Автоматическое глубинное устройство для перекрытия ствола скважин Советский патент 1984 года по МПК E21B34/06 

11 Изобретение относится к нефтедобы че, в частности к конструкциям глуби ных устройств, которые автоматически производят перекрытие ствола скважины после прекращения отбора жидкости из скважины и открытия ствола скважи ны после начала отбора жидкости лз скважины. По основному авт.св. № 859609 известно, автоматическое глубинное устройство для перекрытия скважин, содержащее устанавливаемый на пакере корпус с радиальными отверстиями, в котором размещен жестко соединенны с ним natpy6oK, подвижный стакан,уст новленный между корпусом и патрубком и поршень, снабжено рабочим и управляющим подпружиненным поршнями и ниж ним и верхним золотниками с аксиальными каналами, причем рабочий поршень установлен в нижней части патрубка и жестко связан с нижним золот ником и поршнем, который жестко связан с подвижным стаканом, а управляю щий подпружиненный поршень установлен в верхней части патрубка.и жестко связан с верхним золотником, при этом верхний и нижний золотники образуют камеру, сообщающуюся с подпакерным и надпакерным пространством причем подвижный стакан выполнен с наклонными пазами, в которых установ лен фиксатор его крайнего верхнего и нижнего положений Cl. Однако при эксплуатации этого устройства в случае даже незначитель ного нарушения герметичности между подвижно сопряженными поверхностями корпуса, подвижного стакана и патруб ка, вызванного износом подвижных трущихся поверхностей, в кольцевую полость, образуемую внешней поверхностью патрубка, внутренней поверхностью корпуса и верхним торцом подвижного стакана, проникает откачиваемая из скважины жидкость. При этом полость постепенно (в ряде случаев в течение нескольких месяцев) заполняется жидкостью, что увеличивает время срабатывания устройства при открытии ствола скважины после пуска двигателя насоса. Это связано с тем, что жидкость, заполняющая внутреннюю полость, образованнзпо наружной поверхностью патрубка, внутренней поверхностью корпуса и верхни торцом подвижного стакана, выполняет роль демпфера, препятствующего свободному перемещению подвижного ста5. 2 кана. Движение подвижного стакана вверх существенно замедляется (в некоторых случаях в десятки раз), так как для удаления жидкости из полости через зазоры в подвижных сопряжениях требуется определенное время которое зависит от величины зазора и разности давлений в кольцевой полости, надпакерном и подпакерном пространствах. Увеличение времени срабатывания устройства.при открытии ствола скважины может привести к тому, что уровень жидкости в скважине может опуститься, хотя и на относительно короткое время, ниже динамического уровня, а в ряде случаев даже ниже уровня установки насоса в скважине. Это приводит при использовании электроцентробежных насосов к перегреву электродвигателя центробежного насоса, приводящему к выходу его из строя, а при использовании штанговых плунжерных насосов к выходу из строя плунжерного насоса из-за повышенного износа плунжерной пары, работающей в режиме полусухого трения. При этом межремонтный период скважины резко уменьшается. Цель изобретения - повьш1ение надежности работы скважины за счет уменьшения времени срабатывания. Указанная цель достигается тем, что в автоматическом глубинном устройстве для перекрытия ствола скважины радиальные отверстия в корпусе выполнены в виде пазоь, верхняя стенка которых расположена верхнего торца подвижного стакана в его крайнем верхнем положении. Благодаря выполнению в корпусе радиальных отверстий в виде пазов, верхняя стенка которых расположена верхнего торца подвижного стакана в его крайнем положении,, нарушение герметичности между подвижно сопряженными поверхностями корпуса, подвижного стакана и патрубка, вызываемое износом подвижных трущихся поверхностей в результате эксплуатации, не влияет на изменение условий работы устройства. Постоянство условий работы устройства определяется тем, что давление в кольцевой полости над верхним торцом подвижного стакана остается постоянным, равным подпакерному давлению, а значит остается постоянной и сила сопротивления перемещению вверх подвижного стакана. ПОСТОЯНСТ.ВО силы сопротивления перемещению подвижного стакана, в частности вверх, приводит к тому, что время срабатывания устройства (время перемещения подвижного стакана из крайнего нижнего в крайнее верхнее положение) остается постоянным за весь период эксплуатации устройства независимо от степени износа и нарушения герметичности подвижных сопряжений корпуса-патрубкаподвижного стакана. Благодаря постоянству времени срабатывания устройства, достигаемому за счет выполнения в корпусе радиальных отверстий ввиде пазов, верхняя стенка которых расположена вьше верхнего торца подвижного стакана в его верхнем положении, при запуске скважиныв эксплуатацию исключаются условия, неблагоприятные для работы погружного оборудования (электродвигателя центробежного насоса или плунжерного насоса), за счет чего срок службы погруженного оборудования, в частности электродвигателей центробежных насосов плунжерных насосов, увеличивается, что влечет за собой увеличение межремонтного периода работы скважины. На фиг.1 изображено устройство при открытом стволе скважины,продольный разрез; на фиг.2 - то же, при закрытом стволе скважины; на фиг.З и 4 --виды А и Б на фиг.1 соответственно; на фиг.З и 6 - виды В и Г на фиг.2 соответственно. Автоматическое глубинное устройст во для перекрытия ствола скважины содержит корпус 1, установленный в скважине на пакере 2. Внутри корпуса 1 размещен жестко соединенный с ним патрубок 3, а в кольцевом пространстве между корпусом 1 и патрубком 3 размещен подвижный стакан 4. В корпусе 1 выполнены отверстия 5 , в под вижном стакане 4 - отверстия 6, в патрубке 3 - отверстия 7. Радиальные отверстия 6 и 7 выполнены цилиндрической формы,как правило одинакового диаметра,. Радиальные отверстия 5 в корпусе 1 выполнены в виде пазов, ширина которых соответствует диаметру отверстий 6 и 7, а протяженность вдоль образующей корпуса 1 превьшзает диаметр отверстий 6 и 7, при этом верхняя стенка отверстия 5 расположена выше верхнего торца подвижного стакана 4 в его крайнем верхнем положении, а нижняя стенка отверстия 10 5 5 совпадает с нижними стенками отверстий 6 и 7 при крайнем верхнем положенииподвижного А. Посредством отверстий 5 к льцевая полость 1, образованная внешней поверхностью патрубка 3, внутренне поверхностью корпуса 1 и верхним торцом подвижного стакана 4 сообщены, когда устройство сообщает подпакерное пространство с надпакерным, отверстия 6, 5 и 7 совпадают между собой. В нижней части подвижный стакан 4 жестко связан с поршнем 8, на который оказывает давление среда подпакерного пространства. Нижняя часть патрубка 3 выполнена в виде камеры 11, где размещен нижний золотник 9 и рабочий поршень 10, которые жестко взаимосвязаны между собой, а также с подвижным стаканом 4 и поршнем 8. Верхняя часть патрубка 3 выполнена в виде герметичной камеры III с каналом, в котором размещен управляющий поршень 11, подпружиненньш пружиной 12. На управляющий поршень 11 оказывает взаимодействие среда подпакерного пространства. Управляющий поршень 11 жестко связан с верхним золотником 13, который размещен в камере И патрубка 3. В нижнем 9 и верхнем 13 золотниках выполнены аксиальные каналы 14. Полость камеры It соединена каналом 15 с надпакерным пространством, а каналом 16 - с подпакерным пространством. В стенках подв1{жно1о стакана 4 выполнены наклонные пазы 17, в которых установлены фиксаторы 18 крайнего верхнего и нижнего положений стакана 4, закрепленные неподвижно на корпусе 1 устройств.а. В устройстве имеются также полость 1У и кольцевая полость У. Устройство работает следующим образом. После остановки насоса давление в пространстве над пакером 2 увеличивается из-за повышения уровня жидкости в скважине. В результате управляющий поршень 11 начинает опускаться, сжимая пружину 12. При этом жестко связанный с управляющим поршнем 11 верхний золотник 13 перемещается вниз и открывает отверстие канала 16, связывающего полость камеры 1 с падпакерным пространством. В результате давление в полости 1У и связанных с ней посредством аксиальных каналов 14 верхнем 13 и ниж51нем 9 золотниках, полостях И и У возрастает и становится равным подпакерному давлению. Вследствие разности площадей рабочего поршня 10 и поршня 8 рабочий поршень 10 совместно с нижним золотником 9 перемещается вниз и открывает отверсти канапа 15, соединяющего полость ка-меры 1i с надпакерным пространством В связи с тем, что рабочий поршень 10 жестко связан с поршнем 8 и подвгокным стаканом 4 последние получаю осевое перемещение вниз с одновременньм радиальным поворотом. Тело подвижного стакана перекрывает отверстия 7 в патрубке 3, а тела патру ка 3 и корпуса 1 перекрывают отверстия 6 в подвижном стакане 4. Этим обеспечивается прекращение подачи жидкости .из подпакерного пространств в надпакерное. Ствол скважины перекрыт. При этом отверстия в корпусе 1 сообщают подпакерное пространство с кольцевой полостью,поддерживая в ней давление жидкости равное подпакерному давлению. При перекрытом стволе скважины (фиг.4) верхний золотник 13 перекрывает отверстие канала 15, соединяющего полость камерц с надпакерным,пространством. Отверстие канала 16, соединяющего полость камеры П с подпакерным пространством, открыто. Давление в полости камеры равно давлению в подпакерном пространстве,; После спуска насоса в скважину и пуска его в эксплуатацию давление в надпакерном пространстве уменьшает ся вследствие понижения уровня жидкости в скважине. Управляющий поршень 11 вследствие уменьшения давления жидкости в надпа керном пространстве под действием пружины 12 движется вверх совместно с верхним золотником 13. При этом верхний золотник 13 открывает отверс тие канала 15, связывающего полость камеры II с надпакерным пространством и закрывает отверстие канала 16 связывающего полость камеры 1I с подпакерным пространством. Давление в камере 11 становится равным надпакерному давлению. Вследствие умень 5. 6 шения давления на рабочий поршень 10 по отношению-к давлению на поршень 8, последний совместно с поршнем 10, нижним золотником 9 и подвижным стаканом 4 перемещается вверх; движение продолжается до перекрытия нижним золотником 9 отверстия канала 15, соединяющего полость камеры 11с надпакерным пространством, В результате осевого перемещения подвижного стакана 4 вверх и одновременного поворота его вокруг оси (осуществляемое в результате взаимодействия рабочих поверхностей наклонных пазов 17 подвижного стакана 4 с фиксаторами 18, установленными непосредственно в корпусе 1 устройства) жидкость из кольцевой полости через отверстия 5 вытесняется в подпакерное пространство, и отверстия 5, 6 и 7 совмещаются, соединяя подпакерное и надпакерное пространство. Скважина готова к эксплуатации. При этом время запуска скважины в эксплуатацию вследствие постоянства времени срабатывания устройства остается постоянным. Время срабатывания устройства не зависит от нарушения герметичности подвижного .соединения патрубок-подБижньш стакан-корпус, Следует отметить, что пазы (отверстия) 5 в корпусе 1 выполняют либо аксиальными, либо наклонными к оси устройства, причем наклон пазов 5 к оси устройства выполняют противоположным по сравнению с наклоном пазов 17, выполненных в подвижном стакане 4, в которых установлены фиксаторы 18 крайнего верхнего и нижнего положений стакана 4, Экономический эффект от использования изобретения достигается за счет уменьшения количества подземных ремонтов, связанных с заменой вышедшего из строя подземного насосного оборудования, снижения стоимости ремонтов и за счет увеличения текущей добычи нефти, вследствие увеличения времени фактической работы скважины за отчетный календарный период.

1

сриг.1

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ГЛУБИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ СТВОЛА СКВАЖ.НЫ по авт. св. № 859609, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет сокращения времени срабатывания, радиальные отверстия в корпусе выполнены в виде пазов, верхняя стенка которых расположена выше верхнего торца подвижного стакана в его крайнем верхнем положении.