Электрический скважинный разъединитель Российский патент 2024 года по МПК E21B17/06 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при проведении внутрискважинных работ при необходимости разъединения одной части оборудования от другой.

Известен скважинный разъединитель, включающий верхнюю и нижнюю разъединяемые части, соединенные замком, отмыкаемым подвижной втулкой, которая имеет возможность перемещения под действием избыточного давления, причем верхняя часть разъединителя выполнена в виде переводника, с которым связан замок, выполненный в виде цанги, зафиксированной подвижной втулкой, имеющей возможность перемещения под действием избыточного давления, создаваемого в затрубном пространстве, и соединенной с поршнем, помещенным в кольцевую цилиндрическую полость, гидравлически связанную с внутренней полостью колонны труб, причем цанга имеет многогранный паз и соединена с переводником, имеющим сверху присоединительную резьбу, нижняя часть разъединителя выполнена в виде штока, верхний конец которого имеет многогранную форму и помещен в многогранный паз цанги, а его нижний конец имеет присоединительную резьбу (см патент RU 2278945, МПК 8 Е21В 17/06, 2006 г.).

Недостатком данного устройства является необходимость создания перепада давления в межколонном и колонном пространствах для срабатывания (разъединения) устройства в скважине, при этом величина перепада давления должна быть достаточной для перемещения поршня вверх. Для выполнения данного условия необходимо строгое соблюдение конструктивных размеров устройства, привязанных непосредственно к типоразмеру эксплуатационной колонны скважины, в которую спускается данный скважинный разъединитель.

Известно устройство для разъединения оборудования при проведении внутрискважинных работ с одновременным разъединением электрических либо гидравлических линий. Устройство включает верхнюю и нижнюю части, герметично вставленные и зафиксированные друг относительно друга. Устройство выполнено с возможностью одновременного разъединения оборудования и электрических либо гидравлических линий. Стопорные элементы выполнены в виде срезных штифтов, или в виде срезных колец, или упругих кольцевых элементов, расположенных в проточке, либо цанговых или пружинных фиксаторов. Герметизация обеспечивается уплотнительными элементами в виде колец, сальников, манжет, причем электрическая либо гидравлическая линия закрепляется с помощью прижимов на верхней и нижней частях устройства для разъединения оборудования при проведении внутрискважинных работ (см. патент РФ 2570697, МПК E21B 17/06 (2006.01), E21B 29/04 (2006.01), 2015 г.).

Недостатком данного устройства является необходимость натяжения кабеля для среза срезных элементов разъединителя. При повреждении кабеля уменьшается его несущая способность, что может привести к обрыву кабеля при попытке разъединения.

Общим недостатком всех указанных устройств является то, что разъединители выполнены с механическими и гидравлическими системами запуска, имеющими большую инерционность срабатывания.

В существующем уровне техники не выявлено близких решений.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании изобретения, является обеспечение планируемого разъединения между собой частей компоновки, спускаемой в скважину, в случае возникновения нештатной или аварийной ситуации (например, прихвата перфосистемы) адресным ключом по электрическому управляющему сигналу.

Технический результат, достигаемый в результате использования всех существенных признаков заявленного изобретения заключается в снижении времени срабатывания устройства для разъединения частей компоновки и, как следствие, обеспечении сокращения времени подъема застрявшей компоновки и предотвращении создания аварийной ситуации.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что разработан электрический скважинный разъединитель, содержащий головку с размещенными в ней механизмом разъединения, состоящим из переходника и корпуса с установленной в нем цангой, имеющей поршень-фиксатор и соединенной с переходником, и приводом механизма разъединения, выполненным в виде быстросъемного картриджа, соединенного с корпусом механизма разъединения.

Головка выполнена в виде полого корпуса и оснащена герметичным неподвижным контактом.

Поршень-фиксатор снабжен установленными в него с противоположных сторон и соединенными в электрическую линию контактами.

Привод механизма разъединения, выполнен в виде быстросъемного картриджа, состоит из корпуса с крышкой и установленными в них цилиндром, снабженным золотником и пружиной, верхним и нижним подпружиненными контактами и устройством фиксации золотника.

Устройство фиксации золотника, содержит червячный редуктор с выходным валом, рычаг, качающийся на оси, закрепленной в корпусе быстроразъемного картриджа, лески, закрепленной одним концом на рычаге, а другим на выходном валу червячного редуктора и упора.

Устройство фиксации золотника может быть выполнено из ходовой гайки, миикро-электродвигателя, соединенного с источником постоянного тока и снабженного редуктором, ходовым винтом и реле.

Разработанный электрический скважинный разъединитель, содержащий головку с размещенными в ней механизмом разъединения, состоящим из корпуса с установленной в нем цангой с поршнем-фиксатором, соединенной с переходником, и приводом механизма разъединения, выполненного в виде быстросъемного картриджа, соединенного с корпусом механизма разъединения обеспечивает сокращение времени на разъединение компоновки и, как следствие, обеспечивает сокращение времени подъема застрявшей компоновки и предотвращение создания аварийной ситуации.

Механизм разъединения, состоящий из переходника и корпуса с установленной в нем цангой, соединенной с переходником и снабженной поршнем-фиксатором, обеспечивает сокращение времени на разъединение компоновки с одновременным отсоединением электрической линии, что сокращает и время подъема застрявшей компоновки.

Привод механизма разъединения (быстросъемный картридж) обеспечивает работу механизма разъединения, обеспечивая сокращение времени срабатывания устройства для разъединения частей компоновки, соответственно, времени подъема застрявшей компоновки и предотвращение создания аварийной ситуации.

Фиг.1 - вид в сборе электрического скважинного разъединителя;

Фиг.2 - механизм разъединения;

Фиг.3 - привод механизма разъединения (быстросъемный картридж);

Фиг.4 - общий вид сработавшего устройства до момента завершения разъединения;

Фиг.5 - пример расположения электрического скважинного разъединителя в компоновке.

Электрический скважинный разъединитель (далее ЭРА) предназначен для аварийного разъединения между собой частей компоновки, спускаемой в скважину, в случае возникновения нештатной или аварийной ситуации (например, прихвата перфосистемы).

Перечень элементов заявляемого электрического скважинного разъединителя:

1 - механизм разъединения;

2 - привод механизма разъединения (быстросъемный картридж);

3 - головка;

4 - корпус механизма разъединения;

5 - цанга;

6 - лепестки цанги;

7 - переходник;

8 - осевое отверстии цанги;

9 - поршень-фиксатор;

10 - верхний контакт;

11- нижний контакт;

12- провод;

13 - расточка переходника;

14 - срезные штифты;

15 - корпус быстросъемного картриджа;

16 - цилиндр быстросъемного картриджа;

17 - золотник быстросъемного картриджа;

18 - пружина;

19 - упор;

20 - верхний подпружиненный контакт;

21 - нижний подпружиненный контакт;

22 - электровоспламенитель;

23 - адресный ключ;

24 - крышка быстросъемного картриджа;

25 - выходной вал червячного редуктора устройства фиксации золотника;

26 - рычаг устройства фиксации золотника;

27 - ось устройства фиксации золотника;

28 - леска;

29 - отверстие корпуса механизма разъединения;

30 - радиальные отверстия в цилиндре 16 быстросъемного картриджа;

31 - герметичный неподвижный контакт головки 3;

32 - штифты;

33 - кабель;

34 - нижнее уплотнительное кольцо;

35 - радиальные отверстия в корпусе 4 механизма разъединения;

36 - осевое отверстия в цилиндре 16 быстросъемного картриджа;

37 - рабочая полость механизма разъединения;

38 - уплотнительные кольца цанги.

Основными узлами ЭРА являются механизм разъединения 1 (см. фиг. 1, 2), привод механизма разъединения (быстросъемный картридж) 2 (см. фиг. 1, 3) и головка 3 (см. фиг. 1).

Корпус 4 механизма разъединения 1 установлен в головку 3. В корпус 4 механизма разъединения с противоположных сторон установлены цилиндр 16 привода механизма разъединения (быстросъемного картриджа) 2 и тыльная сторона цанги 5. Лепестки 6 цанги 5 (см. фиг.2) установлены в переходнике 7, оставляемом в компоновке после разъединения. Переходник 7 зафиксирован для предотвращения от вращательного перемещения относительно цанги 5 штифтами 32. В осевом отверстии 8 цанги 5 установлен поршень-фиксатор 9 с верхним 10 и нижним 11 контактами, соединенными в электрическую линию проводом 12.

Верхний контакт 10 выполнен герметичным для обеспечения перепада давления между полостями гидроцилиндра, образуемого корпусом 4, цангой 5, переходником 7, поршнем-фиксатором 9. Поршень-фиксатор 9 в исходном положении блокирует осевые перемещения цанги 5 распором лепестков 6 цанги в расточке 13 переходника 7. Сам поршень-фиксатор 9 фиксируется в цанге 5 при сборке срезными штифтами 14 для предотвращения его самопроизвольного перемещения и, как следствие разъединения компоновки.

Привод механизма разъединения 2 (см. фиг. 3) выполнен в виде быстросъемного картриджа. Быстросъемный картридж 2 состоит из корпуса 15 с крышкой 24 и установлен в головке 3 (см. фиг. 1). В осевом отверстии корпуса 15 установлен цилиндр 16 быстросъемного картриджа, снабженный золотником 17 и пружиной 18. В крышке 24 быстросъемного картриджа 2 установлен верхний подпружиненный контакт 20, соединенный с адресным ключом 23. Нижний подпружиненный контакт 21 установлен в цилиндре 16 быстросъемного картриджа. Свободная часть цилиндра 16 быстросъемного картриджа 2 установлена в отверстии 29 корпуса 4 механизма разъединения. Цилиндр 16 быстросъемного картриджа совместно с золотником 17, установленным в цилиндре 16 с возможностью перемещения, отделяют рабочую полость 37 механизма разъединения 1 от скважинной жидкости. Золотник 17 подпирается пружиной 18 и зафиксирован в исходном положении через упор 19 устройством фиксации золотника. Устройство фиксации золотника может состоять из червячного редуктора с выходным валом 25, рычага 26, качающегося на оси 27, закрепленной в корпусе 15, лески 28 и упора 19 (см. фиг.3). В корпусе 15 установлен электровоспламенитель. 22. Леска 28 закреплена одним концом на рычаге 26, другим на выходном валу 25 червячного редуктора и проходит через электровоспламенитель 22. Устройство фиксации золотника может быть выполнено иным образом, описанным ниже.

Перемещение золотника 17 против усилия пружины 18 и фиксация его в исходном положении производится вращением (с помощью специального торцевого ключа) входного вала (условно не показан) червяного редуктора, приводящим во вращение выходной вал 25, который, наматывая на себя леску 28 натягивает ее и вращает рычаг 26 вокруг оси 27. Рычаг 26 через упор 19 толкает золотник 17. Контроль установки золотника 17 в исходное положение визуальный, через радиальные отверстия 30 в цилиндре 16 быстросъемного картриджа.

Головка 3 служит для обеспечения герметичности быстросъемного картриджа 2 до срабатывания и оснащена герметичным неподвижным контактом 31 (см. фиг.1).

Сборка устройства.

В переходник 7 устанавливают цангу 5, лепестки 6 цанги 5 защелкиваются в расточке 13 переходника 7. Затем в цангу 5 устанавливают поршень-фиксатор 9 с установленными в нем верхним 10 и нижним 11 контактами, соединенными в электрическую линию проводом 12. Затем на цангу 5 накручивают корпус 4. Устанавливают привод механизма разъединения (быстросъемный картридж) 2, для этого цилиндр 16 быстросъемного картриджа вставляют в отверстие 29 корпуса 4. На корпус 4 с установленным в нем быстросъемным картриджем 2 накручивают головку 3.

Установку электрического скважинного разъединителя в компоновку производят путем свинчивания, как и все элементы компоновки. Компоновка утверждается планом работ проведения прострелочно-взрывных работ на скважине. Электрический скважинный разъединитель устанавливают в приборной части компоновки, т.е. над секциями перфоратора (путем свинчивания), чтобы в случае, к примеру, авариной ситуации разъединить и поднять приборную часть, для исключения рисков отрыва или повреждения геофизического кабеля). Расположение ЭРА в компоновке определяется планом работ, на фиг.5 приведен пример возможного расположения ЭРА в компоновке.

После каждого срабатывания ЭРА в механизме разъединения 1 заменяют уплотнительные кольца, контакты 10, 11, срезные штифты 14; в головке 3 - герметичный контакт 31. Быстросъемный картридж 2 восстановлению не подлежит.

Работа устройства.

При выходе компоновки на перфорируемый интервал ЭРА обеспечивает транзит управляющего электрического сигнала с кабеля 33 (см. фиг. 5) и вышестоящих узлов компоновки через транзитный провод 12, подключенный по цепочке: герметичный контакт 31 головки 3 - верхний подпружиненный контакт 20 быстросъемного картриджа 2 - адресный ключ 23 - нижний подпружиненный контакт 21 быстросъемного картриджа 2 - верхний герметичный контакт 10 поршня-фиксатора 9 -транзитный провод 12 - нижний контакт 11 поршня-фиксатора 9. Управление механизмом разъединения 1 с помощью электрического сигнала позволяет обеспечить сокращение времени на его срабатывание и как следствие на разъединение компоновки, что обеспечивает сокращение времени подъема застрявшей компоновки и предотвращение создания аварийной ситуации.

Расфиксация золотника 17 производится пережиганием лески 28 электровоспламенителем 22, который запускается адресным ключом 23 по сигналу с поверхности при возникновении нештатной ситуации. При расфиксации золотник 17 пружиной 18 выталкивается вверх и после выхода нижнего уплотнительного кольца 34 золотника 17 из уплотнительной поверхности цилиндра 16 скважинная жидкость через радиальные отверстия 35 в корпусе 4 механизма разъединения 1 и радиальные отверстия 30 и осевое 36 отверстия в цилиндре 16 поступает в рабочую полость 37 механизма разъединения 1 (см. фиг. 4). Выполнение привода механизма разъединения из простых взаимосвязанных элементов обеспечивает сокращение времени на разъединение компоновки и, как следствие, обеспечивает сокращение времени подъема застрявшей компоновки и предотвращение создания аварийной ситуации.

Как вариант исполнения устройства фиксации золотника, его расфиксация возможна ходовой гайкой, приводимой микроэлектродвигателем с редуктором и ходовым винтом, который запускается от источника постоянного тока, входящего в состав картриджа при замыкании отдельной электрической цепи. Цепь замыкает реле, которое активируется адресным ключом 23 по сигналу с поверхности (данный вариант не показан на приведенных схемах).

Сила от повышенного давления приводит поршень-фиксатор 9 в движение. Поршень-фиксатор 9 срезает штифты 14, высвобождает лепестки 6 цанги 5, упирается в переходник 7 и выталкивает цангу 5 с извлекаемой частью компоновки из гнезда переходника 7. Уплотнительные кольца 38 цанги 5 выходят из сопряжения с переходником 7, тем самым нарушая герметичность подпоршневого пространства и окончательно разъединяя компоновку. После поднятия извлекаемой части компоновки оставшуюся ее часть возможно извлечь за наружную часть переходника 7 овершотом с подходящим диаметром, спущенным на НКТ.

Заявляемое изобретение может быть изготовлено на современном оборудовании с применением известных материалов, элементов и современных технологий.

Заявляемое изобретение может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности при проведении внутрискважинных работ при необходимости разъединения одной части оборудования от другой.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при проведении внутрискважинных работ при необходимости разъединения одной части оборудования от другой. Устройство содержит головку с размещенными в ней механизмом разъединения, состоящим из переходника и корпуса с установленной в нем цангой, имеющей поршень-фиксатор и соединенной с переходником. Привод механизма разъединения соединен с корпусом механизма разъединения, включающим корпус с крышкой, установленные в нем цилиндр, снабженный золотником и пружиной, верхний подпружиненный контакт, установленный в крышке, нижний подпружиненный контакт, установленный в цилиндре, и устройство фиксации золотника. Снижается время срабатывания устройства для разъединения частей компоновки, сокращается время подъема застрявшей компоновки и предотвращается создание аварийной ситуации. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электрический скважинный разъединитель, содержащий головку с размещенными в ней механизмом разъединения, состоящим из переходника и корпуса с установленной в нем цангой, имеющей поршень-фиксатор и соединенной с переходником, и приводом механизма разъединения, соединенным с корпусом механизма разъединения и включающим корпус с крышкой, установленные в нем цилиндр, снабженный золотником и пружиной, верхний подпружиненный контакт, установленный в крышке, нижний подпружиненный контакт, установленный в цилиндре, и устройство фиксации золотника.

2. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что головка выполнена в виде полого корпуса и оснащена герметичным неподвижным контактом.

3. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что поршень-фиксатор снабжен установленными в него с противоположных сторон и соединенными в электрическую линию контактами.

4. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что устройство фиксации золотника содержит червячный редуктор с выходным валом, рычаг, качающийся на оси, закрепленной в корпусе привода механизма разъединения, леску, закрепленную одним концом на рычаге, а другим на выходном валу червячного редуктора и упора.

5. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что устройство фиксации золотника выполнено из ходовой гайки, микро-электродвигателя, соединенного с источником постоянного тока и снабженного редуктором, ходовым винтом и реле.