Шламоуловитель надпакерный Российский патент 2023 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для улавливания механических примесей над пакером в межтрубном пространстве (межтрубье) скважины между технологической колонной и эксплуатационной колонной.

Известен надпакерный шламоуловитель (патент RU № 2588111, МПК Е21В 37/00, опубл. 27.06.2016 Бюл. № 18) включает патрубок, закрепленные на патрубке верхнюю пару металлических конусных колец, обращенных основанием конуса вверх, с закрепленным между конусными кольцами герметизатором в виде конусного кольца с отверстиями по внешнему краю, нижнюю пару металлических конусных колец, обращенных основанием конуса вниз, с закрепленным между конусными кольцами герметизатором в виде кольца с отверстиями по внутреннему краю, ребра жесткости, поддерживающие пары металлических конусных колец, при этом отношение диаметров отверстий в герметизаторе верхней пары металлических конусных колец и отверстий в нижней паре металлических конусных колец составляет (6-10):(1-4) мм соответственно, при этом отверстия располагают из расчета равенства расстояния между соседними отверстиями.

Недостатками данного шламоуловителя являются узкая область применения из-за невозможности использования в наклонных, горизонтальных и сложно спрофилированных (с наличием произвольно размещенных наклонных и/или горизонтальных участков ствола скважины) скважинах, так как отсутствует защита от смещения от оси и часто приводит к нарушению целостности верхнего и/или нижнего герметизаторов межтрубного пространства, также отсутствует защита от крупных механических примесей (более 6 мм по одному из габаритных размеров), которые также оседают на герметизаторы межтрубного пространства, осложняя их съем, при этом конструкция сложна в изготовлении и ремонте из-за наличия разных по размеру и размещению отверстий, которые ничем не перекрыты, что позволяет части механических примесей осаждаться непосредственно на пакер.

Известен также надпакерный уловитель механических примесей (патент на ПМ RU № 166989, МПК Е21В 37/00, опубл. 20.12.2016 Бюл. № 35), состоящий из патрубка насосно-компрессорной трубы (НКТ), фильтрующих элементов с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны, причем каждый фильтрующий элемент состоит из двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, зажимаемых двумя металлическими кольцами, присоединяемыми к патрубку насосно-компрессорной трубы с помощью сварки, при этом между резиновыми кольцами установлено кольцо из металлической сетки, при этом содержит дополнительный подгоночный патрубок, имеющий внутреннее полимерное покрытие, и жестко установленный внутри патрубка насосно-компрессорной трубы, причем упомянутый подгоночный патрубок выполнен с возможностью установки на насосно-компрессорных трубах с внутренним полимерным покрытием.

Недостатками данного шламоуловителя являются узкая область применения из-за невозможности использования в наклонных, горизонтальных и сложно спрофилированных (с наличием произвольно размещенных наклонных и/или горизонтальных участков ствола скважины) скважинах, так как отсутствует защита от смещения от оси и часто приводит к нарушению целостности верхнего и/или нижнего герметизаторов межтрубного пространства, также отсутствует защита от крупных механических примесей, которые также оседают на герметизаторы межтрубного пространства, осложняя их съем.

Наиболее близким по своей технической сущности является уловитель механических примесей (патент на ПМ RU № 137939, МПК Е21В 43/08, опубл. 27.02.2014 Бюл. № 6), состоящий из манжет с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны, причем манжеты представляют собой фильтрующий элемент, состоящий из двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, зажимаемых металлическими кольцами и присоединяемых к патрубку насосно-компрессорной трубы с помощью сварки, при этом между резиновыми кольцами установлено кольцо из металлической сетки, при этом снабжен центраторами, представляющими собой прямоугольные металлические призмы, присоединяемые к патрубку с помощью сварки, выше и ниже манжет.

Недостатками данного уловителя являются отсутствие защиты от падающих с устья скважин по межтрубью предметов (сухари, оброненный инструмент или т.п.), имеющих большую массу и высокую кинетическую энергию, достаточную для вывода из строя манжет, и которые также оседают на герметизаторы межтрубного пространства, осложняя их съем и снижая ресурс работы из-за быстрого засыпания осаждающимися механическими примесями фильтрующих элементов фильтрационных отверстий, что требует частых подъемов и очисток, при этом засыпанные фильтрующие элементы создают эффект поршневания (вынос жидкости из скважины при подъеме), что может привести к изливу нефтеносной жидкости и на поверхность земли, нарушая экологию окружающей среды и требуя больших затрат на очистку.

Техническим решением предполагаемого изобретения является создание шламоуловителя надпакерного, позволяющего защитить манжеты за счет снабжения центаторов воронками-ловушками от падающих с устья скважин по межтрубью предметов а фильтрующие элементы - от крупных механических примесей, что защищает от быстрого засыпания осаждающимися механическими примесями фильтрующих элементов фильтрационных отверстий, исключая эффект поршневания при подъеме шламоуловителя надпакерного на поверхность и защищая экологию окружающей среды.

Технический результат достигается шламоуловителем надпакерным, включающим патрубок, устанавливаемый выше пакера, верхнего и нижнего наружных центраторов, между которыми установлены последовательно верхняя и нижняя манжеты в виде дисков, расположенных между металлическими кольцами, которые присоединены к патрубку, причем манжеты оснащены фильтрационными отверстиями и фильтрующими элементами.

Новым является то, что каждый центартор изготовлен в виде открытой чаши, расширяющейся снизу вверх, с наружным диаметром на 8–12 мм меньше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны скважины, а наружный диаметр обоих манжет на 2–4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, при этом фильтрационные отверстия в каждой манжете выполнены сквозными, проходящими через оба кольца и соответствующую манжету, а фильтрующий элемент выполнен в виде гильзы, вставляемой в соответствующее отверстие, с фильтрующей сеткой внутри.

Новым является также то, что чаша центратора снабжена для слива жидкости при подъеме сквозными отверстиями, не пропускающими крупные механические примеси.

На фиг. 1 изображен шламоуловитель надпакерный в изометрии.

На фиг. 2 изображен шламоуловитель надпакерный в продольном разрезе.

Шламоуловитель надпакерный включает патрубок 1 (фиг. 1 и 2), устанавливаемый выше пакера (не показан), верхнего 2 и нижнего 3 наружных центраторов, между которыми установлены последовательно верхняя 4 и нижняя 5 манжеты в виде дисков, расположенных между металлическими кольцами 6 и 7 (фиг. 2), которые присоединены к патрубку 1 (фиг. 1 и 2). Манжеты 4 и 5 оснащены фильтрационными отверстиями 8 (фиг. 2) с фильтрующими элементами 9.

Каждый центартор 2 и 3 изготовлен в виде открытой чаши, расширяющейся снизу вверх, с наружным диаметром d1 на 8–12 мм меньше внутреннего диаметра D эксплуатационной колонны скважины (не показаны):

где d1 – наружный диаметр центраторов 2 и 3, мм;

D – внутренний диаметр эксплуатационной колонны скважины, мм.

Разность в 8-12 мм выбрана эмпирическим путем, так как позволяет исключить повреждение манжет 4 и 5 при спуске и подъеме и исключает прохождение крупных механических примесей (и тем более от падающих с устья скважин по межтрубью предметов) без взаимодействия с верхним центратором 2. Нижний центратор 3 изготовлен идентично верхнему 2 для упрощения изготовления, так как одинаковые детали проще изготавливать и организовывать производство.

Наружный диаметр d2 обоих манжет на 2–4 мм больше внутреннего диаметра D эксплуатационной колонны:

где d2 – наружный диаметр манжет 4 и 5, мм;

D – внутренний диаметр эксплуатационной колонны скважины, мм.

Разность в 2-4 мм выбрана эмпирическим путем, так как позволяет минимизировать износ манжет 4 и 5 при спуске и подъеме и позволяет полностью перекрыть внутренний диаметр D эксплуатационной колонны в интервале установки манжет 4 и 5, что приводит к практически 100% улавливанию оседающих сверху механических примесей снаружи патрубка 1, тем более нижняя 5 и верхняя 4 манжеты дублируют друг друга. Однако такое изготовление манжет 4 и 5 затрудняет спуск в скважину из-за затруднения прохода жидкости. Для нивелирования этого процесса фильтрационные отверстия 8 в каждой манжете 4 или 5 изготовлены сквозными, проходящими через оба кольца 6 и 7 и соответствующую манжету 4 или 5. Такое изготовление не снижает жесткости манжет 4 и 5.

Фильтрационные отверстия 8 в каждой манжете 4 или 5 выполнены сквозными, проходящими через оба кольца 6 и 7 и соответствующую манжету 4 или 5, а фильтрующий элемент 9, выполненный в виде гильзы, вставляемой в соответствующее отверстие 8 и оснащаемой фильтрующей сеткой 10 внутри. Также для верхней манжеты 4 ячейки фильтрующей сетки 10 могут быть больше, а для нижней 5 – меньше (автор на это не претендует), для равномерного по массе распределения механических примесей по размеру между ними и увеличения срока службы шламоуловителя надпакерного. Величину ячеек сеток 10 гильзы фильтрующего элемента 9 определяют эмпирическим путем.

Чаши центраторов 2 и/или 3 могут быть снабжены для слива жидкости при подъеме сквозными отверстиями 11, не пропускающими крупные механические примеси (например, круглые отверстия диаметром не более 5 мм, проточки шириной не более 3 мм или т.п.).

Конструкционные элементы, соединения, уплотнения, не влияющие на работоспособность шламоуловителя надпакерного, на чертежах (фиг. 1 и 2) не показаны или показаны условно.

Шламоуловитель надпакерный работает следующим образом.

Манжеты 4 и 5 устанавливают снаружи патрубка 1 вместе с соответствующими кольцами 6 и 7, совмещают отверстия 8 в них, а кольца 6 и 7 прикрепляют к патрубку 1 (сваркой, вклейкой, на резьбы или т.п. – не показано, автор на это не претендует). В соответствующие отверстия 8 вставляют фильтрующие элементы 9 в виде гильз с как минимум одной фильтрующей сеткой 10 внутри для фильтрации оседающей сверху жидкости от механических примесей. Фильтрующие элементы 9 фиксируют в соответствующих отверстиях 8 при помощи термоклея (не показан) или клина (не показан), выпаленного на наружной поверхности гильзы фильтрующего элемента 9 с углом меньше угла заклинивания (например, менее 12º для стали).

Сверху и снизу соответствующих манжет 4 и 5 размещают центарторы 2 и 3 в виде открытой чаши, расширяющейся снизу вверх, и фиксируют на патрубке 1 (сваркой, вклейкой, на резьбы или т.п. – не показано, автор на это не претендует).

Патрубок 1 при помощи, резьб 12, муфт (не показаны), сварки (не показана или т.п. соединяют снизу с пакером, а сверху с технологической колонной (не показана), на которой спускают в скважину в интервал установки пакера (чаще всего выше вскрытого продуктивного пласта). При спуске скважинная жидкость протекает через фильтрующие элементы 9 манжет 4 и 5, не мешая спуску шламоуловителя надпакерного. После установки пакера скважину запускают в работу в виде нагнетательной или добывающей (после спуска скважинного насоса). При этом крупные механические примеси улавливаются верхним центратором 2, а остальные, которые могут помещать съему пакера, – сетками 10 фильтрующих элементов 9.

По завершению работы пакер снимают или срывают и на технологической колонне вместе с шламоуловителем надпакерным поднимают на поверхность. При этом скважинная жидкость из чаш центраторов 2 и 3 сливается через отверстия 11, а в манжетах 4 и 5 через фильтрующие элементы 9 сверху вниз, исключая поршневание и излив на поверхность.

После отсоединения от пакера и технологической колонны крупные механические примеси извлекают из центраторов 2 или 3, а фильтрующие элементы 9 заменяют целиком. Для этого каждый фильтрующий элемент 9 нагревают горелкой или производственным феном для расплавления термоклея или постукивают по ее гильзе снизу вверх для выбивания клина, после чего фильтрующий элемент 9 извлекают из соответствующего отверстия 8. Замену на новый или очищенный фильтрующий элемент 9 производят в обратном порядке, после чего шламоуловитель надпакерный готов к работе.

Предлагаемый шламоуловитель надпакерный позволяет защитить манжеты за счет снабжения центаторов воронками-ловушками от падающих с устья скважин по межтрубью предметов, а фильтрующие элементы - от крупных (более 6 мм в одном из габаритных размеров) механических примесей, что защищает от быстрого засыпания осаждающимися механическими примесями фильтрующих элементов, исключая эффект поршневания с изливом скважинной жидкости при подъеме шламоуловителя надпакерного на поверхность и тем самым защищая экологию окружающей среды.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для улавливания механических примесей над пакером в межтрубном пространстве скважины. Устройство включает патрубок, верхний и нижний наружные центраторы, между которыми установлены последовательно верхняя и нижняя манжеты в виде дисков, расположенных между металлическими кольцами, которые присоединены к патрубку. Манжеты оснащены фильтрационными отверстиями и фильтрующими элементами. Каждый центратор изготовлен в виде открытой чаши, расширяющейся снизу вверх, с наружным диаметром на 8–12 мм меньше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны скважины, а наружный диаметр обеих манжет на 2–4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны. Фильтрационные отверстия в каждой манжете выполнены сквозными, проходящими через оба кольца и соответствующую манжету, а фильтрующий элемент выполнен в виде гильзы, вставляемой в соответствующее отверстие, с фильтрующей сеткой внутри. Обеспечивается защита манжет и фильтрующих элементов от крупных механических примесей, исключается эффект поршневания с изливом скважинной жидкости при подъеме устройства на поверхность с защитой экологии окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шламоуловитель надпакерный, включающий патрубок, устанавливаемый выше пакера, верхний и нижний наружные центраторы, между которыми установлены последовательно верхняя и нижняя манжеты в виде дисков, расположенных между металлическими кольцами, которые присоединены к патрубку, причем манжеты оснащены фильтрационными отверстиями и фильтрующими элементами, отличающийся тем, что каждый центратор изготовлен в виде открытой чаши, расширяющейся снизу вверх, с наружным диаметром на 8–12 мм меньше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны скважины, а наружный диаметр обеих манжет на 2–4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, при этом фильтрационные отверстия в каждой манжете выполнены сквозными, проходящими через оба кольца и соответствующую манжету, а фильтрующий элемент выполнен в виде гильзы, вставляемой в соответствующее отверстие, с фильтрующей сеткой внутри.

2. Шламоуловитель надпакерный по п. 1, отличающийся тем, что чаша центратора снабжена для слива жидкости при подъеме сквозными отверстиями, не пропускающими крупные механические примеси.