Устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой Российский патент 2024 года по МПК E21B23/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для предотвращения падения скважинного оборудования на забой скважины.

Известно устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой скважины (авторское свидетельство SU № 1234578, МПК Е21В 31/06, опубл. 30.05.1986 Бюл. № 20), содержащее амортизирующий и уплотнительный узел в виде эластичной манжеты и узел заякоривания, причем оно снабжено узлом торможения, выполненным в виде двух магнитных дисков, установленных на стержне, верхний конец которого неподвижно связан с основанием оборудования, а нижний - с манжетой срезным элементом, причем нижний диск установлен на стержне с возможностью осевого перемещения, а узел заякоривания выполнен в виде, эластичного кожуха, концы которою жестко связаны с магнитными дисками.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения из-за невозможности использования в скважинах оснащенных хвостовиком или дополнительной обсадной колонной меньшего диаметра, установленной при углублении скважины, герметичное перекрытие ствола скважины после срабатывания устройства эластичным кожухом, что исключает проведение технологических операций связанных с закачкой или откачкой жидкости ниже этого кожуха, при этом эластичный кожух может также заклинить в скважине между скважинным оборудованием и стенками скважины и привести к аварийным ситуациям при извлечении скважинного оборудования (обрыву ловильных труб и/или самого оборудования).

Известно также устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой (патент на ПМ RU № 39164, МПК Е21В 31/00, опубл. 20.07.2004 Бюл. № 20), включающее ствол и установленную на нем с возможностью взаимодействия подвижную гильзу, причем ствол выполнен с прорезями в виде прямоугольника, при этом сторона прямоугольника, параллельная стволу, длиннее стороны прямоугольника, прилежащей к стволу, между стволом и подвижной гильзой размещена пружина с возможностью перемещения вдоль ствола, под подвижной гильзой установлена диафрагма, выполненная в виде П-образной формы.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения из-за невозможности использования в скважинах оснащенных хвостовиком или дополнительной обсадной колонной меньшего диаметра, установленной при углублении скважины, герметичное перекрытие ствола скважины после срабатывания устройства из-за перекрытия прямоугольных прорезей, что исключает проведение технологических операций связанных с закачкой или откачкой жидкости ниже этого кожуха.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для эксплуатации скважины (патент RU № 2520981, МПК Е21В 43/00, Е21В 29/10, опубл. 27.06.2014 Бюл. № 18), включающее обсадную колонну, дополнительную эксплуатационную колонну и колонну насосно-компрессорных труб, причем используют дополнительную эксплуатационную колонну, не доходящую до устья скважины, колонну насосно-компрессорных труб выше дополнительной эксплуатационной колонны и вблизи от верха дополнительной эксплуатационной колонны снабжают неподвижно закрепленной наружной муфтой, в качестве муфты используют муфту с наружным диаметром больше внутреннего диаметра дополнительной эксплуатационной колонны и не больше наружного диаметра стандартного колонного шаблона для обсадной колонны и с соотношением наружного диаметра к высоте муфты в пределах от 0,70 до 0,83.

Основным недостатком данного устройства является высокая скорость падения скважинного оборудования при срыве до взаимодействия муфты с дополнительной эксплуатационной колонной (или голову хвостовика), что значительно повышает риск повреждения насосного оборудования и дополнительной колонны (или хвостовика) и, как следствие, приводит к необходимости дополнительных операций при ремонте дополнительной обсадной колонны и скважинного оборудования после извлечения из скважины.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является создание устройства для предотвращения падения скважинного оборудования на забой, позволяющего снизить скорость падения оборудования до приемлемой (не более 1 м/с) и смягчить удар муфты о дополнительную эксплуатационную колонну за счет использования снаружи двух самоуплотняющихся манжет, изнутри перемычки с байпасным отверстием, а снизу – демпфера.

Техническое решение осуществляет устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой, включающее спускаемые в скважину, состоящую из основной эксплуатационной колонны и дополнительной эксплуатационной колонны, не доходящей до устья скважины, полый корпус и нижняя муфта выполнены с возможностью размещения внутри основной эксплуатационной колонны выше дополнительной эксплуатационной колонны, диаметр которой меньше диаметра основной эксплуатационной колонны.

Новым является то, что корпус дополнительно оснащен верхним перфорированным патрубком, выполненным с возможностью соединения со скважинным оборудованием, и нижним перфорированным патрубком, устанавливаемым выше муфты, снаружи корпуса между перфорированными патрубками расположены две самоуплотняющиеся манжеты, пропускающие сверху-вниз, а изнутри – перемычка с подпружиненным обратным клапаном, открывающимся при перепаде давлений создаваемым скважинным насосным оборудованием, и байпасным отверстием, обеспечивающим скорость падения скважинного оборудования не более 1 м/с при проходе через него скважинной жидкости, при этом муфта снизу снабжена кольцевым демпфером, выше которого выполнены радиальные переточные отверстия.

Новым является также то, что снаружи корпуса между самоуплотняющимися манжетами установлен жесткий центратор.

На чертеже изображена схема устройства для предотвращения падения скважинного оборудования на забой, спущенное в скважину в продольном разрезе.

Устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой (не показан) включает в себя спускаемые в скважину 1, состоящую из основной эксплуатационной колонны 2 и дополнительной эксплуатационной колонны 3 (или хвостовик), не доходящей до устья (не показано) скважины 1, полый корпус 4 и нижнюю муфту 5 с наружным диаметром d больше внутреннего диаметра D1 дополнительной эксплуатационной колонны 3 и не больше наружного диаметра D2 (не показано) стандартного колонного шаблона (не показан) для основной эксплуатационной колонны 2:

, [1]

где D1 – внутренний диаметр дополнительной эксплуатационной колонны 3, мм;

d – наружный диаметр муфты 5.

D2 – наружный диаметр стандартного колонного шаблона для основной эксплуатационной колонны 2, мм.

Корпус 4 дополнительно оснащен верхним перфорированным патрубком 6, выполненным с возможностью соединения со скважинным оборудованием 7 (показано условно, например, с хвостовиком штангового насоса (ШГН), с электродвигателем центробежного насоса (ЭЦН) или т.п.), и нижним перфорированным патрубком 8, устанавливаемым выше муфты 5.

Снаружи корпуса 4 между перфорированными патрубками 7 и 8 расположены две самоуплотняющиеся манжеты 9 и 10, пропускающие сверху-вниз. Благодаря дублированию повышается надежность, так как при выходе одной из самоуплотняющихся манжет 9 или 10, другая 10 или 9 сохранит работоспособность устройства. На виды самоуплотняющихся манжет 9 и 10 и способы крепления на корпусе 4 автор не претендует.

Изнутри корпуса 4 расположена перемычка 11 с поджатым к седлу 12 пружиной 13 обратным клапаном 14, открывающимся при перепаде давлений создаваемым скважинным оборудованием 7 (ШГН, ЭЦН или т.п.), и байпасным отверстием 15, обеспечивающим скорость падения скважинного оборудования не более 1 м/с при проходе через него скважинной жидкости. Диаметр D3 байпасного отверстия 15 определяют эмпирическим путем в ходе стендовых или лабораторных испытаний в зависимости от массы скважинного оборудования 7. Например, для скважинного оборудования 7 используемого на месторождениях Республики Татарстан (РТ) D3=4–6 мм (чем масса больше скважинного оборудования 7, тем диаметр D3 меньше).

При этом муфта 5 снизу снабжена кольцевым демпфером 16 (например, из резины, полиуретана или т.п.), выше которого выполнены радиальные переточные отверстия 17. На форму переточных отверстий 17 автор не претендует.

При длине корпуса 4 более 3 м его снаружи между самоуплотняющимися манжетами 9 и 10 снабжают жестким центратором 18, исключающим перекос и заклинивание корпуса 4 при падении со скважинным оборудованием 7. На вид жесткого центратора 18 и способы крепления его на корпусе 4 автор не претендует.

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и т.п., не влияющие на работоспособность устройства, на чертеже не показаны или показаны условно.

Устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой работает следующим образом.

Перед спуском в скважину 1 снизу скважинное оборудование 7 оснащают (при помощи муфт, резьбы или т.п. – показано условно) устройством в сборе.

При спуске в скважину 1 (со скоростью обычно не более 1 м/с), например, на колонне лифтовых труб (не показаны), бронированном кабеле (не показан) или т.п., жидкость обтекает муфту 5, перетекая в том числе из отверстий 17, через перфорацию нижнего патрубка 8 попадает внутрь корпуса 4, перетекая через байпасное отверстие 15 и перфорацию верхнего патрубка 6 оказывается в основной эксплуатационной колонне 3 скважины 1 выше верхней самоуплотняющейся манжеты 9, тем самым исключая поршневание манжетами 9 и 10 жидкости, мешающей спуску скважинного оборудования 7 в скважину 1.

По достижению интервала установки спуск скважинного оборудования 7 насос (ШГН, ЭЦН или т.п.) скважинного оборудования 7 запускают в работу. В результате продукция пласта (не показан), вскрытого дополнительной эксплуатационной колонной 3, обтекает муфту 5, перетекая в том числе из отверстий 17, через перфорацию нижнего патрубка 8 попадает внутрь корпуса 4, перетекая через байпасное отверстие 15 и перфорацию верхнего патрубка 6 оказывается в основной эксплуатационной колонне 3 скважины 1 выше верхней самоуплотняющейся манжеты 9, откуда продукция пласта насосом скважинного оборудования 7 отбирается на поверхность скважины 1. При этом в случае недостаточности припускной способности байпасного отверстия 15 уровень жидкости в скважине 1 выше перемычки 11 снижается, увеличивая над и под перемычкой перепад делений, под действием которого обратный клапан 14, сжимая пружину 13, отходит от седла 12, увеличивая пропускную способность для жидкости (продукции ласта), перетекающей снизу вверх через перемычку 11.

При срыве (отрыве от лифтовых труб, бронированного кабеля или т.п.) скважинного оборудования 7 во время спуска, подъема или работы под действие силы гравитации (массы) скважинное оборудование 7 с устройством устремляется вниз. Самоуплотняющиеся манжеты 9 и 10, прижимаясь к стенкам основной эксплуатационной колонны 2 скважины 1, препятствуют перетоку жидкости снизу-вверх, и жидкость обтекает муфту 5, перетекая в том числе из отверстий 17, через перфорацию нижнего патрубка 8 попадает внутрь корпуса 4, перетекая через байпасное отверстие 15 и перфорацию верхнего патрубка 6 оказывается в основной эксплуатационной колонне 3 скважины 1 выше верхней самоуплотняющейся манжеты 9, откуда продукция пласта насосом скважинного оборудования 7 отбирается на поверхность скважины 1. Так как байпасное отверстие 15, являясь естественным гидравлическим сопротивлением, что затрудняет переток жидкости снизу-вверх относительно перемычки 11, ограничивая скорость падения не выше 1 м/с, что допустимо для скважинного оборудования 7 по технологическим показателям (обычно указывается в паспорте скважинного оборудования 7). При этом при центратор 18 (при наличии) исключает перекос и заклинивание корпуса 4 в скважине 1. По достижении дополнительной эксплуатационной колонны 3 скважины 1 демпфер амортизирует и смягчает удар муфты 5 о верхний торец дополнительной эксплуатационной колонны 3 (или голову хвостовика), дополнительно защищая от взаимного повреждения скважинное оборудование 7 и дополнительную эксплуатационную колонну 3.

Предлагаемое устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой позволяет снизить скорость падения оборудования до приемлемой (не более 1 м/с) и смягчить удар муфты о дополнительную эксплуатационную колонну за счет использования снаружи двух самоуплотняющихся манжет, изнутри перемычки с байпасным отверстием, а снизу муфты – демпфера.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для предотвращения падения скважинного оборудования на забой скважины. Устройство включает спускаемые в скважину, состоящую из основной эксплуатационной колонны и дополнительной эксплуатационной колонны, не доходящей до устья скважины, полый корпус и нижнюю муфту, выполненные с возможностью размещения внутри основной эксплуатационной колонны выше дополнительной эксплуатационной колонны. Диаметр дополнительной колонны меньше диаметра основной эксплуатационной колонны. Корпус оснащен верхним перфорированным патрубком, выполненным с возможностью соединения со скважинным оборудованием, и нижним перфорированным патрубком, устанавливаемым выше муфты. Снаружи корпуса между перфорированными патрубками расположены две самоуплотняющиеся манжеты, пропускающие сверху вниз, а изнутри – перемычка с подпружиненным обратным клапаном, открывающимся при перепаде давлений, создаваемым скважинным насосным оборудованием, и байпасным отверстием, обеспечивающим скорость падения скважинного оборудования не более 1 м/с при проходе через него скважинной жидкости. Муфта снизу снабжена кольцевым демпфером, выше которого выполнены радиальные переточные отверстия. Снижается скорость падения оборудования до приемлемой, смягчается удар муфты о дополнительную эксплуатационную колонну. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой, включающее спускаемые в скважину, состоящую из основной эксплуатационной колонны и дополнительной эксплуатационной колонны, не доходящей до устья скважины, полый корпус и нижнюю муфту, выполненные с возможностью размещения внутри основной эксплуатационной колонны выше дополнительной эксплуатационной колонны, диаметр которой меньше диаметра основной эксплуатационной колонны, отличающееся тем, что полый корпус дополнительно оснащен верхним перфорированным патрубком, выполненным с возможностью соединения со скважинным оборудованием, и нижним перфорированным патрубком, устанавливаемым выше нижней муфты, снаружи корпуса между перфорированными патрубками расположены две самоуплотняющиеся манжеты, пропускающие сверху вниз, а изнутри – перемычка с подпружиненным обратным клапаном, открывающимся при перепаде давлений, создаваемым скважинным насосным оборудованием, и байпасным отверстием, обеспечивающим скорость падения скважинного оборудования не более 1 м/с при проходе через него скважинной жидкости, при этом нижняя муфта снизу снабжена кольцевым демпфером, выше которого выполнены радиальные переточные отверстия.

2. Устройство для предотвращения падения скважинного оборудования на забой по п. 1, отличающееся тем, что снаружи полого корпуса между самоуплотняющимися манжетами установлен жесткий центратор.