устройство для перекрытия осевого канала лифтовой колонны труб

Формула изобретения

Устройство для перекрытия осевого канала лифтовой колонны труб, содержащее корпус, внутри которого установлен затвор в виде секторов, связанных пластинчатыми пружинами с опорным кольцом, отличающееся тем, что внутренняя поверхность корпуса устройства имеет в верхней и нижней частях цилиндрические расточки, а внутри корпуса дополнительно установлен цанговый захват, головки которого входят в верхнюю цилиндрическую расточку, а лепестки связаны кольцом, и ограничитель хода, а секторы затвора установлены внутри нижней цилиндрической расточки, причем опорное кольцо жестко связано с кольцом цангового захвата с возможностью совместного осевого перемещения при взаимодействии с толкателем и контакта секторов затвора с внутренней стенкой обсадной колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для перекрытия осевого канала лифтовой колонны труб под пакером и изоляции пласта от полости труб.

Анализ существующего уровня показал следующее.

Известно устройство для перекрытия осевого канала лифтовой колонны труб (в оригинале устройство для перекрытия потока флюида в скважине, что не мешает его использовать по указанному назначению), содержащее корпус, внутри которого установлен затвор, выполненный в виде секторов, связанных пластинчатыми пружинами с хвостовиком, установленный с возможностью осевого перемещения, седло, расположенное над затвором и жестко связанное с корпусом, штуцер, размещенный внутри хвостовика, который содержит на внешней поверхности винтовой спиральный паз (а. с. 1051234 от 08.07.82 г., по кл. Е 21 В 34/06, опубл. в ОБ 40, 1983 г.).

Недостатками известной конструкции являются вероятность несанкционированного захвата прибора с элементами конструкции устройства при спуске и извлечении и свободная миграция флюида в стволе скважины выше месторасположения устройства. При подъеме прибора секторы затвора могут зацепить корпус прибора, так как они усилием пластинчатых пружин разводятся в радиальном направлении до стенок корпуса устройства, создавая проходной канал небольшого сечения. Секторы затвора находятся в постоянно раскрытом состоянии, что не препятствует свободной миграции пластового флюида в скважину и дегазации последнего, с изменением физико-механических свойств и химического состава. Открытие устройства в случае его срабатывания подразумевает выравнивание давления над затвором с давлением под ним. То есть необходимо или подать в скважину пластовый флюид, или воду идентичного состава, чтобы не искажать последующие пробы пластовой воды.

В качестве прототипа взято устройство для перекрытия осевого канала лифтовой колонны труб (в оригинале устройство для перекрытия потока жидкости в скважине, что не мешает его использовать по указанному назначению) (см. а.с. 794198 от 25.12.78 г., по кл. Е 21 В 43/12, опубл. в ОБ 1, 1981 г.). Устройство состоит из корпуса, внутри которого установлен затвор в виде секторов, связанных пластинчатыми пружинами с опорным кольцом, и седла в осевом канале корпуса в виде дифференциальной втулки, установленного с возможностью осевого перемещения.

Недостатками известной конструкции являются вероятность несанкционированного захвата прибора с элементами конструкции устройства при спуске и извлечении и свободная миграция флюида в стволе скважины выше месторасположения устройства. В режиме пропуска приборов в скважину и их извлечении существуют условия, когда возможен несанкционированный захват прибора при взаимодействии с секторами. При установке устройства в составе лифтовой колонны труб проходной канал между секторами имеет ограничения по габаритным размерам. При диаметре НКТ d_{вн НКТ} = 62 мм основной типоразмер труб Д_у = 2,5"", применяемый на газовых скважинах, можно рассчитать диаметр проходного канала между секторами. Применяемые приборы, например пробоотборники, имеют наружный диаметр d_нap = 32 мм, отсюда в открытом состоянии диаметр проходного канала между секторами и диаметр проходного канала седла должны быть не менее d_пp = 35 мм, тогда поперечные размеры в сечении секторов определятся как



Отсюда, даже при полном смыкании секторов, их диаметр составит d_ceкт = 2S_ceкт = 27 мм, а ранее мы отметили, что диаметр проходного канала седла должен быть не менее 35 мм. Использование приборов большего диаметра является тем более проблематичным. Секторы в раскрытом состоянии имеют между собой зазор, который по размеру сравним с диаметром прибора, что делает возможным захват прибора при спуске. Тем более, с достаточной степенью вероятности, возможно попадание проволоки или троса-кабеля в зазор между секторами, с соответствующим заклиниванием прибора при извлечении. Открытие устройства осуществляется путем создания избыточного давления в лифтовой колонне труб, превышающего пластовое. Для условий применения устройства в пьезометрических скважинах такая технология управления неэффективна. Нахождение устройства в постоянно открытом состоянии не препятствует поступлению пластового флюида в колонну труб, что снижает достоверность информации о пласте при взятии и исследовании проб.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему:

- исключение несанкционированного захвата прибора (пробоотборника) с элементами конструкции устройства при спуске и извлечении;

- исключение миграции флюида в стволе скважины выше месторасположения устройства.

Технический результат достигается с помощью известного устройства для перекрытия осевого канала лифтовой колонны труб, содержащего корпус, внутри которого установлен затвор в виде секторов, связанных пластинчатыми пружинами с опорным кольцом, в котором внутренняя поверхность корпуса устройства имеет в верхней и нижней частях цилиндрические расточки, а внутри корпуса дополнительно установлен цанговый захват, головки которого входят в верхнюю цилиндрическую расточку, а лепестки связаны кольцом, и ограничитель хода, а секторы затвора установлены внутри нижней цилиндрической расточки, причем опорное кольцо жестко связано с кольцом цангового захвата с возможностью совместного осевого перемещения при взаимодействии с толкателем и контакта секторов затвора с внутренней стенкой обсадной колонны.

Анализ изобретательского уровня показал следующее. Известна аналогичная конструкция цангового захвата (см. "Скважинный глубинный клапан" а.с. 1810492 от 12.07.90 г., по кл. Е 21 В 34/06, опубл. в ОБ 15, 1993 г.); известен цанговый фиксатор, выполняющий ту же функцию (см. "Клапанное устройство" а.с. 1213178 от 05.07.84 г., по кл. Е 21 В 34/06, опубл. в ОБ 7, 1986 г.); цанговая втулка (см. "Клапанное устройство" а.с. 810940 от 25.05.79 г., по кл. Е 21 В 33/12, опубл. в ОБ 9, 1981 г.). Известен цанговый захват, а именно ограничительный элемент с подвижными звеньями, раскрывающийся при заходе в проточку корпуса (см. "Устройство для управления циркуляцией в скважине" а.с. 1800866 от 09.07.90 г., по кл. Е 21 В 34/08, ДСП).

Более того, известно выполнение затвора в виде секторов, связанных пластинчатыми пружинами с кольцом (хвостовиком) (см. библиографию аналога и прототипа). Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие перемещение затвора с возможностью контакта его секторов с внутренней стенкой обсадной колонны, обеспечивающее увеличение диаметра проходного канала между секторами.

Таким образом, достигаемый технический результат обусловлен неизвестными свойствами частей рассматриваемого устройства и связями между ними.

Изобретение явным образом не следует из известного уровня техники, то есть соответствует условию изобретательского уровня.

Конструкция устройства для перекрытия осевого канала лифтовой колонны труб поясняется следующими чертежами:

- на фиг. 1 представлена конструкция устройства в разрезе, в положении спуска и установки в скважине;

- на фиг. 2 представлена конструкция устройства в открытом состоянии при вводе прибора в устройство;

- на фиг. 3 представлен толкатель, установленный на приборе;

- на фиг. 4 представлена конструкция устройства в раскрытом состоянии секторов и пропуске прибора в скважину;

- на фиг. 5 представлена общая схема расположения оборудования в скважине.

Заявляемое устройство состоит из корпуса 1, связанного муфтой 2 с нижним концом ствола 3 пакера. В осевом канале 4 корпуса 1 выполнена верхняя цилиндрическая расточка 5, в которой расположены головки 6 цангового захвата. Лепестки 7 жестко связаны с кольцом 8, установленным в осевом канале 4. Ниже месторасположения кольца 8 установлено опорное кольцо 9, жестко связанное с ним, например посредством сварки, с возможностью совместного осевого перемещения. Внутри корпуса установлен затвор в виде секторов 10, связанных пластинчатыми пружинами 11 с опорным кольцом 9. Секторы 10 находятся внутри нижней цилиндрической расточки 12 корпуса 1 и контактируют с внутренней стенкой обсадной колонны в открытом состоянии. Ограничитель хода 13 размещен в нижней части корпуса 1. Для управления устройством (операции открытия - закрытия) прибор снабжен толкателем 14, которым оснащается спускаемый в скважину пробоотборник.

Устройство имеет следующие габариты:

Максимальный наружный диаметр корпуса, мм - 73

Длина, мм - 650

Ход затвора, мм - 320

Диаметр корпуса пробоотборника, мм - 32

Длина пробоотборника, мм - 1250

Устройство работает следующим образом. В сборе устройство устанавливают на нижнем конце ствола 3 пакера и на лифтовой колонне труб опускают в скважину с расположением компоновки над интервалом перфорации (см. фиг. 1). Головки 6 цангового захвата находятся в верхней цилиндрической расточке 5 корпуса 1. Секторы 10 установлены в нижней цилиндрической расточке 12 в осевом канале 4 корпуса 1 и перекрывают его проходное сечение.

Пакер механический с устройством известным приемом, например передачей крутящего момента от лифтовой колонны труб, приводится в рабочее положение, с фиксацией внутри обсадной колонны и перекрытием кольцевого межтрубного пространства. Расположение пакера механического с устройством для перекрытия осевого канала лифтовой колонны труб над интервалом перфорации не препятствует миграционным процессам в пласте и исключает изменение состава пластового флюида.

При необходимости взятия пробы пластового флюида пробоотборником последний дополнительно оснащается толкателем 14 (см. фиг. 3). Внутренний диаметр толкателя сравним с наружным диаметром пробоотборника, а наружный диаметр принят меньше внутреннего диаметра головок 6 цангового захвата. При этом внутренние диаметры кольца 8 и опорного кольца 9 приняты меньше, чем внутренний диаметр толкателя 14.

Пробоотборник вместе с толкателем 14 через лубрикатор, например ОУГ 80-350 (или ОУГ 80-350 ХЛ) с применением лебедки марки Азинмаш-8А (или Азинмаш-8В), опускается в скважину и свободно проходит в осевом канале ствола 3 пакера, вводится внутрь головок 6 цангового захвата. Толкатель 14 прибором доводится до контакта своим торцом с торцом кольца 8. При этом верхний торец толкателя 14 располагается внутри устройства ниже головок 6 цангового захвата.

Под действием веса толкателя 14 кольцо 8 и опорное кольцо 9 перемещаются вниз относительно корпуса 1. При этом головки 6 цангового захвата деформируются к оси и освобождаются от взаимодействия с корпусом 1 в месте выполнения верхней цилиндрической расточки 5 и совместно с затвором, включающим опорное кольцо 9, связанного пластичными пружинами 11 с секторами 10, перемещаются вниз до выхода секторов 10 из взаимодействия с корпусом 1 в нижней цилиндрической расточке 12. Упругим усилием пластинчатых пружин 11 секторы 10 затвора разводятся от осевой линии к стенке обсадной колонны. Движение прекращается контактом опорного кольца 9 с ограничителем хода 13. При этом пробоотборник свободно проходит в осевом канале кольца 8 и опорного кольца 9 и выходит в скважину в интервал перфорации (см. фиг. 4), где известным способом проба пластового флюида вводится в корпус и герметизируется.

Пробоотборник с пробой пластового флюида за счет натяжения проволоки или троса-кабеля перемещается вверх с вводом в осевой канал 4 корпуса 1 и входит внутрь толкателя 14. Толкатель 14 совместно с пробоотборником перемещается вверх до упора в головки 6 цангового захвата, и продолжают совместное перемещение внутри осевого канала 4 корпуса 1, что приводит к перемещению кольца 8 и опорного кольца 9 захвата вверх.

При перемещении верх захвата пластинчатые пружины 11 взаимодействуют с торцом корпуса 1 и сжимаются к его оси, что приводит к сведению секторов 10 и вводу их в нижнюю цилиндрическую расточку 12, с перекрытием сечения осевого канала 4. Головки 6 цангового захвата входят с верхнюю цилиндрическую расточку 5 и деформируются к стенке корпуса 1. Тем самым освобождается проход для свободного перемещения толкателя 14 с пробоотборником вверх в осевой канал ствола 3 пакера и далее на поверхность.

Устройство находится в закрытом состоянии.

Таким образом, несанкционированный захват предотвращается увеличением диаметра проходного канала, обусловленного раскрытием пластичных пружин и последующим касанием секторов о внутреннюю стенку обсадной колонны; предотвращается миграция флюида за счет перекрытия осевого канала затвором в рабочем состоянии.