Автоматическое глубинное устройство для перекрытия ствола скважины Советский патент 1981 года по МПК E21B43/12 

(54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ ГЛУБИННОЕ УСТРОРЭСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ Изобретение относится к нефтедобычи, в частности к конструкциям глубинных устройств, которые автоматически производят перекрытие ствола скважины сразу же после прекращения отбора жидкости из скважины как при фонтанном, так и при механизированном способе ее добычи. Известно устройство для перекрытия фонтанных скважин, обеспечивающее автоматическое перекрытие ствола скважины при увеличении дебита выше оптимального и позволяющее производить работы по ремонту глубинного оборудования скважины без ее глушения 1. Однако для пуска в эксплуатацию скважины, оборудованной вышеуказанным устройством, в колонне лифтовых труб необходимо создать избыточное давление или на скребковой проволоке спустить в скважину грузик, который ставит верхний уравнительный клапан в положение «Открыто, т. е. устройство является полуавтоматическим, так как не обеспечивает автоматического открытия клапана устройства для пр хода добываемой жидкости при пуске скважины в работу. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является глубинное устройство для перекрытия ствола скважины перед подземным ремонтом, выполнекное в виде устанавливаемого на пакере цилиндрического корпуса с радиальными отверстиями, в котором концентрично размещен жестко соединенный с ним патрубок, подвижный стакан, установленный между корпусом и патрубком, и поршень. Данное устройство является полностью автоматическим, так как оно обеспечивает перекрытие ствола скважины при прекращении отбора из нее жидкости и соединяет подпакерное пространство с надпакерным при пуске скважины в работу без проведения каких-либо дополнительных операций 2. Однако во время добычи жидкости из скважины верхняя пружина постоянно находится в максимально нагруженном состоянии и подвергается циклическим знакопеременным нагрузкам. Это приводит к преждевременному выходу пружины из строя и, как следствие, к уменьшению срока службы устройства в целом.

Работа устройства связана со значительными осевыми перемещениями подвижного стакана (поршня). Величина осевого перемещения прямо пропорциональна величине отверстий, через которые добываемая жидкость из подпакерного пространства поступает в надпакерное. Повыщение дебита скважины требует увеличения размеров этих отверстий, что приводит к увеличению осевого перемещения стакана (поршня).

Кроме того, при добыче продукции, представляющей собой трехфазную смесь, нефть, газ и воду, из-за постоянно меняющегося фазового соотнощения смеси подвижный стакан (поршень) постоянно выбрирует в осевом направлении, так как во время добычи жидкости он удерживается в подпружиненном состоянии, омываемым его восходящим потоком добываемой жидкости. В результате увеличивается износ сопрягаемых поверхностей указанных элементов, приводя к появлению зазоров и нарушению герметичности запорных органов устройства, т. е. при срабатывании устройства не происходит отсечение жидкости, находящейся в подпакерном пространстве, от жидкости в надпакерном пространстве. Устройство в целом перестает соответствовать предъявленным к не.му требованиям. Таким образом, несмотря на высокую надежность срабатывания, в результате уменьшения функциональной надежности эксплуатационная надежность устройства в целом оказывается весьма низкой.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности устройства за счет исключения циклических знакопеременных нагрузок, значительных осевых перемещений и вибрации подвижного стакана.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено рабочим и управляющим подпружиненным поршнями и нижним и верхним золотниками с аксиальными каналами, причем рабочий поршень установлен в нижней части патрубка и жестко связан с нижним золотником и порщнем, который жестко связан с подвижным стаканом, а управляющий подпружиненный порщень установлен в верхней части патрубка и жестко связан с верхним золотником, при этом верхний и нижний золотники образуют камеру, сообщающуюся с надпакерным и подпакерным пространствами, причем подвижный стакан выполнен с наклонными пазами, в которых установлены фиксаторы его крайнего верхнего и нижнего положений.

На фиг. 1 изображено устройство при добыче жидкости из скважины на поверхность, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство при перекрытом стволе скважины; продольный разрез; на фиг, 4 - вид Б на фиг. 3.

Автоматическое глубинное устройство для перекрытия ствола скважины содержит

корпус 1, установ тенный в скважине на пакере2. Внутри корпуса 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 подвижном стакане 4 выполнены отверстия 6 и в патрубке 3 также выполнены отверстия 7. При добыче жидкости из скважины, когда устройство сообщает подпакерное пространство с надпакерным, отверстия 6, 5 и 7 совпадают между собой. В нижней части подвижный стакан 4 жестко связан с порщнем 8, на который оказывает давление среда подпакерного пространства. Нижняя часть патрубка 3 выполнена в виде камеры I, где размещен нижний золотник 9 и рабочий поршень 10, оба из которых жестко взаимосвязаны между собой, а также с подвижным стаканом 4 и с поршнем 8. Верхняя часть патрубка 3 выполнена в виде герметичной камеры II с каналом, в котором размещен управляющ.ий поршень 11, подпружиненный пружиной 12. На управляющий поршень 11 оказывает взаимодействие среда подпакерного пространства. Управляющий порщень 11 жестко связан с верхним золотником 13, который также, как и нижний золотник 9, размещ,ен в камере I патрубка 3. В нижнем 9 и верхне.м 13 золотнике выполнены аксиальные каналы 14. Полость камеры соединена каналом 15 с надпакерным

0 пространством, а канало.м 16 - с подпакерным. В стенках подвижного стакана 4 выполнены наклонные пазы 17, в которых установлены фиксаторы 18 крайнего верхнего и нижнего положений стакана 4, закрепленные неподвижно на корпусе 1 устройства.

Устройство работает следующим образом. После остановки насоса давление в пространстве над пакером 2 увеличится из-за повышения уровня жидкости в скважине. В результате управляющий поршень 11 начинает опускаться, сжимая пружину 12. При этом жестко связанный с управляющим поршнем П верхний золотник 13 перемещается вниз и открывает отверстие канала 16, связывающего полость камеры с подпакерным пространством. В результате давление в полости III и в связанных с ней посредством аксиальных каналов 14 верхнем 13 и нижнем 9 золотниках полостях I и IV - возрастает и становится равным

° подпакерному давлению. Вследствие разности площадей рабочего поршня 10 и порщня 8, рабочий поршень 10 совместно с нижним золотником 9 перемещается вниз и открывает отверстие канала 15, соединяющего полость камеры I с надпакерным пространством. В СВЯЗИ с тем, что рабочий порщень 10 жестко связан с поршнем 8 и подвижным стаканом 4, последние получают

осевое перемещение вниз с одновременным радиальным поворотом. Тело подвижного стакана 4 перекрывает отверстия 5 в корпусе 1 и 7 в патрубке 3. Этим обеспечивается прекращение подачи жидкости из подпакерного пространства в надпакерное. Ствол скважины перекрыт . При перекрытом стволе скважины (фиг. 3) верхний золотник 13 перекрывает отверстие канала 15, соединяющего полость камеры I с надпакерным пространством. Отверстие канала 16, соединяющего полость камеры I 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 уменьщается вследствие понижения уровня жидкости в скважине.

Управляющий порщень 11, вследствие уменьщения давления жидкости в надпакерном пространстве, под действием пружины 12 движется вверх совместно с верхним золотником 13. При этом верхний золотник 13 открывает отверстие канала 15, связывающего полость камеры I с надпакерным пространством, и закрывает отверстие канала 16, связывающего полость камеры I с подпакерным пространством. Давление в камере становится равным надпакерному давлению. Вследствие уменьщения давления на рабочий порщень 10 по отношению к давлению на порщень 8 последний совместно с рабочим порщнем 10, нижним золотником 9 и подвижным стаканом 4 перемещается вверх. Движение продолжается до перекрытия нижним золотником 9 отверстия канала 15, соединяющего полость камеры с надпакерным пространством. В результате осевого перемещения подвижного стакана 4 вверх и одновременного поворота его вокруг оси (осуществляемого в результате взаимодействия рабочих поверхностей наклонных пазов 17 подвижного стакана 4 с фиксаторами 18, установленными непосредственно в корпусе 1 устройства) отверстия 5, 6 и 7 совмещаются, соединяя подпакерное и надпакерное пространство. Скважина готова к эксплуатации.

Экономия при использовании предлагаемого устройства сводится к уменьщению

количества подземных ремонтов скважины (сокращается число подъемов и установок устройства, сокращается вместе с этим глущение и последующее освоение скважины после ремонта), а также к увеличению текущей нефтедобычи, так как увеличивается межремонтный период работы скважины. Экономический эффект на одну скважину с дебитом 40 т/сут при глубине скважины 1500 м составит в год примерно 2 тыс. руб. В целом по отрасли экономия в год составит около 5-10 млн. руб.

Формула изобретения

5 Автоматическое глубинное устройство для перекрытия ствола скважины, содержащее устанавливаемый на пакере корпус с радиальными отверстиями, в котором размещен жестко соединенный с ним патрубок, - подвижный стакан, установленный между корпусом и патрубком, и порщень, отличающееся тем, что, с целью повыщения эксплуатационной надежности устройства за счет исключения циклических знакопеременных нагрузок, значительных осевых перемещений и вибрации подвижного стакана, оно снабжено рабочим и управляющим подпружиненным порщнями и нижним и верхним золотниками с аксиальными каналами, причем рабочий порщень установлен в нижней части патрубка и жестко связан с нижним золотником и порщнем, который жестко связан с подвижным стаканом, а управляющий подпружиненный порщень установлен в верхней части патрубка и жестко связан с верхним золотником, при

. этом верхний и нижний золотники образуют камеру, сообщающуюся с надпакерным и подпакерным пространствами, причем подвижный стакан выполнен с наклонными пазами, в которых установлены фиксаторы его крайнего верхнего и нижнего положеНИИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 432278, кл. Е 21 В 43/12, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 184207, кл. Е 21 В 33/12, 1966 (прототип) .