Устройство для перекрытия скважины Советский патент 1981 года по МПК E21B43/12 

1

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к устройствам для перекрытия нефтяной скважины, предназначенным для предотвращения открытого фонтанирования при аварийной ситуации, при проведении ремонта, а также для проведения исследований скважины.

Известно устройство для перекрытия скважины, содержащее корпус с осевым и радиальным каналами, концентрично размещенный в нем поршень с обратным клапаном, причем порщень образует с корпусом верхнюю и нижнюю камеры 1.

Указанное устройство обеспечивает как мгновенное, так и автоматическое перекрытие колонны труб. Однако открытие сечения труб автоматически произвести невозможно, в этом случае требуется использовать спецагрегаты для создания импульса давления с поверхности для открытия скважины. Таким образом, указанное устройство полуавтоматическое. К недостаткам его следует отнести и необходимость перерегулировки его при смене условий эксплуатации, что требует подъема устройства на поверхность вместе с колонной труб, а также наличие золотника, возвращаемого в исходное положение пружиной, что снижает надежность устройства.

Наиболее близким решением из известнь1х является устройство для перекрытия скважины, содержащее пакер с клапаном, корпус с каналами, внутри которого размещен порщень, .образующий с ним связанную с приемом глубинного насоса верхнюю камеру и нижнюю, связанную с затрубным надпакерным пространством скважины, и хвостовик 2.

Недостатком указанного устройства является низкая надежность управления работой его.

Целью настоящего изобретения является повыщение надежности управления работой устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено щтоком с толкателем, установленным .на корпусе с возможностью осевого перемещения, отсекающим клапаном, установленным в корпусе, причем в последнем выполнены кольцевая коническая проточка под порщень и каналы для сообщения надпакерногр пространства с подпакерным пространством скважины, а порщень жестко связан со щтоком и выполнен с заглущкой в верхней части и с осевым каналом, в котором установлен шаровой клапан, и радиальным каналом для сообщения верхней и нижней камер, причем толкатель установлен с возможностью взаимодействия с отсекающим клапаном. На фиг. 1 - продольный разрез устройства; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1. В эксплуатационной колонне 1 установлен оставляемый пакер 2, имеющий клапан 3, который закрывается, например, пружиной 4 (при применении устройства для исследований скважины клапан 3 и пружина 4 могут не устанавливаться). Узел перекрытия содержит хвостовик 5, уплотненный коническим (металл по металлу) уплотнением в пакере 2 и свободно сажаемый на него; при -этом клапан 3 открыт. На хвостовик 5 навернута муфта перекрестного потока 6 с отсекающим клапаном 7, разделяющим в исходном положении обводной а и встречный в каналы для прохода жидкости из подпакерной полости I взатрубную полость II. Сверху путь потоку жидкости преграждает глухой переводник 8, имеющий фильтр с. Узел управления содержит патрубок 9, выполненный ступенчатым с расщиренной цилиндрической верхней частью и радиальной прорезью d. Корпус содержит муфту перекрестного потока 6, переводник 8 и патрубок 9, в котором размещен полый порщень 10 с радиальными отверстиями е. Поршень 10 уплотнен в исходном положении коническими поверхностями: своей и патрубка 9, сверху заглушен пробкой 11 и имеет обратный шаровой кЛапан 12. С помощью винта 13к норщню 10 прикреплен Г-образный шток 14с толкателем 15, взаимодействующим с отсекающим клапаном 7. Диаметр поршня 10 больше,чем диаметр отсекающего клапана 7. К патрубку 9Навинчен цилиндр насоса 16 с плунжером 17 и нагнетательным клапаном 18, ниже которого расположена подпоршневая полость III. Детали 10, 11, 12 в сборе с патрубком 9 служат всасываюшим клапаном насоса 16. Устройство работает следующим образом. При запуске насоса и ходе плунжера 17 вверх в полости III создается разряжение. Давлением жидкости, поступающей через фильтр с из полости II,шар 12 поднимается, а поскольку отверстия е перекрыты, жидкость давит на пробку 1 Г и поднимает поршень 10. Вместе с поршнем 10 поднимается Г-образный щток 14, толкатель 15 поднимает отсекающий клапан 7, и жидкость из полости 1 через каналы айв попадает в полость II. Таким образом отсекающий клапан автоматически открывается. Поршень 10 поднимается до тех пор, пока отверстия е не выйдут в расширенную 8 часть патрубка 9. При этом жидкость из полости II попадает в полость III. Таким образом, в такте всасывания полости I, II и III соединены между собой, и жидкость из пласта поступает на прием глубинного насоПри ходе плунжера 17 вниз (такт нагнетания) давление с полости III возрастает (за счет столба жидкости в насосно-компрессорных трубах), и шаровой клапан 12 закрывается. Под давлением столба жидкости в насосно-компрессорных трубах порщень 10 принудительно возвращается в нижнее (исходное) положение. При этом Г-образный шток и толкатель 15 также движутся вниз, отсекающий клапан 7 закрывается, автоматически и мгновенно разобщая полости I и II. При работе глубинного насоса поршень 10 движется синхронно с плунжером 17 глубинного насоса и посредством Г-образного штока 14 управляет отсекающим клапаном 7. При подъеме устройства вместе с колонной труб и насосом (например, для ремонта глубинного насоса) клапан 3 закрывается, прекращая поступление жидкости из пласта и полости I в полость II. Тем самым отпадает необходимость глущения скважины. Устройство без изменения существа изобретения может быть применено с любым типом глубинного насоса. При этом, если это насос с центральным всасывающим клапаном, то схема компановки устройства в скважине остается без изменений, как показано на фиг. 1. Ест же применяется насос с боковым всасывающим каналом (например, серийно выпускаемые электроцентробежные насосы), то такой насос устанавливается вместо переводника 8, т. е. узел управления (детали 9, 10, И, 12, 13) устанавливаются на нагнетательной линии глубинного насоса, а узел отсекания (детали 2, 3, 4, 5, 6, 7) - ниже насоса; щток 14 удлиняется, а детали 16, 17, 18 не ставятся. Работа устройства при этом аналогична вышеописанной; устройство открывает подпакерную полость 1 при запуске и закрывает при остановке работы глубинного насоса. Устройство имеет следующие преимущества. 1.Применимо с любыми типами глубинных насосов (штанговыми, гидропоршневыми, электроцентробежными, винтовыми и т. д.). 2.Процессы закрытия и открытия отсекаюшего клапана происходят автоматически за счет использования энергии потока, создаваемого глубинным насосом; необходимость использования дополнительных управляющих механизмов, узлов, .электроприводных устройств, специальных насосов и т. п. отпадает. 3.Процессы закрытия и открытия отсекающего клапана происходят мгновенно, синхронно с движением плунжера. Это дает

закрывать скважину до заполнения ее жидкостью, т. е. устранить необходимость подвдза емкостей для сбора газированной жидкости из скважииы перед демонтажом оборудования; получать качественные кривые восстановления давления при исследованиях скважииы, с неискаженным влиянием притока жидкости вствол скважины начальным участком; циклически воздействовать на пласт с целью очистки призабойной зоны.

4.Обладает повышенной надежностью в силу того, что в нем нет пружин, поршень передвигается принудительно под большим давлением, вероятность заклинивания минимальна.

5.Применение шаровых самоустанавливающихся клапанов увеличивает долговечность устройства.

6.Устройство характеризуется простотой регулировки; необходимость перерегулировки при смене условий эксплуатации скважины (изменении пластового давления, обводненности и т. д.) отпадает.

7.Применение устройства не требует переделки серийно выпускаемого оборудования и не ограничивает габаритов глубинных насосов.

8.Конструкция клапанов не усложняется и количество их не увеличивается: клапан 18 - нагнетательный клапан насоса - имеется в любой из технологических схем насосов; клапан 12 (совместно с деталями 9, 10, 11) является всасываюшим клапаном и также является неотъемлемой частью любого насоса; клапан 7 отсекающий клапан, является неотъемлемой час1;ью любого типа отсекателя; клапан 3 - створчатый клапан отсекателя (для целей исследования скважин может не устанавливаться).

9.Устройство позволяет производить наземный и подземный ремонты скважин без

глущения, предотвращать аварийные фонтанные проявления (например, при обрыве полированного щтока) и улучшить условия охраны окружающей среды.

Формула изобретения

Устройство для перекрытия скважины, содержащее пакер с клапаном, корпуС с каналами, внутри которого размещен поршень, образующий с ним связанную с приемом глубинного насоса верхнюю камеру и нижнюю, связанную с затрубным надпакерным пространством скважины, и хвостовик, отличаю щееся тем, что, с целью повыщения надежности управления работой устройства, оно снабжено щтоком с толкателем, установленным на корпусе с возможностью осевого перемещения, отсекающим клапаном, установленным в корпусе, причем в последнем выполнены кольцевая коническая проточка под

поршень и каналы для сообщения надпакерного пространства с подпакерным пространством скважины, а поршень жестко связан со штоком и выполнен с заглушкой в верхней части и с осевым каналом, в котором установлен шаровой клапан, и радиальным каналом для сообшёния верхней и нижней камер, причем толкатель установлен с возможностью взаимодействия с отсекающим клапаном.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 441397, кл. Е 21 В 43/12, 11.02.69.

2.Нугаев Р. Я- и др. «К вопросу повышения эффективности применения пакеров-отсекателей, реферативный научно-технический сборник «Машины и нефтяное оборудование. М., ВНИИОЭНГ, 3, 1973.