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 металлоуловитель (авторское свидетельство SU № 1131999, МПК Е21В 31/06, опубл. 30.12.1984 Бюл. № 48), содержащий корпус с камерами на наружной поверхности и постоянные магниты, причем металлоуловитель, для более полного улавливания ферромагнитных частиц при ограничении попадания в камеры обломков породы, снабжен лопастями, расположенными над камерами, и установленной с возможностью осевого перемещения втулкой, имеющей примыкающие к лопастям пластины с отверстиями, при этом магниты размещены на боковых поверхностях лопастей в зоне перемещения пластин втулки.

Недостатками данного металлоуловителя являются узкая область применения из-за невозможности удерживания не магнитных механических примесей, сложность в изготовлении из-за наличия подвижной втулки и сложных лопастей.

Известен также шламоуловитель скважинный надпакерный (патент RU № 2588111, МПК Е21В 37/00, опубл. 27.06.2016, Бюл. № 18), включает патрубок, закрепленные на патрубке пары металлических колец, поддерживаемые ребрами жесткости, размещенные в каждой паре металлических колец между металлическими кольцами верхний и нижний герметизаторы межтрубного пространства в виде плоского кольца, отверстия в каждой паре металлических колец и герметизаторе, при этом количество отверстий в верхней и нижней парах металлических колец и герметизаторах одинаковое, отверстия расположены на диаметрах, углы между которыми одинаковые, пары металлических колец и герметизаторы установлены так, что в проекции на горизонтальную плоскость диаметры, на которых находятся отверстия в верхней паре металлических колец и герметизаторе и нижнем металлическом кольце и герметизаторе, расположены под углом друг к другу, равным половине угла между соседними диаметрами одной пары металлических колец и герметизатора, отношение диаметров отверстий верхней пары металлических колец и герметизатора к диаметрам отверстий нижней пары металлических колец и герметизатора составляет (6-10):(1-4) мм соответственно, при этом отверстия располагают из расчета равенства расстояния между соседними отверстиями, между каждым отверстием и краем герметизатора и патрубком.

Недостатками данного шламоуловителя являются узкая область применения из-за невозможности использования в наклонных, горизонтальных и сложноспрофилированных (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 отделение магнитных (металлических) механических примесей, которые также оседают на герметизаторы межтрубного пространства, осложняя их съем, при этом конструкция сложна в изготовлении и ремонте из-за наличия разных по размеру отверстий, которые устанавливают под точными углами относительно друг друга и 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 сложноспрофилированных (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 отделение магнитных (металлических) 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 металлических предметов (сухари, оброненный инструмент или т.п.), имеющих большую массу и высокую кинетическую энергию, достаточную для вывода из строя манжет, также отсутствует отделение магнитных (металлических) механических примесей, 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 и требуя больших затрат на очистку.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является создание шламоуловителя надпакерного, позволяющего защитить манжеты за счет снабжения центраторов магнитами от падающх с устья скважин по межтрубью металлических предметов, а фильтрующие элементы - от магнитных (металлических) 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.

Техническим решением является шламоуловитель надпакерный, включающий 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 верхняя манжета изготовлена в виде двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, между которыми установлен фильтрующий элемент в виде кольца.

Новым является то, что нижняя манжета изготовлена в виде щеточного диска, а наружный диаметр обеих манжет на 2–4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, при этом центраторы выполнены полыми, с возможностью размещения в этих полостях магнитов.

Новым является также то, что фильтрующий элемент изготовлен сборным, состоящим как минимум из двух последовательно установленных сеток в виде дисков с уменьшающимися сверху вниз размерами ячеек.

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). Верхняя манжета 4 изготовлена в виде двух резиновых колец 8 и 9 с совмещенными фильтрационными отверстиями 10, между которыми установлен фильтрующий элемент 11 в виде кольца. Нижняя манжета 5 изготовлена в виде щеточного диска. Наружный диаметр d обеих манжет на 2–4 мм больше внутреннего диаметра D эксплуатационной колонны:

где d – 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 манжеты 4, что приводит к практически 100% улавливанию оседающих сверху механических примесей снаружи патрубка 1. Однако такое изготовление манжеты 4 затрудняет спуск в скважину из-за затруднения прохода жидкости. Для нивелирования этого процесса в манжете 4 выполнены фильтрационные отверстия 10.

Центраторы 2 и 3 оснащены полостями 12, в которых возможно размещение магнитов 13.

Фильтрующий элемент 11 может быть изготовлен сборным, состоящим как минимум из двух последовательно установленных сеток (не показаны) в виде дисков с уменьшающимися сверху вниз размерами ячеек для равномерного по массе распределения механических примесей при градации по размеру между сетками (определяется эмпирическим путем) и увеличения срока службы шламоуловителя надпакерного.

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.

Резиновые кольца 8 и 9 с фильтрующим элементом 11 верхней манжеты 4 устанавливают снаружи патрубка 1, совмещая отверстия 10, вместе с соответствующими кольцами 6 и 7. Ниже располагают щеточный диск нижней манжеты 5 вместе с соответствующими кольцами 6 и 7. Кольца 6 и 7 обеих манжет 4 и 5 прикрепляют к патрубку 1 (сваркой, вклейкой, на резьбы или т.п. – не показано, автор на это не претендует).

Предварительно верхние центраторы 2 оснащают магнитами 13, которые вставляют внатяг или вклеивают в полость 12. Нижние центраторы 2 оснащают магнитами 13, которые вставляют внатяг или вклеивают в полость 12, только в случае давно используемой скважины, в которой нужно сильно очищать внутреннюю поверхность щеточным диском нижней манжеты 5. Сверху и снизу соответствующих манжет 4 и 5 размещают равномерно по периметру центраторы 2 и 3 и фиксируют на патрубке 1 (сваркой, вклейкой, на резьбы или т.п. – не показано, автор на это не претендует).

Патрубок 1 (фиг. 2) при помощи резьб 14, 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 отверстия, элементы 10 манжеты 4 и щеточный диск манжеты 5, не мешая спуску шламоуловителя надпакерного. В интервале установки манжет 4 и 5 делают несколько возвратно-поступательных движений на высоту патрубка 1, при которых щеточный диск манжеты 5 очищает внутреннюю поверхность эксплуатационной трубы скважины от ржавчины и налёта, при этом неметаллические счищенные примеси осаждаются на зумпф (не показан) скважины, а металлические (в том числе и падающие с устья скважины) – захватываются и удерживаются магнитом 13 (при наличии) нижнего центратора 3. Это позволяет более качественно перекрыть внутреннее пространство скважины манжетами 4 и 5. После установки пакера скважину запускают в работу в виде нагнетательной или добывающей (после спуска скважинного насоса). При этом металлические механические примеси улавливаются магнитом 13 верхнего центратора 2, а остальные – не магнитные, которые могут помешать съему пакера, – сетками фильтрующего элемента 11 верхней манжеты 4 и щеточным диском нижней манжеты 5.

По завершении работы пакер снимают или срывают и на технологической колонне вместе со шламоуловителем надпакерным поднимают на поверхность. При этом скважинная жидкость сливается через отверстия 10 нижней манжеты в манжетах 4 и щеточный диск нижней манжеты 5, исключая поршневание и излив на поверхность.

После отсоединения от пакера и технологической колонны металлические механические примеси и элементы счищают с центраторов 2 и/или 3, промывают щеточный диск нижней манжеты 5 от примесей, а фильтрующие элементы 11 верхней манжеты 4 заменяют целиком, после чего шламоуловитель надпакерный готов к работе.

Предлагаемый шламоуловитель надпакерный позволяет защитить манжеты за счет снабжения центраторов магнитами от падающих с устья скважин по межтрубью металлических предметов, а фильтрующие элементы - от магнитных (металлических) примесей, что защищает от быстрого засыпания осаждающимися металлическими 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, устанавливаемый выше пакера, верхний и нижний центраторы, между которыми установлены последовательно верхняя и нижняя манжеты в виде дисков, расположенных между металлическими кольцами, которые присоединены к патрубку. Верхняя манжета изготовлена в виде двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, между которыми установлен фильтрующий элемент в виде кольца. Нижняя манжета изготовлена в виде щеточного диска. Наружный диаметр обеих манжет на 2–4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны. Центраторы выполнены полыми с возможностью размещения в этих полостях магнитов. Фильтрующий элемент может быть изготовлен сборным, состоящим как минимум из двух последовательно установленных сеток в виде дисков с уменьшающимися сверху вниз размерами ячеек. Обеспечивается защита от металлических примесей, исключается эффект поршневания с изливом жидкости при подъеме на поверхность, с защитой при этом 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 верхняя манжета изготовлена в виде двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, между которыми установлен фильтрующий элемент в виде кольца, отличающийся тем, что нижняя манжета изготовлена в виде щеточного диска, а наружный диаметр обеих манжет на 2–4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, при этом центраторы выполнены полыми с возможностью размещения в этих полостях магнитов.

2. Шламоуловитель надпакерный по п. 1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент изготовлен сборным, состоящим как минимум из двух последовательно установленных сеток в виде дисков с уменьшающимися сверху вниз размерами ячеек.