Результат интеллектуальной деятельности: Стенд для опрессовки превентора на скважине

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для опрессовки превентора на скважине и/или на стендовой скважине базы производственного обслуживания.

Известно устройство для опрессовки превентора на скважине (патент RU 2364701, МПК Е21В 33/03, опубл. 20.08.2009 в бюл. № 23), включающее опорную трубу, проходящую через корпус превентора, две резиновые манжеты с шайбой между ними, опорную и зажимную тарелки, заглушку с внутренней резьбой, установленный в опорной трубе шток, предназначенный для сжатия резиновых манжет, причем на верхнем торце зажимной тарелки имеется цилиндрическая выборка. При опрессовке превентора усилие для сжатия резиновых манжет передается при повороте болта, завернутого на гайку, которая неподвижно завернута в муфту опорной трубы. Болт взаимодействует на шток, который перемещает вниз толкатель, расположенный в выборке зажимной тарелки. При этом толкатель проходит через продольный сквозной паз опорной трубы. При перемещении вниз зажимная тарелка давит сверху на резиновые манжеты и увеличивает их в диаметре для изоляции нижней части ствола скважины. Опорная тарелка в прототипе расположена снизу резиновых манжет, а зажимная тарелка расположена сверху резиновых манжет.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции устройства, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей (две резиновые манжеты с шайбой между ними, опорную и зажимную тарелки, заглушку с внутренней резьбой, установленный в опорной трубе шток и т.д.);

- во-вторых, низкая надёжность в работе при высоких давления (25–35 МПа), обусловленная не совершенной конструкцией герметизации резиновой манжеты, так как уплотнение резиновой манжеты происходит путём её сжатия между заглушкой и зажимной тарелкой и, соответственно, радиального расширения резиновой манжеты, поэтому при недостаточном сжатии резинового уплотнения при давлениях опрессовки 25–35 МПа высока вероятность потери герметичности, что не даёт возможности опрессовать превентор;

- в-третьих, трудоёмкость применения, так как устройство одноразового применения, т.е. после каждой опрессовки превентора необходимо производить его разборку, ревизию, сборку, что увеличивает стоимость обслуживания устройства при опрессовке превентора;

- в-четвёртых, высокая себестоимость опрессовки превентора, так как перед каждой опрессовки необходимо демонтировать оборудование;

- в-пятых, низкая герметичность резиновых манжет при их запакеровке в скважине, обусловленная затеканием резиновых манжет за опорную и зажимную тарелки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для опрессовки превентора на скважине (патент RU 2680618, МПК Е21В 33/03, опубл. 25.02.2019 в бюл. № 6), включающее опорную трубу, проходящую через корпус превентора, две резиновые манжеты с шайбой между ними, опорную и зажимную тарелки, заглушку с внутренней резьбой, установленный в опорной трубе полый шток, предназначенный для сжатия резиновых манжет, причем на верхнем торце зажимной тарелки имеется цилиндрическая выборка, что полый шток выполнен из трубы, имеющей на обоих концах наружную цилиндрическую резьбу, причем заглушка выполнена с внутренней цилиндрической резьбой, завернута в цилиндрическую резьбу нижнего конца штока и снабжена стопорным винтом, причем опорная тарелка расположена сверху резиновых манжет и посажена прессовой посадкой на опорную трубу, при этом зажимная тарелка расположена снизу резиновых манжет и выполнена с плоским верхним торцом, причем между зажимной тарелкой и заглушкой на шток надета шайба из антифрикционного материала, причем внутрь опорной трубы с верхнего торца установлена прессовой посадкой втулка с внутренней цилиндрической резьбой, соответствующей резьбе штока, причем в эту втулку завернут верхний конец полого штока с цилиндрической резьбой, причем с верхнего торца полого штока выполнена проточка, при этом со дна проточки выполнены два радиальных отверстия, расположенных по диаметру полого штока.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, низкая надёжность в работе при высоких давления (25–35 МПа), обусловленная не совершенной конструкцией герметизации резиновой манжеты, так как уплотнение резиновой манжеты происходит путём её сжатия между заглушкой и зажимной тарелкой и, соответственно, радиального расширения резиновой манжеты, поэтому при недостаточном сжатии резинового уплотнения при давлениях опрессовки 25–35 МПа высока вероятность потери герметичности, что не даёт возможности опрессовать превентор, либо приходится подтягивать зажимные тарелки (дожимать резиновую манжету) и повторно опрессовывать превентор;

- во-вторых, трудоёмкость применения, так как устройство одноразового действия, т.е. после каждой опрессовки превентора необходимо производить его разборку, ревизию и сборку;

- в-третьих, высокая себестоимость опрессовки превентора, так как перед каждой опрессовки необходимо демонтировать оборудование;

- в-четвёртых, низкая герметичность резиновых манжет при их запакеровке в колонной головке скважины, обусловленная затеканием резиновых манжет за опорную и зажимную тарелки.

Техническими задачами изобретения являются повышение надёжности устройства в работе, снижения трудоёмкости проведения работ и себестоимости опрессовки превнтора, а также повышение герметичности резиновых манжет при их запакеровке на скважине.

Технические задачи решаются стендом для опрессовки превентора на скважине, включающим опорную трубу, проходящую через корпус превентора, нижнюю и верхнюю резиновые манжеты с шайбой между ними, опорную и зажимную тарелки, установленный в опорной трубе полый шток, предназначенный для сжатия резиновых манжет.

Новым является то, что на опорной трубе выполнена наружная цилиндрическая выборка, в которой снизу вверх установлены опорная тарелка, выполненная снизу под конус, сужающийся сверху вниз, а сверху опорная тарелка выполнена под обратный конус сужающийся снизу вверх, нижняя резиновая манжета, шайба, верхняя резиновая манжета и зажимная тарелка, при этом внутренний диаметр нижней резиновой манжеты больше внутреннего диаметра верхней резиновой манжеты, причём в транспортном положении обратный конус опорной тарелки сверху взаимодействует с нижней резиновой манжетой, а верхние торцы опорной и зажимной тарелок взаимодействуют с торцами наружной цилиндрической выборки, причём в опорной трубе напротив зажимной тарелки выполнен вертикальный сквозной паз, в котором установлен палец, при этом палец жестко закреплен с одной стороны в зажимной тарелке, а с другой стороны в полом штоке с возможностью ограниченного перемещения в пределах вертикального сквозного паза в рабочем положении, при этом полый шток снизу оснащён посадочным седлом под сбрасываемый в патрубок запорный элемент, причем опорная и зажимная тарелки оснащены конусными фасками под резиновые манжеты, позволяющие предотвратить затекание резиновых манжет за опорную и зажимную тарелки при их герметизации в скважине, при этом опорная труба ниже опорной тарелки снабжена механическим якорем с направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазу, выполненном на наружной поверхности опорной трубы в виде соединенных между собой горизонтальной и вертикальной проточек, при этом механический якорь имеет возможность радиального и осевого перемещения в пределах фигурного паза, при этом верхний конец опорной трубы и затрубное пространство скважины гидравлически обвязаны с насосом.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый стенд для опрессовки превентора на скважине в транспортном положении.

На фиг. 2 изображена развертка фигурного паза, выполненного на опорной трубе.

На фиг. 3 схематично изображен предлагаемый стенд для опрессовки превентора на скважине в рабочем положении.

Стенд включает опорную трубу 1 (фиг. 1), проходящую через корпус 2 превентора 3, нижнюю 4 и верхнюю 5 резиновые манжеты с шайбой 6 между ними, опорную 7 и зажимную 8 тарелки, установленный в опорной трубе 1 полый шток 9, предназначенный для сжатия резиновых манжет 4 и 5.

На опорной трубе 1 выполнена наружная цилиндрическая выборка 10. В наружной цилиндрической выборке 10 опорной трубы 1 снизу вверх установлены: опорная тарелка 7, выполненная снизу под конус 11, сужающийся сверху вниз, а сверху опорная тарелка 7 выполнена под обратный конус 12 сужающийся снизу вверх, нижняя резиновая манжета 4, шайба 6, верхняя резиновая манжета 5 и зажимная тарелка 8.

Внутренний диаметр D нижней резиновой манжеты 4 больше внутреннего диаметра d верхней уплотнительной резиновой манжеты 5 (D > d).

Причём в транспортном положении обратный конус 12 опорной тарелки 7 сверху взаимодействует с нижней резиновой манжетой 4, а верхние торцы опорной 7 и зажимной 8 тарелок взаимодействуют с торцами наружной цилиндрической выборки 10 опорной трубы 1.

В опорной трубе 1 напротив зажимной тарелки 8 выполнен вертикальный сквозной паз 13, в котором установлен палец 14.

Палец 14 посредством резьбовых соединений жестко закреплен с одной стороны в зажимной тарелке 8, а с другой стороны в полом штоке 9 с возможностью ограниченного перемещения в пределах вертикального сквозного паза 13 в рабочем положении.

Полый шток 9 снизу оснащён посадочным седлом 15 под сбрасываемый в опорную трубу 1 запорный элемент 16 (фиг. 3), выполненный в виде шара.

Опорная 7 (фиг. 1) и зажимная 8 тарелки оснащены конусными фасками 17 и 18 под соответствующие резиновые манжеты 4 и 5. Конусные фаски 17 и 18 позволяют предотвратить затекание резиновых манжет 4 и 5 за опорную 7 и зажимную 8 тарелки при их герметизации в скважине 19.

Опорная труба 1 ниже опорной тарелки 7 снабжена механическим якорем 20 с направляющим штифтом 21, размещенным в фигурном пазе 22.

Механический якорь 20 имеет возможность радиального и осевого перемещения в пределах фигурного паза 22.

Фигурный паз 22 выполнен на наружной поверхности опорной трубы 1 в виде соединенных между собой горизонтальной 23 и вертикальной 24 проточек.

Механический якорь 20 представляет собой четыре подпружиненные в радиальном направлении плашки 25, закрепленные снизу в обойме 26. В качестве механического якоря 20 может применяться любое известное устройство, например якорь механический нижний для обсаженной скважины марки ЯМ3 производства НПФ «Пакер» (Российская Федерация, Республика Башкортостан, г. Октябрьский) или якорь механический марки МЯ, производства ООО "ПФ "Пакер Тулз" (Российская Федерация г. Москва). Герметичность устройства в процессе перемещения полого штока 9 (фиг. 1) относительно опорной трубы 1 обеспечивает уплотнительное кольцо 27.

Верхний конец опорной трубы 1 и затрубное пространство 28 (фиг. 3) скважины 19 гидравлически обвязаны с насосом 29 с помощью нагнетательных линий 30 и 31, соответственно.

В качестве насоса 29 может использоваться насос любой известной конструкции, предназначенный для закачки жидкости в скважину, например цементировочный агрегат марки ЦА-320, производства ООО «Ижнефтегаз» (Российская Федерация, Республика Удмуртия, г. Ижевск).

Стенд для опрессовки превентора на скважине работает следующим образом.

Стенд собирают, как показано на фиг. 1 и при открытой задвижке 32 (фиг. 3) патрубка 33 колонной головки скважины 19 спускают устройство вниз через корпус 2 превентора до расположения резиновых манжет 4 и 5 под патрубком 33 в колонной головке скважины 19. При этом направляющий штифт 21 (фиг. 1) механического якоря 20 находится в крайнем левом положении горизонтальной проточки 23 фигурного паза 22 (транспортное положение).

В процессе спуска устройства происходит заполнение внутреннего пространства опорной трубы 1 (фиг. 1 и 3) и полого штока 9 жидкостью, находящейся в скважине 19.

После расположения резиновых манжет 4 и 5 (фиг. 3) под патрубком 33 в колонной головке скважины 19 производят посадку механического якоря 20 и запакеровку резиновых манжет 4 и 5 в колонной головке скважины 19.

Для этого с устья скважины (на фиг. 1 и 3 не показано) производят поворот опорной трубы 1 по часовой стрелке на длину, больше длины развертки горизонтальной проточки 23 фигурного паза 22, и начинают разгрузку веса опорной трубы 1 на механический якорь 20, при этом конус 11 опорной тарелки 7 входит во взаимодействие с плашками 25 механического якоря 20, после чего плашки 25 фиксируются (на фиг. 1 и 3 не показано) на внутренних стенках скважины 19.

При этом направляющий штифт 21 перемещается сначала слева направо по горизонтальной проточке 23 и попадает в нижнюю часть вертикальной проточки 24, по которой в процессе разгрузки опорной трубы 1 перемещается в верхнюю часть вертикальной проточки 24 фигурного паза 22, выполненного на наружной поверхности опорной трубы 1. Производят разгрузку опорной трубы 1 на резиновые манжеты 4 и 5 поскольку механический якорь 20 своими плашками 25 уже зафиксировался на внутренних стенках скважины 19. При дальнейшей разгрузке опорной трубы 1 на механический якорь 20 обратный конус 12 опорной тарелки 7 входит в проходное сечение нижней резиновой манжеты 4, так как внутренний диаметр D₁ нижней резиновой манжеты 4 больше внутреннего диаметра d верхней уплотнительной манжеты 5 (D₁ > d).

Наружный диаметр D₂ обратного конуса 12 опорной тарелки 7 на 10 мм больше внутреннего диаметра D₁ нижней резиновой манжеты 4 (D₂ > D₁)_, вследствие чего при посадке обратный конус 12 опорной тарелки 7 нанизывается и входит в нижнюю резиновую манжету 4.

В результате внутреннего механического воздействия обратного конуса 12 опорной тарелки 7 на нижнюю уплотнительную резиновую манжету 4, последняя радиально растягивается и прижимается к внутренним стенкам колонной головки скважины 19.

Далее сбрасывают внутрь опорной трубы 1 запорный элемент (шар) 16, который садится на посадочное седло 15 полого штока 9.

Затем обвязывают насос 29 (фиг. 3), например цементировочный агрегат ЦА-320 с помощью нагнетательной линии 30 с задвижкой 34 с верхним концом опорной трубы 1 и при открытой задвижке 34 нагнетают технологическую жидкость, например, пресную воду плотностью 1000 кг/м³ в опорную трубу 1 и создают в ней избыточное давление, например 5,0 МПа.

Под действием избыточного давления полый шток 9, герметично установленный посредством уплотнительного кольца 27 внутри опорной трубы 1 совместно с пальцем 14 и зажимной тарелкой 8 начинают перемещаться вниз, сжимая верхнюю резиновую манжету 5, упертую снизу в шайбу 6.

Продолжают повышать избыточное давление, например до 9,0 МПа, в результате происходит досжатие резиновых манжет 4 и 5 посредством соответствующих неподвижной опорной тарелки 7 (упертой в нижний торец наружной цилиндрической выборки 10 опорной трубы 1) и подвижной зажимной 8 тарелки, перемещающейся вниз совместно с пальцем 14 и полым штоком 9 в пределах вертикального сквозного паза 13.

Повышается герметичность запакеровки резиновых манжет 4 и 5, так как конусные фаски 17 и 18, выполненные в соответствующих опорной 7 и зажимной 8 тарелках, предотвращают затекание уплотнительных резиновых манжет 4 и 5 за соответствующие опорную 7 и зажимную 8 тарелки при их герметизации в скважине 19. В результате резиновые манжеты 4 и 5 герметично прижимаются к внутренним стенкам скважины 19.

Закрывают задвижку 34 на нагнетательной линии 30.

Вращением штурвала (на фиг. 1 показано условно) на 7–10 оборотов привода 35 превентора двигают плашки 36 превентора друг к другу. Плашки 36 герметично обжимают снаружи опорную трубу 1.

Затем обвязывают насос 29 с помощью нагнетательной линии 31 с задвижкой 33 с верхним концом опорной трубы 1 и при открытой задвижке 33 нагнетают технологическую жидкость, например, пресную воду плотностью 1000 кг/м³ в затрубное пространство 28. Поднимают избыточное давление в затрубном пространстве 28 до намеченного давлением опрессовки превентора, например 25,0 МПа, при этом создаваемое избыточное давление будет с одной стороны воздействовать на торец верхней резиновой манжеты 5, а с другой стороны воздействовать на плашки 36 герметично обжимающие опорную трубу 1 и закрывают задвижку 32 патрубка 33. Выдерживают превентор 3 под вышеуказанным давлением, например, в течении 30 мин, причём падение давления более чем на 5 % не допускается, т.е. после окончания опрессовки избыточное давление должно быть не ниже 23,75 МПа. Таким образом производят опрессовку превентора 3.

После окончания опрессовки превентора 3 стравливают давление, открыв задвижку 32 на патрубке 33 колонной головки скважины 19, при этом избыточное давление в затрубном пространстве 28 снижается.

Затем открывают задвижку 34 и стравливают давление во внутренних пространствах опорной трубы 1 и полого штока 9 выше запорного элемента 16. Демонтируют нагнетательную линию 30.

Далее не извлекая устройства из скважины 19 заменяют на опорном фланце скважины опрессованный превентор 3 на превентор 3', подлежащий опрессовке и повторяют выше описанные операции по опрессовке првентора 3', начиная с монтажа нагнетательной линии 30.

Аналогичным образом опрессовывают последующие превенторы 3''….3ⁿ.

Стенд для опрессовки превентора на скважине снижает трудоёмкость проведения работ, так как предлагаемый стенд многоразового действия, поэтому после каждой опрессовки превентора нет необходимости извлекать резиновые манжеты из колонной головки скважины, производить разборку, ревизию, сборку устройства и снова спускать его в колонную головку скважины.

Опрессовка превенторов проводится последовательной их заменой (по мере завершения опрессовки превентора) на колонной головке скважины, что снижает стоимость обслуживания опрессовки превентора, а значит сокращаются финансовые затраты.

После окончания опрессовки всех превенторов 3….3ⁿ демонтируют нагнетательные линии 30 и 31 и извлекают устройство из колонной головки скважины 19.

Конструкция стенда обеспечивает высокую надёжность работы устройства при высоких давлениях (25–35 МПа) и является в сравнении с прототипом более совершенной.

Предлагаемый стенд для опрессовки превентора на скважине позволяет:

- повысить надёжность работы устройства;

- снизить трудоёмкость проведения работ по опрессовке превентора на скважине;

- снизить себестоимость опрессовки превентора;

- повысить герметичность резиновых манжет при их запакеровке в скважине.