СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАКРЫТИЯ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАКРЫТИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2025 года по МПК E21B34/16 E21B43/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области добычи нефти, газа, воды, в частности к способам или устройствам для регулирования потока добываемой жидкости или газа в скважинах или к скважинам и к средствам управления клапанными устройствами, расположенным вне скважины [E21B34/16]; [E21B43/12].

Из уровня техники известны НАДУВНАЯ ЗАГЛУШКА ДЛЯ СКВАЖИН В СБОРЕ [US 5346005 A, опубл. 13.09.1994], содержащая герметичный газонепроницаемый надувной контейнер, содержащий сосуд под давлением с клапаном сброса давления. Сосуд под давлением содержит надувное вещество и жидкость задержки, и приспособлен таким образом, что при срабатывании клапана сброса давления жидкость задержки выпускается из сосуда под давлением, тем самым создавая временную задержку между срабатыванием клапана сброса давления и выпуском надувного вещества из сосуда под давлением, и после выпуска жидкости задержки времени выпускается надувное вещество, тем самым надувая надувной контейнер для формирования скважинной пробки.

Недостатком данной надувной заглушки для скважин в сборе является наличие сосуда под давлением непосредственно в скважине, что затрудняет контроль срабатывания устройства на поверхности и подвергает само устройство воздействию внутрискваженной среды.

Также из уровня техники известна СИСТЕМА ЗАКРЫТИЯ СКВАЖИН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ [US 4109714 A, опубл. 29.08.1978], содержащая нормально открытый расходный клапан с приводом давления, соединяемый по текучей среде с выходом скважинной жидкости из устья скважины; узел датчика давления, соединяемый по текучей среде с жидкостным каналом устья скважины ниже по потоку от указанного расходного клапана и имеющий средства реагирования на давление, находящиеся в гидравлической связи с указанным жидкостным каналом устья скважины; указанные средства реагирования клапана на давление имеют подвижный поршень, на котором установлена пружина, нижнее периферийное уплотнение и верхнее периферийное уплотнение, определяющие реакцию на повышенное и пониженное давление; канал передачи давления, находящийся в сообщении по текучей среде с каналом устьевой жидкости ниже по потоку от узла датчика давления и приспособленный для передачи давления жидкости из канала устьевой жидкости через указанные средства клапана, реагирующие на давление; и средства закрытия канала давления, соединяющие указанные средства клапана, реагирующие на давление, с указанным клапаном потока.

Недостатком данной системы закрытия скважин высокого давления является наличие в системе лишь одного изолирующего узла (расходного клапана), обеспечивающего перекрытие потока скважинного флюида, что ведет к возникновению рисков аварии при повреждении данного узла избыточным давлением или его несрабатывании.

Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ, ОСОБЕННО ПОД ВОДОЙ И НА БОЛЬШЕЙ ГЛУБИНЕ, СОДЕРЖИТ БУРОВОЕ ДОЛОТО, КОТОРОЕ СОДЕРЖИТ ОСЬ СКВАЖИНЫ, РАЗДЕЛЯЮЩУЮ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ УСИЛИЕ, И КОНИЧЕСКУЮ РАСТОЧНУЮ ГОЛОВКУ, РАСПОЛОЖЕННУЮ НА ЕЕ НИЖНЕМ КОНЦЕ [CH 703137 A2, опубл. 15.11.2011], отличающееся тем, что бурильная труба (трубчатая ось бурения) содержит по меньшей мере одно боковое отверстие, которое может закрываться управляемым устройством, через которое может течь нефть, поступающая из скважины во время процесса бурения, при этом процесс происходит гидравлически за счет приложения давления к поршню, расположенному в цилиндре, при этом в случае преобладающего избыточного давления на большой глубине это избыточное давление может использоваться в качестве источника энергии. Гидравлическое устройство сконструировано таким образом, что после открытия клапана вода под давлением может проникнуть с одной стороны поршня, в то время как с другой стороны существует нормальное давление воздуха, т.е. относительное отрицательное давление. Также бурильная труба (трубчатая ось бурения) содержит на своем верхнем конце внешне управляемое устройство для открытия и закрытия потока нефти в направлении трубы.

Основной технической проблемой прототипа является наличие в системе лишь одного отсекающего узла (бурильная труба с закрывающимися отверстиями), обеспечивающего перекрытие потока скважинного флюида, что ведет к возникновению рисков аварии при повреждении данного узла избыточным давлением или его несрабатывании.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности и надёжности закрытия скважины, а также повышении скорости закрытия скважины.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для автоматического закрытия скважины состоит из корпуса, внутри которого установлены бак для рабочей жидкости с установленными на нем ручным насосом и гидравлическим распределителем, стойка, на которой установлены манометр трубопроводный и игольчатые клапаны, выполненные с возможностью регулирования пропускного отверстия, пилотное устройство, содержащее в себе клапан контроля низкого давления и клапан контроля высокого давления, а также гидравлического контура, выполненного с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлического контура, выполненного с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлического контура, соединяющего рабочий трубопровод и пилотное устройство и пневмогидроаккумуляторов, смонтированных в корпусе, при этом гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, соединяющий рабочий трубопровод и пилотное устройство, связаны с баком и с пневмогидроаккумуляторами посредством гидравлического распределителя, выполненного с возможностью переключения между гидравлическими контурами, а с пилотным устройством – посредством игольчатых клапанов.

Также указанный технический результат достигается за счет того, что способ автоматического закрытия скважины, осуществляемый с использованием устройства для автоматического закрытия скважины, состоящего из корпуса, внутри которого установлены бак для рабочей жидкости с установленными на нем ручным насосом и гидравлическим распределителем, стойка, на которой установлены манометр трубопроводный и игольчатые клапаны, выполненные с возможностью регулирования пропускного отверстия, пилотное устройство, содержащее в себе клапан контроля низкого давления и клапан контроля высокого давления, а также гидравлического контура, соединяющего выполненного с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлического контура, выполненного с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлического контура, соединяющего рабочий трубопровод и пилотное устройство и пневмогидроаккумуляторов, смонтированных в корпусе, при этом гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, соединяющий рабочий трубопровод и пилотное устройство, связаны с баком и с пневмогидроаккумуляторами посредством гидравлического распределителя, выполненного с возможностью переключения между гидравлическими контурами, а с пилотным устройством – посредством игольчатых клапанов, характеризуется тем, что гидравлический распределитель подключают к гидравлическому контуру, соединяющему наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, посредством ручного насоса создают давление рабочей жидкости внутри гидравлического контура, соединяющего наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, после чего заряжают пневмогидроаккумуляторы гидравлического контура, соединяющего наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, затем подключают гидравлический распределитель к гидравлическому контуру, соединяющему подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, после чего посредством ручного насоса создают давление рабочей жидкости внутри гидравлического контура, соединяющего подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, затем заряжают пневмогидроаккумулятор гидравлического контура, соединяющего подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, после этого определяют наличие рабочего давления в рабочем трубопроводе с помощью манометра трубопроводного, одновременно осуществляют открытие пилотного устройства и подачу рабочей жидкости на клапан контроля низкого давления и клапан контроля высокого давления.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена автоматическая система закрытия скважины в общем виде.

На фиг.2 представлена автоматическая система закрытия скважины вид сверху.

На фигурах обозначено: 1 – корпус, 2 – пневмогидроаккумулятор, 3 – бак, 4 – импульсная трубка, 5 – пилотное устройство, 6 – манометр линии управления, 7 – манометр трубопроводный, 8 – гидравлический распределитель, 9 – стойка, 10 – уровень, 11 – сливная пробка, 12 – люк, 13 – обратный клапан, 14 – игольчатый клапан, 15 – клапан сброса, 16 – ручной насос.

Осуществление изобретения

Автоматическая система закрытия скважины содержит корпус 1, выполненный в виде шкафа, внутрь которого смонтирован бак 3, содержащий уровень 10, выполненный с возможностью индикации уровня рабочей жидкости внутри бака 3. В нижней части бака смонтирована сливная пробка 11, а внутри бака 3 смонтирован фильтр. Поверх бака 3 смонтирован ручной насос 16, соединённый с гидравлическим распределителем 8. Гидравлический распределитель 8 соединён с пневмогидроаккумуляторами 2, предназначенные для поддержания давления в системе, причём соединение может быть выполнено как напрямую, так и через игольчатый клапан 14, при этом соединение осуществляется посредством импульсных трубок 4 со смонтированными на них обратными клапанами 13, выполненными с возможностью предотвращения перетока рабочей жидкости, при этом максимальное рабочее давление клапана составляет 41,3 МПа (413 кгс/см²), а давление открытия клапана составляет 0,035 МПа (0,35 кгс/см²). Пневмогидроаккумуляторы 2 соединены с манометрами линии управления 6, а манометры линии управления 6, в свою очередь, соединены с клапаном сброса 15. Манометры линии управления 6 смонтированы к стойке 9, причём на стойке 9 также смонтированы игольчатые клапаны 14. Игольчатые клапаны 14 могут быть смонтированы вне корпуса 1 и выполнены с возможностью регулирования расхода рабочей жидкости. Также автоматическая система закрытия скважины содержит пилотное устройство 5, содержащее в себе клапан контроля низкого давления, выполненного с возможностью открытия при падении давления в рабочем трубопроводе ниже установленного для этого клапана значения, и клапан контроля высокого давления, выполненного с возможностью открытия при увеличении давления в рабочем трубопроводе выше установленного для этого клапана значения, при этом пилотное устройство также подключено к манометру трубопроводному 7, показывающему давление среды в рабочем трубопроводе. В верхней части корпуса 1 смонтирован люк 12. В настоящей системе существует три гидравлических контура:

1. Гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, управление потоком рабочей жидкости в контуре осуществляется посредством игольчатых клапанов 14.

2. Гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, управление потоком рабочей жидкости в контуре осуществляется посредством игольчатых клапанов 14.

3. Гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения рабочего трубопровода с пилотным устройством, управление потоком рабочей жидкости в контуре осуществляется посредством пилотного устройства 5.

Гидравлический распределитель 8 выполнен с возможностью переключения между указанными гидравлическими контурами, а пилотное устройство 5 выполнено таким образом, что открытие клапана контроля низкого давления или клапана контроля высокого давления сопровождается последовательным снижением давления в гидравлическом контуре, выполненном с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, а затем в гидравлическом контуре, выполненном с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, что, в свою очередь, сопровождается последовательным закрытием наземных и подземных запорных элементов скважины, т.е. закрытием скважины.

Автоматическая система закрытия скважины используется следующим образом.

Гидравлический распределитель 8 подключают к гидравлическому контуру, соединяющему наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, затем посредством ручного насоса 16 создают давление рабочей жидкости внутри гидравлического контура, соединяющего наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, после чего заряжают пневмогидроаккумуляторы 2 гидравлического контура, соединяющего наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, контроль давления заполнения осуществляют посредством манометров линии управления 6.

Затем подключают гидравлический распределитель 8 к гидравлическому контуру, соединяющему подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, после чего посредством ручного насоса 16 создают давление рабочей жидкости внутри гидравлического контура, соединяющего подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, затем заряжают пневмогидроаккумулятор 2 гидравлического контура, соединяющего подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, контроль заполнения осуществляют посредством манометра линии управления 6. После этого определяют наличие рабочего давления в рабочем трубопроводе с помощью манометра трубопроводного 7, одновременно с этим осуществляют открытие пилотного устройства 5 и подают рабочую жидкость на клапан контроля низкого давления и клапана контроля высокого давления. После выполнения указанных действий скважина будет автоматически закрыта при уменьшении или увеличении давления газа в рабочем трубопроводе сверх установленных значений, при этом посредством настройки игольчатых клапанов 14 можно регулировать скорость сброса рабочей жидкости из гидравлических контуров и, соответственно, скорость закрытия наземных и подземных запорных элементов скважины. Скорость закрытия варьируется в интервале от 10 до 40 секунд для каждого из запорных элементов. Также при возникновении необходимости остановить скважину в ручном режиме открывают игольчатые клапаны 14, расположенные на стойке 9, что приводит к сбросу рабочей жидкости из гидравлических контуров в бак 3 и последовательному закрытию наземных и подземных запорных элементов скважины.

Пример осуществления изобретения

В соответствии с настоящим изобретением изготовлена система автоматического закрытия скважин для номинального давления управляющей среды равного 12 МПа, в качестве управляющей среды применялись природный газ, газовый конденсат и нефть с объемным содержанием CO₂ и H₂S не более 6%. Диапазон настройки для срабатывания клапана контроля низкого давления был выполнен в пределах от 0,8 до 4 МПа, а для срабатывания клапана контроля высокого давления – от 3,5 до 16 МПа, при этом рабочее давление в гидравлическом контуре, соединяющем наземные запорные элементы скважины, в частности, боковую задвижку и стволовую задвижку, с пилотным устройством, составило 17 МПа, а рабочее давление в гидравлическом контуре, соединяющем подземные запорные элементы скважины, в частности, подземный клапан-отсекатель, с пилотным устройством, составило 35 МПа, климатическое исполнение системы - ХЛ, категория размещения 1, в соответствии с ГОСТ 15150-69. Максимальная удалённость системы от устья скважины составила 30 м, при этом настройка игольчатых клапанов позволила закрыть устье скважины за одну минуту: 20 секунд на закрытие боковой задвижки, 20 секунд на закрытие стволовой задвижки и 20 секунд на закрытие клапана-отсекателя.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности и надёжности закрытия скважины, а также повышении скорости закрытия скважины.

Указанный технический результат в части повышения безопасности и надёжности закрытия скважины достигается за счет автоматического последовательного закрытия наземных и подземных запорных элементов скважины при превышении максимально допустимого для работы скважины давления или снижении давления ниже минимально допустимого для работы скважины. Возможность настройки игольчатых клапанов на определённое значение расхода рабочей жидкости позволяет достичь заявленного технического результата в части повышения скорости закрытия скважины, поскольку минимально возможное время закрытия запорного элемента при максимальном раскрытии игольчатых клапанов составляет 10 секунд.

Таким образом, благодаря заявленному изобретению возможно повышение уровня безопасности и надёжности закрытия скважины, а также повышение скорости закрытия скважины без риска для надёжности системы.

Изобретение относится к области бурения грунта или горных пород; добычи нефти, газа, воды, растворимых или плавких материалов или полезных ископаемых в виде шлама из буровых скважин, в частности к средствам управления клапанными устройствами, расположенным вне скважины, а также к способам или устройствам для регулирования потока добываемой жидкости или газа в скважинах или к скважинам. Устройство для автоматического закрытия скважины состоит из корпуса, внутри которого установлены бак для рабочей жидкости с установленными на нем ручным насосом, гидравлическим распределителем и пневмогидроаккумуляторами. На стойке установлены манометр трубопроводный и игольчатые клапаны, выполненные с возможностью регулирования пропускного отверстия. Пилотное устройство содержит в себе клапан контроля низкого давления и клапан контроля высокого давления. Устройство содержит гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством. Устройство содержит гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством и гидравлический контур, соединяющий рабочий трубопровод и пилотное устройство. Гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, соединяющий рабочий трубопровод и пилотное устройство, связаны с баком и с пневмогидроаккумуляторами посредством гидравлического распределителя, выполненного с возможностью переключения между гидравлическими контурами, а с пилотным устройством – посредством игольчатых клапанов. Заявлен способ автоматического закрытия скважины. Достигается технический результат – повышение уровня безопасности и надёжности закрытия скважины, а также повышение скорости закрытия скважины без риска для надёжности системы. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для автоматического закрытия скважины, состоящее из корпуса, внутри которого установлены бак для рабочей жидкости с установленными на нем ручным насосом и гидравлическим распределителем, стойка, на которой установлены манометр трубопроводный и игольчатые клапаны, выполненные с возможностью регулирования пропускного отверстия, пилотное устройство, содержащее в себе клапан контроля низкого давления и клапан контроля высокого давления, а также гидравлического контура, выполненного с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлического контура, выполненного с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлического контура, соединяющего рабочий трубопровод и пилотное устройство, и пневмогидроаккумуляторов, смонтированных в корпусе, при этом гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, соединяющий рабочий трубопровод и пилотное устройство, связаны с баком и с пневмогидроаккумуляторами посредством гидравлического распределителя, выполненного с возможностью переключения между гидравлическими контурами, а с пилотным устройством – посредством игольчатых клапанов.

2. Способ автоматического закрытия скважины, осуществляемый с использованием устройства для автоматического закрытия скважины, состоящего из корпуса, внутри которого установлены бак для рабочей жидкости с установленными на нем ручным насосом и гидравлическим распределителем, стойка, на которой установлены манометр трубопроводный и игольчатые клапаны, выполненные с возможностью регулирования пропускного отверстия, пилотное устройство, содержащее в себе клапан контроля низкого давления и клапан контроля высокого давления, а также гидравлического контура, выполненного с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлического контура, выполненного с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлического контура, соединяющего рабочий трубопровод и пилотное устройство, и пневмогидроаккумуляторов, смонтированных в корпусе, при этом гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения наземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, выполненный с возможностью соединения подземных запорных элементов скважины с пилотным устройством, гидравлический контур, соединяющий рабочий трубопровод и пилотное устройство, связаны с баком и с пневмогидроаккумуляторами посредством гидравлического распределителя, выполненного с возможностью переключения между гидравлическими контурами, а с пилотным устройством – посредством игольчатых клапанов, характеризующийся тем, что гидравлический распределитель подключают к гидравлическому контуру, соединяющему наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, посредством ручного насоса создают давление рабочей жидкости внутри гидравлического контура, соединяющего наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, после чего заряжают пневмогидроаккумуляторы гидравлического контура, соединяющего наземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, затем подключают гидравлический распределитель к гидравлическому контуру, соединяющему подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, после чего посредством ручного насоса создают давление рабочей жидкости внутри гидравлического контура, соединяющего подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, затем заряжают пневмогидроаккумулятор гидравлического контура, соединяющего подземные запорные элементы скважины с пилотным устройством, после этого определяют наличие рабочего давления в рабочем трубопроводе с помощью манометра трубопроводного, одновременно осуществляют открытие пилотного устройства и подачу рабочей жидкости на клапан контроля низкого давления и клапан контроля высокого давления.