Стенд для испытания устьевого скважинного оборудования Российский патент 2022 года по МПК E21B33/03 G01M3/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам вспомогательного производства с целью опрессовки устьевого оборудования на стендовой скважине базы производственного обслуживания.

Известен стенд для опрессовки устьевого скважинного оборудования (патент RU № 2719879, опубл. 23.04.2020), включающий опорную трубу, проходящую через корпус превентора, установленный в опорной трубе полый шток и размещённую на опорной трубе резиновую манжету представляющую собой уплотнительный элемент механического пакера, при этом наружная поверхность опорной трубы оснащена закрытым фигурным пазом, а выше закрытого фигурного паза оснащена ступенчатой кольцевой выборкой, состоящей из нижней и верхней ступеней, причём фигурный паз состоит из продольных короткого и длинного участков, при этом напротив фигурного паза на наружной поверхности опорной трубы подвижно размещена подпружиненная наружу цанга механического пакера с направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазу, при этом продольные короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении цанги относительно опорной трубы направляющий штифт будет расположен то в продольном коротком участке фигурного паза - транспортное положение, в котором цанга взаимодействует с нижней ступенью наружной ступенчатой кольцевой выборкой опорной трубы, то в продольном длинном участке фигурного паза - рабочее положение, в котором цанга взаимодействует с верхней ступенью наружной ступенчатой кольцевой выборки опорной трубы, причём нижняя часть резиновой манжеты, выполненная в виде полого цилиндра, жестко закреплена на нижней части опорной трубы, при этом верхняя часть резиновой манжеты надета на дорн механического пакера, жестко закреплённый на опорной трубе, при этом выше дорна, но ниже фигурного паза опорная труба оснащена рядом радиальных отверстий, а напротив дорна снабжена сквозными продольными пазами, в которые установлены подвижные пальцы, которые с одной стороны соединены с дорном, а с другой стороны соединены с полым штоком, который сверху оснащён обратным клапаном, а снизу подпружинен от опорной трубы, причём в транспортном положении полый шток герметично перекрывает ряд радиальных отверстий опорной трубы, при этом снизу полый шток гидравлически сообщает пространства над и под опорной трубой, причём в рабочем положении полый шток имеет возможность осевого ограниченного перемещения вниз в пределах сквозных продольных пазов опорной трубы до открытия ряда радиальных отверстий опорной трубы, причём опорная труба ниже резиновой манжеты снабжена пружинным центратором, а наружный диаметр d₁ пружинного центратора больше наружного диаметра d₂ резиновой манжеты в транспортном положении, при этом верхний конец опорной трубы гидравлически обвязан с насосом.

Недостатками стенда являются:

- во-первых, сложность конструкции механического пакера (резиновая манжета, дорн, цанга), обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, низкая надёжность работы стенда, обусловленная высокой вероятностью отказа в работе цанги механического пакера при осевом возвратно-поступательном перемещении цанги относительно опорной трубы (при переводе пакера из транспортного положения в рабочее в пределах фигурного паза) и, как следствие, невозможность посадки механического пакера;

- в-третьих, сложность изготовления стенда (фигурный паз на опорной трубе), обусловленная большим количеством технически сложных деталей, что ведет к удорожанию конструкции в целом и, как следствие высокой ее стоимости;

- в-четвёртых, длительность и трудоёмкость сборки стенда при испытании устьевого оборудования. Это связанно с тем, что крепление фланцев, стягивающее между собой устьевой фланец и трубодержатель, выполнено в виде шпилек и гаек. В связи с чем, при креплении необходимо на каждую шпильку наворачивать по две гайки (сверху и снизу) и стягивать крепление двумя гаечными ключами, что длительно и трудоёмко.

Наиболее близким является стенд для опрессовки устьевого скважинного оборудования, состоящий из опорной трубы с механическим пакером, устьевого фланца и трубодержателя, с установленным между ними уплотнительным кольцом, стянутых между собой креплением фланцев, а также насосный агрегат гидравлически связанный с затрубным пространством опорной трубы (патент RU № 2708748, опубл. 11.12.2019). Трубодержатель и устьевой фланец стянуты между собой креплением фланцев, выполненных в виде шпилек и гаек, причём каждая шпилька оснащена двумя гайками (сверху и снизу). Опорная труба проходит через корпус трубодержателя, нижнюю и верхнюю резиновые манжеты с шайбой между ними, опорную и зажимную тарелки, установленный в опорной трубе полый шток, предназначенный для сжатия резиновых манжет. На опорной трубе выполнена наружная цилиндрическая выборка, в которой снизу вверх установлены опорная тарелка, выполненная снизу под конус, сужающийся сверху вниз, а сверху опорная тарелка выполнена под обратный конус, сужающийся снизу вверх, нижняя резиновая манжета, шайба, верхняя резиновая манжета и зажимная тарелка, при этом внутренний диаметр нижней резиновой манжеты больше внутреннего диаметра верхней резиновой манжеты, причём в транспортном положении обратный конус опорной тарелки сверху взаимодействует с нижней резиновой манжетой, а верхние торцы опорной и зажимной тарелок взаимодействуют с торцами наружной цилиндрической выборки, причём в опорной трубе напротив зажимной тарелки выполнен вертикальный сквозной паз, в котором установлен палец, при этом палец жестко закреплен с одной стороны в зажимной тарелке, а с другой стороны в полом штоке с возможностью ограниченного перемещения в пределах вертикального сквозного паза в рабочем положении, при этом полый шток снизу оснащён посадочным седлом под сбрасываемый в патрубок запорный элемент, причем опорная и зажимная тарелки оснащены конусными фасками под резиновые манжеты, позволяющие предотвратить затекание резиновых манжет за опорную и зажимную тарелки при их запакеровке на скважине (в стендовой трубе), при этом опорная труба ниже опорной тарелки снабжена механическим якорем с направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазу, выполненном на наружной поверхности опорной трубы в виде соединенных между собой горизонтальной и вертикальной проточек, при этом механический якорь имеет возможность радиального и осевого перемещения в пределах фигурного паза, при этом верхний конец опорной трубы и затрубное пространство скважины гидравлически обвязаны с насосом.

Недостатками стенда являются:

- во-первых, сложность конструкции механического пакера, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, низкая надёжность работы стенда, обусловленная высокой вероятностью отказа в работе механического якоря, который имеет возможность радиального и осевого перемещения в пределах фигурного паза и, как следствие, не возможность посадки механического пакера в скважине (стендовой трубе);

- в-третьих, сложность изготовления стенда (фигурный паз на опорной трубе), обусловленная большим количеством технически сложных деталей, что ведет к удорожанию конструкции в целом и, как следствие высокой ее стоимости;

- в-четвёртых, длительность и трудоёмкость сборки стенда при испытании устьевого оборудования. Это связано с тем, что крепление фланцев, стягивающее между собой устьевой фланец и трубодержатель, выполнено в виде шпилек и гаек. В связи с чем при креплении необходимо на каждую шпильку наворачивать по две гайки (сверху и снизу) и стягивать крепление двумя гаечными ключами, что длительно и трудоёмко.

Техническими задачами изобретения являются упрощение конструкции стенда для испытания устьевого скважинного оборудования, повышение надёжности работы стенда, снижение его металлоемкости и стоимости, а также сокращение продолжительности и трудоёмкости сборки стенда при испытании устьевого оборудования.

Технические задачи решаются стендом для испытания устьевого скважинного оборудования, состоящим из опорной трубы с механическим пакером, устьевого фланца и трубодержателя, с установленным между ними уплотнительным кольцом, стянутых между собой креплением фланцев, а также насосный агрегат гидравлически связанный с затрубным пространством опорной трубы.

Новым является то, что механический пакер выполнен в виде корпуса с установленным на нём узлом уплотнения, выполненным в виде сборной манжеты, состоящей из набора чередующихся резиновых и металлических колец, при этом стендовая труба состоит из нижней и верхней частей, соединённых между собой разъёмной муфтой состоящей из нижней и верхней частей, при этом в разъёмной муфте стендовой трубы герметично установлено седло, с которым герметично взаимодействует уплотнительный элемент, причем корпус выше уплотнительного элемента оснащен наружным кольцевым упором, ограничивающим осевое перемещение корпуса вниз, причём крепление фланцев выполнено в виде шпилек с сегментными элементами и гаек, а количество шпилек с сегментными элементами и гаек равно от 2 до 12.

На фиг. 1 изображён стенд для испытания устьевого скважинного оборудования.

На фиг. 2 изображен вид снизу крепления фланцев.

Стенд для испытания устьевого скважинного оборудования состоит из опорной трубы 1 (фиг. 1) с механическим пакером, состоящим из корпуса 2 и узла уплотнения 3, установленного на наружной поверхности корпуса 2. Узел уплотнения 3 выполнен в виде сборной манжеты, состоящей из чередующихся резиновых 4 и металлических 5 колец.

Разъёмная муфта состоит из нижней части 6' и верхней части 6". Стендовая труба состоит из нижней части 7' и верхней части 7"(фиг. 1, 2).

В разъёмной муфте стендовой трубы герметично установлено ступенчатое седло 8 (фиг. 1), с которым герметично взаимодействует узел уплотнения 3. Корпус 2 выше узла уплотнения 3 оснащен наружным кольцевым упором 9, ограничивающим осевое перемещение корпуса 2 вниз. Опорная труба 1 выше корпуса 2 оснащена радиальными отверстиями 10.

Также стенд содержит устьевой фланец 11 (фиг. 1, 2) и трубодержатель 12 (фиг. 1), с установленным между ними уплотнительным кольцом 13, а также крепления фланцев, состоящего из шпилек 14 (фиг. 1, 2) с сегментными элементами 15 и гаек 16 (фиг. 1), количество каждой позиции (15; 16) равно от 2 до 12.

Производят сборку стенда для испытания устьевого скважинного оборудования.

Собирают нижнюю часть стенда.

Сначала на верхний конец нижней части стендовой трубы 7' (см. фиг. 1) наворачивают нижнюю часть 6' разъёмной муфты. Далее на верхний торец нижней части стендовой трубы 7' устанавливают кольцевой уплотнительный элемент (на фиг. 1 показано условно). Затем размещают ступенчатое седло 8 в нижнюю часть стендовой трубы 7', при этом наружная ступень ступенчатого седла 8 воздействует на уплотнительный элемент.

Далее наворачивают верхнюю часть 6" разъёмной муфты на нижний конец верхней части стендовой трубы 7". Затем на верхнюю ступень ступенчатого седла 8 устанавливают кольцевой уплотнительный элемент (на фиг. 1 показано условно). После этого монтируют разъёмную муфту. Для этого наворачивают верхнюю часть 6" разъёмной муфты с верхней частью стендовой трубы 7" на неподвижную нижнюю часть 6' разъёмной муфты с нижней частью стендовой трубы 7'.

Далее в стендовую трубу (7' и 7") (см. фиг. 2) спускают опорную трубу 1 с механическим пакером, состоящим из корпуса 2 и узла уплотнения 3, установленного на наружной поверхности корпуса 2.

Спуск опорной трубы 1 в стендовую трубу (7' и 7") продолжают до тех пор, пока корпус 2 своим наружным кольцевым упором 9 не упрется в ступенчатое седло 8, при этом уплотнительный элемент 3, выполненный в виде сборной манжеты, состоящей из чередующихся резиновых 4 и металлических 5 колец герметично входит в ступенчатое седло 8, установленное в разъёмной муфте. Далее собирают верхнюю часть стенда.

Как указано выше в качестве устьевого скважинного оборудования используют крепление фланцев, состоящего из шпилек 14 (фиг. 1, 2) с сегментными элементами 15 и гаек 16 (фиг. 1), количество каждой позиции (15; 16) равно от 2 до 12.

1. Определение времени монтажа.

Например, крепление фланцев состоит из 4 шпилек 14 (см. фиг. 1 и 2) с сегментными элементами 15 и четырёх гаек 16.

Запустить секундомер и произвести сборку крепления. Для этого в совмещённые отверстия устьевого фланца 11 и трубодержателя 12 снизу вставить шпильку 14 с сегментным элементом 15. Повернуть сегментный элемент 15 внутренним радиусом в сторону центральной оси устьевого фланца 11. На шпильку 14 сверху завернуть гайку 16. Аналогичным образом поочерёдно установить в совмещённые отверстия устьевого фланца 11 и трубодержателя 12 оставшиеся пять шпилек 14 с сегментными элементами 15, завернув гайки 16. Далее поочередно протянуть гайки 16 ручным ключом. Остановить секундомер. Зафиксировать результат.

2. Определение герметичности фланцевого соединения (трубодержателя) при использовании устьевого скважинного оборудования - крепления фланцев, как указано выше, состоящее из 4 шпилек 14 (см. фиг. 1 и 2) с сегментными элементами 15 и четырёх гаек 16.

Обвязать насосный агрегат 17 (фиг. 1) через боковой отвод 18 стендовой трубы 7" с затрубным пространством 19 (фиг. 1) опорной трубы 1. Заполнить затрубное пространство 19 и внутреннее пространство опорной трубы 1 (благодаря радиальным отверстиям 10) до выхода жидкости через верхний конец опорной трубы 1. Закрыть трубную задвижку 20 (фиг. 1) на верхнем конце опорной трубы 1. С помощью насосного агрегата 17 поднять гидравлическое давление жидкости в затрубном пространстве 19, например до 21,0 МПа по манометру 21 (фиг. 1) насосного агрегата 17.

Опрессовать крепление фланцев выдержкой в течение 15 минут (согласно п. 342 Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» Приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 № 534 ФНП в области промышленной безопасности от 15.12.2020 N534). Отключить насосный агрегат 17, стравить гидравлическое давление в затрубном пространстве 19 до нуля. Демонтировать оборудование в обратной последовательности. Зафиксировать результат.

3. Определение времени демонтажа.

Запустить секундомер и произвести разборку крепления фланцев. Для этого поочередно ослабить шесть гаек 16 ручным ключом и отвернуть гайки 16 со шпилек 14. Снять шпильки 14 с сегментными элементами 15 из совмещённых отверстий устьевого фланца 11 и трубодержателя 12. Остановить секундомер. Зафиксировать результат.

Аналогичная последовательность работ с креплением фланцев состоящими от 2 до 12 шпилек с сегментными элементами и гаек к ним.

Благодаря предлагаемой конструкции механического пакера, выполненного в виде корпуса с узлом уплотнения, установленного в седло разъёмной муфты стендовой трубы, упрощается конструкция стенда.

Отсутствие фигурного паза на опорной трубе позволяет снизить стоимость изготовления опорной трубы, кроме того, снижается количество технически сложных в изготовлении деталей, что позволяет снизить металлоёмкость. Всё это приводит к удешевлению изготовления отдельных деталей стенда, а в целом к снижению стоимости изготовления стенда.

Предложенная конструкция механического пакера, выполненного в виде корпуса с установленным на нём узлом уплотнения, герметично размещённого в ступенчатом седле разъёмной муфты, исключает необходимость применения механического якоря в конструкции стенда, что гарантирует надежную посадку механического пакера в стендовой трубе, а это повышает надёжность работы стенда в целом.

Сокращается продолжительность и трудоёмкость сборки стенда при испытании устьевого оборудования. Это связанно с тем, что крепление фланцев, стягивающее между собой устьевой фланец и трубодержатель, выполнено в виде шпилек сегментными элементами и гаек, например используется 6 шпилек с сегментыми элементами и 6 гаек, при этом на шпильку наворачивается лишь одна гайка и используется один гаечный ключ, при этом сегментные элементы шпилек контрагаются, т.е. стопорятся между собой, что исключает проворот шпилек во время затягивания гаек гаечным ключом.

Стенд для испытания устьевого скважинного оборудования позволяет:

- упростить конструкцию стенда для испытания устьевого скважинного оборудования;

- повысить надёжность работы стенда;

- снизить металлоемкость и стоимость;

- сократить продолжительность и трудоёмкость сборки стенда при испытании устьевого оборудования.

Заявлен стенд для испытания устьевого скважинного оборудования. Техническим результатом является упрощение конструкции стенда для испытания устьевого скважинного оборудования и повышение надёжности работы стенда. Стенд для испытания устьевого скважинного оборудования состоит из опорной трубы с механическим пакером, устьевого фланца и трубодержателя с установленным между ними уплотнительным кольцом, стянутых между собой креплением фланцев. Также стенд содержит насосный агрегат, гидравлически связанный с затрубным пространством опорной трубы. Механический пакер выполнен в виде корпуса с установленным на нём узлом уплотнения, выполненным в виде сборной манжеты, состоящей из набора чередующихся резиновых и металлических колец. Стендовая труба состоит из нижней и верхней частей, соединённых между собой разъёмной муфтой, состоящей из нижней и верхней частей. В разъёмной муфте стендовой трубы герметично установлено седло, с которым герметично взаимодействует уплотнительный элемент. Корпус выше уплотнительного элемента оснащен наружным кольцевым упором, ограничивающим осевое перемещение корпуса вниз. Крепление фланцев выполнено в виде шпилек с сегментными элементами и гаек, а количество шпилек с сегментными элементами и гаек равно от 2 до 12. 2 ил.

Стенд для испытания устьевого скважинного оборудования, состоящий из опорной трубы с механическим пакером, устьевого фланца и трубодержателя, с установленным между ними уплотнительным кольцом, стянутых между собой креплением фланцев, а также насосный агрегат, гидравлически связанный с затрубным пространством опорной трубы, отличающийся тем, что механический пакер выполнен в виде корпуса с установленным на нём узлом уплотнения, выполненным в виде сборной манжеты, состоящей из набора чередующихся резиновых и металлических колец, при этом стендовая труба состоит из нижней и верхней частей, соединённых между собой разъёмной муфтой, состоящей из нижней и верхней частей, при этом в разъёмной муфте стендовой трубы герметично установлено седло, с которым герметично взаимодействует уплотнительный элемент, причем корпус выше уплотнительного элемента оснащен наружным кольцевым упором, ограничивающим осевое перемещение корпуса вниз, причём крепление фланцев выполнено в виде шпилек с сегментными элементами и гаек, а количество шпилек с сегментными элементами и гаек равно от 2 до 12.