Устройство для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины

Изобретение относится к устройствам для бурения и эксплуатации нефтяных скважин, предназначенных для исключения шлама в ответвлениях скважины, организации их селективной промывки. Технический результат - повышение надежности установки и извлечения устройства в скважине, а также расширение условий и возможности проведения технологических операций за счет обеспечения многократности установки и съема в скважине. Устройство включает корпус 1, ствол 8, уплотнительный элемент 2, втулку 4 и узел доставки. Устройство снабжено неподвижной втулкой 5 и подпружиненной дифференциальной расстыковочной втулкой 6, установленной во внутренней полости неподвижной втулки 5. Между корпусом 1 и стволом 8, подпружиненным относительно корпуса 1, установлена дополнительная дифференциальная втулка 9 с пазами, в которых для фиксации и ограничения ее перемещения установлен ограничитель 11. На нижней части корпуса 1 установлена заглушка 20, а во внутренней полости ствола 8 - поршень 15 с образованием между ними масляной камеры. Радиальные каналы 24 выполнены в корпусе 1 и дополнительной дифференциальной втулке 9. На верхнем конце ствола 8 установлен конус-захват 16, выполненный с уплотнительными манжетами 17, жестко фиксирующими от радиального и продольного перемещения устройство в цанговом захвате узла доставки. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для бурения и эксплуатации нефтегазовых скважин, предназначенным для исключения накопления шлама в ответвлениях скважин, организации их селективной промывки, а также для изоляции разобщения пластов в открытом стволе и обсаженных скважинах при проведении различных подземных работ.

Известно устройство, включающее связанный с колонной труб корпус с радиальными каналами, обратный клапан, расположенный в одном из них, уплотнительный элемент, заглушку с пружинным фиксатором и шлицем, установленную в гнезде нижнего переводника и закрепленную срезным элементом в верхнем переводнике, а также предохранительную втулку с радиальным каналом, закрепленную срезным элементом во внутренней полости корпуса (а.с. № 1121392 Е21В 33/12).

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности вторичной установки его в скважине без подъема из скважины на поверхность, а следовательно, невозможность его переустановки в ответвлениях скважины или на участках основного горизонтального ствола.

Известно также устройство, включающее ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, конус со шлипсами, корпус и шток посадочного инструмента, установочный фиксатор, съемный узел с зубчатой насечкой (патент RU № 2170808 Е21В 33/12).

Недостатком известного устройства является наличие двух срезных элементов, срез первого элемента - происходит при установке пакера, срез второго элемента - при извлечении пакера из скважины, данные срезные элементы исключают возможность n-количество раз устанавливать и снимать устройство в стволе скважины без подъема на поверхность.

Задача, стоящая при создании устройства для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины, состоит в повышении надежности установки и извлечения устройства в скважине, а также расширении условий и возможности проведения технологических операций за счет обеспечения многократности установки и съема в скважине.

Достигаемый технический результат, получаемый в результате создания изобретения, состоит в том, что устройство может быть многократно, без подъема на поверхность установлено и снято в любом интервале основного ствола или в его ответвлениях.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что новое устройство для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины, включающее корпус, уплотнительный элемент из эластичного материала рукавного типа, фиг.1, или манжетного типа, фиг.6, шлипсы, снабжено:

- подпружиненной дифференциальной расстыковочной втулкой, взаимодействующей с разжимным цанговым захватом узла установки и съема;

- стволом, установленным во внутренней полости корпуса, с одного конца поджатым пружиной, с другого - зафиксированным гайкой, внутренняя полость ствола заполнена маслом и закрыта поршнем, на наружной поверхности установлены дополнительная дифференциальная втулка с продольными и винтовыми пазами, подпружиненная пружиной;

- жестким конусом с уплотнительными манжетами и радиальными каналами, установленными на верхнем конце ствола;

- узлом установки и съема в виде разрезного цангового захвата, жестко фиксируемого от продольного и радиального перемещения на конусе, устанавливаемым на колонне насосно-компрессорных труб.

Заявителем не обнаружено технических решений, имеющих ту же совокупность существенных признаков, как в заявляемом изобретении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Наличие расстыковочной дифференциальной подпружиненной втулки позволяет проводить фиксацию и расфиксацию устройства при установке и съеме многократно в скважине без подъема на поверхность, что расширяет и экономически удешевляет технологические операции. Поджатый пружиной ствол позволяет повысить надежность посадки колонны насосно-компрессорных труб с цанговым захватом на устройство, так как ствол работает как пружинный амортизатор в масле, предотвращающий ударные нагрузки от веса колонны на рабочий уплотнительный элемент устройства.

Дополнительная дифференциальная втулка, работающая в масле, позволяет обеспечить надежную многократную цикличность работы резиновых колец при различных внутритрубных и межтрубных давлениях.

Жесткий конус с уплотнительными манжетами и радиальными каналами позволяет обеспечивать герметичное разобщение межтрубного пространства в процессе запакеровки и распакеровки, надежное сцепление устройства с колонной труб.

Узел цангового захвата позволяет обеспечить жесткую фиксацию, а также стыковку и расстыковку устройства с колонной насосно-компрессорных труб.

Унифицированный корпус позволяет расширять возможность использования устройства в скважине, когда в цеховых условиях можно устанавливать гидравлический уплотнительный элемент с большим коэффициентом пакеровки на малые давления для работы в открытом стволе или уплотнительный элемент в виде литой резиновой манжеты механического типа с низким коэффициентом пакеровки на большие давления с заякоревающим узлом для работы в обсаженной скважине, фиг.6.

Заявителем не обнаружено технических решений, имеющих совокупность существенных признаков, совпадающих или сходных с существенными признаками заявляемого изобретения и позволяющих получить тот же технический результат, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Указанное устройство представлено на фиг.1-7.

На фиг.1 показан общий вид устройства для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины в транспортном положении во время движения в скважине к месту установки. На фиг.2 показано устройство в промежуточном положении в момент создания избыточного давления в колонне насосно-компрессорных труб и передачи давления под уплотнительный элемент, запакеровки устройства. На фиг.3 изображено устройство в рабочем положении, узел установки и съема поднят на поверхность. На фиг.4 устройство изображено в момент установки цангового захвата на корпус, создания давления в насосно-компрессорных трубах, распакеровки устройства, защелкивания конуса на цанговый захват для перемещения в скважине с дальнейшей посадкой или извлечением на поверхность. На фиг.5 устройство изображено в момент создания давления в насосно-компрессорных трубах и посадки устройства в скважине вторично, после перемещения в скважине без подъема на поверхность, освобождение от захвата цанговым захватом конуса. На фиг.6 изображено устройство с унифицированным корпусом, где используется уплотнительный элемент в виде цельной резиновой манжеты механического типа с низким коэффициентом пакеровки на большие давления с заякоревающим узлом для работы в обсаженной скважине. На фиг 7 показана часть развертки винтовых и продольных пазов на дополнительной дифференциальной втулке 9.

Устройство для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины (см. фиг.1) включает корпус 1 с радиальным каналом 24, на наружной поверхности корпуса 1 установлен уплотнительный элемент 2 из эластичного материала, обжатый с помощью обжимной арматуры 3 с одной стороны на подвижной втулке 4, с другой - на неподвижной втулке 5, во внутренней полости которой установлена расстыковочная дифференциальная втулка 6, поджатая пружиной 7, во внутренней полости корпуса 1 установлен ствол 8, на наружной поверхности которого установлена дополнительная дифференциальная втулка 9 с пазами (см. развертку фиг.7), с радиальным запакеровочным каналом 25 и распакеровочным каналом 26, поджатая пружиной 10 на верхнем конце, зафиксированная от осевого перемещения ограничителем 11, установленным в пазах дополнительной дифференциальной втулки 9 (фиг.7), и гайкой 12, ствол 8 в корпусе 1 подпружинен пружиной 13 и жестко ограничен от перемещения вверх гайкой 14. Во внутренней полости ствола 8 установлен поршень 15, полость под поршнем 15 заполнена маслом, на верхнем конце ствола 8 установлен конус-захват 16. С набором уплотнительных манжет 17 и радиальным каналом «27» на конус-захвате 16 установлен узел доставки, установки и извлечения в виде разрезного цангового захвата 18, связанного с колонной 19 насосно-компрессорных труб. На нижней части корпуса 1 установлена заглушка 20.

Вариант (фиг.6). устройства для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины выполнен с корпусом 1 унифицированного типа, позволяющего устанавливать вместо уплотнительного элемента 2 рукавного типа уплотнительный элемент из цельной резины 23 и заменой заглушки 20 на якорь 21 со шлипсами 22.

Устройство для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины работает следующим образом. При спуске в скважину на колонне 19 насосно-компрессорных труб внутренняя полость насосно-компрессорных труб через обратный клапан заполняется рабочей жидкостью, при доставке устройства к месту установки в колонне 19 насосно-компрессорных труб создают давление 10 МПа. Внутренняя полость насосно-компрессорных труб сообщается через канал 27 с внутренней полостью устройства, поршень 15, перемещаясь вниз, создает давление во внутренней полости ствола 8, дополнительная дифференциальная втулка 9 перемещается вверх на ход, ограниченный пазом и ограничителем 11, сообщает внутреннюю полость ствола 8 через радиальные каналы 25 и 24 с внутренней полостью под уплотнительным элементом 2, запакеровывая последний к стенкам скважины (см. фиг.2), давление под уплотнительным элементом воздействует на расстыковочную дифференциальную втулку 6, которая, перемещаясь вверх, воздействует на разрезной цанговый захват 18, освобождая последний от жесткого сцепления с конус-захватом 14, колонна 19 насосно-компрессорных труб вместе с цанговым захватом 18 подготовлена к подъему из скважины. После сброса давления в насосно-компрессорных трубах дополнительная дифференциальная втулка 9 под воздействием пружины 10 переместится в исходное положение, перекрыв полость под уплотнительным элементом 2. Устройство готово к работе, обеспечивая работоспособность от давления снизу и сверху (см. фиг.3).

Для извлечения или перемещения устройства в скважине цанговый захват 18, спущенный на насосно-компрессорных трубах к месту установки устройства, не доводят 3-5 метров до устройства и создают интенсивную промывку жидкостью головы устройства в течение 30 минут, после этого осуществляют посадку колонны 19 насосно-компрессорных труб с цанговым захватом 18 на конус-захват 16, разгружают вес колонны 19 насосно-компрессорных труб (1-1,5 тонны) на устройство, в колонне 19 насосно-компрессорных труб создают давление 5,0 МПа, дополнительная дифференциальная втулка 9 перемещаясь вверх по большому пазу (см. развертку, фиг.7) открывает внутреннюю полость корпуса 1 через канал 26 в межтрубье, падение давления вызывает перемещение растыковочной дифференциальной втулки 6 вниз, освобождение цангового захвата 18 и сцепление последнего с конус-захватом 16 (см. фиг.4), после сброса давления в насосно-компрессорных трубах дополнительная дифференциальная втулка 9 возвращается в исходное положение. Устройство готово к подъему на поверхность или повторной установке в скважине.

Для повторной посадки устройства в скважине без подъема на поверхность в колонне 19 насосно-компрессорных труб создают давление жидкости 10,0 МПа, поршень 15, перемещаясь вниз, создает давление во внутренней полости ствола 8, дополнительная дифференциальная втулка 9 по пазам развертки, перемещаясь вверх, совмещает радиальные каналы 25 и 24, масло из внутренней полости ствола 8 поступает под уплотнительный элемент 2, прижимая последний к стенкам скважины, расстыковочная дифференциальная втулка 6, перемещаясь вверх, разжимает цанговый захват 18, освобождая последний от жесткого сцепления с конус-захватом 16, колонна 19 насосно-компрессорных труб с цанговым захватом 18 готова к подъему из скважины (см. фиг.5).

Технико-экономические преимущества заявленного устройства для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины по сравнению с прототипом определяются тем, что:

- исключается операция по вращению колонны насосно-компрессорных труб при посадке, снятии и извлечении из скважины

- обеспечивается возможность повторной установки устройства в скважине без подъема колонны насосно-компрессорных труб на поверхность, расширяет технологические возможности применения устройства в скважине и повышает экономическую эффективность изделия;

- исключается необходимость двух модификаций устройства для применения в открытом стволе и в обсаженной скважине.

1. Устройство для предотвращения накопления шлама в ответвлениях скважины, включающее корпус, ствол, уплотнительный элемент, втулку, узел доставки, отличающееся тем, что устройство снабжено неподвижной втулкой и подпружиненной дифференциальной расстыковочной втулкой, установленной во внутренней полости неподвижной втулки, при этом между корпусом и стволом, подпружиненным относительно корпуса, установлена дополнительная дифференциальная втулка с винтовыми и продольными пазами разной длины, в которых для фиксации и ограничения ее перемещения установлен ограничитель, причем на нижней части корпуса установлена заглушка, а во внутренней полости ствола поршень с образованием между ними масляной камеры, с возможностью периодической передачи давления на уплотнительный элемент и подпружиненную расстыковочную дифференциальную втулку посредством радиальных каналов, выполненных в корпусе и дополнительной дифференциальной втулке, при этом на верхнем конце ствола установлен конус-захват, выполненный с уплотнительными манжетами, жестко фиксирующий от радиального и продольного перемещения устройство в цанговом захвате узла доставки, обеспечивающий спуск, посадку, снятие, а также перемещение устройства на колонне труб в скважине.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен унифицированного типа, с возможностью установки уплотнительного элемента рукавного типа или из цельной резины с заглушкой, выполненной в виде якоря со шлипсами.