Устройство для герметизации устья скважины при спуске-подъеме труб

Изобретение относится к области строительства газовых и газоконденсатных скважин и предназначено для герметизации устья скважин при спуске-подъеме насосно-компрессорных и обсадных труб большого диаметра под давлением. Устройство содержит корпус с фланцевыми соединениями на концах, который состоит из трех частей, соединенных быстроразъемными хомутами. Вдоль оси корпуса размещены два уплотнительных элемента с образованием герметичных полостей между внешней поверхностью уплотнительного элемента и внутренней стенкой корпуса. Устройство содержит патрубки подачи газообразного агента, соединенные с герметичными полостями, и боковой отвод скважинного агента, соединенный со средней частью корпуса. Каждый патрубок подачи газообразного агента оснащен краном подачи газообразного агента и краном сброса давления. В средней части корпуса и во фланцевых соединениях размещены три оптических датчика. Устройство содержит управляемое реле, которое соединено с оптическими датчиками, кранами подачи газообразного агента и кранами сброса давления. Технический результат обеспечивает повышение надежности герметизации устья скважин, эффективности работы устройства, а также ее долговечность. 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства газовых и газоконденсатных скважин и предназначено для герметизации устья скважин при спуске-подъеме насосно-компрессорных и обсадных труб большого диаметра под давлением.

Известно устройство для герметизации устья скважины при спуске-подъеме труб под давлением, содержащее корпус, состоящий из двух частей, связанных резьбовым соединением, и размещенные в корпусе два уплотнительных элемента (см. патент РФ № 2170329, кл. Е21В 33/03, опубл. 10.07.2001, бюл. № 19). Устройство снабжено боковым отводом скважинного агента с предохранительным клапаном и отводом с клапаном сброса давления, установленного между уплотнительными элементами.

Недостатком устройства является низкая надежность герметизации устья скважины, так как оно снабжено одним рабочим уплотнительным элементом, а второй служит для его замены. Форма выполнения уплотнительных элементов не предусматривает регулирование силы обжатия и не позволяет исключить силовой контакт уплотнительных элементов с муфтами, что приводит к быстрому их износу и определяет недолговечность работы устройства. При использовании стандартных муфт при подъеме будет происходить разрушение уплотнительных элементов. Выполнение фасок на каждой муфте потребует предварительной подготовки и затрат времени, что подтверждает неэффективность работы устройства. Резьбовое соединение частей корпуса требует затрат времени и усилий для замены уплотнительного элемента.

Известна устьевая герметизирующая головка, используемая для герметизации устья при принудительном спуске труб в скважину, находящуюся под давлением (см. патент РФ № 1705545, кл. Е21В 33/03, опубл. 15.01.92, бюл. № 2). Устьевая герметизирующая головка содержит корпус с фланцевыми соединениями на концах, уплотнительные элементы, размещенные вдоль оси корпуса, а также узлы выравнивания давления, каждый из которых состоит из трубопровода с запорным органом, привода и датчика положения замкового соединения колонны труб. Датчики размещены во внутренних полостях корпуса над уплотнительными элементами. Трубопровод соединяет пространство над и под уплотнительным элементом.

Недостатками устройства являются низкая надежность герметизации устья скважин, а также недолговечность работы устройства. Конструкция уплотнительных элементов не позволяет исключить силовой контакт уплотнительного элемента с муфтами при проведении СПО под давлением и при его отсутствии, что приводит к его сильному износу. Использовать устройство для подъема труб невозможно, так как при подъеме колонны труб будет создаваться усилие, препятствующее подъему, которое может привести к значительной деформации и разрушению уплотнительных элементов. Недостатком является также неэффективность работы устройства, так как конструкция устройства не предусматривает быструю замену уплотнительных элементов при герметизированном устье скважины. Кроме того, через каналы в узлах выравнивания давления возможен выход скважинного агента на дневную поверхность, что повышает вероятность аварийной ситуации.

В качестве наиболее близкого аналога выбрано устройство для герметизации устья скважины при спуске-подъеме труб (см. патент РФ № 2092674, кл. Е21В 33/03, опубл. 10.10.97, бюл. № 28), содержащее корпус с фланцевыми соединениями на концах, два уплотнительных элемента, размещенных вдоль оси корпуса с образованием герметичных полостей между внешней поверхностью уплотнительного элемента и внутренней стенкой корпуса, патрубки подачи газообразного агента, соединенные с герметичными полостями уплотнительных элементов, оснащенные краном подачи газообразного агента, и боковой отвод скважинного агента, соединенный со средней частью корпуса. Устройство снабжено кожухом, установленным концентрично и герметично относительно корпуса и имеющим отверстие для сообщения с боковым отводом скважинного агента. Герметичные полости уплотнительных элементов связаны между собой через патрубки подачи газообразного агента и распределитель.

Недостатком является недолговечность работы устройства, так как при прохождении муфты через уплотнительный элемент газообразный агент перетекает в полость другого уплотнительного элемента, но при этом сохраняется силовой контакт с муфтой, что приводит к интенсивному износу уплотнительных элементов. В случае сброса давления в герметичных полостях через патрубок подачи газообразного агента будет происходить снижение давления в обеих полостях одновременно, при этом невозможно будет обеспечить надежность герметизации устья скважины. Конструкция устройства не предусматривает быструю замену уплотнительных элементов при герметизированном устье скважины, что характеризует неэффективность работы устройства.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, обеспечивает

повышение надежности герметизации устья скважин и эффективности работы устройства за счет возможности раздельного автоматического регулирования давления в герметичных полостях при проведении СПО под давлением, и быстрой замены уплотнительных элементов;

повышение долговечности работы устройства за счет исключения силового контакта уплотнительного элемента с муфтами при проведении СПО под давлением и при его отсутствии.

Технический результат достигается с помощью известного устройства для герметизации устья скважины при спуске-подъеме труб, содержащего корпус с фланцевыми соединениями на концах, два уплотнительных элемента, размещенных вдоль оси корпуса с образованием герметичных полостей между внешней поверхностью уплотнительного элемента и внутренней стенкой корпуса, патрубки подвода газообразного агента, соединенные с герметичными полостями уплотнительных элементов, оснащенные краном подачи газообразного агента, и боковой отвод скважинного агента, соединенный со средней частью корпуса.

Согласно изобретению

устройство содержит три оптических датчика, один из которых размещен в средней части корпуса, а два других во фланцевых соединениях;

устройство содержит управляемое реле, соединенное с оптическими датчиками;

корпус состоит из трех частей, соединенных быстроразъемными хомутами;

каждый патрубок подвода газообразного агента оснащен краном подачи газообразного агента и краном сброса давления, связанных с управляемым реле.

Нами не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, включающих всю совокупность признаков изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию новизны.

Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие сведения о влиянии отличительных признаков устройства на достигаемый технический результат. Техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.е. соответствует условию изобретательский уровень.

На чертеже представлен продольный разрез устройства для герметизации устья скважины при спуске-подъеме труб.

Устройство для герметизации устья скважины при спуске-подъеме труб содержит корпус 1 с фланцевыми соединениями 2, 3 на концах, который состоит из трех частей, соединенных быстроразъемными хомутами (см. чертеж). Вдоль оси корпуса 1 размещены два уплотнительных элемента 4, 5 с образованием герметичных полостей между внешней поверхностью уплотнительного элемента и внутренней стенкой корпуса 1. Устройство содержит патрубки подачи газообразного агента 6, 7, соединенные с герметичными полостями уплотнительных элементов 4, 5, и боковой отвод 8 скважинного агента, соединенный со средней частью корпуса 1. Каждый патрубок подачи газообразного агента 6, 7 оснащен краном подачи газообразного агента 9, 10 и краном сброса давления 11, 12. В средней части корпуса 1 и во фланцевых соединениях 2, 3 размещены три оптических датчика 13, 14, 15. Устройство содержит управляемое реле 16, которое соединено с оптическими датчиками 13, 14, 15 и кранами подачи газообразного агента 9, 10, и кранами сброса давления 11, 12.

Габариты устройства для спуска-подъема труб диаметром 324 мм:

Высота, мм	1150
Ширина, мм	740
Внутренний проходной диаметр
уплотнительного элемента, мм	351

Устройство для герметизации устья скважины при спуске-подъеме труб монтируют на верхний плашечный превентор. Производят соединение патрубков подачи газообразного агента 6, 7 с баллонами с газообразным агентом (сжатый газ) через редукторы регулирования давления (УР-6-ДМ) и подключают компрессор (УКП80). Проверяют герметичность соединений. Устанавливают краны подачи газообразного агента 9, 10 в положение «открыто». Осуществляют спуск труб диаметром 324 мм до превентора с глухими плашками, установленного под плашечным превентором, обеспечивая постоянную подачу смазывающего агента на их внешнюю поверхность. Устанавливают режим «спуск» на управляющем реле 16 (MU817) и осуществляют подачу газообразного агента в герметичные полости уплотнительных элементов 4, 5. В момент прекращения падения давления в баллоне сжатого газа, что свидетельствует о достижении значения давления в герметичных полостях уплотнительных элементов, равного значению, установленному на редукторе (2,1 МПа), открывают плашечный превентор и продолжают спуск труб. Работа оптических датчиков 13, 14, 15 (RDS1.2/5) заключается в определении приближения муфты к уплотнительным элементам 4, 5 и подаче сигнала на управляющее реле 16, взаимодействующее с кранами подаче газообразного агента 9, 10 и кранами сброса давления 11, 12.

Оптический датчик 13, расположенный в верхнем фланцевом соединении 2 корпуса 1, при прохождении через него муфты подает сигнал на управляющее реле 16. Управляющее реле 16 подает сигнал на переключение крана сброса давления 11 в герметичной полости верхнего уплотнительного элемента 4 в положение «открыто» и сигнал на переключение крана подачи газообразного агента 9 в указанную полость в положение «закрыто». Сброс давления в герметичной полости позволяет исключить силовой контакт уплотнительного элемента с муфтой, что значительно снижает его износ и повышает долговечность работы устройства. При исключении силового контакта верхнего уплотнительного элемента 4 с муфтой герметизация устья скважины обеспечивается нижним уплотнительным элементом 5.

Оптический датчик 14, расположенный в средней части корпуса 1, при прохождении через него муфты, подает сигнал на управляющее реле 16. Управляющее реле 16 подает сигнал для переключения крана подачи газообразного агента 9 в герметичную полость верхнего уплотнительного элемента 4 в положение «открыто» и сигнал для переключения крана сброса давления 11 в указанной полости в положение «закрыто». Одновременно управляющее реле 16 подает сигнал на переключение крана подачи газообразного агента 10 в герметичную полость нижнего уплотнительного элемента 5 в положение «закрыто» и сигнал на переключение крана сброса давления 12 в указанной полости в положение «открыто».

Сброс давления в герметичной полости нижнего уплотнительного элемента 5 позволяет исключить силовой контакт с муфтой при обеспечении герметизации устья скважины верхним уплотнительным элементом 4. Возможность автоматического раздельного регулирования давления в герметичных полостях уплотнительных элементов 4, 5 позволяет повысить надежность герметизации скважины и эффективность работы устройства при проведении СПО под давлением.

При спуске труб контролируют изменение давления в средней части корпуса 1 по манометру. В случае повышения давления открывают кран на боковом отводе 8 скважинного агента.

Оптический датчик 15, расположенный в нижнем фланцевом соединении 3, при прохождении через него муфты подает сигнал на управляющее реле 16. Управляющее реле 16 подает сигнал на переключение крана подачи газообразного агента 10 в герметичную полость нижнего уплотнительного элемента 5 в положение «открыто» и сигнал на переключение крана сброса давления 12 в указанной полости в положение «закрыто».

Для извлечения насосно-компрессорных труб и в случае необходимости извлечения обсадных труб (возникновение аварийной ситуации) переключают управляющее реле 12 в режим «подъем» и начинают извлекать трубы.

При прохождении муфты через оптический датчик 15, расположенный в нижнем фланцевом соединении 3, он подает сигнал на управляющее реле 12, которое подает сигнал на переключение крана сброса давления 12 в герметичной полости нижнего уплотнительного элемента 5 в положение «открыто» и подает сигнал на переключение крана подачи газообразного агента 10 в указанную полость в положение «закрыто».

При прохождении муфты через оптический датчик 14, расположенный в средней части корпуса 1, он подает сигнал на управляющее реле 16, которое подает сигнал на переключение крана подачи газообразного агента 10 в герметичную полость нижнего уплотнительного элемента 5 в положение «открыто» и сигнал на переключение крана сброса давления 12 в указанной полости в положение «закрыто». Одновременно управляющее реле 12 подает сигнал на переключение крана подачи газообразного агента 9 в герметичную полость верхнего уплотнительного элемента 4 в положение «закрыто» и сигнал на переключение крана сброса давления 11 в указанной полости в положение «открыто».

При прохождении муфты через оптический датчик 13, расположенный в верхнем фланцевом соединении 2, подает сигнал на управляющее реле 12, которое подает сигнал на переключение крана подачи газообразного агента 9 в герметичную полость верхнего уплотнительного элемента 4 в положение «открыто» и сигнал на переключение крана сброса давления 11 в указанной полости в положение «закрыто».

Конструкция корпуса, состоящая из трех частей, соединенных быстроразъемными хомутами, позволяет производить быструю замену уплотнительных элементов и свидетельствует об эффективности работы устройства. Причем замену верхнего уплотнительного элемента 4 можно осуществлять при сохранении герметизации устья скважин. Расположение оптического датчика 13 в верхнем фланцевом соединении 2 позволяет отсоединить верхнюю часть корпуса 1 без отсоединения указанного датчика от управляемого реле 16.

Перед извлечением последней трубы фиксируют ее положение на уровне нижнего фланцевого соединения 3, закрывают превентор с глухими плашками, закрывают краны подачи газообразного агента 9, 10 и открывают краны сброса давления 11, 12 в герметичных полостях уплотнительных элементов 4, 5. После этого извлекают трубу и производят демонтаж устройства.

В случае отсутствия давления в скважине производят спуск-подъем труб, исключив контакт уплотнительных элементов с муфтами и телом трубы, переключив краны подачи газообразного агента 9, 10 в положение «закрыто» и краны сброса давления 11, 12 в герметичных полостях уплотнительных элементов 4, 5 в положение «открыто».

Таким образом, использование устройства позволяет надежно герметизировать устье скважины при спуске-подъеме труб большого диаметра. Взаимосвязь конструктивных элементов обеспечивает эффективность работы устройства, а также ее долговечность.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности, так как является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Устройство для герметизации устья скважины при спуске-подъеме труб, содержащее корпус с фланцевыми соединениями на концах, два уплотнительных элемента, размещенных вдоль оси корпуса с образованием герметичных полостей между внешней поверхностью уплотнительного элемента и внутренней стенкой корпуса, патрубки подачи газообразного агента, соединенные с герметичными полостями уплотнительных элементов, оснащенные краном подачи газообразного агента, и боковой отвод скважинного агента, соединенный со средней частью корпуса, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит три оптических датчика, один из которых размещен в средней части корпуса, а два других во фланцевых соединениях, и управляемое реле, соединенное с оптическими датчиками, причем корпус состоит из трех частей, соединенных быстроразъемными хомутами, а каждый патрубок подачи газообразного агента оснащен краном подачи газообразного агента и краном сброса давления, связанных с управляемым реле.