Устройство для опрессовки колонны труб

Устройство для опрессовки колонны труб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для периодической опрессовки колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважине.

Анализ существующего уровня показал следующее: известно устройство для перекрытия колонны НКТ, содержащее корпус с продольными каналами, в котором расположена камера с сеткой, разделяющей камеру на две части, одна из которых заполнена веществом, растворимым в добываемой жидкости, подпружиненный шток, конус, герметизирующие элементы и фиксатор (см. а.с. №933950 от 18.07.80 г. по кл. Е 21 В 34/10, опубл. в ОБ №21, 1982 г.). Устройство через лубрикатор спускается в скважину под собственным весом к месту расположения стопорного патрубка и садится на его конусную фаску, и далее в осевой канал стопорного патрубка вводится фиксатор и уплотнитель с образованием между ними герметичного контакта.

Недостатком известного устройства является ненадежность конструкции и неэффективность работы.

Это обусловлено целым рядом причин:

- необходимостью предварительной установки в составе колонны НКТ стопорного патрубка, что подразумевает подъем на поверхность внутрискважинного оборудования с соответствующими проведением операции по глушению скважины; применением вещества, растворимого в пластовой жидкости, как источника команды для обеспечения выравнивания давления над и под устройством, после его растворения и удаления из верхней части камеры не являющегося критерием оценки времени, за которое происходит выравнивание давления, т.к. спуск устройства осуществляют в скважину, заполненную жидкостью, а растворение вещества происходит в различное время, что обусловлено составом жидкости и различной глубиной.

Таким образом, устройство может быть приведено в нерабочее состояние еще в процессе спуска к стопорному патрубку.

По конструктивным признакам, а также по функциональным особенностям обеспечения герметичности, т.е. путем предварительной принудительной посадки уплотнителя на его рабочем месте с целью обеспечения герметичности, наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для перекрытия колонны насосно-компрессорных труб (см. патент RU 2164587 C2 по кл. Е 21 В 34/06), содержащее запускаемый в колонну труб, находящуюся в скважине, опрессовочный клапан, включающий корпус с окнами, заякоривающий узел, состоящий из штока, комплекта фиксаторов в виде одноплечих рычагов и механизма привода с толкателем, связанным с сердечником тарированным срезным элементом и установленным в осевом канале корпуса с возможностью осевого перемещения. Кроме того, устройство включает узел фиксации из упругого элемента, уплотнительный узел, состоящий из уплотнителя и механизма посадки в виде разжимного конуса, жестко связанного со штоком.

К недостаткам известного устройства относятся сложность конструкции и технологии изготовления, а также недостаточная надежность устройства в работе. Работа таких деталей, как цанга, одноплечих рычагов и захвата, рассчитана на упругость их материала, которая обеспечивается за счет высокой дорогостоящей технологии. Уплотнительный элемент имеет сложный профиль и подвергается при работе чрезмерной деформации, после которой он должен принять первоначальную геометрическую форму за счет внутренних упругих сил, в то время как известно общепринятый материал упругого элемента склонен к затвердеванию в среде, в которой он работает, или с истечением времени теряет пластичность.

Наличие же различного рода мусора в технологической жидкости указывает на то, что не исключено попадание этого мусора в рабочие органы устройства, которые расположены так незащищенно, что в итоге приводит устройство к отказу в работе.

Техническая задача изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности устройства.

Устройство для опрессовки колонны труб, содержащее опрессовочный клапан, запускаемый в колонну труб в скважине, состоящий из корпуса с продольным пазом, снабженный головкой под ловитель, заякоривающим узлом, состоящим из штока, механизма привода и комплекта фиксаторов в виде рычагов, уплотнительным узлом с уплотнителем, установленным на продолжении корпуса с возможностью посадки уплотнителя, выполнено так, что оно содержит гильзу под опрессовочный клапан, установленную на нижнем конце опрессуемого интервала колонны труб, расположенный под гильзой башмак в виде трубы с внутренней кольцевой полостью большего диаметра, чем внутренний диаметр опрессуемой колонны труб, уплотнительный узел, состоящий из нижнего и верхнего подвижного поршней и расположенного между последними уплотнительного элемента, причем верхний подвижный поршень снабжен с одной стороны разгрузочным клапаном с головкой под ловитель, а с другой - механизмом привода с подпружиненным штоком, при этом нижний поршень соединен с корпусом, в продольном пазу которого расположен комплект фиксаторов заякоривающего узла, выполненный в виде пары двуплечих установленных на оси рычагов с возможностью взаимодействия своими нижними концами с башмаком и подпружиненным клином, а верхними концами - с подпружиненным штоком через плоскую кинематическую пару в виде цепного звена.

На фиг.1 изображен продольный разрез опрессовочного клапана на фронтальной проекции; на фиг.2 - продольный разрез опрессовочного клапана на профильной проекции; на фиг.3 - продольный разрез нижнего конца опрессуемого интервала колонны труб с гильзой и башмаком; на фиг.4 - продольный разрез устройства на уровне, перед входом фиксаторов в башмак; на фиг.5 - продольный разрез устройства в зафиксированном в колонне труб положении.

Устройство состоит из опрессовочного клапана (фиг.1, 2), запускаемого в колонну, например, насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 (фиг.3), находящуюся в скважине (не показаны) и снабженную установленной на нижнем конце опрессуемого интервала НКТ гильзой 2 с башмаком 3, в котором выполнена кольцевая полость (расточка) 4 большего диаметра, чем внутренний диаметр колонны НКТ, предусмотрены отверстия 5, предназначенные для уменьшения накопления мусора, образования отложений в кольцевой полости 4.

Внутренняя поверхность гильзы 2 должна соответствовать аналогичной поверхности цилиндра штангового насоса, т.е. должна обладать необходимыми характеристиками по твердости, стойкости против коррозии и чистоте поверхности, чтобы не было отложения парафина. С другой стороны, гильза может быть исполнена в армированном варианте: внутренняя поверхность стального кожуха заливается, например, полиамидом, что также соответствует требованиям, предъявляемым к гильзе.

Опрессовочный клапан (фиг.1, 2) состоит из корпуса 6 с продольным пазом 7, уплотнительного узла, содержащего нижний 8, верхний подвижный 9 поршни и расположенный между последними резиновый уплотнитель 10. Верхний подвижный поршень 9 снабжен с одной стороны разгрузочным клапаном, выполненным в виде шарика 11, поджатого пружиной 12 к седлу 13 через шарикодержатель 14 с головкой 15 под ловитель (не показан), смонтированный на конце каната специальной лебедки (не показаны). Седло 13 установлено в верхнем подвижном поршне 9 посредством седлодержателя 16 через шайбу 17.

С другой стороны верхний подвижный поршень 9 соединен со штоком 18, посаженным в нижнем поршне 8 на пружине 19. При этом нижний поршень 8 соединен с корпусом 6, в продольном пазу 7 которого расположен комплект фиксаторов заякорившего узла, выполненный в виде пары двуплечих установленных на оси 20 рычагов 21 с возможностью взаимодействия своими нижними концами с башмаком 3 (фиг.4, 5) и подпружиненным клином 22, приводимым в действие с помощью пружины 23, а верхними концами - с подпружиненным штоком 18 через плоскую кинематическую пару в виде цепного звена с щеками 24, установленными на общей оси 25 в штоке 18 и на соответствующих осях 26, 27, расположенных на верхнем конце рычагов 21.

Для прохождения жидкости при открытии разгрузочного клапана в подвижном верхнем поршне 9 предусмотрены радиальные отверстия 28 (фиг.1), а в седле 13, седлодержателе 16 и штоке 18 - соответственно центральные отверстия 29.

Опрессовочный клапан хранится в собранном (совмещенном) виде рычагов 21, положение которых фиксируется с помощью шплинта 30 (фиг.2), расположенного в соответствующих отверстиях корпуса 6 и рычагов 21. В положении хранения нижний 8 и верхний подвижный 9 поршни раздвинуты, а уплотнительный элемент 10 находится, соответственно, в исходном недеформированном состоянии. Перед спуском в колонну НКТ к нижнему концу опрессовочного клапана прикрепляется груз 31 с помощью переходника 32, что способствует преодолению сил трения, возникающих при спуске.

Работа устройства для опрессовки колонны труб заключается в том, что, например, в нагнетательную скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб, низ которой оснащен гильзой 2 и башмаком 3 (фиг.3). Опрессовочный клапан с грузом 31 (фиг.1) направляют в колонну НКТ 1 и опускают до уровня, где установлен шилинт 30 (фиг.2). Снимают шилинт 30, после чего нижние концы двуплечих рычагов 21 стремятся распуститься в разные стороны под действием подпружиненного клина 22 с нижней стороны и такого же подпружиненного штока 18 с верхней стороны через плоскую кинематическую пару в виде цепного звена с щеками 24, установленными на соответствующих осях 25, 26, 27. Таким образом, нижние концы двуплечих рычагов 22 прижимаются к внутренней стенке колонны НКТ на всем пути движения опрессовочного клапана вниз. Опрессовочный клапан в исходном положении, с раздвинутыми поршнями 8, 9, с первоначальным зазором между ними (см. фиг.4), уплотнительным элементом 10 в исходном состоянии попадает в гильзу 2. При дальнейшем движении опрессовочного клапана вниз нижние концы рычагов 21 попадают в кольцевую полость 4, расходятся и упираются об кольцевой выступ башмака 3. Одновременно шток 18, связанный с верхним подвижным поршнем 9, перемещается вниз относительно нижнего поршня 8, уменьшая имевшее ранее место зазор между ними, происходит предварительная посадка уплотнительного элемента 10, что обеспечивает герметичность между гильзой 2 и поршнями 8, 9. А в процессе опрессовки колонны НКТ получается окончательная посадка уплотнительного элемента 10 и зазор между поршнями 8, 9 полностью исчезает за счет давления жидкости на верхнем подвижным поршне 9.

После опрессовки колонны НКТ в последнюю спускается ловитель (не показан) с помощью специальной лебедки. Ловитель входит в зацепление с головкой 15 опрессовочного клапана. За счет натяга каната лебедки открывается разгрузочный клапан 11. Находящаяся над опрессовочным клапаном жидкость перетекает в затрубное пространство, после чего давление выравнивается и опрессовочный клапан срывается с гильзы 2 и башмака 3. При этом нижние концы рычагов 21, выходя из кольцевой полости 4 вверх, вынуждены сжиматься, отодвигая вверх подвижный верхний поршень 9 от нижнего поршня 8, тем самым расклинивая уплотнительный узел. Создаются благоприятные условия для страгивания опрессовочного клапана с места.

Опрессовочный клапан извлекается из колонны НКТ, промывается, смазывается, рычаги сводятся и зашплинтовываются (фиг.2).

Если колонна НКТ выдержала опрессовку, то она оставляется для дальнейшей эксплуатации и по истечении расчетного периода вновь подвергается очередной опрессовке и т.д. При обнаружении течи в колонне НКТ она подлежит замене.

Устройство для опрессовки колонны труб обеспечивает периодическую опрессовку, практически сохранив при этом ее полезное проходное сечение.

Устройство для опрессовки колонны труб, содержащее опрессовочный клапан для запуска в колонну труб в скважине, состоящий из корпуса с продольным пазом, снабженный головкой под ловитель, заякоривающим узлом, состоящим из штока, механизма привода и комплекта фиксаторов в виде рычагов, уплотнительным узлом с уплотнителем, установленным на корпусе с возможностью посадки уплотнителя, при этом оно содержит гильзу под опрессовочный клапан, установленную на нижнем конце опрессуемого интервала колонны труб, расположенный под гильзой башмак в виде трубы с внутренней кольцевой полостью большего диаметра, чем внутренний диаметр опрессуемой колонны труб, уплотнительный узел состоящий из нижнего и верхнего подвижного поршней и расположенного между последними уплотнительного элемента, причем верхний подвижный поршень снабжен с одной стороны разгрузочным клапаном с головкой под ловитель, а с другой - механизмом привода с подпружиненным штоком, при этом нижний поршень соединен с корпусом, в продольном пазу которого расположен комплект фиксаторов заякоривающего узла, выполненный в виде пары двуплечих установленных на оси рычагов с возможностью взаимодействия своими нижними концами с башмаком и подпружиненным клином, а верхними концами - с подпружиненным штоком через плоскую кинематическую пару в виде цепного звена.