Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ ОТ ПАРАФИНООТЛОЖЕНИЙ

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для промывки скважины от парафиноотложений, преимущественно в осевом канале лифтовой колонны труб в процессе эксплуатации скважины без подъема эксплуатационного оборудования.

Известен циркуляционный клапан (см. Ю.В. Зайцев, Р.А. Максутов, О.В. Чубанов и др. Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважин. - М., Недра, 1984 г., с. 85-91), состоящий из корпуса, в осевом канале которого установлена гильза с перепускными отверстиями и двумя расточками для плашек толкателя управляемого инструмента, при этом гильза герметизирована уплотнениями и фиксируется в двух положениях, открытие и закрытие клапана осуществляются за счет перемещения гильзы до совпадения ее перепускных отверстий с отверстиями в корпусе, причем для установки и эксплуатации циркуляционного клапана его устанавливают в составе лифтовой колонны труб над пакером.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, для управления циркуляционным клапаном необходимо применение специальной тросовой техники с затратами рабочего времени на ее управление;

- во-вторых, необходимо включить в состав компоновки дополнительный пакер для обеспечения перекрытия межтрубного пространства под циркуляционным клапаном;

- в-третьих, усложнение технологии по оснащению скважины лифтовой колонной, в состав которой включен пакер, что требует проведения специальных операций по его посадке и извлечению.

Также известен циркуляционный клапан (см. «Строительство газовых и газоконденсатных скважин». Сборник научных трудов ВНИИГАЗ, Москва, 1997 г., с. 18-21), состоящий из ствола, связанного с лифтовой колонной труб, при этом корпус охватывает ствол с образованием кольцевой камеры, связанной циркуляционными отверстиями с осевым каналом ствола, оснащенного кольцевым поршнем, образующим подвижное соединение с корпусом, а кольцевая камера снизу перекрыта ввертышем и содержит упорную втулку, причем в теле корпуса выполнены циркуляционные отверстия на уровне расположения втулки, а корпус поджат к кольцевому поршню на стволе за счет усилия пружины, при этом при подаче под давлением рабочей жидкости в межтрубное пространство корпус перемещается вверх относительно ствола с расположением циркуляционных отверстий в корпусе на уровне расположения циркуляционных отверстий ствола, пружина на внешней стороне ствола сжата, после сброса давления усилием сжатой пружины корпус возвращается в исходное положение с прекращением гидравлической связи межтрубного пространства с осевым каналом труб лифтовой колонны, поэтому при избыточном давлении внутри осевого канала труб лифтовой колонны клапан закрыт.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, ограниченные возможности устройства, так как при установке устройства в составе лифтовой колонны труб на скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами, где имеют место отложения парафина на внутренней поверхности труб лифтовой колоны, существует необходимость его удаления, при этом технология удаления заключается в подаче по межтрубному пространству через циркуляционный клапан нагретой рабочей жидкости, причем перепад давления, при котором произойдет открытие клапана, зависит от глубины установки и усилия пружины;

- во-вторых, подача горячей жидкости по межтрубному пространству ниже места расположения клапана приводит к нежелательному нагреву обсадной колонны и крепи скважины. Для исключения этого необходимо включить в состав компоновки дополнительный пакер для обеспечения перекрытия межтрубного пространства под циркуляционным клапаном;

- в-третьих, усложнение технологии по оснащению скважины лифтовой колонной, в состав которой включен пакер, что требует проведения специальных операций по его посадке и извлечению.

Также известен циркуляционный клапан (см. патент RU №2211195, МПК Е21В 34/06, опубл. 10.09.2003 г. в бюл. №25), содержащий корпус в виде ступенчатого цилиндра с осевым каналом и седлом в днище, подвижно размещенный в корпусе полый ступенчатый золотник, выполненный с жестко связанным с ним кольцевым поршнем и образующий с корпусом кольцевую камеру, каналы в корпусе, связывающие кольцевую камеру с межтрубным пространством, и осевой канал корпуса с кольцевой камерой, отличающийся тем, что он снабжен торцевым клапаном, корпус выполнен разъемным в виде верхней и нижней частей с седлом на верхнем торце нижней части корпуса, каналы в корпусе, связывающие кольцевую камеру с межтрубным пространством, выполнены продольными в месте разъема корпуса, канал, связывающий осевой канал корпуса с кольцевой камерой, выполнен дроссельным, в нижней части разъемного корпуса выполнено сужение с уплотнительным кольцом, торцевой клапан охватывает верхнюю часть разъемного корпуса и имеет возможность взаимодействия с седлом на верхнем торце нижней части корпуса, ход полого ступенчатого золотника с жестко связанным с ним ступенчатым кольцевым поршнем ограничен торцем верхней части разъемного корпуса, при этом ступенчатый кольцевой поршень при взаимодействии с уплотнительным кольцом образует герметичное соединение, ступенчатый золотник подпружинен, а диаметр ступенчатого кольцевого поршня в нижней части больше, чем в верхней.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая надежность работы, обусловленная тем, что устройство включается в состав труб лифтовой колонны труб и устанавливается на заданной глубине при эксплуатации скважины штанговым насосом, поэтому возможно несанкционированное образование гидродинамической связи осевого канала лифтовой колоны с межтрубным пространством, при воздействии гидростатического давления в осевом канале лифтовой колонны труб, над местом установки циркуляционного клапана;

- во-вторых, необходимо включить в состав компоновки дополнительный пакер для обеспечения перекрытия межтрубного пространства под циркуляционным клапаном;

- в-третьих, усложнение технологии по оснащению скважины лифтовой колонной, в состав которой включен пакер, что требует проведения специальных операций по его посадке и извлечению.

Наиболее близким по технической сущности является циркуляционный клапан (см. патент RU №2483195, МПК Е21В 34/06, опубл. 27.05.2013 г. в бюл. №25), состоящий из ствола, на стволе установлен корпус, перекрытый в верхней части пробкой, с посадочным седлом, в кольцевой камере между корпусом и стволом установлен клапан с опорой на посадочное седло, ниже установлен кольцевой поршень, связанный с толкателем, снабженным разжимным конусом, на наружной поверхности которого выполнен продольный паз, кольцевой поршень опирается на пружину, а кольцевая камера гидравлически связана радиальными отверстиями, выполненным в стволе с его осевым каналом и отверстиями, выполненными в корпусе над клапаном с межтрубным пространством скважины, ниже места расположения разжимного конуса на стволе закреплен гидроцилиндр, в котором установлен поршень с манжетой, охватывающий гильзу, жестко связанную с днищем гидроцилиндра и образующую со стволом кольцевой зазор, который постоянно гидравлически связан дренажным каналом с полостью скважины, кольцевая камера под поршнем постоянно гидравлически связана каналом и отверстием с осевым каналом ствола, на наружной поверхности разжимного конуса выполнен желоб для обеспечения гидравлической связи межтрубного пространства над манжетой с полостью скважины ниже места установки циркуляционного клапана.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (разжимной конус, гильза и т.д.);

- во-вторых, высокая себестоимость, связанная с большим количеством технологических сложных в изготовлении деталей (продольный паз на наружной поверхности разжимного конуса, кольцевой зазор и дренажный канал в днище гидроцилиндра и т.д.);

- в-третьих, низкая надежность работы, обусловленная быстрым выходом из строя устройства из-за клапана, установленного отдельно от кольцевого поршня в кольцевой камере между корпусом и стволом, так как через несколько циклов работы по действием горячего флюида, подаваемой в межтрубное пространство клапан, одновременно разделяющий отверстия в корпусе и радиальные отверстия в стволе теряет герметичность, при этом жидкость свободно перетекает из лифтовой колонны труб в межтрубное пространство и обратно (между радиальными отверстиями в стволе через кольцевую камеру в отверстия в корпусе), кроме того, устройство не имеет центратора, что при спуске устройства в скважину может привести к повреждению (разрыву) манжеты о внутренние стенки скважины;

- в-четвертых, при промывке скважины горячей жидкостью, в межтрубном пространстве скважины создается высокое избыточное давление, которое может привести потере герметичности манжеты (манжета рвется). Кроме того, после промывки скважины горячим флюидом необходимо осуществить переток горячего флюида, находящегося в межтрубном пространстве выше устройства (выше манжеты) через сложную систему дренажных каналов в межтрубное пространство ниже устройства (ниже манжеты).

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства без потери эффективности работы, а также снижение себестоимости изготовления устройства за счет исключения из конструкции устройства технологически сложных в изготовлении деталей, повышение надежности работы путем доработки конструкции клапана, размещенного в кольцевой камере устройства, и исключение повреждения манжеты во время спуска устройства в скважину и исключение потери герметичности устройства в процессе промывки за счет установки пакера.

Поставленная техническая задача решается устройством для промывки скважины от парафиноотложений, состоящим из ствола, корпуса, установленного на стволе и перекрытого в верхней части пробкой, кольцевой камеры, образованной между корпусом и стволом, клапана, размещенного в кольцевой камере, а также установленного в кольцевой камере ниже клапана кольцевого поршня подпружиненного снизу от корпуса, толкателя, жестко соединенного с кольцевым поршнем, кольцевая камера гидравлически связана радиальными отверстиями, выполненным в стволе с его осевым каналом и отверстиями, выполненными в корпусе над клапаном с межтрубным пространством скважины.

Новым является то, что клапан жестко соединен сверху с кольцевым поршнем с возможностью герметичного отсечения снаружи радиальных отверстий в стволе, при этом манжета выполнена самоуплотняющейся, пропускающей снизу вверх, а выше самоуплотняющейся манжеты на гидроцилиндре жестко установлен центратор с продольными каналами снаружи, выше центратора между гидроцилиндром и толкателем установлен пакер, выполненный сборным из чередующихся резиновых и металлических колец, причем резиновые кольца пакера имеют возможность осевого сжатия и радиального расширения наружу с герметизацией межтрубного пространства скважины при осевом перемещении толкателя вниз при создании избыточного давления в кольцевой камере.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в процессе эксплуатации скважины.

На фиг. 2 изображено предлагаемое устройство при промывке колонны лифтовых труб от парафиноотложений.

Устройство для промывки скважины от парафиноотложений состоит из ствола 1 (см. фиг. 1), входящего в состав лифтовой колонны труб (на фиг. 1 и 2 не показано), и корпуса 2 (см. фиг. 1), установленного на стволе 1 и перекрытого в верхней части пробкой 3.

Устройство также содержит кольцевую камеру 4, образованную между корпусом 2 и стволом 1, клапан 5, размещенный в кольцевой камере 4, а также установленный в кольцевой камере 4 ниже клапана 5 кольцевой поршень 6 подпружиненного пружиной 7 снизу от корпуса 2, толкателя 8, жестко соединенного с кольцевым поршнем 6.

Кольцевая камера 4 гидравлически связана радиальными отверстиями 9, выполненными в стволе 1 с его осевым каналом 10, и отверстиями 11, выполненными в корпусе 2 над клапаном 5 с межтрубным пространством 12 скважины 13.

На стволе 1 ниже толкателя 8 жестко закреплен гидроцилиндр 14, на котором установлена манжета 15.

Клапан 5 выполнен кольцевым и жестко соединен сверху с кольцевым поршнем 6 с возможностью герметичного отсечения снаружи радиальных отверстий 9 в стволе 1.

Манжета 15 выполнена самоуплотняющейся, пропускающей снизу вверх. Выше самоуплотняющейся манжеты 15 на гидроцилиндре 14 жестко установлен центратор 16 с продольными каналами 17 снаружи.

Выше центратора 16 между гидроцилиндром 14 и толкателем 8 установлен пакер 18, выполненный сборным из чередующихся резиновых 19 и металлических 20 колец.

Резиновые кольца 19 пакера 18 имеют возможность осевого сжатия и радиального расширения наружу с герметизацией межтрубного пространства 12 скважины 13 при осевом перемещении толкателя 8 вниз при создании избыточного давления в кольцевой камере 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство в сборе устанавливается в составе лифтовой колонны труб (на фиг. 1 и 2 не показано) и спускается в скважину 13 на заданную глубину, под уровень расположения парафиноотложений в лифтовой колонне труб. Кроме того, в процессе спуска лифтовой колонны труб в скважину 13, ее оснащают штанговым насосом (на фиг. 1 и 2 не показано).

В процессе спуска устройства в скважину 13 исключается повреждение самоуплотняющейся манжеты 15 вследствие того, что на гидроцилиндре 14 выше самоуплотняющейся манжеты 15 жестко установлен центратор 16 с продольными каналами 17 снаружи, которые позволяют перетекать скважинной жидкости снизу вверх через устройство, при этом сам центратор 16 обеспечивает соосность устройства и оси скважины 13, вследствие чего повышается надежность работы устройства.

Включают скважинный насос и запускают скважину 13 в работу. Скважинный насос производит подъем пластовой жидкости в осевом канале лифтовой колонны из пространства 21 ниже самоуплотняющейся манжеты 15.

В кольцевую камеру 4 через отверстия 11 корпуса 2 передается гидростатическое давление столба жидкости, существующее в межтрубном пространстве 12 скважины 13, на которое рассчитана пружина 7, например 7,0 МПа, вследствие чего клапан 5 герметично перекрывает радиальные отверстия 9 в стволе 1 снаружи, что исключает переток добываемой продукции из осевого канала 10 ствола 1 устройства в кольцевую камеру 4.

Гидростатическое давление столба жидкости, существующее в межтрубном пространстве 12 скважины 13 воздействует сверху на самоуплотняющуюся манжету 15, которая герметично перекрывает кольцевой зазор между скважиной 13 и лифтовой колонной труб (на фиг. 1 и 2 не показано), что исключает переток жидкости сверху вниз в межтрубном пространстве 12 скважины 13.

В этом положении ведется эксплуатация скважины 13 (см. фиг. 1).

Устройство в сравнении с прототипом имеет простую конструкцию, а при необходимости проведения работ по удалению парафиноотложений на внутренней поверхности лифтовой колонны труб останавливают скважину 13, для чего отключают скважинный насос.

Далее осуществляют подачу под избыточным давлением горячего флюида, например с помощью насосного агрегата марки ЦА-320, в межтрубное пространство 12 скважины 13. Горячий флюид через отверстия 11 корпуса 2 попадает в кольцевую в камеру 4.

Под действием избыточного давления, например, 10,0 МПа, которое воздействует на площади поперечного сечения клапана 5 и кольцевого поршня 6 (см. фиг.2), клапан 5 перемещается вниз и располагается ниже радиальных отверстий 9 в стволе 1, что позволяет подавать горячий флюид в осевой канал 10 ствола 1, одновременно с этим происходит осевое перемещение толкателя 7 относительно ствола 1 и зафиксированного на нем неподвижно гидроцилиндра 14. В результате резиновые кольца 19 пакера 18 сжимаются в осевом направлении и радиально расширяются наружу, при этом происходит герметизация межтрубного пространства 12 скважины 13 выше самоуплотняющейся манжеты 15, радиальные отверстия 9 ствола 1 сообщают осевой канал 10 ствола 1 с межтрубным пространством 12 скважины 13 через отверстия 11 корпуса 2.

Предлагаемое устройство имеет высокую надежность работы вследствие доработки конструкции клапана, размещенного в кольцевой камере устройства, при этом клапан 5 жестко соединен с кольцевым поршнем 6 (принудительного действия) и герметично перекрывает только радиальные отверстия 9 ствола 1.

После выполнения этой операции по удалению парафиноотложений прекращают подачу под давлением горячего флюида.

При промывке скважины 13 горячим флюидом в межтрубном пространстве 12 скважины 13 создается высокое избыточное давление, как отмечено выше 10,0 МПа, при этом пакер 18, установленный выше самоуплотняющейся манжеты 15 и выполненный сборным из чередующихся резиновых 19 и металлических 20 колец, находится в запакерованом положении, т.е. резиновые кольца 19 герметично прижаты к внутренним стенкам скважины 13 (см. фиг. 2), что исключает восприятие самоуплотняющейся манжетой 15 высокого избыточного давления (10 МПа), при этом самоуплотняющаяся манжета 15 не повреждается (не рвется).

По окончании промывки прекращают подачу горячего флюида в межтрубное пространство 12 скважины 13, давление в межтрубном пространстве 12 и в лифтовой колонне труб выравниваются, при этом за счет возвратной силы пружины 7 (см. фиг. 1) клапан 6 возвращается в исходное положение и перекрывает радиальных отверстий 9 в стволе 1.

Включают насос и запускают скважину 13 в работу.

В межтрубном пространстве 12 скважины 13 самоуплотняющаяся манжета 15 выполнена пропускающей снизу вверх, что позволяет попутному газу, который выделяется из нефти, в процессе работы штангового насоса свободно мигрировать в полость межтрубного пространства 12 скважины 13 над устройством и избежать выполнение в устройстве сложной системы дренажных каналов. Предлагаемое устройство в сравнении с прототипом имеет низкую себестоимость изготовления за счет исключения из конструкции устройства технологически сложных в изготовлении деталей, а именно продольного паза на наружной поверхности разжимного конуса, кольцевого зазора и дренажного канал в днище гидроцилиндра.

Предлагаемое устройство для промывки скважины от парафиноотложений имеет простую конструкцию, низкую себестоимость изготовления устройства, высокую надежность в работе и исключает потери герметичности устройства в процессе промывки лифтовой колонны труб от парафиноотложений.