Забойный превентор

 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для предупреждения и ликвидации выбросов и открытых фонтанов. Цель - повышение эффективности работы забойного превентора за счет обеспечения замены бурового раствора с подпакерной части ствола скважины. Для этого забойный превентор включает связанный с колонной труб полый корпус 1 с обводным 2 и промывочными 3 каналами, уплотнительную манжету 4, образующую с корпусом заполненную жидкость камеру 5 связанную с источником давления, установленные концентрично в корпусе и друг относительно друга с возможностью осевого перемещения патрубок 6, связанный срезным элементом 7 с корпусом 1 и полый золотник 8 с седлом 9 под запорный клапан и промывочными каналами 10, связанный срезным элементом 11 с патрубком. Патрубок имеет промывочные каналы 12, совмещенные с промывочными каналами 10 золотника и циркуляционные каналы 13, перекрытые золотником 8. Корпус выполнен с кольцевым пазом 14, образующим с патрубком 6 кольцевую полость 15, в которой с возможностью осевого перемещения размещены кольцевой поршень 16 и клапанная втулка 17, связанная срезным элементом 18 с корпусом и перекрывающая промывочные каналы корпуса 3, патрубка 12 и золотника 10. Источник давления размещен в кольцевой полости между поршнем 16 и втулкой 17 и выполнен в виде заряда медленно горящего вещества 19 с электродетонатором 20 и воспламенение которого и инициирование вещества 19 происходит при посадке магнитной втулки 31 в гнездо корпуса 1 напротив магнито-управляемых контактов 23. Уплотнительная манжета расширяется под давлением жидкости, вытесняемой поршнем 16 передвигающимся вниз под действием давления газов, образующихся от горения заряда 19. При дальнейшем повышении давления газов штифты 18 срезаются и втулка 17 движется вверх, открывая промывочные каналы корпуса 3, патрубки 12 и золотника 10, в результате чего через промывочные каналы осуществляют замену бурового раствора в надпакерной части. Для промывки подпакерного пространства вводят запорный клапан 32, который садится в седло 9 золотника, перемещая его вниз. При этом полость колонны над запорным клапаном сообщают через канал 13 и обводной канал 2 с затрубным подпакерным пространством. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам, предназначенным для предупреждения и ликвидации выбросов и открытых фонтанов при бурении скважин.

Целью изобретения является повышение эффективности работы забойного превентора за счет обеспечения замены бурового раствора в подпакерной части ствола скважины при перекрытом затрубном пространстве.

Указанная цель достигается тем, что забойный превентор, включающий связанный с колонной труб полый корпус с обводным и промывочными каналами, уплотнительную манжету, образующую с корпусом заполненную жидкостью камеру, связанную с источником давления, установленную концентрично в корпусе и друг относительно друга с возможностью осевого перемещения патрубок, связанный срезным элементом с корпусом и полый золотник с седлом под запорный клапан и промывочными каналами, связанный срезным элементом с патрубком, имеющим промывочные каналы, совмещенные с промывочными каналами золотника и сообщающими после герметизации кольцевого пространства, внутритрубное пространство с затрубным надпакерным пространством и циркуляционные каналы, перекрытые золотником, гидравлически связывающие в крайнем нижнем положении золотника, перекрытого запорным клапаном, полости колонны труб над запорным клапаном с обводным каналом корпуса и затрубным подпакерным пространством, снабжен кольцевыми поршнем и клапанной втулкой, корпус выполнен с кольцевым пазом, образующим с патрубком кольцевую полость, в которой с возможностью осевого перемещения размещены поршень и втулка, связанная срезным элементом с корпусом и перекрывающая промывочные каналы корпуса, патрубка и золотника, а источник давления размещен в кольцевой полости между поршнем и втулкой, при этом обводной канал корпуса сообщается с циркуляционными каналами патрубка, а в крайнем нижнем положении золотника сообщается с затрубным надпакерным пространством. Кроме того, источник давления выполнен в виде заряда медленно горящего вещества с электродетонатором и узла инициирования, который установлен в верхней части корпуса с возможностью взаимодействия с управляющей магнитной втулкой. Данная конструкция дает возможность замены бурового раствора в подпакерной части ствола скважины при перекрытом затрубном пространстве, что повышает эффективность работы забойного превентора. Кроме того, предлагаемая конструкция превентора обеспечивает возможность создания высокого давления в камере уплотнительной манжеты, что также повышает эффективность работы превентора.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый забойный превентор отличается тем, что он снабжен кольцевым поршнем и клапанной втулкой, корпус выполнен с кольцевым пазом, образующим с патрубком кольцевую полость, в которой с возможностью осевого перемещения размещены поршень и втулка, связанная срезным элементом с корпусом и перекрывающая промывочные каналы корпуса, патрубка и золотника, а источник давления размещен в кольцевой полости между поршнем и втулкой, при этом обводной канал корпуса сообщается с циркуляционными каналами патрубка, а в крайнем нижнем положении золотника сообщается с затрубным надпакерным пространством, кроме того, источник давления выполнен в виде заряда медленно горящего вещества с электродетонатором и узла инициирования, который установлен в верхней части корпуса с возможностью взаимодействия с управляющей магнитной втулкой.

Таким образом, заявляемый забойный превентор соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в исследуемой области, но есть бурения нефтяных и газовых скважин, не позволило выявить в них следующие признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа: корпус выполнен с кольцевым пазом, образующим с патрубком кольцевую полость, в которой с возможностью осевого перемещения размещены поршень и втулка, связанная срезным элементом с корпусом и перекрывающая промывочные каналы корпуса, патрубка и золотника; источник давления размещен в кольцевой полости между поршнем и втулкой; обводной канал корпуса сообщается с циркуляционными каналами патрубка, а в крайнем нижнем положении золотника сообщается с затрубным надпакерным пространством.

Что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан забойный превентор в процессе бурения; на фиг. 2 забойный превентор в момент перекрытия затрубного пространства и открытия каналов для промывки надпакерного пространства и открытия каналов для промывки надпакерного пространства скважины; на фиг. 3 забойный превентор в момент открытия канала для промывки надпакерного пространства скважины; на фиг. 4 забойный превентор в момент распакеровки.

Забойный превентор включает связанный с колонной труб полый корпус 1 с обводным 2 и промывочными 3 каналами, уплотнительную манжету 4, образующую с корпусом заполненную жидкость камеру 5, связанную с источником давления, установленные концентрично в корпусе и друг относительно друга с возможностью осевого перемещения патрубок 6, связанный срезным элементом 7 с корпусом 1 и полый золотник 8 с седлом 9 под запорный клапан и промывочными каналами 10, связанный срезным элементом 11 с патрубком. Патрубок имеет промывочные каналы 12, совмещенные с промывочными каналами 10 золотника и циркуляционные каналы 13, перекрытые золотником 8. Корпус выполнен с кольцевым пазом 14, образующим с патрубком 6 кольцевую полость 15, в которой с возможностью осевого перемещения размещены кольцевой поршень 16 и клапанная втулка 17, связанная срезным элементом 18 с корпусом и перекрывающая промывочные каналы корпуса 3, патрубка 12 и золотника 10. Источник давления размещен в кольцевой полости между поршнем 16 и втулкой 17 и выполнен в виде заряда медленно горящего вещества 19 с электродетонатором 20 и узла инициирования 21, который установлен в верхней части корпуса с возможностью взаимодействия с управляющей магнитной втулкой. Узел инициирования включает термостойкий источник электропитания 22 и магнито-управляемые контакты 23.

Корпус имеет каналы 24, гидравлически сообщающиеся с камерой 5 уплотнительной манжеты, перекрытые патрубком 6 и канал 25, гидравлически связанный подпоршневое пространство кольцевой полости 15 с камерой уплотнительной манжеты 5, перекрытый обратным клапаном 26. Кроме того, патрубок имеет два ряда каналов 27 и 28, а золотник два ряда каналов 29 и 30.

Забойный превентор работает следующим образом.

Забойный превентор включают в компоновку бурильной колонны перед вскрытием высоконапорных горизонтов так, чтобы в процессе бурения он находился над продуктивным пластом в интервале, где нет значительных каверн.

При возникновении нефтегазоводопроявления в бурильную колонну вводят магнитную втулку 31, представляющую собой постоянный магнит. Двигаясь в потоке промывочной жидкости, магнитная втулка садится в гнездо корпуса 1 превентора напротив магнито-управляемых контактов 23. В тот момент, когда силовое поле магнитной втулки пересечет магнито-управляемые контакты, произойдет замыкание электрической цепи, воспламенение электродетонаторов 20 и инициирование заряда медленно горящего вещества 19. Под действием давления газов, образующихся при горении заряда 19, кольцевой поршень 16 движется вниз, вытесняя находящуюся под ним жидкость из кольцевой полости 15 через каналы 25 и обратный клапан 26 в камеру 5 уплотнительной манжеты 4. Уплотнительная манжета расширяется до контакта со стенками скважины (обсадной колонны), в результате чего происходит перекрытие затрубного пространства скважины.

При дальнейшем повышении давления газов в кольцевой полости до заданной величины штифты 18 срезаются и клапанная втулка 18 под действием возрастающего давления газов движется вверх, открывая промывочные каналы корпуса 3, патрубка 1 2 и золотника 10, в результате чего внутритрубное пространство сообщается с затрубным надпакерным пространством. Через промывочные каналы осуществляется замена бурового раствора в надпакерной части ствола скважины посредством прямой промывки. Через эти же каналы излишние газы, образующиеся при дальнейшем горении заряда 19, выходят в затрубное и внутритрубное пространство.

После промывки надпакерного пространства приступают к промывке подпакерного пространства скважины. Для этого в бурильную колонну вводится запорный клапан 32, имеющий форму конуса с захватной головкой сверху для обеспечения, при необходимости, возможности его последующего извлечения. Двигаясь в потоке промывочной жидкости, запорный клапан садится в седло 9 золотника, срезая при заданном перепаде давлений штифты 11, и перемещая золотник 8 в крайнее нижнее положение. При этом полость колонны труб над запорным клапаном гидравлически сообщается через циркуляционный канал 13 и обводной канал 2 с затрубным подпакерным пространством. Кроме того, каналы 28 и 29 совмещаются, а промывочный канал 12 патрубка перекрывается. Замена бурового раствора в подпакерной зоне осуществляется посредством обратной промывки. Подаваемый буровыми насосами или цементировочными агрегатами буровой раствор движется в колонне бурильных труб, затем через циркуляционный канал 13 и обводной канал 2 поступает в затрубное пространство подпакерной части ствола скважины, далее через долото во внутритрубное пространство и через каналы 28 и 29, кольцевую полость 15 и промывочные каналы 3 корпуса в затрубное пространство надпакерной части ствола скважины. После замены бурового раствора по всему стволу скважины приступают к распакеровке затрубного пространства.

Процесс распакеровки осуществляется следующим образом.

В бурильную колонну вводят клапан-конус 33, имеющий кроме захватной головки приспособление для захвата головки запорного клапана 32. Клапан-конус 33, двигаясь в потоке промывочной жидкости садится в седло патрубка 6, перекрыв тем самым полость колонны труб. При заданном перепаде давлений на клапане-конусе срезаются штифты 7, и патрубок 6 перемещается в крайнее нижнее положение. При этом каналы 24, 27 и 30 совмещаются, сообщая камеру уплотнительной манжеты с внутритрубным пространством. Жидкость, находящаяся под избыточным давлением в камере уплотнительной манжеты, вытекает во внутритрубное пространство через каналы 24, 27 и 30, наружный диаметр уплотнительной манжеты принимает свой первоначальный размер. Захватное приспособление клапана-конуса 33 захватывает головку запорного клапана 32 так, что при необходимости оба клапана можно было извлечь в один прием с помощью овершота.

Для исключения попадания пластового флюида в затрубное пространство над превентором при промывке надпакерного пространства в компоновку бурильной колонны можно включить под забойным превентором обратный клапан, который открывается при перемещении золотника в крайнее нижнее положение.

Использование предлагаемой конструкции забойного превентора позволяет производить последовательную замену бурового раствора в надпакерном и подпакерном пространстве скважины при перекрытом затрубном пространстве, а также обеспечивает возможность создания высокого давления в камере уплотнительной манжеты, и тем самым повышает эффективность работы устройства при предупреждении и ликвидации выбросов и открытых фонтанов при бурении скважин. 1

Формула изобретения

1. Забойный превентор, включающий связанный с колонной труб полый корпус с обводным и промывочными каналами, уплотнительную манжету, образующую с корпусом заполненную жидкостью камеру, связанную с источником давления, установленные концентрично в корпусе и относительно друг друга с возможностью осевого перемещения патрубок, связанный срезным элементом с корпусом, и полый золотник с седлом под запорный клапан и промывочными каналами, связанный срезным элементом с патрубком, имеющим промывочные каналы, совмещенные с промывочными каналами золотника и сообщающими после герметизации кольцевого пространства внутритрубное пространство с затрубным надпакерным пространством, и циркуляционные каналы, перекрытые золотником, гидравлически связывающие в крайнем нижнем положении золотника, перекрытого запорным клапаном, полости колонны труб под запорным клапаном с обводным каналом корпуса и затрубным подпакерным пространством, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы забойного превентора за счет обеспечения замены бурового раствора в подпакерной части ствола скважины при перекрытом затрубном пространстве, он снабжен кольцевым поршнем и клапанной втулкой, корпус выполнен с кольцевым пазом, образующим с патрубком кольцевую полость, в которой с возможностью осевого перемещения размещены поршень и втулка, связанная срезным элементом с корпусом и перекрывающая промывочные каналы корпуса, патрубка и золотника, а источник давления размещен в кольцевой полости между поршнем и втулкой, при этом обводной канал корпуса сообщен с циркуляционными каналами патрубка, а в крайнем нижнем положении золотника сообщен с затрубным надпакерным пространством.

2. Превентор по п.1, отличающийся тем, что источник давления выполнен в виде заряда медленно горящего вещества с электродетонатором и узла инициирования, который установлен в верхней части корпуса с возможностью взаимодействия с управляющей магнитной втулкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4