Забойный отсекатель Советский патент 1983 года по МПК E21B43/00 

ГО

ю Изобретение относится к нефтепро.мысловому оборудованию, а более конк ретно к скважинным глубинным запорным устройствам, и может быть исполь зовано в нефтедобыче с целью отсечения пласта при подземном ремонте скважины. Известно устройство для разобщения ствола скважины от продуктивного пласта перед подземным ремонтом, содержащее корпус, шаровый затвор, под пружиненный поршень, образующий с корпусом гидрокамеру 1. Недостатком указанного устройства является низкая надежность его работы в условиях эксплуатации скважин, осложненных высоким содержанием мехпримесей или отложением минеральных твердых отложений, из-за незащищен,нести рабочих органов от контакта с (продукцией скважины. Наиболее близким к изобретению техническим решением является забойный клапанt содержащий корпус с размещенными в нем между седлами запорным органом, выполненным в виде шара с осевым каналом и цилиндрическими выступами для взаимодействия с механизмом управления. Механизм управления выполнен.в виде подпружиненного цилиндра, образующего с корпусом гидрокамеру с перегородкой, разделякидей ее на две сообщенные между собой в нижней части кольцевые камеры, одна из которых заполнена сжатым газом, а другая вязкой жидкостью 2, Недостатками известного клапана являются конструктивная сложность зубчато-реечной передачи вращения ша ру и низкая надежность работы клапана из-за наличия в гидрокамере давле ния отличного от давления скважинной жидкости. Надежность такого клапана зависит в основном от способности уплотнительных манжет гидрокамеры длительное время сохранять в заданных пределах разницу давлений между давлением в гидрокамере и давлением на клапан скважинной жидкости, которое в процессе эксплуатации скважины изменяется в широких пределах (до 80 кг/см). Целью изобретения является упроще ние конструкции отсекателя и повышения надежности его работы за счет устранения в период эксплуатации . скважины перепада давления на уплотнительных элементах гидрокси«1ер. Поставленная цель достигается тем что в забойном отсекателе, включающем корпус, седла, между которыми размещен затвор, выполненный в виде шара с осевым каналом и цилиндрическими выступами для взаимодействия с механизмом управления, выполненным в виде подпружиненного цилиндра, образующего с корпусом гидрокамеры. заполненные сжатым газом и вязкой жидкостью, сообщающиеся между собой каналом, отсекатель имеет подпружиненный золотник с капилляром, установленный в канале сообщения гидрокамер с возможностью перекрытия капи пляра в крайнем верхнем положении, затвор имеет дополнительные цилиндрические выступы, причем выступы равноудалены от оси вращения и расположены по вершинам квадрат.а, а механизм управления выполнен в виде поворотных кулачков, оси которых жестко закреплены в корпусе, при этом гидрокамера, заполненная вязкой жидкостью, имеет эластичную диафрагму, образующую с корпусом дополнительную камеру, сообщающуюся со скважинным пространством. Это позволяет уплотнительным манжетам гидрокамеры находиться в свободном состоянии и не испытывать ни- . какого перепада давления, длительно сохраняя свои уплотнительные свойства и не допускаяутечки газа из гидрокамеры. Сечение капилляра и возвратная пружина золотника подбираются таким образом, что золотник не. реагирует (не закрывается) на скорость восстановления уровня скважинной жидкости после остановки глубинного насоса, свободно перепуская вязкую жидкость из одной .гидрокамеры в дрз гую, поэтому в скважине отсекатель находится в пассивном, как бы в отключенном состоянии. Для того, чтобы канал золотника закрылся и механизм привода отсекателя пришел в движение необходимо искусственно поднимать давление в скважине со скоростью, превьвиающей наибольшую скорость восстановления уровня скважинной жидкости в момент остановки глубинного насоса. Это легко достигается закачкой жидкости в остановленную скважину наземньдм насосным агрегатом, так как даже у самьах высокодебит.ных скважин Самотлорского месторождения (с дебитом 1000 ) наибольшая скорость восстановления уровня не превышает 40 м/мин, т.е. не более 4 мг/см за минуту. На фиг. 1 изображен отсекатель в исходном положении до спуска в скважину, разрез; на фиг. 2 то же, в исходном положении после спуска в скважину, разрез; на фиг. 3 - то же, момент срабатывания приводного механизма, разрез; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1 (взаиморасположение цилиндрических выступов шара и поворотных калачков); на фиг. б - узел 1 на фиг. 1; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 1 (конструкция поворотного кулачка и расположение цилиндрических выступов шара). Забойный отсекатель содержит ((фиг. 1) корпусные детали 1-3, сое диненные между собою при помощи резь 4 и 5 в единый цилиндрический корпус внутри которого размещен подпружинен ный пружиной 6 подвижный цилиндр 7, образующий совместно с корпусными деталями 2 и 3 гидрокамеру 8. Усилие сжатой пружины 6 передается корпусным деталям 2 и 3, а также цилиндру 7 через упорные шайбы 9 и 10. Корпус ные детали 2 и 3 образуют гидрокамеру 11, сообщенную при помощи дроссельного клапана 12 с гидрокамерой 8 и при помощи, радиальных отверстий 13 с полостью скважины. Внутри гидрокамеры 11 размещена эластичная диафрагма 14, которую охватывают снй ружи конусные продольно разрезанные втулки 15 и внутренняя цилиндрическая поверхность корпусной детали 2. (фиг. 6). Для удобства монтажа- разрезных втулок 15 они попарно .соединены разрезным пружинным кольцом 16. Дроссельный клапан 12 состоит (фиг. 6) из золотника 17 с сообщен-ными между собою капиллярными каналами 18 и 19. Золотник 17 подпружи.нен пружиной 20, снабжен уплотнйтель ным кольцом 21 и вставлен в отверстие втулки 22. Гидрокамеры 8 и 11 совместно с диафрагмой 14 (фиг. 1) образуют единый замкнутый объем, изолированный от контакта со скважин ной жидкостью. Для заполнения гидрокамер 8 и 11 вязкой жидкостью и газом корпусная деталь 3 имеет канал 23, обратный клапан 24 и пробку 25,, Цилиндр.7 снабжен затвором, содержащим шар 26 с осевым каналом 27. и цилиндрическими выступами 28, а также седло 29, жестко при помощи резьбы 30 соединенное с поршнем 7, плавакедее седло 31, подпружиненное наборной плоской пружиной 32. Для ог раничения поступательного д&ижения поршень 7 имеет упорный бурт 33, а для разгрузки затвора он снабжен ра диальными отверстиями 34. Для вращения шара 26 вокруг оси Б-Б (фиг. 1) корпусная деталь 1. снаб жена кольцом 35 с двумя противополож но размещенными вставками 36. Каждая вставка 36 (фиг. 7) снабжена поворот ным вокруг оси 37 кулачком 38, подпружиненным пружиной кручения 39, , Кольцо 35 вместе с вставками 36 размещено неподвижно между корпусными деталями 1 и 2. Для сообщения радиг альных отверстий 34 с полостью выс.окого давления над закрытым шаром 26 в момент его разгрузки вставки 36 имеют канал 40, а бурт 33 имеет шлицевой паз 41 (фиг. 4). Корпусные детали снабжены уплотйи тельными манжетами 42-44, а цилиндр 7 и плавающее седло 31 - манжетгили 45 - 47. . Работа отсекателя. Через канал 23 заполняют гидрокамеры 8 сжатым азотом или другим нейтральным газом, а оставшийся объем гидрокамеры 8 и 11 заполняют вязкостью, например глицерином. Давление в этих камерах при зарядке устанавливают paBHfciiM наименьшему давлению скважинной жидкости на отсекатель при работающем электропогружном насосе. Другими, словами, это давление на отсекатель наименьшего динамического столба скважинной жидкости, которое является критическим для нормальной работы скважинного насоса, при достижении которого срабатывает минимальная защита и насос останавливается. Подготовленный к спуску в скважину отсекатель изображен на фиг. 1. Жидкость в гидрокамере 11 находится под избыточным давлением, поэтому диафрагма 14.плотно прижата к корпусным втулкам 15 и корпусной детали 2.. Далее отсекатель совместно с пакером погружают в скважину на расчетную глубину, при этом давление статического столба скважинной жидкости становится больше давления зарядки отсекателя, поэтому диафрагма сжимается, а жидкость из гидрокамеры 11 перетекает в гидрокамеру 8, дополнительно сжимая газ и выравнивания давление отсекателя со скв.ажинным давле,нием, В дальнейшем при работе погружного насоса давление скважинной жидкости на отсекатель изменяется, поэтому газ в полости 8 расширяется или сжимается, а жидкость перетекает через дроссельный клапан 12 из одной камеры в другую и наоборот. Капиллярные каналы 18 и 19 золотника 17 выполнены с таким расчетом, чтобы при восстановлении уровня скважинной жидкости после остановки погружного насоса перетекающая из гидрокамеры 11 в гидрокамеру 8.жидкость не создавала перепада давления на золотник 17, близкого к давлению его срабатывания (закрытия). Отсекатель находится все время в открытом положении. Для закрытия необходимо закачкой наземным насосным агрегатом в скважину жидкости поднимать давление на устье со скоростью,. превышающей скорость восстановления забойного давления скважины после прекращения отбора пластовой жидкости. При этом золотник 17, преодолевая усилие пружины 20 и сопротивление уплотнительного кольца21, перемещается вверх до.упора в шайбу 10 и перекрывает капиллярные каналы 18 и 19, разобщая гидрокамеры 8 и 11. Дальнейшим повышением устьевого давления цилиндр 7, испытьюая воздействие жидкости на кольцевую площадь, определяемую диаметрами Д и Д, перемещается вниз До упора бурта 33 в торец корпусной детали 2, преодолевая сопротивлеиие пружины 6 (фиг. 3). Вместе с цилиндром вниз перемещается шар 26 зажатый между седлами 29 и 31 усилием пружины 32. При перемещении шара 26 вниз одна его соосная пара цилиндрических выступов 28, опираясь на неподвижные кулачки 38 (фиг. 5 и7), поворачивают шар 26 в положение Закрыто (фиг. 3).

При сбрасывании устьевого давления до нуля пружина 6 возвращает цилиндр 7 в исходное (верхнее) положение, при этом кулачки 38 устанавпкваютЬя под с;1едующей соосной парой выступов 28/ а шар 26 остается в поI«

Дроссельный Клаложении Закрыто

пан 12 открывается, гидрокамеры 8 и 11 получают сообщение между собрю. Индикацией о срабатЕлвании отсекателя является установившееся устьевое давление после остановки насосного агрегата в нижнем положении цилиндра 7 (фиг, 3) при закрытом шаре 26 и перекрытом радиальном отверстии 34.

Для открытия отсекателя необходимо также поднять устьевое давление и отбросить его до нуля, при этом шар повернется в ту же сторону на 90

Открыто

в положение

Предлагаемый отсекатель имеет более простой механизм привода затвора и гидрокамеру с разгруженными уплотнительными манжетами, что обеспечивает более высокую надежность и долговечность его работы.

Фог.

Уг

фаг. I

ЗАБОЙНЫЙ ОТСЕКАТЕЛЬ, включающий корпус , седла, меяаду которыми, размещен затвор, выполненный в виде шара с осевым каналом и цилиндрическими выступами для взаимодействия с ; механизмом управления, выполненным в виде подпружиненного подвижного цилиндра-, образующего с корпусом гидрокамеры, заполненные сжатым газом v и вязкой жидкостью, сообщающиеся меж ду собой каналом, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью .упроще.ния конструкции отсекателя и пЬвыше. ния надежности его работы путем устранения в период эксплуатации скважины перепада давления на уплотнительныё элементы гидрокамер, он имеет подпружиненный золотник с капилляром, установленный в санале сообщения гидрокамер с возможностью перекрытия капилляра в крайнем верхнем положении, затвор имеет дополнительные цилиндрические выступы, причем выступы равноудалены от оси вращения и расположены по вершинам квадрата, а механизм управления выполнен в виде поворотных кулачков, ос.и которых, жестко закреплены в корпусе ,при этом гидрокамера, заполнёнтгая вязкой жидкостью, имеет эла;стичную диафрагму, образующую с корпусом дополнительную KeiMepy, сообщающуюся со скважинным пространсТВом«