Скважинный устьевой гидравлический герметизатор/обтиратор для насосных штанг Российский патент 2024 года по МПК E21B33/08 F04B47/00 

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для предотвращения разливов нефтепродуктов или технологической жидкости на устье скважины, исключения загрязнения территории скважины отложениями с тела штанг во время проведения спуско-подъемных операций насосных штанг, в случае нефтеводогазопроявления, при перерыве в работе, а также для повышения безопасности труда и охраны окружающей среды при капитальном и текущем ремонте скважин.

При спуске плунжера, а также при подъеме насосных штанг с поршневанием возможен неконтролируемый "излив" нефтепродуктов или технологической жидкости из насосно-компрессорных труб на территорию скважины.

Известно устройство для очистки насосных штанг, содержащее корпус и очистительный элемент, установленный в верхней части подпружиненной опоры (авт. св. SU № 1375796, опубл. 23.02.1988). Последняя выполнена в виде цанговой втулки, перья которой расположены с наклоном к оси устройства и имеют прорези. Корпус снабжен направляющими для размещения в пазах цанги. При подъеме насосные штанги проходят сквозь скребки и очищаются. При необходимости спуска штанг в скважину муфтовая часть упирается в торцы скребков перьев, перемещающихся по поверхности корпуса, взаимодействует с направляющими, раздвигаясь, пропускает муфтовое соединение штанг. Цанговая втулка возвращается в исходное положение.

Недостатки устройства:

- низкая надежность работы. Это обусловлено тем, что устройство не имеет корпуса и при подъеме и очистке штанг, и при отвороте каждой очередной штанги элеватор с подвешенной к нему колонной штанг должен садиться на скребок, не защищенный корпусом и принимающий на себя всю нагрузку от веса колонны штанг, причем эта нагрузка будет распределена неравномерно по площади скребка, в результате того, что скребок, зажатый между элеватором и подвесной муфтой, всегда расположен эксцентрично относительно оси скважины подвесной муфты, так как штанги при их подъеме совершают вместе со скребком радиальные перемещения и практически не могут расположиться по центру подвесной муфты. Это приводит к разрушению и выходу из строя скребка;

- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (подпружиненная штанговая втулка, очистительный цанговый элемент, выполненный в виде пружинящих перьев цанги и т.д.);

- загрязнение нефтью рабочей площадки, работающих техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины, так как нефть, оставшаяся на насосных штангах после подъема из скважины в процессе перекладывания насосных штанг на мостки распространяется по окружающей территории скважины;

- ухудшаются условия труда обслуживающего персонала, так как персоналу приходится работать с некачественно очищенными от нефти насосными штангами.

Известно скважинное устьевое противосифонное устройство, включающее цилиндрический полый сборный корпус, образующий внутри герметичную камеру, с боковыми верхним и нижним сливными боковыми патрубками, сообщенными с камерой, нижним фланцем для соединения с устьем скважины, верхними и нижними герметизирующими элементами, верхние из которых расположены в поперечных направляющих для перемещения при помощи толкателей с герметичным охватом подымаемых или спускаемых в скважину скважинных конструктивных элементов (патент RU № 216720, опубл. 22.02.2023). Корпус изготовлен состоящим из двух продольных, шарнирно соединенных половин, взаимодействующие при соединении поверхности которых оснащены уплотнительными элементами, нижний герметизирующий элемент изготовлен из двух половинок, жестко соединенных с соответствующей половиной корпуса и выполненных с возможностью охвата перфорированного патрубка, предварительно установленного на устье скважины снаружи спущенных в скважину скважинных конструктивных элементов, при этом верхний герметизирующий элемент подпружинен от толкателя внутрь для возможности пропуска муфт спущенных в скважину конструктивных элементов.

Недостатки устройства:

- устройство, из-за конструктивных особенностей, имеет много герметизирующих элементов (в горизонтальных и вертикальных плоскостях), которые недолговечны;

- отсутствует механизм поджима уплотнителей, из-за этого при установке устройства на устье скважины невозможно обеспечить герметичность разъема между половинками корпуса (болты на фланцах устанавливаются с зазором в отверстиях), что приводит к загрязнению территории ремонтируемой скважины из-за утечки скважинной жидкости через эти разъемы;

- отсутствует место установки штангового приспособления, предназначенного для захвата за квадрат, удержания на весу, фиксации от проворота при свинчивании и развинчивании насосных штанг при проведении спуско-подъемных операций на скважинах с использованием элеватора ЭТА, что приводит к значительному увеличению времени и затрат на спуско-подъемные операции;

- сложность конструкции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки насосных штанг, включающее корпус с центральным отверстием и со средствами его крепления на устье скважины, состоящий из нижней и верхней частей с узлом их фиксации относительно друг друга, и расположенный в полости корпуса очищающий элемент, в виде эластичных диафрагм с центральным отверстием (патент RU № 2052072, опубл. 10.01.1996). Верхняя часть корпуса выполнена с прорезью, сопрягающейся с центральным отверстием, а узел фиксации частей корпуса выполнен в виде шпилек и упора на одной части корпуса и фигурной прорези под шпильки и защелки для взаимодействия с упором на другой части корпуса, а эластичные диафрагмы выполнены с радиальными разрезами со смещением разрывов на 45° в смежных диафрагмах.

Недостатком устройства является низкая эффективность процесса очистки насосных штанг на скважине за счет:

- низкого качества очистки поверхности насосных штанг от нефти. Это связано с тем, что очищающий элемент не зафиксирован жестко в корпусе и в процессе подъема насосных штанг из скважины смещается в радиальном направлении, кроме того радиальные разрезы на эластичных диафрагмах и гибкость самих эластичных диафрагм не позволяют им охватить плотно поверхность очищаемой штанги. Все это приводит к неравномерной очистке поверхности как по телу, так и по муфте насосных штанг, и как следствие, к снижению качества очистки;

- высоких затрат времени выполнения работы;

- узкой технологической возможности;

- наличия в его конструкции прорези, сопрягающейся с центральным отверстием, сообщенной открыто с атмосферой, из-за которой происходит загрязнение нефтью устьевого оборудования, рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, так как нефть, прорвавшаяся через очищающие элементы напрямую выливается на устьевое оборудования и на рабочую площадку непосредственно у устья скважины;

- отсутствия в его конструкции места для установки штангового приспособления, предназначенного для захвата за квадрат, удержания на весу, фиксации от проворота при свинчивании и развинчивании насосных штанг при проведении спуско-подъемных операций на скважинах с использованием элеватора ЭТА, что приводит к значительному увеличению времени и затрат на спуско-подъемные операции;

- ухудшения условия труда обслуживающего персонала, так как персоналу приходится работать с некачественно очищенными от нефти насосными штангами.

Техническим результатом является повышение эффективности процесса очистки насосных штанг на скважине за счет повышения качества очистки поверхности насосных штанг от нефти, снижения потери нефти, регулирования процесса очистки, расширения технологических возможностей, снижения времени пуска в работу и эксплуатации, исключение загрязнения нефтью рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины, улучшение условий труда обслуживающего персонала. Также устройство позволяет расширить арсенал средств, обеспечивающих очистку насосных штанг на скважине.

Технический результат достигается скважинным устьевым гидравлическим герметизатором/обтиратором для насосных штанг, содержащим цилиндрический корпус, состоящий из двух частей с узлом их фиксации относительно друг друга, корпус выполнен с центральным отверстием, нижняя часть корпуса снабжена патрубком, обеспечивающим возможность крепления с помощью резьбы на устье скважины, в полости корпуса расположен очищающий элемент, содержащий эластичные диафрагмы с центральным отверстием.

Новым является то, что нижняя цилиндрическая часть дополнительно снабжена патрубком в нижней части боковой поверхности, верхняя цилиндрическая часть корпуса содержит патрубок, размещенный соосно оси корпуса, очищающий элемент-обтиратор установлен в верхней части корпуса, выполненной в виде симметрично-противоположно расположенных ступенчатых полостей с пазами, в которых размещены обтираторы, причем обтираторы выполнены ступенчатой формы, наружная поверхность обтиратора большего размера снабжена уплотнительными кольцами круглого сечения, на торце обтиратора меньшего размера установлен и закреплен обтирающий упругий элемент, причем обтирающий элемент выполнен в виде обоймы, состоящей из двух частей, образующих полость с выемкой типа «ласточкин хвост», в которой размещены обтирающие элементы, обтиратор снабжен пружиной сжатия, размещенной между уступом на наружной поверхности обтиратора и уступом на внутренней поверхности верхней части корпуса, и направляющими валиками, полости очищающих элементов снаружи перекрыты крышками, закрепленными к верхней части корпуса при помощи болтов через прокладку, снабженными штуцерами и гидравлическими шлангами высокого давления, шланги высокого давления соединены через тройник с гидроприводом, регулятором давления и пультом управления узел фиксации верхней и нижней частей корпуса выполнен в виде резьбового соединения.

На фиг. 1 изображен общий вид скважинного устьевого гидравлического герметизатора/обтиратора для насосных штанг.

На фиг. 2 изображен вид сверху скважинного устьевого гидравлического герметизатора/обтиратора для насосных штанг.

На фиг. 3 изображено сечение А-А.

На фиг. 4 изображено сечение Б-Б.

На фиг. 5 изображена эластичная диафрагма.

На фиг. 6 изображен вид сбоку эластичной диафрагмы.

На фиг. 7 изображено расположение направляющих валиков.

Скважинный устьевой гидравлический герметизатор/обтиратор для насосных штанг содержит цилиндрический корпус, состоящий из двух частей 1 (фиг. 1) и 2 с узлом их фиксации относительно друг друга. Корпус выполнен с центральным отверстием, обеспечивающим вход и выход насосных штанг. Нижняя пустотелая цилиндрическая часть корпуса 1 снабжена патрубком 3, обеспечивающим возможность крепления с помощью резьбы на устье скважины. В полости верхней части корпуса расположен очищающий элемент, содержащий эластичные диафрагмы 4 (фиг. 3, 4) с центральным отверстием.

Нижняя цилиндрическая часть корпуса 1 дополнительно снабжена патрубком 5 (фиг. 1) в нижней части боковой поверхности. Цилиндрический корпус позволяет собрать поток нефти из скважины и контролируемо направить ее через боковой патрубок 5, соединеннный шлангом, в емкость для сбора технологической жидкости, либо через затрубную задвижку в межтрубное пространство скважины. Цилиндрический корпус выполняют высотой 40-50 см, наружным диаметром 30-35 см. Нижний патрубок 3 корпуса 1 обеспечивает возможность крепления корпуса с помощью резьбы на устье скважины на стандартной устьевой арматуре АУ 140-50. Металлический патрубок 5 выполнен длиной 10 см, наружным диаметром 60 мм, с одного конца приварен к боковой поверхности корпуса 1, а на другом конце патрубка выполнена наружная резьба, обеспечивающая соединение отводящей линии для отвода, собираемой внутри корпуса, жидкости. Патрубок 5 снабжен быстроразъемным соединением с вентилем на который смонтирован манометр, обеспечивающий контроль давления скважины в случае ГНВП.

Верхняя цилиндрическая часть корпуса 2 содержит патрубок 6, размещенный соосно оси корпуса, обеспечивающий установку штангового приспособления, например ПШ-19/22, которое предназначено для: захвата за квадрат, удержания на весу, фиксацию от проворота при свинчивании и развинчивании насосных штанг при проведении спуско-подъемных операций на скважинах с использованием элеватора трубного ЭТА. Металлические патрубки 3, 6 выполнены диаметром 73 мм, длиной 20 см, с одного конца сварным соединением соединены с корпусом устройства, а на другом конце выполнена ниппельная часть. Приспособление применяется вместо штанговых элеваторов и штангового крюка.

В верхней части корпуса 2 выполнены симметрично-противоположно расположенные ступенчатые полости 7' и 7'' с пазами, в которых размещены очищающие элементы-обтираторы 8 (фиг. 3). Обтираторы 8 выполнены ступенчатой формы. Обтираторы размещены перпендикулярно относительно оси корпуса с увеличением диаметра от оси к боковой поверхности корпуса 2. Торцевая часть большего размера обтиратора выполняют функцию поршня. Наружная поверхность снабжена уплотнительными кольцами 9 (фиг. 3) круглого сечения, обеспечивающими передвижения обтиратора в полости 7' и 7'' в герметичном режиме. Обтираторы могут быть выполнены прямоугольного или круглого сечения. Больший размер конструктивно обеспечивает организацию на торце обтиратора поршня, который перемещает обтиратор 8. В качестве эластичных диафрагм на торце обтираторов меньшего размера установлены и закреплены обтирающие упругие элементы 4 с центральным отверстием при смыкании. Обтиратор 8 в торцевой части меньшего размера выполнен в виде обоймы, состоящей из двух частей, образующих полость с выемкой типа «ласточкин хвост» 10 (фиг. 6), в которой размещены и закреплены обтирающие элементы 4, обеспечивающей возможность оперативной замены. Обтирающие элементы 4 выполнены, например из маслобензостойкой резины и/или композитного, полимерного материала. В зависимости от вязкости обтираемой скважинной жидкости, материал обтирающего элемента может быть разной твердости. Обтиратор 8 снабжен пружиной сжатия 11 (фиг. 3), размещенной между уступом на наружной поверхности обтиратора и уступом на внутренней поверхности верхней части корпуса, обеспечивающей возврат обтиратора в исходное положение. Обтиратор снабжен направляющими валиками 12 (фиг. 3, 4, 5, 6, 7), размещенными в пазах полости 7' и 7'', обеспечивающими пространственное положение обтиратора 8 при перемещении. Полости 7' и 7'' очищающих элементов снаружи перекрыты крышками 13 (фиг. 3), закрепленными к верхней части корпуса при помощи болтов через прокладку, обеспечивающими режим герметичности со стороны атмосферы, и снабженными штуцерами 14 и гидравлическими шлангами высокого давления 15 (фиг. 2). Шланги высокого давления соединены через тройник 16 с гидроприводом (на фигурах не показан), регулятором давления 17 (фиг. 1) и пультом управления 18 шлангом высокого давления 19 (фиг. 2). На шланге высокого давления 19 установлен регулятор давления на обтираторы 8. Используют шланги 15 длиной, например 50-70 см. Приведение в движение обтираторов 8 гидравлическим приводом, например подъемника АПРС-12, 18, 32, 40, который управляется пультом оператора подземного ремонта скважин, позволяет сократить время на сжатие и разжатие штанги обтирающими элементами 4, качественно обтирать штангу при подъеме из скважины, что позволит уменьшить количество нарушений техники безопасности при СПО насосных штанг диаметром 19-25 мм, а также даст возможность оперативно загерметизировать скважину в случае ГНВП.

Узел фиксации верхней 2 и нижней 1 частей корпуса выполнен в виде резьбового соединения, что обеспечивает легкий доступ к внутренней поверхности для чистки и ремонта. Верхняя часть корпуса выполнена с внутренней резьбой, а нижняя часть корпуса с наружной резьбой (на фигуре не показаны).

Предлагаемая конструкция скважинного устьевого гидравлического герметизатора/обтиратора для насосных штанг позволяет повысить эффективность процесса очистки насосных штанг на скважине за счет повышения качества очистки поверхности насосных штанг от нефти, снижения потери нефти, регулирования процесса очистки, расширения технологических возможностей, снижения времени пуска в работу и эксплуатации, исключение загрязнения нефтью рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины, улучшение условий труда обслуживающего персонала. Также устройство позволяет расширить арсенал средств, обеспечивающих очистку насосных штанг на скважине.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в собранном виде пропускают корпус через свободный конец штанги, при этом обтираторы 8 находятся в разомкнутом положении. При помощи нижнего патрубка 3 устанавливают на колонне насосно-компрессорных труб. На верхний патрубок 6 устанавливают штанговое приспособление. Пульт управления 18 включают на режим обтирания, гидравлическая жидкость, через предварительно настроенный регулятор давления 17 по гидравлическому шлангу 19 доводится до тройника 16. В тройнике 16 поток гидравлической жидкости разделяется на два потока и по гидравлическим шлангам 15, через штуцеры 14, подается в надпоршневую полость обтиратора 8. Обтираторы 8 синхронно, практически мгновенно и одновременно, перемещаются к телу штанги обжимая его с необходимым усилием, подобранным экпериментально, при этом происходит сжатие пружин 11. После обжатия тела штанги обтирающим элементом 4, начинают подъем колонны штанг до следующей муфты ниже висящей штанги с одновременным обтиранием от скважинной жидкости. При подходе следующей штанги к обтиратору 8, подъем штанг приостанавливают, обтираторы 8 при помощи пружин 11 открываются по сигналу от пульта управления 18, пропуская муфту, и снова закрываются. После отворота верхней штанги, процесс подъема штанг продолжается. Такая операция повторяется после подъема каждой штанги.

Предлагаемое устройство позволит эффктивность процесса очистки насосных штанг за счет:

- повышения качества очистки поверхности насосных штанг от нефти;

- снижения потери нефти;

- сокращения времени на открытие-закрытие обтираторов (открываются/закрываются синхронно и практически мгновенно), времени на подъем колонны штанг при подземном ремонте скважин, на пуск в работу и эксплуатацию;

- наличия регулятора давления, позволяющего выбрать оптимальное усилие обжатия тела штанги в зависимости от состояния обтираемой скважинной жидкости;

- возможности исполнения обтирающего элемента разной твердости, расширяющего технологические возможности при разных свойствах обтираемой жидкости;

- исключения загрязнения нефтью рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины;

- улучшения условий труда обслуживающего персонала.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к скважинному устьевому гидравлическому герметизатору/обтиратору для насосных штанг. Герметизатор/обтиратор содержит цилиндрический корпус, состоящий из двух частей 1 и 2, связанных резьбовым соединением. Корпус выполнен с центральным отверстием. Нижняя часть 1 снабжена патрубком 3, обеспечивающим возможность крепления с помощью резьбы на устье скважины. В полости корпуса расположен очищающий элемент, содержащий эластичные диафрагмы с центральным отверстием. Часть 1 дополнительно снабжена патрубком 5 в нижней части боковой поверхности. Верхняя цилиндрическая часть 2 содержит патрубок 6, размещенный соосно оси корпуса. Очищающий элемент - обтиратор - установлен в части 2, выполненной в виде симметрично-противоположно расположенных ступенчатых полостей с пазами, в которых размещены обтираторы ступенчатой формы. Наружная поверхность обтиратора большего размера снабжена уплотнительными кольцами круглого сечения. На торце обтиратора меньшего размера установлен и закреплен обтирающий упругий элемент. Обтирающий элемент выполнен в виде обоймы, состоящей из двух частей, образующих полость с выемкой типа «ласточкин хвост», в которой размещены обтирающие элементы. Обтиратор снабжен пружиной сжатия, размещенной между уступом на наружной поверхности обтиратора и уступом на внутренней поверхности части 2, и направляющими валиками. Полости очищающих элементов снаружи перекрыты крышками, закрепленными к части 2 при помощи болтов через прокладку, снабженными штуцерами и гидравлическими шлангами высокого давления. Шланги высокого давления соединены через тройник с гидроприводом, регулятором давления 17 и пультом управления 18. Изобретение направлено на повышение эффективности процесса очистки насосных штанг на скважине. 7 ил.

Скважинный устьевой гидравлический герметизатор/обтиратор для насосных штанг, содержащий цилиндрический корпус, состоящий из двух частей с узлом их фиксации относительно друг друга, корпус выполнен с центральным отверстием, нижняя часть корпуса снабжена патрубком, обеспечивающим возможность крепления с помощью резьбы на устье скважины, в полости корпуса расположен очищающий элемент, содержащий эластичные диафрагмы с центральным отверстием, отличающийся тем, что нижняя цилиндрическая часть дополнительно снабжена патрубком в нижней части боковой поверхности, верхняя цилиндрическая часть корпуса содержит патрубок, размещенный соосно оси корпуса, очищающий элемент - обтиратор - установлен в верхней части корпуса, выполненной в виде симметрично-противоположно расположенных ступенчатых полостей с пазами, в которых размещены обтираторы, причем обтираторы выполнены ступенчатой формы, наружная поверхность обтиратора большего размера снабжена уплотнительными кольцами круглого сечения, на торце обтиратора меньшего размера установлен и закреплен обтирающий упругий элемент, причем обтирающий элемент выполнен в виде обоймы, состоящей из двух частей, образующих полость с выемкой типа «ласточкин хвост», в которой размещены обтирающие элементы, обтиратор снабжен пружиной сжатия, размещенной между уступом на наружной поверхности обтиратора и уступом на внутренней поверхности верхней части корпуса, и направляющими валиками, полости очищающих элементов снаружи перекрыты крышками, закрепленными к верхней части корпуса при помощи болтов через прокладку, снабженными штуцерами и гидравлическими шлангами высокого давления, шланги высокого давления соединены через тройник с гидроприводом, регулятором давления и пультом управления, узел фиксации верхней и нижней частей корпуса выполнен в виде резьбового соединения.