Разобщитель Российский патент 2020 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для герметизации ствола обсадной колонны скважины между погружным насосом и оборудованием для сепарирования добываемой жидкости от механических примесей.

Известен «Механический пакер» по патенту RU №2139408 для герметичного перекрытия ствола скважины, содержащий шток, с выполненной на нем системой фигурных пазов, узел герметизации с уплотнительными элементами, упирающимся в упор на штоке, и якорный узел с подпружиненными шлипсами, приводимыми в действие подвижным конусом, механический пакер приводят из транспортного положения в рабочее положение путем его подъема на 0,3-0,6 метра в обсадной трубе и последующего спуска. Недостатками известного устройства являются необходимость подготовки ствола скважины с привлечением оборудования для капитального ремонта скважин.

Аналогичные типы пакеров имеют общий недостаток - необходимость применения якорных устройств, т.к. требуют обязательной трудоемкой и дорогостоящей подготовки ствола скважины с привлечением оборудования для капитального ремонта, в связи с чем, в оборудовании для борьбы с механическими примесями (сепараторах, фильтрах) на нефтяных промыслах не используются.

Известен «Скважинный газопесочный сепаратор» по патенту RU №124308, с разобщителем в виде V-образного герметизирующего элемента, установленного на цилиндрической поверхности сепаратора выше его входных отверстий и снабженного сверху и снизу защитными центраторами, предотвращающими герметизирующий элемент от повреждения при спуске и подъеме сепаратора.

Недостатком этого устройства является низкая надежность при спуске, а также возможность применения его только в обсадной колонне с конкретным внутренним диаметром.

Аналогом предлагаемого изобретения можно считать разобщитель производственной компании «Борец» (см. Каталог ПК «Борец»), включающем полый шток с упором и резьбовыми концами, герметизирующий цилиндрический элемент с верхней и нижней грундбуксами и центратор с переходником, с помощью которых путем создания значительного осевого усилия производится увеличение наружных диаметров герметизирующего элемента, но в небольшом диапазоне.

Недостатком аналога является жесткая цилиндрическая форма герметизирующего элемента разобщителя, который, как показывает опыт эксплуатации подобных устройств, в процессе спуска-подъема, в условиях непостоянства сечения эксплуатационных труб, подвергается разрушению, а также возможная релаксация резинового уплотнителя и изменение его диаметра.

Таким образом, задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в усовершенствовании конструкции разобщителя, техническим результатом которого является существенное повышение надежности разобщителя, расширение его функциональных возможностей, а также удобство его обслуживания.

Указанный технический результат достигается в разобщителе, включающем в себя корпус и переходник, образующие полый составной шток с верхним и нижним резьбовыми концами, установленный на штоке узел герметизации, снабженный верхним резиновым центратором с грундбуксой и нижним центратором, при этом, узел герметизации выполнен в виде кольца, на образующей поверхности которого в прямоугольных пазах фиксируются в нахлестку лепестковые уплотнительные элементы, имеющие возможность поворота вокруг горизонтальной оси в вертикальной плоскости, при этом положение уплотнительных элементов регулируется находящимся в постоянном контакте с ними и расположенным в теле полого штока, по крайней мере, одним подпружиненным толкателем, а резиновый центратор кромкой внутренней расточки герметизирует прямоугольные пазы на образующей поверхности кольца.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием разобщителя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Описание сопровождается графическими материалами, на которых изображено следующее:

На Фиг. 1 а, б - общий вид разобщителя;

Фиг. 2 - разрезы А-А, Б-Б разобщителя;

Фиг. 3 - вид В разобщителя.

Разобщитель (Фиг. 1 а, б) включает в себя полый составной шток, состоящий из корпуса 1 и переходника 2 с резьбовыми верхним 3 и нижним 4 концами под насосно-компрессорную резьбу. На теле корпуса 1 предусмотрены два кольцевых выступа 5 (фиг. 2, разрез А-А) и 6 (фиг. 2, разрез Б-Б), предназначенных, соответственно, для установки узла герметизации 7 и подпружиненных толкателей 8, расположенных в гнездах 9 (фиг. 3, вид В).

Узел герметизации 7 (фиг. 1б) включает кольцо 10 с расчетным количеством прямоугольных пазов 11(фиг. 1а) и, соответственно, резиновых лепестковых уплотнительных элементов 12, которые устанавливаются в пазах 11 внахлестку, таким образом, чтобы каждый последующий уплотнительный элемент 12 своей поверхностью частично перекрывал предыдущий. При этом, уплотнительные элементы 12 имеют в нижней своей части П-образный выступы, которые входят в прямоугольные пазы 11, где с помощью Г-образных скоб 13 и крепежных деталей 14 через отверстия 15 фиксируются в прямоугольных пазах 11. Закрепленные таким образом уплотнительные элементы 12 имеют только одну степень свободы, а, именно, возможность поворота вокруг горизонтальной оси (скоба 13) в вертикальной плоскости.

Установка уплотнительных элементов 12 в нахлестку обеспечивает, так называемый, эффект "домино", когда приложение определенного усилия к наружной или к внутренней поверхностям уплотнительного элемента 12 приводит к сжатию или раскрытию всех уплотнительных элементов 12 узла герметизации 7.

Уплотнительные элементы 12 могут выполняться из твердого уплотнительного материала, в том числе из полиуретана.

Толкатели 8, устанавливаемые в гнездах 9, своей опорной частью опираются на пружину 16 и ограничиваются крышкой 17 с отверстием для выхода штока 18 толкателя 8 (фиг. 3, вид В).

Следует отметить, что количество толкателей 8 может меняться от одного до трех и более и зависит только от усилия, необходимого для раскрытия уплотнительных элементов 12.

Узел герметизации 7 поджимается резиновым центратором 19 с помощью грундбуксы 20. Резиновый центратор 19 имеет внутреннюю кольцевую расточку 21, которая своей кромкой герметизирует наружную поверхность кольца 10 узла герметизации 7. Это необходимо для того, чтобы предохранить полости пазов 11 от засорения. Нижний центратор 22, поджимается переходником 2.

В свободном состоянии узла герметизации 7 толкатели 8 воздействуют на уплотнительные элементы 12, разжимая их в стороны на величину хода штока 18 (фиг. 1,а), увеличивая тем самым герметизируемый наружный диаметр от исходного D до максимального рабочего - D₁=D+2h (h - ход штока).

При транспортировке и, в случае необходимости, при спуске в скважину верхняя свободная часть узла герметизации 7 (фиг. 1,б) фиксируется на образующей поверхности центратора 22. При этом, фиксация производится специальным хомутом 23, благодаря чему уплотнительные элементы защищаются от различного рода механических воздействий и возможного разрушения.

Устройство работает следующим образом.

Разобщитель спускают на насосно-компрессорных трубах в комплекте с ЭЦН и сепаратором механических примесей (или фильтром).

Перед спуском разобщителя в скважину поверхности уплотнительных элементов 12 смазываются антифрикционной смазкой для лучшего взаимного скольжения при раскрытии узла герметизации 7.

Спуск разобщителя в обсадную колонну осуществляется двумя способами.

При первом способе разобщитель спускается таким образом, чтобы уплотнительные элементы 12 узла герметизации 7 находились в раскрытом состоянии (фиг. 1,а) и располагались выше кольца 10. В этом случае, в процессе спуска разобщителя в обсадную колонну в условиях непостоянства поперечного сечения (разница диаметров труб, загрязнения и пр.) узел герметизации 7 будет постоянно находится под воздействием стенок трубы и автоматически приобретать размеры, соответствующие профилю трубы. Этот эффект достигается за счет наличия толкателей 8, которые при уменьшении поперечного сечения трубы, сжимая пружины 16 входят в гнезда 9, что позволяет лепесткам уплотнительных элементов 12 сжиматься и приобретать соответствующие размеры. При увеличении поперечного сечения образуется зазор между узлом герметизации 7 и трубой, толкатели 8 под действием пружин 16, выходя из гнезд 9, разжимают уплотнительные элементы 12 до необходимого размера.

При втором способе разобщитель спускается в обсадную колонну таким образом, чтобы уплотнительные элементы 12 узла герметизации 7 находились в сжатом состоянии (фиг.1,б) и располагались ниже кольца 10. Сжатое состояние узла герметизации 7, как указывалось выше достигается за счет фиксации свободной верхней части уплотнительных элементов 12 на образующей поверхности центратора 22. При этом, фиксация производится специальным хомутом 23 с замком, выполненным из материала, быстрорастворимого в нефтяной среде. В этом случае, на спуск разобщителя в обсадную колонну непостоянство поперечного сечения не повлияет, т.к. в сжатом состоянии узел герметизации 7 будет защищен от механических воздействий центраторами 19 и 22.

Как при первом, так и при втором способах разобщитель после спуска в месте установки принимает необходимые размеры за счет раскрытия уплотнительных элементов 12, обеспечивая тем самым герметизацию ствола обсадной колонны скважины между погружным насосом и оборудованием для сепарирования добываемой жидкости от механических примесей.

Следует добавить, что при втором способе спуска разобщителя раскрытие герметизирующего узла 7 произойдет сразу после разрушения замка хомута 23 под воздействием химической активности нефтяной среды и высокой температуры в скважине.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения существенно повышает его надежность, удобство обслуживания, снижает эксплуатационные расходы, а также расширяет функциональные возможности, в частности:

- как в процессе спуска в обсадной колонне, так и в рабочем положении разобщителя в автоматическом режиме бесступенчато обеспечиваются необходимые размеры узла герметизации, исключающее его разрушение;

- узел герметизации разобщителя может эксплуатироваться в широком диапазоне диаметров обсадных колонн без замены дорогостоящих уплотнительных элементов.

Изобретение относится к разобщителям. Техническим результатом является повышение надежности. Разобщитель включает корпус и переходник, образующие полый составной шток с верхним и нижним резьбовыми концами, установленный на штоке узел герметизации, снабженный верхним резиновым центратором с грундбуксой и нижним центратором. Узел герметизации выполнен в виде кольца, на образующей поверхности которого в прямоугольных пазах фиксируются в нахлестку лепестковые уплотнительные элементы, имеющие возможность поворота вокруг горизонтальной оси в вертикальной плоскости. Положение уплотнительных элементов регулируется находящимся в постоянном контакте с ними и расположенным в теле полого штока по крайней мере одним подпружиненным толкателем. Резиновый центратор кромкой внутренней расточки герметизирует прямоугольные пазы на поверхности кольца. 3 ил.

Разобщитель, включающий в себя корпус и переходник, образующие полый составной шток с верхним и нижним резьбовыми концами, установленный на штоке узел герметизации, снабженный верхним резиновым центратором с грундбуксой и нижним центратором, отличающийся тем, что узел герметизации выполнен в виде кольца, на образующей поверхности которого в прямоугольных пазах фиксируются в нахлестку лепестковые уплотнительные элементы, имеющие возможность поворота вокруг горизонтальной оси в вертикальной плоскости, при этом положение уплотнительных элементов регулируется находящимся в постоянном контакте с ними и расположенным в теле полого штока по крайней мере одним подпружиненным толкателем, а резиновый центратор кромкой внутренней расточки герметизирует прямоугольные пазы на поверхности кольца.