их разрушения путем воздействия на них изнутри, отличающийся тем, что заглушка имеет внутреннюю полость, сообщающуюся с телом, создающим наружное давление, и может разрываться на части при подаче текучей среды во внутреннюю полость с созданием в ней давления, превышающего наружное давление на величину, при которой заглушка разрывается на части.

2. Заглушающий элемент по п.1, отличающийся тем, что заглушка выполнена с возможностью дробления при наличии разности между давлением внутри тела заглушки и давлением снаружи него, равным давлению в трубопроводе, причем заглушка содержит перемещающийся в осевом направлении поршень (5) двойного действия, установленный в кожухе (30) в стенке заглушки (9); нижняя часть поршня (5) имеет меньшую площадь, чем его верхняя часть, и при подаче давления из трубопровода (22), в который вставлена заглушка (9), на верхнюю, большую по площади, часть поршня (5) давление в нижней части, соединенной с полостью (1) тела (2) заглушки, будет расти благодаря тому, что нижняя сторона поршня (5) имеет меньшую площадь, и вследствие повышения разности между давлением внутри тела заглушки (2) и давлением снаружи него тело (2) заглушки будет разрываться изнутри.

3. Заглушающий элемент по п.1, отличающийся тем, что он содержит одно или большее число тел заглушки из измельчаемого/дробимого материала, которые разрываются на части путем воздействия на них изнутри, такого как воздействие гидравлическим давлением, создающим разность между давлением внутри тела заглушки и давлением снаружи него, равным внутреннему давлению в трубопроводе, заглушка содержит перемещающийся в осевом направлении поршень (5) двойного действия, установленный в кожухе (30) в стенке заглушки (9), причем нижняя часть поршня (5) имеет меньшую площадь, чем его верхняя часть, и при подаче давления из трубопровода (22), в который вставлена заглушка (9), на верхнюю, большую по площади, часть поршня (5) давление в нижней части, соединенной с полостью (1) тела (2) заглушки, будет расти благодаря тому, что нижняя сторона поршня (5) имеет меньшую площадь, и вследствие повышения разности между давлением внутри тела (2) заглушки и давлением снаружи него тело (2) заглушки будет разрываться на части изнутри.

4. Заглушающий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что внутреннее давление, необходимое для разрыва тела (2) заглушки на части, создается с помощью предварительно сжатого газа в накопителе (24), который подается в полость (1) тела (2) заглушки через клапан (24), открывающийся при поступлении сигнала на открытие.

5. Заглушающий элемент по п.2 или 3, отличающийся тем, что тело (2) заглушки установлено с использованием расположенных с обеих сторон от внутренней полости (1) уплотнительных элементов (3), рассчитанных на высокое давление, так что тело заглушки разрывается до того, как может произойти утечка через уплотнительные элементы, и аналогично, кожух (30) и поршень (5) установлены с использованием соответствующих уплотнительных элементов (13, 11, 14), рассчитанных на высокое давление, для сохранения давления до тех пор, пока не разломается тело (2) заглушки.

6. Заглушающий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тело (2) заглушки имеет внутренний профиль, обеспечивающий выдерживание высокого давления, действующего снаружи, но только небольшого давления, действующего изнутри, например профиль в виде арки типа римского моста (фиг.9) или в виде полусферического купола (фиг.10).

7. Заглушающий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тело (2) заглушки может быть выполнено так, что одно тело (2b) ослаблено по сравнению с другим телом (2а), что позволяет определять, какое из тел (2) заглушки (2) разломается первым, причем указанное ослабление может быть достигнуто путем изменения толщины или удаления материала внутри тела (2) или с его поверхности так, что оно станет слабее другого и потому разломается первым.

8. Заглушающий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что внутреннее давление, необходимое для разрыва тел (2) заглушки, может быть получено с помощью одного или нескольких пиротехнических зарядов (16), которые выделяют газ в количестве, достаточном для повышения давления во внутренней полости (1) до величины, необходимой для разрыва тела (2) заглушки на части.

9. Заглушающий элемент по п.1, отличающийся тем, что внутреннее давление в теле (2) заглушки создается с помощью нескольких поршней, у которых площадь верхней части отличается от площади нижней части и нижняя часть соединена с полостью (1) в теле (2) заглушки.

10. Заглушающий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тело (2) заглушки может быть единым телом, имеющим внутреннюю полость (1) для подачи в нее давления от исполнительного механизма (7), с целью разрыва на части сразу всего тела (2) заглушки, без необходимости подачи через трубопровод дополнительных импульсов давления для разрыва какого-либо оставшегося тела (2) заглушки.

11. Заглушающий элемент по п.7, отличающийся тем, что между телами (2а, 2b) заглушки расположено дополнительное тело (23), образующее полость (220) между ним и соответствующими телами (2а, 2b) заглушки.

12. Заглушающий элемент по п.2 или 3, отличающийся тем, что поршень (5) имеет канал (8), который по окончании хода поршня (5) соединен с отверстием (6) в кожухе (30), причем отверстие (6) и канал (8) служат для обеспечения достаточного потока жидкости мимо одного разломанного тела заглушки, так что тело (2) заглушки, которое может остаться, будет испытывать полное разностное давление, а разломанное тело (2) будет легче вымываться.

13. Заглушающий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что полость (1) образована телом (2) заглушки, противолежащие поверхности которой, имеющие форму дисков, имеют естественную шероховатость (Деталь 1 на фиг.7).

14. Заглушающий элемент по п.2 или 3, отличающийся тем, что приводная система, приводимая в действие механически, акустически, гидравлически, электрически или ультразвуком, встроена в стенку заглушки (9) и служит для распознавания импульсов давления в трубопроводе, причем при приеме правильного сигнала указанная система открывает клапан для подачи давления на поршень (5) или из накопителя (34), или внутреннее давление в трубопроводе (22) подается непосредственно в полость (1), при этом на тело (2) заглушки может действовать разность давлений между давлением с одной стороны и давлением с другой стороны в трубопроводе (22), достаточная для разрыва тела заглушки на части, когда внутреннее давление равно гидростатическому давлению.

15. Заглушающий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что количество тел (2) заглушки больше двух, давление в расположенные между ними полости, например в полости (1а) и (1b), может подаваться раздельно, а между различными телами (2) заглушки установлен уплотнительный элемент (3), так что давление, поданное в каждую полость (1), не зависит от давления, поданного в другие полости.