Герметизатор длинномерной безмуфтовой трубы (варианты) Российский патент 2024 года по МПК E21B33/03 

Группа изобретений относится к области нефтегазодобычи и предназначена для использования при проведении технологических операций и/или ремонтных работ на нефтяных и газовых скважинах с применением длинномерной безмуфтовой трубы.

Из уровня техники широко известны герметизаторы, в которых герметизацию устья осуществляют путем перемещения полого поршня, соединенного с гидравлическим каналом и оказывающего давление на опоры, деформирующие уплотнительный элемент (сальник), который герметично перекрывает сквозной осевой канал. При этом замену сальника осуществляют в подобных конструкциях путем перемещения поршня в противоположном направлении до тех пор, пока не будет открыт сальник, который извлекают и меняют на новый.

Так, например, из уровня техники известен герметизатор, раскрытый в патенте RU 2744288 С1, кл.МПК E21B 33/03, опубл. 04.03.2021, содержащий корпус из легированной стали со сквозным осевым каналом для прохода спускаемых в скважину труб, верхний и нижний фланцы, ниппель, накидную гайку, уплотнительные кольца, цилиндр, полый поршень, круглую гайку, стойки, створки, фиксирующие винты, две нижние опоры, две верхние опоры, втулку с фиксаторами, сальник, быстроразъёмные соединения. Замена уплотнительного элемента в данном герметизаторе происходит за счет перемещения полого поршня вниз и открытия сальника для его замены.

В связи с тем, что операции по герметизации устья и по замене сальника осуществляют путем перемещения одного и того же поршня, приводимого в действие единой гидравлической линией, происходит быстрый износ механизмов герметизатора.

Таким образом, техническая проблема заключается в создании вариантов герметизаторов длинномерной безмуфтовой трубы, имеющих увеличенный срок службы относительно аналогов и позволяющих осуществить замену уплотнительного элемента на устье скважины, без демонтажа оборудования.

Технический результат для каждого варианта заключается в повышении долговечности конструкции герметизатора.

Техническая проблема решается за счет того, что герметизатор длинномерной безмуфтовой трубы по варианту 1 содержит цилиндрический корпус, выполненный со сквозным осевым каналом, предназначенным для прохода спускаемых в скважину труб, размещенные в корпусе верхнюю полую направляющую, жестко закрепленную в корпусе, а также нижнюю полую направляющую, выполненную с возможностью перемещения, полый поршень, соединенный с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненный с возможностью перемещения нижней направляющей, а также уплотнительный элемент, расположенный между нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства между трубой и дополнительным полым поршнем, при этом дополнительный полый поршень соединен с гидравлическим каналом на открытие или закрытие поршня с целью замены уплотнительного элемента.

В частном случае осуществления изобретения герметизатор снабжен противоэкструзионным кольцом, установленным над уплотнительным элементом.

В частном случае осуществления изобретения герметизатор снабжен противоэкструзионным кольцом, установленным под уплотнительным элементом.

Снабжение герметизатора верхней полой направляющей, жестко закрепленной в корпусе, нижней полой направляющей, выполненной с возможностью перемещения, полым поршнем, соединенным с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненным с возможностью перемещения нижней направляющей, а также уплотнительным элементом, расположенным между нижней и верхней направляющими, обеспечивает возможность осуществления надежной герметизации длинномерной безмуфтовой трубы на устье скважины.

Снабжение герметизатора полым поршнем, расположенным напротив уплотнительного элемента и соединенным с гидравлическим каналом на открытие или закрытие поршня для замены уплотнительного элемента, позволяет при замене уплотнительного элемента не привлекать поршень, связанный с гидравлическим каналом на зажим трубы и предназначенный для осуществления герметизации пространства между трубой и полым поршнем, тем самым, способствуя увеличению долговечности устройства и повышению срока его службы и срока службы его узлов за счет снижения их износа.

Также техническая проблема решается за счет того, что герметизатор длинномерной безмуфтовой трубы по варианту 2 содержит цилиндрический корпус, выполненный со сквозным осевым каналом, предназначенным для прохода спускаемых в скважину труб, размещенные в корпусе верхнюю полую направляющую, жестко закрепленную в корпусе, а также нижнюю полую направляющую, выполненную с возможностью перемещения, полый поршень, соединенный с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненный с возможностью перемещения нижней направляющей, а также уплотнительный элемент, расположенный между нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства между трубой и дополнительным полым поршнем, при этом дополнительный полый поршень соединен с гидравлическим каналом на открытие или закрытие поршня с целью замены уплотнительного элемента, кроме того, герметизатор снабжен расположенными в корпусе дополнительной верхней полой направляющей, жестко закрепленной в муфте, а также нижней полой направляющей, выполненной с возможностью перемещения, полым поршнем, соединенным с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненным с возможностью перемещения соответствующей нижней направляющей, а также дополнительного уплотнительного элемента, расположенного между соответствующими нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства.

В частном случае осуществления изобретения герметизатор снабжен противоэкструзионным кольцом, установленным над уплотнительным элементом.

В частном случае осуществления изобретения герметизатор снабжен противоэкструзионным кольцом, установленным под уплотнительным элементом.

В частном случае осуществления изобретения верхняя направляющая, размещенная в муфте, состоит из двух продольных половин.

Снабжение герметизатора верхней полой направляющей, жестко закрепленной в корпусе, нижней полой направляющей, выполненной с возможностью перемещения, полым поршнем, соединенным с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненным с возможностью смещения нижней направляющей, а также уплотнительным элементом, расположенным между нижней и верхней направляющими, обеспечивает возможность осуществления надежной герметизации длинномерной безмуфтовой трубы на устье скважины.

Снабжение герметизатора полым поршнем, расположенным напротив уплотнительного элемента и соединенным с гидравлическим каналом на открытие или закрытие поршня для замены уплотнительного элемента, позволяет при замене уплотнительного элемента не привлекать поршень, связанный с гидравлическим каналом на зажим трубы и предназначенный для осуществления герметизации пространства между трубой и полым поршнем, тем самым, способствуя увеличению долговечности устройства и повышению срока его службы и срока службы его узлов за счет снижения их износа.

Снабжение герметизатора дополнительной верхней полой направляющей, жестко закрепленной в муфте корпуса герметизатора, а также нижней полой направляющей, выполненной с возможностью перемещения, полым поршнем, соединенным с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненным с возможностью смещения соответствующей нижней направляющей, а также дополнительным уплотнительным элементом, расположенным между соответствующими нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства, позволяет дополнительно повысить надежность герметизации длинномерной безмуфтовой трубы на устье скважины.

Сущность заявленной группы изобретений поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведен герметизатор по варианту 1 (общий вид).

На фиг. 2, 3, 4 приведен герметизатор по варианту 2 (общий вид).

Герметизатор по варианту 1 и 2 содержит цилиндрический корпус, имеющий верхнюю часть 1 и нижнюю часть 2, соединенные между собой фланцевым соединением. Корпус герметизатора выполнен преимущественно из конструкционной легированной стали. Так, например, для работы с агрессивной скважинной средой К2 с объемным содержанием СО² и H₂S до 6% для реализации группы изобретений используют сталь марки 30 ХМА, для работы со средой К1 с объемным содержанием СО² до 6% применяют сталь марки 40Х.

При этом корпус выполнен со сквозным осевым каналом, предназначенным для прохода спускаемых в скважину длинномерных безмуфтовых труб.

Корпус герметизатора по варианту 1 (фиг.1) содержит верхнюю полую направляющую 3 и нижнюю полую направляющую 4. При этом верхняя полая направляющая 3 жестко закреплена в верхней части 1 корпуса герметизатора при помощи разъемной муфты 5, которая затягивается при помощи болтов 6.

Нижняя полая направляющая 4 выполнена с возможностью перемещения под действием полого поршня 7, соединенного с гидравлическим каналом на зажим трубы 8 (фиг.4).

Уплотнительный элемент 9 расположен между нижней и верхней направляющими 4 и 3 с целью герметизации пространства между трубой и полым поршнем 10, расположенным напротив уплотнительного элемента 9 и соединенным с гидравлическим каналом 11 на открытие или закрытие поршня 10, предназначенным для замены уплотнительного элемента 9.

В качестве уплотнительных элементов могут быть использованы сальники, выполненные из полиуретана, резины и др. При этом размеры сальников зависят от диаметра герметизируемой трубы и подбираются индивидуально, в частности, сальники могут иметь следующие размеры: 33,5 мм, 38,1 мм, 42 мм, 44,5 мм, 50,8 мм и т.д.

Работает герметизатор по варианту 1 следующим образом.

При проведении спуско-подъемной операции в ходе подземного ремонта нефтяных и газовых скважин с применением длинномерных безмуфтовых труб нижнюю часть 2 корпуса герметизатора монтируют на ответный фланец превентора с помощью шпилек и гаек, а верхнюю часть 1 - при помощи опоры.При этом опора представляет собой металлическую сварную конструкцию, поставляемую отдельно, с присоединительными размерами для фланца герметизатора с одной стороны и отверстиями для установки на инжектор с другой стороны.

Для герметизации устья скважины в процессе спуско-подъемной операции гидравлическую жидкость подают через нижнее быстроразъёмное соединение в гидравлический канал на зажим трубы 8. Далее поступающая в гидравлический канал 8 гидравлическая жидкость перемещает полый поршень 7 вверх. При этом полый поршень 7 оказывает давление на нижнюю полую направляющую 4, деформирующую уплотнительный элемент 9, который, деформируясь, поджимается к верхней полой направляющей 3. При этом уплотнительный элемент 9 контактирует с верхней полой направляющей 3, нижней полой направляющей 4, длинномерной безмуфтовой трубой и полым поршнем 10, соединенным с гидравлическим каналом 11 на открытие или закрытие поршня 10 и герметично перекрывает пространство между трубой и поршнем 10.

Перед началом герметизации проверяют - находится ли полый поршень 10 в закрытом положении, при котором он должен упираться во фланец. Дверки при этом должны быть закрыты и прилегать к поршню 10, стопор из состава дверки также должен быть закрыт и препятствовать открытию дверки.

Закрытые дверки удерживают поршень 10 в закрытом положении и не позволяют поршню 10 подняться при случайной, непреднамеренной подаче гидрожидкости в гидравлический канал 11 на открытие или закрытие поршня 10.Для снижения износа уплотнительного элемента 9 в процессе спуско-подъемных операций в полость верхней направляющей 3 через штуцер подается смазка.Для замены уплотнительного элемента 9 вручную открывают стопор и дверки, поворачивая их, подают гидравлическую жидкость в гидравлический канал 11 на открытие или закрытие поршня 10. После подачи гидравлической жидкости через быстроразъемное соединение полый поршень 10 перемещается вверх и открывает доступ к уплотнительному элементу 9 для его замены. При этом поршень 7, а также гидравлический канал 8 на зажим трубы, в процессе замены уплотнительного элемента 9, не задействованы.

Корпус герметизатора по варианту 2 (фиг. 2, 3) содержит две верхние полые направляющие 3 и 12 и две нижние полые направляющие 4 и 13. При этом верхняя полая направляющая 12 жестко закреплена в верхней части 1 корпуса герметизатора при помощи разъемной муфты 14, которая затягивается при помощи болтов 15

Кроме того, герметизатор по варианту 2 снабжен двумя полыми поршнями 7 и 16, соединенными с гидравлическим каналом на зажим трубы 8 (фиг.4).

При этом нижняя полая направляющая 4 выполнена с возможностью перемещения под действием полого поршня 7, соединенного с гидравлическим каналом на зажим трубы 8, а нижняя полая направляющая 13 - под действием полого поршня 16.

Также герметизатор снабжен дополнительным уплотнительным элементом 17, размещенным в верхней части 1 корпуса устройства.

Уплотнительный элемент 9 расположен между нижней и верхней направляющими 4 и 3 с целью герметизации пространства между трубой и полым поршнем 10, расположенным напротив уплотнительного элемента 9 и соединенным с гидравлическим каналом 11 на открытие или закрытие поршня 10, предназначенным для замены уплотнительного элемента 9.

Уплотнительный элемент 17 размещен между нижней и верхней направляющими 13 и 12 с целью герметизации пространства между трубой и гайкой 18, расположенной в верхней части 1 корпуса устройства.

Также герметизатор по варианту 1 или 2 может быть снабжен противоэкструзионными кольцами 19, установленными над и/или под уплотнительными элементами 9 и 17 с целью предотвращения их выдавливания, закусывания, вырывов при протаскивании трубы через герметизатор, что способствует увеличению срока службы как самих уплотнительных элементов, так и узлов герметизатора, отвечающих за их замену.Работает герметизатор по варианту 2 следующим образом.

Для герметизации устья скважины в процессе спуско-подъемной операции гидравлическую жидкость подают через быстроразъемные соединения в гидравлический канал 8 на зажим трубы. Гидравлическая жидкость перемещает полые поршни 7 и 16 вверх. При этом полый поршень 7 оказывает давление на нижнюю полую направляющую 4, деформирующую уплотнительный элемент 9, который, деформируясь, поджимается к верхней полой направляющей 3. При этом уплотнительный элемент 9 контактирует с верхней полой направляющей 3, нижней полой направляющей 4, длинномерной безмуфтовой трубой и полым поршнем 10, соединенным с гидравлическим каналом 11 на открытие или закрытие поршня 10 и герметично перекрывает пространство между трубой и поршнем 10. А полый поршень 16 оказывает давление на нижнюю полую направляющую 13, которая, поднимаясь, деформирует уплотнительный элемент 17 и поджимается к верхней полой направляющей 12. Таким образом, уплотнительный элемент 17 контактирует с верхней и нижней полыми направляющими 12 и 13, длинномерной безмуфтовой трубой и гайкой 18, герметично перекрывая пространство между трубой и гайкой 18, установленной в верхней части 1 корпуса устройства.

Перед началом герметизации трубы проверяют нахождение полого поршня 10 в закрытом положении, при котором он должен упираться во фланец, дверки 20 при этом должны быть закрыты, то есть прилегать к поршню 10, стопор из состава дверки 20 должен быть закрыт и препятствовать открытию дверки 20.

Таким образом, закрытые дверки 20 удерживают поршень 10 в закрытом положении и не позволяют поршню 10 подняться при случайной, непреднамеренной подаче гидрожидкости в гидравлический канал 11 на открытие или закрытие поршня 10.Для снижения износа уплотнительных элементов 9 и 17 в процессе спуско-подъемных операций в полость верхней направляющей 12 через штуцер подается смазка.Для замены уплотнительного элемента 9 вручную открывают стопор и дверки 20, поворачивая их, подают гидравлическую жидкость в гидравлический канал 11 на открытие или закрытие поршня 10. После подачи гидравлической жидкости полый поршень 10 перемещается вверх и открывает доступ к уплотнительному элементу 9 для его замены.

Замену уплотнительного элемента 17, расположенного в верхней части 1 корпуса герметизатора, осуществляют путем демонтажа муфты 14, закрепленной с помощью болтов 15, а также путем демонтажа верхней направляющей 12, которая может быть выполнена из двух продольных половин для повышения удобства замены уплотнительного элемента 17, размещенного в верхней части 1 корпуса устройства.

Заявителем не обнаружено технических решений, имеющих совокупность существенных признаков, присущих заявленной группе изобретений, что позволяет сделать вывод о соответствии группы изобретений критериям «новизна» и «изобретательский уровень». Устройства могут быть реализованы и использованы в промышленности, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию «промышленная применимость».

Таким образом, предложенные варианты герметизатора длинномерной безмуфтовой трубы позволяют осуществить замену уплотнительного элемента на устье скважины без демонтажа оборудования и имеют увеличенный срок службы относительно аналогов за счет снижения износа узлов герметизатора посредством снабжения герметизатора дополнительным полым поршнем, соединенным с гидравлическим каналом на открытие или закрытие поршня для замены уплотнительного элемента.

Группа изобретений относится к области нефтегазодобычи и предназначена для использования при проведении технологических операций и/или ремонтных работ на нефтяных и газовых скважинах с применением длинномерной безмуфтовой трубы. Герметизатор по первому варианту содержит цилиндрический корпус, выполненный со сквозным осевым каналом, предназначенным для прохода спускаемых в скважину труб. Также герметизатор снабжен размещенной в корпусе верхней полой направляющей, жестко закрепленной в корпусе, и нижней полой направляющей, выполненной с возможностью перемещения. Кроме того, герметизатор содержит полый поршень, соединенный с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненный с возможностью перемещения нижней направляющей, и уплотнительный элемент, расположенный между нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства между трубой и дополнительным полым поршнем. При этом дополнительный полый поршень соединен с гидравлическим каналом на открытие или закрытие поршня с целью замены уплотнительного элемента. Герметизатор по второму варианту снабжен расположенными в корпусе дополнительной верхней полой направляющей, жестко закрепленной в муфте, а также нижней полой направляющей, выполненной с возможностью перемещения. Кроме того, герметизатор снабжен дополнительным полым поршнем, соединенным с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненным с возможностью перемещения соответствующей нижней направляющей, и дополнительным уплотнительным элементом, расположенным между соответствующими нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства. Техническим результатом является повышение долговечности конструкции герметизатора. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Герметизатор длинномерной безмуфтовой трубы, содержащий цилиндрический корпус, выполненный со сквозным осевым каналом, предназначенным для прохода спускаемых в скважину труб, размещенные в корпусе верхнюю полую направляющую, жестко закрепленную в корпусе, а также нижнюю полую направляющую, выполненную с возможностью перемещения, полый поршень, соединенный с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненный с возможностью перемещения нижней направляющей, а также уплотнительный элемент, расположенный между нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства между трубой и дополнительным полым поршнем, при этом дополнительный полый поршень соединен с гидравлическим каналом на открытие или закрытие поршня с целью замены уплотнительного элемента.

2. Герметизатор по п.1, отличающийся тем, что снабжен противоэкструзионным кольцом, установленным над уплотнительным элементом.

3. Герметизатор по п.1, отличающийся тем, что снабжен противоэкструзионным кольцом, установленным под уплотнительным элементом.

4. Герметизатор длинномерной безмуфтовой трубы, содержащий цилиндрический корпус, выполненный со сквозным осевым каналом, предназначенным для прохода спускаемых в скважину труб, размещенные в корпусе верхнюю полую направляющую, жестко закрепленную в корпусе, а также нижнюю полую направляющую, выполненную с возможностью перемещения, полый поршень, соединенный с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненный с возможностью перемещения нижней направляющей, а также уплотнительный элемент, расположенный между нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства между трубой и дополнительным полым поршнем, при этом дополнительный полый поршень соединен с гидравлическим каналом на открытие или закрытие поршня с целью замены уплотнительного элемента, кроме того, герметизатор снабжен расположенными в корпусе дополнительной верхней полой направляющей, жестко закрепленной в муфте, а также нижней полой направляющей, выполненной с возможностью перемещения полым поршнем, соединенным с гидравлическим каналом на зажим трубы, выполненным с возможностью перемещения соответствующей нижней направляющей, а также дополнительного уплотнительного элемента, расположенного между соответствующими нижней и верхней направляющими с целью герметизации пространства.

5. Герметизатор по п.4, отличающийся тем, что снабжен противоэкструзионным кольцом, установленным над уплотнительным элементом.

6. Герметизатор по п.4, отличающийся тем, что снабжен противоэкструзионным кольцом, установленным под уплотнительным элементом.

7. Герметизатор по п.4, отличающийся тем, что верхняя направляющая, размещенная в муфте, состоит из двух продольных половин.