Шламоуловитель надпакерный Российский патент 2024 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 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 на неметаллических патрубках (из стеклопластика или пластика) и 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, 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 использования на неметаллических патрубках и 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.

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 узкая область применения из-за невозможности использования на неметаллических патрубках из-за необходимости приваривания металлических колец, а наличие продольных жестких центраторов может привести к заклиниванию в переходных изогнутых участках ствола при спускоподъемных операциях в наклонных, горизонтальных и сложно спрофилированных (с наличием произвольно размещенных наклонных и/или горизонтальных участков ствола скважины) скважинах.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание шламоуловителя надпакерного, позволяющего использовать его в наклонных, горизонтальных и сложно спрофилированных (с наличием произвольно размещенных наклонных и/или горизонтальных участков ствола скважины) скважинах за счет отсутствия жестких наружных элементов, которые могут привести к заклиниванию оборудования при спускоподъемных операциях, и расширить область применения за счет возможности установки на неметаллических патрубках.

Техническое решение осуществляет шламоуловитель надпакерный, включающий устанавливаемый выше пакера патрубок, на котором установлена последовательно как минимум одна упругая манжета, расположенная между металлическими кольцами, причем манжета изготовлена в виде упругих колец, между которыми установлен как минимум один фильтрующий элемент в виде кольца, упругие кольца при этом снабжены продольными фильтрационными отверстиями, расположенными равномерно по периметру и направляющими поток жидкости через фильтрующий элемент.

Новым является то, что упругих колец применено нечетное количество, но не менее 5 штук, состоящих из последовательно установленных больших и малых колец толщиной 10±2 мм, причем большие кольца установлены с краев манжеты и изготовлены с наружным диаметром на 1–4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, а малые кольца – на 10±2 мм меньше наружного диаметра большого кольца, при этом все кольца манжеты снабжены дополнительными продольными технологическими отверстиями под сжимающий крепёж, расположенными по периметру между фильтрационными отверстиями, а металлические кольца изготовлены внутренним диаметром на 0,5-1,5 мм больше наружного диаметра патрубка, а наружным диаметром, равным диаметру малых колец, и снабжены по периметру отверстиями, соответствующими технологическими и фильтрационным отверстиям, причем фильтрующий элемент также оснащен отверстиями соответствующими технологическими отверстиям.

Новым также является то, что при наличии в манжете нескольких фильтрующих элементов они изготовлены с уменьшающейся сверху вниз пропускной способностью.

На фиг. 1 изображен общий вид шламоуловителя надпакерного.

На фиг. 2 изображен вид сверху шламоуловителя надпакерного.

На фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 2.

Шламоуловитель надпакерный включает в себя устанавливаемый выше пакера (не показан) патрубок 1 (фиг. 1-3), на котором установлена последовательно как минимум одна упругая манжета 2, расположенная между металлическими кольцами 3. Манжета 2 изготовлена в виде упругих больших 4 (фиг. 1 и 3) и малых 5 колец (изготавливаемые из маслобензостойких вулканизированной резины, полиуретана, армированной резины, пенополистирола и т.п.), между которыми установлен как минимум один фильтрующий элемент 6 (фиг. 1-3) в виде кольца. Упругие кольца 4 (фиг. 1 и 3) и 5 при этом снабжены продольными фильтрационными отверстиями 7, расположенными равномерно по периметру и направляющими поток жидкости через фильтрующий элемент 6. Упругих колец 4 и 5 применено нечетное количество, но не менее пяти штук, состоящими из последовательно установленных колец больших 4 (фиг. 3) и малых 5 колец толщиной h=10±2 мм (погрешность вызвана погрешностью при вулканизации или изготовлении колец). Толщину колец 4 и 5 h=10±2 мм определили эмпирическим путём, так как такая толщина обеспечивает надежное прижатие и фиксацию колец 4 и 5 изнутри при сжатии к патрубку 1, а снаружи создается «лабиринтное уплотнение» полностью исключающее протекание жидкости. При этом пять и более колец 4 и 5 такой толщины h обеспечивают центрирование патрубка 1 без использования жестких центраторов, а их эластичность исключает заклинивание в переходных изогнутых участках ствола при спускоподъемных операциях в наклонных, горизонтальных и сложно спрофилированных скважинах. Большая толщина h колец 4 и 5 увеличивает массу и габариты шламоуловителя, не прибавляя функциональности. Большие кольца 4 установлены с краев манжеты 2 и изготовлены с наружным диаметром на D=1–4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны (не показана) для обеспечения плотного прилегания даже после истирания о внутреннюю поверхность эксплуатационной трубы при спуске. Малые кольца 5 изготовлены с наружным диаметром d на 10±2 мм меньше наружного диаметра D большого кольца 4 (d=D-10±2 мм) для обеспечения «лабиринтного уплотнения». Все кольца 4 и 5 манжеты 2 снабжены дополнительными продольными технологическими отверстиями 8 под сжимающий крепёж (болт 9 с гайкой 10, шпильку с гайками, шпильку с гайкой и эксцентриком или т.п. – последнее не показано), расположенными по периметру между фильтрационными отверстиями 7. Металлические кольца 3 изготовлены внутренним диаметром D1 на 1-3 мм больше наружного диаметра d1 патрубка (D1=d1+(1÷3) мм), а наружным диаметром d – равным диаметру d малых колец 5. Наружный диаметр d металлических колец 3 обеспечивает равномерное сжатие всех колец 4 и 5 при сборке крепежом (например, болтом 9 с гайкой 10), а внутренний диаметр D1 выбран эмпирически, так как позволяет затекать при сжатии большому кольцу 4 в зазор 1-3 мм и заклинивать в нем (предел текучести упругих материалов), надежно фиксируя металлические кольца 3 и, как следствие, манжету 2 относительно патрубка 1, который может быть изготовлен из любого материала, в том числе из пластика, стеклопластика или т.п. При зазоре между металлическим кольцом 3 и патрубком 1 более 1,5 мм (на сторону) заклинивания большого кольца 4 не происходит, так как упругий материал остается эластичным, а при зазоре менее 0,5 мм (на сторону) – не происходит затекания в необходимом количестве материала большого кольца 4 в этот зазор. Металлические кольца 3 также снабжены по периметру отверстиями 11 и 12, соответствующими технологическими 8 и фильтрационным 7 отверстиями. При этом фильтрующий элемент 6 также оснащен отверстиями 13 соответствующими технологическими отверстиям 8. При использовании в манжете 2 нескольких фильтрующих элементов 6 они могут быть изготовлены с уменьшающейся сверху вниз пропускной способностью для равномерного распределения механических примесей и шлама по длине фильтрационных отверстий 7.

Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность шламоуловителя, на чертежах (фиг. 1 и 3) не показаны или показаны условно.

Шламоуловитель надпакерный работает следующим образом.

Снаружи патрубка 1 (фиг. 3) устанавливают металлическое кольцо 3, на которое последовательно начиная с большого кольца 4 (фиг. 1) надевают нечетное число колец 4 и 5 (не менее пяти штук), при этом между кольцами 4 и 5 размещают как минимум один фильтрующий элемент 6. Сверху располагают еще одно металлическое кольцо 3. Технологические 8 (фиг. 3) и фильтрационные 7 отверстия колец 4 и 5 совмещают между собой, а отверстия 13 фильтрующего элемента 6 совмещают с технологическими отверстиями 8. Отверстия 11 и 12 металлических колец 3 также совмещают соответствующими технологическими 8 и фильтрационным 7 отверстиями. В результате фильтрационные отверстия 7 колец 4 и 5 и отверстия 11 (фиг. 2) имеют возможность направлять поток жидкости через фильтрующий элемент 6. В технологические отверстия 7 (фиг. 3) колец 4 и 5, отверстия 13 фильтрующего элемента 6 и отверстия 11 металлических колец 3 вставляют крепеж (например, болт 9), при помощи которого (например, гайки 10) кольца 4 и 5 равномерно по периметру сжимают до упора. При этом материал верхнего и нижнего больших колец 4 затекает в зазор между металлическим кольцом 3 и патрубком 1, где заклинивает и надежно фиксирует манжету 2 на поверхности патрубка 1.

При необходимости использования нескольких шламоуловителей (большое количество примесей и шлама в скважине – определяют технологи, обслуживающие скважину) можно собрать аналогичным образом несколько патрубков 1 с манжетами 2 и последовательно соединить между собой (например, при помощи резьбы 14, муфт, фланцев или т.п. – последнее не показано).

Патрубок 1 (фиг. 3) при помощи, резьб 14, муфт или фланцев (не показаны) 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 отверстия 12 металлических колец 3, фильтрационные отверстия 7 колец 4 и 5 через фильтрующий элемент 6 (фиг. 2), не мешая спуску шламоуловителя надпакерного. После установки пакера скважину запускают в работу в виде нагнетательной или добывающей (после спуска скважинного насоса). При этом механические примеси и шлам, находящийся в скважине, как минимум одним фильтрующим элементом 6 как минимум одной манжеты 2.

По завершению работы пакер снимают или срывают и на технологической колонне вместе с шламоуловителем надпакерным поднимают на поверхность. При этом скважинная жидкость сливается через отверстия отверстия 12 металлических колец 3, фильтрационные отверстия 7 колец 4 и 5 через фильтрующий элемент 6, исключая поршневание и излив на поверхность.

После отсоединения от пакера и технологической колонны патрубка 1 (фиг. 3), крепеж (например, болт 9 с гайкой 10) раскручивают и удаляют, снимают с патрубка 1 металлические кольца 3 и кольца 4 и 5 и извлекают как минимум один фильтрующий элемент 6, который очищают и промывают от механических примесей и шлама. Изношенные при спускоподъемных операциях большие кольца 4 заменяют целиком и собирают шламоуловитель надпаерный на патрубке 1 описанным выше способом для дальнейшего использования.

Предлагаемый шламоуловитель надпакерный позволяет использовать его в наклонных, горизонтальных и сложно спрофилированных (с наличием произвольно размещенных наклонных и/или горизонтальных участков ствола скважины) скважинах за счет отсутствия жестких наружных элементов, которые могут привести к заклиниванию оборудования при спускоподъемных операциях, и расширить область применения за счет возможности установки в том числе и на неметаллических патрубках.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для улавливания механических примесей над пакером в межтрубном пространстве (межтрубье) скважины между технологической колонной и эксплуатационной колонной. Техническим результатом является обеспечение возможности использовать в наклонных, горизонтальных и сложноспрофилированных (с наличием произвольно размещенных наклонных и/или горизонтальных участков ствола скважины) скважинах за счет отсутствия жестких наружных элементов. Заявлен шламоуловитель надпакерный, включающий устанавливаемый выше пакера патрубок, на котором установлена последовательно как минимум одна упругая манжета, расположенная между металлическими кольцами. Причем манжета изготовлена в виде упругих колец, между которыми установлен как минимум один фильтрующий элемент в виде кольца. Упругие кольца при этом снабжены продольными фильтрационными отверстиями, расположенными равномерно по периметру и направляющими поток жидкости через фильтрующий элемент. Количество упругих колец применено нечетное, но не менее 5 штук, состоящих из последовательно установленных больших и малых колец толщиной 10±2 мм. Причем большие кольца установлены с краев манжеты и изготовлены с наружным диаметром на 1-4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, а малые кольца на 10±2 мм меньше наружного диаметра большого кольца. Все кольца манжеты снабжены дополнительными продольными технологическими отверстиями под сжимающий крепёж, расположенными по периметру между фильтрационными отверстиями. Металлические кольца изготовлены внутренним диаметром на 0,5-1,5 мм больше наружного диаметра патрубка, а наружным диаметром, равным диаметру малых колец, и снабжены по периметру отверстиями, соответствующими указанным технологическим и фильтрационным отверстиям в упругих кольцах манжеты. Фильтрующий элемент также оснащен отверстиями, соответствующими указанным технологическим отверстиям. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шламоуловитель надпакерный, включающий устанавливаемый выше пакера патрубок, на котором установлена последовательно как минимум одна упругая манжета, расположенная между металлическими кольцами, причем манжета изготовлена в виде упругих колец, между которыми установлен как минимум один фильтрующий элемент в виде кольца, упругие кольца при этом снабжены продольными фильтрационными отверстиями, расположенными равномерно по периметру и направляющими поток жидкости через фильтрующий элемент, отличающийся тем, что упругих колец применено нечетное количество, но не менее 5 штук, состоящих из последовательно установленных больших и малых колец толщиной 10±2 мм, причем большие кольца установлены с краев манжеты и изготовлены с наружным диаметром на 1-4 мм больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, а малые кольца на 10±2 мм меньше наружного диаметра большого кольца, при этом все кольца манжеты снабжены дополнительными продольными технологическими отверстиями под сжимающий крепёж, расположенными по периметру между фильтрационными отверстиями, а металлические кольца изготовлены с внутренним диаметром на 0,5-1,5 мм больше наружного диаметра патрубка, а наружным диаметром, равным диаметру малых колец, и снабжены по периметру отверстиями, соответствующими технологическим и фильтрационным отверстиям, причем фильтрующий элемент также оснащен отверстиями, соответствующими технологическим отверстиям.

2. Шламоуловитель надпакерный по п. 1, отличающийся тем, что при наличии в манжете нескольких фильтрующих элементов они изготовлены с уменьшающейся сверху вниз пропускной способностью.