Отсекатель скважины

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленностии может быть использовано для перекрытия ствола скважины при проведении ремонтных работ без глушения.

Известен скважинный затвор, выбранный в качестве аналога, состоящий из корпуса, ограниченного ниппелем и седлом, образующих камеру, в последней размещен сильфон, заполненный сжатым газом, запорного клапана, установленного на штоке привода запорного клапана в движение и соединенного непосредственно с торцом сильфона, сообщающем запорному клапану возвратно-поступательное перемещение. На корпусе герметично закреплена ступенчатая втулка диаметром, меньшим диаметра ствола скважины. В стенках корпуса и втулки выполнены радиальные окна, расположенные друг перед другом, сообщающие камеру с кольцевой полостью. Над корпусом установлен переводник с радиальными отверстиями, предназначенный для спуска скважинного затвора в скважину и подъема из нее. Ступенчатая втулка выполнена с наконечником, устанавливаемым в посадочный ниппель пакера, разобщающего пространства скважины над и под затвором (патент РФ №2465438, МПК Е21В34/06, опубликован 27.10.2012 г.).

Недостатком известного скважинного затвора является сложность конструкции и высокая стоимость из-за наличия сильфона, а также низкий срок службы из-за нарушения герметичности сильфона.

Наиболее близким к предлагаемому отсекателю скважины по совокупности признаков является скважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус с выходными радиальными окнами, ступенчатую втулку, запорный элемент, привод в виде камеры и штока, имеющего возможность ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения. В корпусе ниже выходных радиальных окон выполнены входные радиальные окна. Ступенчатая втулка установлена на корпусе с образованием кольцевого зазора между ними, сообщающегося с полостью корпуса через входные радиальные окна. Запорный элемент установлен на штоке с возможностью перекрытия входных радиальных окон корпуса в верхнем положении штока. Корпус закрыт снизу заглушкой, при этом полости корпуса над и под запорным элементом гидравлически связаны через продольные каналы в теле последнего (патент РФ №2651860, МПК Е21В34/06,опубликован 24.04.2018 г.).

Недостатком известного скважинного клапана-отсекателя является сложность конструкции, недостаточная надежность при работе и эксплуатации скважины. Наличие пружины, поджатой регулировочной гайкой, для регулирования параметров открытия и закрытия клапана-отсекателя, может привести к ее поломке из-за воздействия скважинной среды и выходу клапана-отсекателя из строя. Разгерметизация воздушной камеры или изменение давления в ней в процессе эксплуатации скважины может привести к изменению давления открытия и закрытия клапана-отсекателя. Запорный узел имеет уплотнительные элементы, которые при переходе поршня в открытое или закрытое положение могут быть деформированы и привести к выходу клапана-отсекателя из строя.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы отсекателя скважины, а также обеспечение возможности принудительного его открытия.

Технический результат достигается отсекателем скважины, содержащим корпус с радиальными окнами и расположенными ниже радиальными отверстиями, ступенчатую втулку, установленную на корпусе с образованием кольцевого зазора между ними, сообщающегося с полостью корпуса через радиальные отверстия, запорный элемент, привод запорного элемента, включающий шток отсекателя, имеющий возможность ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения, размещенный в верхней части корпуса переходник, внутри которого с помощью срезных винтов зафиксировано верхнее седло, при этом привод запорного элемента выполнен в виде газовой пружины, выдвигающийся шток которой соединен со штоком отсекателя, в корпусе ниже верхнего седла установлен толкатель с возможностью осевого перемещения и взаимодействия посредством ниже установленной втулки со штоком отсекателя.

Кроме того, запорный элемент выполнен в виде затвора упорного, закрепленного на штоке отсекателя, и седла опорного, установленного в корпусе, при этом канал между седлом опорным и штоком отсекателя сообщается с радиальными отверстиями корпуса.

Кроме того, во внутренней кольцевой проточке корпуса размещено разрезное пружинное кольцо с возможностью установки его в наружной кольцевой канавке втулки при осевом перемещении толкателя.

Выполнение привода в виде газовой пружины позволяет обеспечить регулировку давления открытия и закрытия отсекателя и исключить необходимость применения пружины, цанги, что упрощает конструкцию, позволяет производить точную настройку регулированием давления газа в цилиндре газовой пружины, что повышает надежность работы отсекателя скважины.

Установка в корпусе ниже верхнего седла толкателя с возможностью осевого перемещения и взаимодействия посредством ниже установленной втулки со штоком отсекателя позволяет обеспечить возможность принудительного открытия отсекателя скважины.

Выполнение запорного элемента в виде затвора упорного, закрепленного на штоке отсекателя, и седла опорного, установленного в корпусе, при этом сообщение канала между седлом опорным и штоком отсекателя с радиальными отверстиями корпуса, исключает необходимость применения уплотнительных элементов, и, соответственно, возможность выхода из строя отсекателя по причине их деформации, что повышает надежность работы отсекателя скважины.

Размещение во внутренней кольцевой проточке корпуса разрезного пружинного кольца с возможностью установки его в наружной кольцевой канавке втулки при осевом перемещении толкателя позволяет обеспечить фиксацию втулки относительно корпуса и, соответственно, отсекатель скважины − в принудительно открытом положении.

На фиг. 1 представлена схема отсекателя скважины в исходном (открытом) положении, на фиг. 2 − в закрытом положении, на фиг. 3 − в принудительно открытом положении.

Отсекатель скважины содержит корпус 1 с радиальными окнами 2, ступенчатую втулку 3, установленную на корпусе 1 с образованием кольцевого зазора 4, сообщающегося с полостью 5 корпуса 1 через радиальные отверстия 6 корпуса 1. В верхней части корпуса 1 установлен переходник 7. Внутри корпуса 1 размещен шток 8 отсекателя, имеющий возможность ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения. Запорный элемент выполнен в виде затвора упорного 10, закрепленного на штоке 8 отсекателя, и седла опорного 9, установленного в корпусе 1. При этом канал 11 между седлом опорным 9 и штоком 8 отсекателя сообщается с радиальными отверстиями 6 корпуса 1 (фиг. 1).

Привод запорного элемента выполнен в виде газовой пружины, герметичный цилиндр 12 которой закреплен в корпусе 1 и зафиксирован от перемещения, а выдвигающийся шток 13 соединен со штоком 8 отсекателя. Для обеспечения возможности принудительного открытия отсекателя скважины, внутри переходника 7 при помощи срезных винтов 14 установлено верхнее седло 15, ниже которого, в кольцевом пространстве между корпусом 1 и цилиндром 12 газовой пружины, установлен толкатель 16 с возможностью осевого перемещения. Под толкателем 16, между выдвигающимся штоком 13 газовой пружины и корпусом 1, установлена втулка 17.

Отсекатель скважины работает следующим образом.

Для регулирования параметров открытия и закрытия отсекателя скважины цилиндр 12 газовой пружины заряжается на расчетное давление сжатым газом через клапан-ниппель для закачки газа (на фиг. не показан). Отсекатель скважины устанавливают над пакером (на фиг. не показан).

Компоновку, содержащую пакер, отсекатель скважины, спускают на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) на требуемую глубину. Производят посадку пакера. Под действием гидростатического давления столба скважинной жидкости выдвигающийся шток 13 сжимается внутрь цилиндра 12 газовой пружины. При этом перемещается вверх и шток 8 отсекателя, в результате чего затвор упорный 10 закрывает канал 11 между седлом опорным 9 и штоком 8 отсекателя (фиг. 2). Отсекатель скважины приводится в закрытое положение, и скважинная жидкость перестает поступать в надпакерную зону (на фиг. не показана). Колонну НКТ отсоединяют от компоновки, содержащей пакер и отсекатель скважины. Извлекают колонну НКТ из скважины и спускают в заданный интервал скважинный насос (на фиг. не показан). После запуска скважинного насоса гидростатическое давление столба скважинной жидкости уменьшается, и когда оно станет ниже давления открытия отсекателя скважины, сжатый газ в цилиндре 12 газовой пружины выталкивает выдвигающийся шток 13 обратно, и шток 8 отсекателя с затвором упорным 10 возвращаются в нижнее положение (фиг. 1). Скважинная жидкость из подпакерной зоны (на фиг. не показана) по кольцевому зазору 4, через радиальные отверстия 6 корпуса 1 и канал 11 между седлом опорным 9 и штоком 8 отсекателя, а далее через радиальные окна 2 поступает в надпакерную зону и далее на прием насоса.

В случае остановки насоса и увеличения гидростатического давления столба скважинной жидкости до давления закрытия отсекателя скважины, последний приводится в закрытое положение выше описанным образом.

Для извлечения отсекателя из скважины нужно принудительно привести его в открытое положение (для выравнивания давления над и под пакером). Для этого в скважину спускают колонну НКТ и соединяют с переходником 7. Затем сбрасывают в колонну НКТ шар 18 (фиг. 3), который садится на верхнее седло 15. В колонне НКТ нагнетанием жидкости создают давление, под действием которого срезные винты 14 срезаются, и верхнее седло 15 перемещается вниз, приводя в движение толкатель 16 с втулкой 17. Втулка 17 упирается в буртик 19 штока 8 отсекателя и перемещает его вниз. Затвор упорный 10 перемещается в нижнее положение, в результате чего канал 11 между седлом опорным 9 и штоком 8 отсекателя открывается. При осевом перемещении толкателя 16 установленное во внутренней кольцевой проточке корпуса 1 разрезное пружинное кольцо 20 взаимодействует с втулкой 17 и устанавливается в ее наружной кольцевой канавке 21, тем самым фиксируя втулку 17 относительно корпуса 1 и, соответственно, отсекатель скважины − в принудительно открытом положении. При подъеме отсекателя скважины происходит освобождение колонны НКТ от жидкости через сливные отверстия 22 переходника 7.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает упрощение конструкции и повышение надежности работы отсекателя скважины, а также возможность принудительного его открытия.