Устройство для опрессовки колонны насосно-компрессорных труб

Устройство для опрессовки колонны насосно-компрессорных труб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для 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. №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 недостаточная надежность 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 герметичность, 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 одноплечных 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 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 заключается в упрощении конструкции и повышении надежности устройства.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для опрессовки колонны насосно-компрессорных труб, содержащее опрессовочный клапан, запускеаемый в колонну насосно-компрессорных труб в скважине, состоящий из полого корпуса, выполненного с возможностью глушения его полости и снабженного головкой под ловитель, заякоривающий узел, расположенный с возможностью взаимодействия со стыком колонны насосно-компрессорных труб на нижнем конце опрессуемого интервала, уплотнительный узел, состоящий из уплотнителя и механизма его посадки, выполнено так, что полый корпус опрессовочного клапана состоит из подвижной и неподвижной частей, входящих в уплотнительный узел, на подвижной части полого корпуса предусмотрен выполненный заодно кольцевой разделитель, с одной стороны которого установлен вспомогательный уплотнитель механизма посадки в виде манжеты L-образного сечения, открытый торец которой обращен к полости высшего давления и снабжен ограничительным кожухом, а с другой стороны - основной сальниковый уплотнитель, контактирующий с неподвижной частью полого корпуса опрессовочного клапана, выполненной с возможностью посадки в седло заякоривающего узла, установленное на стыке колонны насосно-компрессорных труб, при этом опрессовочный клапан оснащен разгрузочным клапаном, выполненным в виде кинематической пары «шток-цилиндр» с уплотненным разъемом, шток которой с центральным и радиальными, расположенными выше уровня уплотненного разъема разгрузочными отверстиями предусмотрен на переходном верхнем участке подвижной части корпуса опрессовочного клапана, а цилиндр, соединенный с центратором и головкой под ловитель, посажен на шток через пружину сжатия, причем в конструкцию введен механизм фиксации разгрузочного клапана в его открытом положении.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства для опрессовки насосно-компрессорных труб (в дальнейшем - устройство) в положении опрессовки; на фиг.2 - продольный разрез устройства в положении перед его извлечением из испытанной колонны насосно-компрессорных труб; на фиг.3 - выносной разрез А на фиг.1; на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.1; на фиг.5 - сечение по плоскости, указанной на фиг.4.

Устройство содержит опрессовочный клапан, запускаемый в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважине. Полый корпус опрессовочного клапана состоит из подвижной 1 (фиг.1) и неподвижной 2 частей, входящих в уплотнительный узел. На подвижной части 1 полого корпуса предусмотрен выполненный заодно кольцевой разделитель 3, с одной стороны которого установлен вспомогательный уплотнитель 4 механизма посадки в виде манжеты L-образного сечения, открытый торец которой обращен к полости высшего давления и снабжен ограничительным кожухом 5, предохраняющим уплотнитель 4 от порчи и его выворачивания при извлечении из колонны НКТ. С другой стороны кольцевого разделителя 3 расположен основной сальниковый уплотнитель 6, контактирующий с неподвижной частью 2 полого корпуса опрессовочного клапана, выполненной с возможностью посадки в седло 7 заякоривающего узла, установленное на стыке колонны насосно-компрессорных труб 8. Вспомогательный уплотнитель 4 зафиксирован на подвижной части полого корпуса 1 с помощью штока 9 через ограничительный кожух 5 и установочную втулку 10, а основной уплотнитель 6 - гайками 11 через неподвижную часть полого корпуса 2 с центратором 12.

Опрессовочный клапан оснащен разгрузочным клапаном, выполненным в виде кинематической пары «шток-цилиндр», при этом шток 9 (фиг.1) предусмотрен на переходном участке подвижной части полого корпуса 1 опрессовочного клапана, а цилиндр 13 соединен с гильзой 14, оканчивающейся головкой 15 под ловитель (не показан) с центратором 16, и посажен на шток 9 через пружину сжатия 17, установленную с помощью гаек 18, и ограничительную втулку 19, определяющую ход разгрузочного клапана. Кинематическая пара шток-цилиндр сопряжена по уплотнительному разъему, снабженнному радиальным 20 (фиг.3) и торцевым 21 уплотнительными кольцами, причем в штоке 9 имеется центральное отверстие 22, сообщенное с аналогичным отверстием 23 в подвижной частью полого корпуса опрессовочного клапана с одной стороны, а с другой стороны - с радиальными разгрузочными отверстиями 24, расположенными выше уровня уплотнительного разъема кинематической пары «шток-цилиндр».

В конструкцию введен механизм фиксации разгрузочного клапана в его открытом положении, состоящий, например, из двух рычажных стопоров 25 (фиг.3, 4), установленных на шарнире 26 в диаметрально противоположных пазах 27, предусмотренных на нижнем конце штока 9. Верхний конец рычажных стопоров 25 прижат к наружной поверхности цилиндра 13 посредством пружины сжатия 28, встроенной в нижнем конце рычажного стопора 25 на другой стороне от шарнира 26. Как вариант исполнения пружина сжатия 28 может быть заменена браслетной пружиной или кольцом из упругого синтетика (П.И.Орлов. Основы конструирования. Москва, «Машиностроение», 1977 г., книга 3, стр.93), которые охватывают верхние рабочие концы рычажных стопоров 25, прижимая их к цилиндру 13.

При отсутствии механизма фиксации разгрузочный клапан оказывается между двумя противодействующими усилиями - усилие пружины сжатия 17 направлено на закрытие, а извлекающее усилие, приложенное к головке 15, направлено на открытие разгрузочного клапана. При извлечении устройства из колонны НКТ в момент прохождения уплотнительного узла через стыки труб возникает сопротивление, что приводит к возрастанию извлекающего усилия и открытию разгрузочного клапана и наоборот. Итак, в процессе извлечения опрессовочного устройства разгрузочный клапан то открывается, то закрывается, находясь в промежуточном положении, что приводит к замедлению перетока жидкости, преждевременному выходу из строя уплотнительных элементов 4, 6, 20, 21, к осложнению работы извлекающей лебедки, в то время как механизм фиксации устраняет эти недостатки.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении разгрузочный клапан закрыт (см. выноску А на фиг.3), устройство вводится в колонну НКТ 8 (фиг.1) и доставляется до седла 7 прокачкой опрессуемой жидкости с помощью насосного агрегата (не показан). При создании давления в колонне НКТ открытый торец вспомогательного уплотнителя 4, расположенный ниже ограничительного кожуха 5, раздается, создавая герметичность, и смещается вместе с подвижной частью 1 полого корпуса вниз относительно неподвижной его части 2, посаженной в седло 7. Происходит посадка основного сальникового уплотнителя 6 и одновременно производится опрессовка колонны НКТ 8 под испытательным давлением, что изображено на фиг.1.

Устройство после опрессовки извлекается на устье скважины обратным потоком жидкости. На нагнетательных скважинах с большой приемистостью устройство извлекается специальной лебедкой с канатом, на конце которого смонтирован ловитель (не показан) под головку 15 (фиг.2). При создании на канате натяга цилиндр 13, преодолевая усилие пружины 17, приподнимается на величину хода разгрузочного клапана и фиксируется в открытом положении стопорами 25 за счет действия пружин сжатия 28 (фиг.3) через шарнир 26. При этом открываются радиальные разгрузочные отверстия 24 и жидкость, находящаяся над разгрузочным клапаном под высоким давлением, перетекает через отверстия 24, 22 в подклапанную полость, сравнивая в них давление, что имеет место на всем пути извлечения. Перед извлечением опрессовочный клапан разгружается и его уплотнители 4, 6 принимают исходное положение, изображенное на фиг.2. После извлечения устройство подвергается техническому осмотру, проверяется целостность уплотнительных элементов, которые в случае повреждения заменяются на новые, и устройство используется вновь и т.д.

Устройство с механизмом фиксации разгрузочного клапана в его открытом положении обеспечивает стабильную работу с повышенным качеством и продлевает ресурс применяемого оборудования.

Устройство для опрессовки колонны насосно-компрессорных труб, содержащее опрессовочный клапан для запуска в колонну насосно-компрессорных труб в скважине, состоящий из корпуса, выполненного с возможностью глушения его полости и снабженного головкой под ловитель, заякоривающий узел, расположенный с возможностью взаимодействия со стыком колонны насосно-компрессорных труб на нижнем конце опрессуемого интервала, уплотнительный узел, состоящий из уплотнителя и механизма посадки, отличающееся тем, что полый корпус опрессовочного клапана состоит из подвижной и неподвижной частей, входящих в уплотнительный узел, на подвижной части полого корпуса предусмотрен выполненный заодно кольцевой разделитель, с одной стороны которого установлен вспомогательный уплотнитель механизма посадки в виде манжеты L-образного сечения, открытый торец которой обращен к полости высокого давления и снабжен ограничительным кожухом, а с другой стороны - основной сальниковый уплотнитель, контактирующий с неподвижной частью полого корпуса опрессовочного клапана, выполненной с возможностью посадки в седло заякоривающего узла, установленное на стыке колонны насосно-компрессорных труб, при этом опрессовочный клапан оснащен разгрузочным клапаном, выполненным в виде кинематической пары «шток-цилиндр» с уплотненным разъемом, шток которой с центральным и радиальными расположенными выше уровня уплотненного разъема разгрузочными отверстиями предусмотрен на переходном верхнем участке подвижной части корпуса опрессовочного клапана, а цилиндр, соединенный с центратором и головкой под ловитель, посажен на шток через пружину сжатия, причем в конструкцию введен механизм фиксации разгрузочного клапана в его открытом положении.