лубрикатор для исследования нефтяных и газовых скважин

Формула изобретения

Лубрикатор для исследования нефтяных и газовых скважин, состоящий из превентора, приемной камеры и устройства для контактной герметизации гибкого элемента (каротажного кабеля или скребковой проволоки), содержащий уплотнитель, нажимную втулку, подпружиненный поршень, установленный в гидроцилиндре, и резьбовую втулку, отличающийся тем, что подпружиненный поршень выполнен в виде перевернутого стакана с резьбовой втулкой в качестве дна, надетого на закрепленный в нижней части гидроцилиндра упор уплотнителя, размещенного в полости стакана, в результате чего обеспечивается возможность осуществления поджима уплотнителя резьбовой втулкой или нагружение его при помощи подпружиненного поршня независимо друг от друга, что в конечном счете позволяет осуществлять предварительную компенсацию износа уплотнителя в широких пределах без ограничения хода подпружиненного поршня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах приборами и инструментами на кабеле и проволоке.

Известен лубрикатор, содержащий уплотнительное устройство для контактной герметизации каротажного кабеля, включающее корпус с установленными в нем контактным уплотнителем и нажимной втулкой, взаимодействующей с резьбовой втулкой (Ю.В.Зайцев и др. «Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением». М.: Недра, 1982, стр.167-168).

Такая конструкция уплотнительного устройства позволяет герметизировать гибкий элемент (каротажный кабель или скребковую проволоку) в процессе проведения спуско-подъемных операций глубинных приборов в нефтяных и газовых скважинах при избыточном давлении на устье.

В известном устройстве герметизация создается предварительным поджимом уплотнителя, подтяжкой резьбовой втулки и передачей усилия затяжки на уплотнитель через нажимную втулку.

Недостатком такого устройства является то, что изменение степени воздействия уплотнителя на гибкий элемент для снижения утечек скважинного флюида можно выполнить только при непосредственном доступе оператора к резьбовой втулке. Это весьма сложно выполнить, особенно при большой высоте лубрикатора или при работе на скважинах, продукция которых содержит токсичные компоненты, такие как сероводород.

Известен лубрикатор с устройством для контактной герметизации гибкого элемента, содержащим корпус с размещенными в нем контактным уплотнителем и нажимной втулкой, взаимодействующей с подпружиненным поршнем, установленным в гидроцилиндре, закрепленном на корпусе (Ю.В.Зайцев и др. «Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением». М.: Недра, 1982, стр.167-168). Такое устройство позволяет обеспечить дистанционное регулирование нагружения уплотнителя подачей давления в полость гидроцилиндра.

Недостатком описанного данного устройства является то, что для его работы постоянно требуется наличие источника высокого давления жидкости, например ручного плунжерного насоса, и линии для соединения источника высокого давления с гидроцилиндром.

Известен также лубрикатор, содержащий устройство для контактной герметизации гибкого элемента, включающее корпус с размещенными в нем контактным уплотнителем и нажимной втулкой, взаимодействующей с подпружиненным поршнем, установленным в гидроцилиндре, который закреплен на корпусе; гидроцилиндр дополнительно снабжен резьбовой втулкой, установленной с возможностью взаимодействия с подпружиненным поршнем («General products catalog Hydrolex Inc. Easter Oil Tools Ptc. Ltd», стр.7). Данное устройство обеспечивает нагружение уплотнителя либо за счет предварительной подтяжки резьбовой втулки, либо путем подачи давления в гидроцилиндр, т.е. реализуется возможность универсального применения одного устройства вместо двух ранее упомянутых.

Недостатком данного устройства является то, что при предварительном нагружении уплотнителя с помощью резьбовой втулки происходит одновременное перемещение подпружиненного поршня устройства, что уменьшает рабочий ход подпружиненного поршня и резко снижает эффективность уплотнителя при дистанционном нагружении.

Таким образом, в известных конструкциях лубрикаторных установок не представляется возможным при проведении спуско-подъемных операций компенсировать износ уплотнительного элемента за счет его предварительного сжатия. Это приводит к ухудшению экологической обстановки за счет повышенной утечки скважинного флюида в атмосферу, создает необходимость превентивной замены уплотнителя, имеющего небольшой износ, до начала скважинных работ.

Сущностью изобретения является повышение надежности уплотнения гибкого элемента в лубрикаторе, снижение утечек скважинного флюида, уменьшение расхода уплотнительных элементов.

Это достигается тем, что уплотнительное устройство для контактной герметизации гибкого элемента лубрикатора выполняется в виде конструкционного узла, содержащего контактный уплотнитель, нажимную втулку, подпружиненный поршень, установленный в гидроцилиндре, и резьбовую втулку, причем подпружиненный поршень выполнен в виде перевернутого стакана с резьбовой втулкой в качестве дна, который одет на закрепленный в нижней части гидроцилиндра упор уплотнителя, размещенного в полости стакана, в результате чего обеспечивается возможность осуществления поджима уплотнителя резьбовой втулкой или нагружение его при помощи подпружиненного поршня независимо друг от друга, что в конечном счете позволяет осуществлять предварительную компенсацию износа уплотнителя в широких пределах без ограничения хода подпружиненного поршня.

При таком выполнении устройства поджим уплотнителя резьбовой втулкой или нагружение его при помощи подпружиненного поршня осуществляется независимо друг от друга, в связи с чем можно осуществлять предварительную компенсацию износа уплотнителя в широких пределах без ограничения хода подпружиненного поршня. Кроме того, такая конструкция существенно облегчает замену уплотнителя, для чего необходимо лишь вывернуть из верхней части подпружиненного поршня резьбовую втулку, извлечь нажимную втулку и уплотнитель.

При работе уплотнительного устройства в процессе обеспечения герметизации гибкого элемента за счет нагружения уплотнителя при помощи подпружиненного поршня нагрузка на уплотнитель создается при минимальном трении о стенки корпуса, поскольку уплотнитель, размещенный в самом подпружиненном поршне, не имеет сколь нибудь существенного перемещения по отношению к внутренней стенке подпружиненного поршня. Зона максимального сжатия уплотнителя, которая обеспечивает герметизацию гибкого элемента, создается в нижней его части на контакте с упором гидроцилиндра, т.е. со стороны действия скважинного флюида. При этом силы трения перемещения уплотнителя относительно стенки подпружиненного поршня и относительно герметизируемого элемента направлены в противоположные стороны, что снижает неравномерность контактных давлений между уплотнителем и гибким элементом. Это увеличивает износостойкость и герметичность уплотнителя, а также снижает сопротивление при движении гибкого элемента. При снятии нагрузки с подпружиненного поршня снижением управляющего давления обеспечивается более надежная разгерметизация уплотнителя, который перемещается под действием скважинного флюида. Одновременно обеспечивается образование зазора между гибким элементом и уплотнителем за счет расклинивающего действия скважинного флюида. Это исключает эффект самозапирания (схлопывания) уплотнителя под действием высокого давления скважинного флюида. Такое явление имеет место при работе с известными уплотнительными устройствами на скважинах с высоким избыточным давлением на устье.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет значительно повысить эффективность работы в устройствах для контактной герметизации гибкого элемента.

Изобретение было реализовано при изготовлении и испытании лубрикатора в полевых условиях для исследования нефтяных и газовых скважин.

На чертеже представлена схема устройства в разрезе.

Устройство состоит из гидроцилиндра 1 с радиальным отверстием 2. В гидроцилиндре 1 установлен упор 3, на который одет подпружиненный поршень 4, выполненный в виде стакана, подпираемого снизу пружиной 5. В полости 6 подпружиненного поршня 4 установлен уплотнитель 7 гибкого элемента 8, нажимная втулка 9 и резьбовая втулка 10. Резьбовая втулка 10 является дном стакана, запирающим полость 6. Между гидроцилиндром 1 и поршнем 4 имеется кольцевая щель 11, которая сообщена со штуцером 12, закрепленным в стенке гидроцилиндра 1. На гидроцилиндре 1 установлен поворотный кронштейн 13, снабженный подшипниками 14 и 15. Поворотный кронштейн 13 зафиксирован от осевого перемещения вверх с помощью кольца 16. На кронштейне 13 установлена стойка 17 с поворотным блоком 18 и ограничителем 19. В нижней части гидроцилиндра 1 имеется накидная гайка 20 для закрепления устройства на трубах камеры лубрикатора (не показана).

Работа устройства заключается в следующем.

Устройство монтируется на верхней трубе камеры лубрикатора при помощи накидной гайки 20. Уплотнитель 7 с пропущенным через устройство гибким элементом 8 предварительно нагружается резьбовой втулкой 20. При этом создается нагрузка на уплотнитель 7 через нажимную втулку 9, обеспечивающую поджатие уплотнителя 7 и выборку зазора между уплотнителем 7 и гибким элементом 8. После установки устройства на трубах камеры лубрикатора при помощи накидной гайки 20 и пропуска уплотняемого элемента 8 через поворотный блок с ограничителем 19 производят выравнивание давления в камере лубрикатора и в скважине, после чего выполняют спуск прибора, подвешенного на кабеле или проволоке 8, в скважину. В процессе спуска прибора в случае повышенного пропуска скважинной среды через зазор между уплотнителем 7 и уплотняемым элементом производится поджим поршня 4 рабочей жидкостью через штуцер 12 и кольцевую щель 10. Поршень 4, двигаясь вниз, перемещает вместе с собой резьбовую втулку и нажимную втулку 9, которая обеспечивает деформирование уплотнителя 7 на контакте с упором 3. Деформация уплотнителя 7 обеспечивает перекрытие зазора между уплотнителем 7 и уплотняемым элементом 8 в нижней части уплотнителя 7, что приводит к сокращению пропусков скважинной среды.

Поворотный блок 18, установленный на поворотном кронштейне 13 с подшипниками 14 и 15, является самоустанавливающейся опорой уплотняемого элемента 8 и предотвращает последний от износа при проведении спуско-подъемных операций. После спуска прибора на заданную глубину давление рабочей жидкости в кольцевой щели 11 увеличивают. Это вызывает дальнейшее опускание поршня 4 вниз и обеспечивает полную деформацию уплотнителя 7, который перекрывает зазор между уплотняемым элементом 8 и уплотнителем 7 и обеспечивает полное перекрытие утечек скважинной среды в атмосферу.

Перед началом движения уплотняемого элемента 8 давление в кольцевой щели 11 снижают стравливанием рабочей жидкости через штуцер 12. При этом поршень 4 под действием пружины 5 поднимается вверх, что прекращает силовое воздействие поршня 4 на уплотнитель 7, который расклинивается скважинной средой, освобождая уплотняемый элемент 8. Радиальное отверстие 2 обеспечивает свободный выход или вход воздуха при перемещении поршня 4 в корпусе 1.

При отсутствии необходимости полной ликвидации утечек скважинной среды в процессе проведения работ можно ограничиться предварительным поджатием уплотнителя 7, резьбовой втулкой 10 без применения в дальнейшем гидравлического управления.

Технический результат выражается в повышении надежности уплотнения гибкого элемента в лубрикаторе, снижении утечек скважинного флюида, уменьшении расхода уплотнительных элементов.