Автоматическое глубинное устройство для перекрытия ствола скважины

 

Союз Советскик

Социалистическик

Республик 859609 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.12.79 (21) 2857512!22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М, К., Е 21 В 43/12

Гасударственный комитет

II0 делам нзабретеннй н еткрмтий (53) УДК 622.245..6 (088.88) Опубликовано 30.08.81. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 05.09.81 (72) Авторы изобретения

В. А. Бахвалов, В. Г. Комаров, Л.

В. В. Пугачевский и ктный

Пермский государственный научноинститут нефтяной промышленно промышле ной (71) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ ГЛУБИННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтедобычи, в частности к конструкциям глубинных устройств, которые автоматически производят перекрытие ствола скважины сразу же после прекращения отбора жидкости из скважины как при фонтанном, так и при механизированном способе ее добычи.

Известно устройство для перекрытия фонтанных скважин, обеспечивающее автоматическое перекрытие ствола скважины при увеличении дебита выше оптимального и позволяющее производить работы по ре- 10 монту глубинного оборудования скважины без ее глушения (1).

Однако ддя пуска в эксплуатацию скважины, оборудованной вышеуказанным устройством, в колонне лифтовых труб необходимо создать избыточное давление или на скребковой проволоке спустить в скважину грузик, который ставит верхний уравнительный клапан в положение «Открыто», т. е. устройство является полуавтоматическим, так как не обеспечивает автоматического открытия клапана устройства для прохода добываемой жидкости при пуске скважины в работу.

Наиболее близким к предлагаемому о технической сущности является глубинное устройство для перекрытия ствола скважины перед подземным ремонтом, выполненное в виде устанавливаемого на пакере цилиндрического корпуса с радиальными отверстия-. ми, в котором концентрично размещен жестко соединенный с ним патрубок, подвижный стакан, установленный между корпусом и патрубком, и поршень.

Данное устройство является полностью автоматическим, так как оно обеспечивает перекрытие ствола скважины при прекращении отбора из нее жидкости и соединяет подпакерное пространство с надпакерным при пуске скважины в работу без проведения каких-либо дополнительных операций (2) Однако во время добычи жидкости из скважины верхняя пружина постоянно находится в максимально нагруженном состоянии и подвергается циклическим знакопеременным нагрузкам. Это приводит к преждевременному выходу пружины из строя и, как следствие, и уменьшению срока службы устройства в целом.

859609

Работа устройства связана со значительными осевыми перемещениями подвижного стакана (поршня). Величина осевого перемещения прямо пропорциональна величине отверстий, через которые добываемая жидкость из подпакерного пространства поступает в надпакерное. Повышение дебита скважи»ы требует увеличения размеров этих отверстий, что приводит к увеличению осевого перемещения стакана (поршня) .

Кроме того, при добыче продукции, представляющей собой трехфазную смесь, нефть, газ и воду, из-за постоянно меняющегося фазового соотношения смеси подвижный стакан (поршень) постоя»но выбрирует в осевом направлении, так как во время добычи жидкости он удерживается в подпружине»ном состоянии, омываемым его восходящим потоком добываемой жидкости. В результате увеличивается износ сопрягаемых поверхностей указанных элементов, приводя к появлению зазоров и нарушению герметичности запорных органов устройства, т. е, при срабатывании устройства не происходит отсечение жидкости., находящейся в подпакерном пространстве, от жидкости в надпакерном пространстве. Устройство в целом перестает соответствовать предъявленным к нему требованиям. Таким образом, несмотря на высокую надежность срабатывания, в результате уменьшения функциональной надежности эксплуатационная надежность устройства в целом оказывается весьма низкой.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности устройства за счет исключения циклических знакопеременных нагрузок, значительных осевых перемещений и вибрации подвижного стакана.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено рабочим и управляющим подпружиненным поршнями и нижним и верхним золотниками с аксиальными каналами, причем рабочий поршень установлен в нижней части патрубка и жестко связан с нижним золотником и поршнем, который жестко связан с подвижным стаканом, а управляющий подпружиненный поршень установлен в верхней части патрубка и жестко связан с верхним золотником, при этом верхний и нижний золотники образуют камеру, сообщающуюся с надпакерным и подпакерным пространствами, причем подвижный стакан выполнен с наклонными пазами, в которых установлены фиксаторы его крайнего верхнего и нижнего положений.

На фиг. 1 изображено устройство при добыче жидкости из скважины на поверхность, продольный разрез; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — устройство при перекрытом стволе скважины; продольный разрез; »а фиг. 4 — вид Б на фиг. 3.

Автоматическое глубинное устройство для перекрытия ствола скважины содержит

45 посредством аксиальных каналов 14 верхнем 13 и нижнем 9 золотниках полостях I и IV — возрастает и становится равным

50 подпакерному давлению. Вследствие разности площадей рабочего поршня 10 и поршня 8, рабочий поршень 10 совместно с нижним золотником 9 перемещается вниз и открывает отверстие канала 15, соединяюще55 го полость камеры 1 с надпакерньм пространством. В связи с тем, что рабочий поршень 10 жестко связан с поршнем 8 и подвижным стаканом 4, последние получают

10 !

5 го г5

35 корпус 1, установленный в скважине на пакере 2. Внутри корпуса 1 размещен жестко соединенный с ним патрубок 3, а в кольцевом пространстве между корпусом 1 и патрубком 3 размеше» подвижный стакан 4.

В корпусе 1 выполнены отверстия 5, в подвижном стакане 4 выполнены отверстия 6 и в патрубке 3 также выполнены отверстия 7.

При добыче жидкости из скважины, когда устройство сообщает подпакерное пространство с надпакерным, отверстия 6, 5 и 7 совпадают между собой. В нижней части подвижный стакан 4 жестко связан с поршнем 8, на который оказывает давление среда подпакерного пространства. Нижняя часть патрубка 3 выполнена в виде камеры I, где размещен нижний золотник 9 и рабочий поршень 10, оба из которых жестко взаимосвязаны между собой, а также с подвиж»ым стаканом 4 и с поршнем 8. Верхняя часть патрубка 3 выполнена в виде герметичной камерь 11 с каналом, в котором размещен управляющий поршень 11, подпружи»енный пружиной 12. На управляющий поршень 11 оказывает взаимодействие среда под»акерног0 пространства. Управляющий поршень 1! жестко связан с верхним золотником 13, который -àêæå,,как и нижний золотник 9, размещен в камере 1 патрубка 3.

В нижнем 9 и верхнем 13 золотнике выполнены аксиальные каналы 14. Полость камеры соединена каналом 15 с надпакерным пространством, а каналом 16 — с подпакер»ым. В стенках подвижного стакана 4 выполнены наклонные пазы 17, в которых установлены фиксаторы 18 крайнего верхнего и нижнего положений стакана 4, закрепленные неподвижно на корпусе 1 устройства.

Устройство работает следующим образом.

После остановки насоса давление в пространстве над пакером 2 увеличится из-за повышения уровня жидкости в скважине.

В результате управляющий поршень 11 начинает опускаться, сжимая пружину 12.

При этом жестко связанный с управляющим поршнем 11 верхний золотник 13 перемещается вниз и открывает отверстие канала 16, связывающего полость камеры с подпакерным пространством. В результате давление в полости Ш и в связанных с ней

859609

<о

Формула изобретения

4S осевое перемещение вниз с одновременным радиальным поворотом. Тело подвижного стакана 4 перекрывает отверстия 5 в корпусе 1 и 7 в патрубке 3. Этим обеспечивается прекращение подачи жидкости из подпакерного пространства в надпакерное.

Ствол скважины перекрыт . При перекрытом стволе скважины (фиг. 3) верхний золотник 13 перекрывает отверстие канала 15, соединяющего полость камеры 1 с надпакерным пространством. Отверстие канала 16, соединяющего полость камеры 1 с подпакерным пространством, открыто. Давление в полости камеры равно давлению в подпакерном пространстве.

После спуска насоса в скважину и пуска его в эксплуатацию давление в надпакерном пространстве уменьшается вследствие понижения уровня жидкости в скважине.

Управляющий поршень 11, вследствие уменьшения давления жидкости в надпакерном пространстве, под действием пружины 12 движется вверх совместно с верхним золотником 13. При этом верхний золотник 13 открывает отверстие канала 15, связывающего полость камеры 1 с надпакерным пространством, и закрывает отверстие канала 16, связывающего полость камеры 1 с подпакерным пространством. Давление в камере становится равным надпакерному давлению. Вследствие уменьшения давления на рабочий поршень 10 по отношению к давлению на поршень 8 последний совместно с рабочим поршнем 10, нижним золотником 9 и подвижным стаканом 4 перемещается вверх. Движение продолжается до перекрытия нижним золотником 9 отверстия кан ала 15, соединяющего полость камеры с надпакерным пространством. В результате осевого перемещения подвижного стакана 4 вверх и одновременного поворота его вокруг оси (осуществляемого в результате взаимодействия рабочих поверхностей наклонных пазов 17 подвижного стакана 4 с фиксаторами 18, установленными непосредственно в корпусе 1 устройства) отверстия 5, 6 и 7 совмещаются, соединяя подпакерное и надпакерное пространство. Скважина готова к эксплуатации.

Экономия при использовании предлагаемого устройства сводится к уменьшению

4О количества подземных ремонтов скважины (сокращается число подъемов и установок устройства, сокращается вместе с этим глушение и последующее освоение скважины после ремонта), а также к увеличению текущей нефтедобычи, так как увеличивается межремонтный период работы скважины.

Экономический эффект на одну скважину с дебитом 40 т/сут при глубине скважины

1500 м составит в год примерно 2 тыс. руб.

В целом по отрасли экономия в год составит около 5 — 10 млн. руб.

Автоматическое глубинное устройство для перекрытия ствола скважины, содержащее устанавливаемый на пакере корпус с радиальными отверстиями, в котором размещен жестко соединенный с ним патрубок, подвижный стакан, установленный между корпусом и патрубком, и поршень, отличаюи1ееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности устройства за счет исключения циклических знакопеременных нагрузок, значительных осевых перемещений и вибрации подвижного стакана, оно снабжено рабочим и управляющим подпружиненным поршнями и нижним и верхним золотниками с аксиальными каналами, причем рабочий поршень установлен в нижней части патрубка и жестко связан с нижним золотником и поршнем, который жестко связан с подвижным стаканом, а управляющий подпружиненный поршень установлен в верхней части патрубка и жестко связан с верхним золотником, при этом верхний и нижний золотники образуют камеру, сообщающуюся с надпакерным и подпакерным пространствами, причем подвижный стакан выполнен с наклонными пазами, в которых установлены фиксаторы

его крайнего верхнего и нижнего положений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 432278, кл. Е 21 В 43/12, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 184207, кл. Е 21 В 33/12, 1966 (прототип) .

859609

Составитель А. Шехель

Редактор М. Янович Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Заказ 7500/51 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4