Y-ОБРАЗНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2020 года по МПК F04D13/10 E21B43/12 E21B34/08 

Изобретение относится к нефтепогружному оборудованию и может найти применение для работы в составе систем байпасирования погружных насосных установок в качестве усовершенствованного Y-образного устройства (Y-Tool).

В системах байпасирования погружных насосных установок Y-Tool предназначен для смещения погружной насосной установки и обеспечения прямолинейного прохода геофизического или иного прибора в зону ниже погружной насосной установки.

Широко известны системы байпасирования погружных насосных установок, в которых имеется Y-образное устройство с двумя ответвлениями. К одному из ответвлений ниже присоединена погружная насосная установка, второе ответвление содержит колонну байпасных труб, при этом колонна байпасных труб проходит параллельно погружной насосной установке. Для предотвращения перетока пластовой жидкости по колонне байпасных труб при работающей погружной насосной установке, канал к колонне байпасных труб перекрывают глухой пробкой.

Недостатком данных систем является необходимость перед спуском геофизического или иного прибора в зону ниже погружной насосной установки проводить мероприятия по извлечению глухой пробки и по повторной установке глухой пробки после завершения проведенных работ.

Есть конструктивные решения, исключающие данный недостаток, одно из таких решений представлено в патенте ЕР 2088279 А2, в котором предложен срабатывающий при дифференциальном давлении блокирующий инструмент, содержащий Y-Tool, имеющий два ответвления, соединенные через головку Y-блока, и шаровой клапан, предназначенный для перекрытия одного или другого канала Y-Tool от перетока жидкости. Первое ответвление приспособлено для присоединения погружной насосной установки, а второе ответвление - для обеспечения доступа скважинного инструмента или каротажного оборудования под указанной погружной насосной установкой. Упомянутый инструмент дополнительно содержит привод для смещения шарового клапана от контакта с одним из ответвлений. Конструкция привода такова, что, когда погружная насосная установка работает, давление жидкости, создаваемое ниже шарового клапана, будет смещать шар с верхней части первого ответвления по пути, заданному в Y-Tool, в положение на верхней части второго ответвления, где он будет удерживаться давлением жидкости. Когда давление жидкости падает, например, при выключении погружной насосной установки, привод сдвигается, смещая шарик от верхней части второго ответвления, и шарик возвращается под действием силы тяжести в положение над верхней частью первого ответвления Y-Tool.

Недостатком описанной конструкции является неэффективная работа в горизонтальных скважинах и скважинах с большим углом отклонения от вертикали.

Ближайшим аналогом заявляемого устройства (прототипом) является Y-образное устройство для погружной насосной установки, описанное в патенте WO 2017/189431 А1 и включающее первое и второе ответвления с одной стороны, объединенные через общий выход в Y-блоке. К первому ответвлению присоединена погружная насосная установка, над которой размещен узел главного клапана шарикового типа в перемещаемой скользящей проточной втулке, приводимый в действие давлением от погружной насосной установки. Ко второму ответвлению подвешена колонна байпасных труб с ведомым поворотным шаровым клапаном в верхней части, который контролирует переток жидкости в колонну байпасных труб. Главный и ведомый клапаны связаны посредством узла сцепления, выполненного с возможностью вращения поворотного шарового клапана в ответ на линейное перемещение скользящей проточной втулки.

Недостатком устройства является перекрытие канала ответвления колонны байпасных труб шаровым клапаном при включении погружной насосной установки, что не дает возможности одновременно производить подъем пластовой жидкости по двум каналам без дополнительной операции установки инструмента, ограничивающего закрытие поворотного шарового клапана. В данном устройстве при установке пробки для каротажа используются технологии колтюбинга, т.к. необходимо воздействовать на механизм открытия альтернативного канала для производственного потока, а это является ограничением по проведению исследования с применением геофизического кабеля.

Другим недостатком данного устройства является то, что элементы переключения шарового клапана: шарнир, рычаг и втулка расположены снаружи, что служит добавочным риском повреждения подвижных элементов и вызывает необходимость в применении дополнительных уплотнений между элементами, расположенными снаружи и внутри устройства.

Указанные недостатки снижают надежность и безопасность при эксплуатации установки.

Задачей настоящего изобретения является создание надежного и безопасного при эксплуатации Y-образного устройства для погружной насосной установки с расширенной областью использования.

Указанный технический результат достигается тем, что Y-образное устройство для погружной насосной установки, имеющее два ответвления с одной стороны, объединенные общим выходом в головке Y-блока, к первому ответвлению которого присоединена погружная насосная установка с размещенным над ней клапаном шарикового типа в перемещаемой скользящей проточной втулке, а ко второму ответвлению подвешена колонна байпасных труб, согласно изобретению, снабжено установленной с возможностью вращения хлопушкой, перекрывающей второе ответвление и содержащей планку с выступающим концом, входящим в паз, сформированный на наружной поверхности втулки, для ограничения осевог о перемещения последней при перекрытии хлопушкой внутреннего канала второго ответвления, к которому подвешена колонна байпасных труб, при этом на выходе в головке расположен центратор, выполненный в виде вставной втулки со смещенным в сторону внешней стенки цилиндрическим отверстием.

Кроме того, паз сформирован в верхней части втулки и выполнен трапецеидальным с острым углом в нижней части, заглубленным в тело втулки.

В некоторых вариантах исполнения во втором ответвлении (колонне байпасных труб) может быть установлен насос для перекачки жидкости, что обеспечит возможность одновременного подъема пластовой жидкости по двум каналам.

В некоторых вариантах исполнения через второе ответвление может быть пропущено каротажное оборудование или скважинный инструмент на геофизическом кабеле.

Предложенный в Y-образном устройстве механизм, перекрывающий канал, срабатывает при дифференциальном давлении и не требует спуска дополнительных инструментов для перекрытия одного из каналов.

Кроме того, конструкция настоящего изобретения позволяет устанавливать и проводить каротажные работы или спуск скважинного инструмента на любом типе геофизического кабеля или ГНКТ, используя соответствующие каротажные пробки.

Кроме того, механизм, перекрывающий канал во внутренней части Y-блока взаимодействует непосредственно с клапаном, соединенным с втулкой.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:

Фиг. 1 - Y-образное устройство в разрезе, расположение элементов при выключенной погружной насосной установке.

Фиг. 2 - Y-образное устройство в разрезе, расположение элементов при включенной погружной насосной установке на этапе перекрытия хлопушкой байпасного канала.

Фиг. 3 - Y-образное устройство в разрезе, расположение элементов при включенной погружной насосной установке на этапе открытия канала в клапане.

Фиг. 4 - Y-образное устройство в разрезе, расположение элементов при включенной погружной насосной установке и установленной пробке каротажной.

Предлагаемое Y-образное устройство содержит Y-блок 1, у которого имеется два ответвления с одной стороны, объединенные в один канал в головке Y-блока. К первому ответвлению присоединен патрубок 3 с установленными внутри пружиной 7 и перемещающейся под давлением втулкой 4 с клапаном 5. В верхней части втулки 4 имеется паз 19. К патрубку 3 прикреплен патрубок 18, предназначенный для присоединения погружной насосной установки (фиг. 1-4).

Основными элементами клапана 5 являются шар 12, седло 14, втулка 13, пружина 6. Во внутренней части Y-блока 1 установлен механизм, перекрывающий канал колонны байпасных труб, который состоит из хлопушки 8, корпуса хлопушки 10, планки 9 и оси 15, на которую с возможностью вращения насажена хлопушка 8. Хлопушка 8 может быть выполнена в форме, например, диска с плоской выступающей частью, входящей внутрь корпуса 10. Для обеспечения герметичности прилегания хлопушки в закрытом состоянии к стенкам корпуса 10 конфигурация боковой поверхности выступающей части согласована с формой верхней части внутренней поверхности (проходного канала) корпуса 10. Она может быть выпуклой, иметь коническую, ступенчатую или иную форму, обеспечивающую плотный контакт соприкасаемых поверхностей. В верхней части втулки 4 выполнен трапецеидальный паз 19, в котором заглублен свободный конец планки 9. При открытой хлопушке 8 конец планки 9 опирается на нижнюю стенку паза 19, образующую в теле втулки 4 острый угол с дном паза 19. Ко второму ответвлению присоединен патрубок установочный 11, предназначенный для соединения Y-блока с колонной байпасных труб.

Со стороны головки Y-блока 1 установлен патрубок 2, предназначенный для соединения Y-образного устройства с колонной НКТ. Во внутренней части Y-блока 1 на выходе в головке ниже патрубка 2 расположен центратор, выполненный в виде вставной втулки 16 (фиг. 4), ось цилиндрического отверстия которой смещена в сторону внешней стенки Y-блока 1 и совпадает осью патрубка 11. Пробка каротажная 17 размещается в патрубке 11 и предназначена для герметизации канала при проведении каротажных работ.

Устройство работает следующим образом.

При выключенной погружной насосной установке (фиг. 1) хлопушка 8 находится в верхнем (вертикальном) положении, а проход между патрубком 2, Y-блоком 1 и патрубком 11 свободен и образует проходной канал, что позволяет проводить через него спуск геофизического, или иного оборудования ниже первого ответвления, по которому ведется подача пластовой жидкости погружной насосной установкой. Такое расположение элементов позволяет вести добычу фонтанным способом по второму ответвлению.

При включении погружной насосной установки, присоединенной к первому ответвлению, в котором установлен клапан 5 с втулкой 4, порядок срабатывания, обусловленный заявляемой конструкцией, можно разделить условно на два этапа.

На первом этапе (фиг. 2) на клапане 5 создается дифференциальное давление большим со стороны нагнетания потока жидкости погружной насосной установкой. Под воздействием давления клапан 5, установленный во втулке 4, смещается в патрубке клапана 3 по направлению к хлопушке 8. Втулка 4 при перемещении воздействует на планку 9, находящуюся в пазу 19, и поворачивает планку 9 вместе с хлопушкой 8, установленной на оси 15, до соприкосновения хлопушки 8 и корпуса хлопушки 10, обеспечивая тем самым перекрытие и герметизацию проходного канала в корпусе хлопушки 10.

На втором этапе (фиг. 3) после перекрытия канала в корпусе хлопушки 10 хлопушкой 8, осевое перемещение втулки 4 с клапаном 5 ограничивается концом планки 9, зафиксированным в пазу 19. Под давлением шар 12 клапана 5 давит на втулку 13, пружина 6 сжимается, и шар 12, поднимаясь вверх, открывает проход протоку жидкости через внутренние каналы в корпусе клапана 5 и внутреннюю полость втулки 4.

При отключении погружной насосной установки давление падает, шар 12 под действием пружины 6 прижимается к седлу 14 клапана 5, что предотвращает обратный слив жидкости через погружную насосную установку. Пружина 7 разжимается и втулка 4 с клапаном 5 возвращаются в первоначальное положение, переводя планку 9 с хлопушкой 8 в положение, при котором канал в корпусе хлопушки 10 открыт (фиг. 1).

Предлагаемая конструкция Y-образного устройства обеспечивает возможность проведения каротажных работ на любом типе геофизического кабеля или ГНКТ, при использовании каротажной пробки, соответствующей типу геофизического кабеля или ГНКТ.

При проведениях работ, например, на геофизическом кабеле, на геофизический кабель выше закрепленного геофизического оборудования или иного измерительного приспособления устанавливают пробку каротажную 17. При спуске геофизическое оборудование беспрепятственно проходит Y-образное устройство благодаря втулке 16, которая ориентирует и направляет спускаемое оборудование между проходами патрубков 2 и 11, которое далее по колонне байпасных труб опускается ниже погружной насосной установки. Каротажная пробка 17, установленная на том же геофизическом кабеле, что и геофизическое оборудование, при спуске доходит до патрубка 11, в котором организовано посадочное место, спуск ниже посадочного места ограничен диаметром корпуса пробки каротажной, который превышает диаметр проходного отверстия в патрубке 11.

После спуска геофизического оборудования на нужную для исследования глубину при установленной пробке каротажной 17 проводится запуск погружной насосной установки (фиг. 4). При установленной пробке каротажной 17 движение втулки 4 с клапаном 5 ограничивается планкой 9, поэтому давление, создаваемое погружной насосной установкой, действует на шар 12 в клапане 5, поджимая пружину 6, и открывает проток по каналам в клапане 5 и внутренней полости втулки 4. При отключении погружной насосной установки шар 12 под действием пружинки 6 прижимается к седлу 14 клапана 5, перекрывая отверстие в клапане 5. По завершению каротажных работ проводят подъем кабеля с геофизическим оборудованием и пробкой каротажной. Для слива жидкости из труб НКТ в затрубное пространство и выравнивания давления пробка каротажная оснащена механизмом слива.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает перекрытие каналов свободных от потока жидкости без дополнительных операции спуска и подъема инструмента для глушения каналов. Благодаря возможности движения планки хлопушки внутри трапецеидального паза удается надежно фиксировать как открытое, так и закрытое положение хлопушки, что позволяет устройству эффективно работать не только в вертикальных скважинах, но и в горизонтальных. Кроме того, способность устройства обеспечить подъем жидкости по одному из каналов или по двум одновременно, открывает широкий спектр его применения в нефтепогружном оборудовании. К тому же предложенное устройство адаптированно под использование любых типов геофизических кабелей и ГНКТ при спуске геофизического или иного оборудование.

Изобретение относится к нефтепогружному оборудованию и может найти применение для работы в составе систем байпасирования погружных насосных установок в качестве усовершенствованного Y-образного устройства. Устройство имеет два ответвления с одной стороны, объединенные общим выходом в головке Y-блока. К первому ответвлению присоединена насосная установка с размещенным над ней клапаном шарикового типа в перемещаемой скользящей проточной втулке. Ко второму ответвлению подвешена колонна байпасных труб. Устройство снабжено установленной с возможностью вращения хлопушкой, перекрывающей второе ответвление. Хлопушка содержит планку с выступающим концом. Выступающий конец планки входит в паз, сформированный на наружной поверхности втулки, и ограничивает осевое перемещение втулки при перекрытии хлопушкой внутреннего канала колонны байпасных труб. На выходе в головке Y-блока расположен центратор, выполненный в виде вставной втулки со смещенным в сторону внешней стенки отверстием. Изобретение обеспечивает надежность и безопасность эксплуатации погружной установки и расширяет область ее применения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Y-образное устройство для погружной установки, имеющее два ответвления с одной стороны, объединенные общим выходом в головке Y-блока, к первому ответвлению которого присоединена насосная установка с размещенным над ней клапаном шарикового типа в перемещаемой скользящей проточной втулке, ко второму ответвлению подвешена колонна байпасных труб, отличающееся тем, что оно снабжено установленной с возможностью вращения хлопушкой, перекрывающей второе ответвление и содержащей планку с выступающим концом, входящим в паз, сформированный на наружной поверхности втулки для ограничения осевого перемещения последней при перекрытии хлопушкой внутреннего канала колонны байпасных труб, а на выходе в головке расположен центратор, выполненный в виде вставной втулки со смещенным в сторону внешней стенки отверстием.

2. Y-образное устройство по п. 1, отличающееся тем, что паз сформирован в верхней части втулки и выполнен трапецеидальным с острым углом в нижней части, заглубленным в тело втулки.

3. Y-образное устройство по п. 1, отличающееся тем, что во втором ответвлении установлен насос для перекачки жидкости.

4. Y-образное устройство по п. 1, отличающееся тем, что через второе ответвление пропущено каротажное оборудование или скважинный инструмент на геофизическом кабеле.