Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕНЫ ЗАДВИЖЕК ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ СКВАЖИН

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для смены неисправных задвижек фонтанных арматур скважин, находящихся под давлением скважинной среды.

Известна конструкция устройства для смены задвижек фонтанной арматуры под давлением (1). Устройство состоит из корпуса, опорной плиты, ходового винта, полого штока, гидроцилиндра, пакера, стержня, штанг и кронштейнов. Устройство снабжено узлом компенсации выталкивающих сил скважинной среды, возникающих от действия давления скважинной среды на площадь поперечного сечения стержня с пакером, вводимым в полость скважины вращением ходового винта. Узел компенсации выталкивающих сил выполнен в виде гидроцилиндра, роль поршня в котором выполняет пара винт-гайка, воспринимающая и уравновешивающая нагрузки при нагнетании в гидроцилиндр рабочей жидкости гидравлическим насосом.

Однако известное устройство обладает следующими недостатками:

- для нагнетания рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра в комплекте устройства в обязательном порядке должен быть гидравлический насос ручного действия, для обслуживания которого и работы с ним в процессе ввода (вывода) пакера в полость скважины назначается отдельное лицо рабочего персонала;

- ввод пакера в полость скважины и обратный его вывод требуют точно согласованных действий рабочего персонала, выполняющего отдельно и синхронно операции вращения штурвала (ходового винта) и нагнетания рабочей жидкости гидравлическим насосом, что значительно продлевает процесс и отрицательно сказывается на производительности труда;

- конструкция пакера не позволяет производить работы по смене неисправных задвижек на скважинах, находящихся под давлением скважинной среды свыше 35 МПа, из-за того, что разность величин диаметров проходного канала скважины и опорных дисков, которыми производится осевое сжатие резинового элемента пакера, составляет 10...12 мм; распакерованная резина при величине давления свыше 35 МПа выдавливается в указанный зазор, при этом разрушается ее структура и происходит разгерметизация пакера.

Целью изобретения является:

- нейтрализация осевых выталкивающих сил, действующих на пакер при вводе его в полость скважины, и исключение необходимости применения дополнительных устройств, компенсирующих действие указанных сил;

- обеспечение возможности применения устройства на скважинах с рабочим давлением 70 МПа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для смены задвижек фонтанной арматуры скважин на рабочее давление 70 МПа (далее по тексту - устройство), состоящем из корпуса, опорной плиты, полого ходового винта, полого сдвоенного концентрического штока с ходовой гайкой, пакера, шестигранного стержня, двух разъемных штанг и двух кронштейнов:

- нейтрализация осевых выталкивающих сил, действующих на пакер, происходит за счет размещения всех поступательно движущихся деталей внутри корпуса, находящегося под давлением скважинной среды после подсоединения устройства к фонтанной арматуре;

- для применения его на скважинах с рабочим давлением 70 МПа в конструкцию пакера введен раздвижной опорный диск, принудительно раздвигающийся в радиальном направлении до упора в стенки проходного канала скважины с сохранением своей цилиндрической формы для устранения радиального кольцевого зазора между ним и проходным каналом скважины и предотвращения выдавливания и разрушения резинового элемента.

Конструкция устройства приведена на фиг.1; на фиг.2, 3, 4 - то же, укрупненно, верхняя, средняя и нижняя части соответственно; на фиг.5, 6 - конструкция пакера с раздвигающимся опорным диском в исходном (начальном) положении и после распакеровывания (сжатия) резинового элемента соответственно.

Устройство (фиг.1) состоит из корпуса 1, опорной плиты 2, полого ходового винта 3, полого сдвоенного концентрического штока 4 с пакером 5, шестигранного стержня 6, двух разъемных штанг 7 и двух кронштейнов 8.

Корпус 1 (фиг.2) представляет собой трубу, верхний конец которой ввинчен по конической (герметичной) резьбе в опорную втулку 9 с узлом уплотнения 10, поджимаемым втулкой резьбовой 11, в которой на радиальном подшипнике 12 приводится во вращение штурвалом 13 полый ходовой винт 3. От выталкивания из устройства при действии давления скважинной среды полый ходовой винт 3 фиксируется упорным подшипником 14 и накидной гайкой 15.

В верхней части полого ходового винта 3 размещается уплотнительный узел 16, поджимаемый втулкой резьбовой 17, в которой на радиальном подшипнике 18 приводится во вращение шестигранный стержень 6. От выталкивания из устройства шестигранный стержень 6 фиксируется упорным подшипником 19 и накидной гайкой 20.

В наружном цилиндре полого сдвоенного концентрического штока 4, в верхней его части, установлена ходовая гайка 21; к верхнему торцу внутреннего цилиндра приварена втулка 22 с шестигранным отверстием, сопрягаемым по ходовой посадке с шестигранным стержнем 6. В нижней части полого сдвоенного концентрического штока 4 оба цилиндра (наружный и внутренний) сочленены друг с другом с обеспечением осевого проворота внутреннего цилиндра относительно внешнего при вращении шестигранного стержня 6. При вращении полого ходового винта 3, который располагается в кольцевом зазоре между наружным и внутренним цилиндрами сдвоенного штока, последний получает поступательное перемещение в вертикальном направлении.

Нижний конец корпуса 1 (фиг.3) вставлен в резьбовую втулку 23 и загерметизирован узлом уплотнения 24, поджимаемым через втулку 25 накидной гайкой 26. Резьбовая втулка 23 ввинчена по конической (герметичной) резьбе в фланец 27, посредством которого устройство подсоединяется к блоку задвижек фонтанной арматуры 28. На цилиндрической проточке втулки 23 закреплен кронштейн 29, предназначенный для отрыва блока задвижек 28 от фонтанной арматуры скважины, гайками 30 после герметизации ее проходного канала пакером 5, закрепленном на полом сдвоенном концентрическом штоке 4 накидной гайкой 31.

Пакер 5 (фиг.5) состоит из корпуса 32, внутри которого между двумя упорными подшипниками 33 вращается цапфа 34, нижней резьбовой частью ввернутая во втулку 35, сочлененную с жестким нажимным диском 36. Проворот втулки 35 относительно корпуса 32 при вращении цапфы 34 предотвращается стопорными винтами 37, гладкой цилиндрической частью скользящими в пазах корпуса.

На нижнюю часть корпуса надета пружина 38, на конусной его поверхности расположен раздвижной опорный диск, состоящий из шести внутренних кулачков 39 и шести внешних секторов 40, стянутых между собой кольцевой пружиной 41. Между раздвижным опорным и жестким нажимным дисками расположен резиновый элемент 42, выполняющий функциональное назначение пакера при его сжатии.

Как было отмечено выше, разность величин диаметров проходного канала скважины "D" и жестких опорных дисков в существующих конструкциях пакеров "d", т.е. кольцевой зазор, составляет 10...12 мм, что является необходимым и обязательным условием для свободного и беспрепятственного ввода пакера в полость скважины, однако отрицательно влияющим на работоспособность последнего при повышенных давлениях скважинной среды.

Введение в конструкцию пакера раздвижного опорного диска, устраняющего упомянутый кольцевой зазор при сжатии резинового элемента, препятствует затеканию резины, ее защемлению в зазоре и, следовательно, ее разрушению (фиг.6).

Смена неисправной задвижки устройством производится следующим образом.

На пьедестал скважины 43 монтируются противоположно друг другу два кронштейна 8, в верхние плиты которых ввинчиваются нижние части разъемных штанг 7. Устройство фланцем 29 крепится к блоку закрытых задвижек 28; верхние части разъемных штанг 7 свинчиваются с нижними. Затем задвижки открываются, давление скважинной среды заполняет внутреннюю полость устройства, после чего производится контроль отсутствия утечек из уплотнительных узлов, а также резьбовых и фланцевых соединений устройства. При их наличии принимаются меры по их устранению.

Вращением штурвала 13 вводят пакер 5 в проходной канал скважины на необходимую глубину, затем вращением за ключевую головку шестигранного стержня 6 распакеровывают пакер 5 в проходном канале до полного его перекрытия. При сжатии резинового элемента раздвижной опорный диск пакера, скользя по конусной поверхности, увеличивается в диаметре до упора в стенки проходного канала, сохранив при этом свою цилиндрическую форму, т.е. исключив кольцевой зазор между диском и проходным каналом скважины.

Высвобождают шпильки, крепящие блок задвижек к пьедесталу скважины и, вращением гаек 30, отодвигают его вверх на расстояние, обеспечивающее доступ к накидной гайке 31. Фиксируют пакер специальным страховочным приспособлением (на схеме не приведен), отвинчивают накидную гайку 31 от корпуса пакера, разъединяют штанги 7 в узлах 44 и снимают устройство вместе с блоком задвижек со скважины. После замены неисправной задвижки их монтаж осуществляют в обратном порядке.

При использовании предлагаемого устройства отсутствует необходимость преодоления осевых выталкивающих сил, возникающих от действия давления скважинной среды, т.к. все поступательно перемещающиеся детали заключены в корпусе, и осевые усилия замыкаются на упорных подшипниках 14 и 19.

Усилия рабочего персонала при вводе и установке пакера затрачиваются только на преодоление трения качения в упорных подшипниках и трения скольжения в уплотнительных узлах устройства.

Источники информации

1. Патент на изобретение № 2149979 от 27.05.2000 г. "Устройство для смены задвижек фонтанной арматуры под давлением".