Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАТАЛКИВАНИЯ КАБЕЛЯ В СКВАЖИНУ

Изобретение ПРЕ 23.09.14 относится к области добычи нефти и газа и может быть использовано при исследовании скважин с высоким устьевым давлением для спуска приборов в скважину на кабеле с применением гидравлической системы.

Существуют различные устройства заталкивания кабеля в скважину, работающие с использованием гидравлических систем.

Известно устройство для спуска кабеля в скважину, находящуюся под давлением (см., например, а.с. СССР 562643, М. кл. Е21В 47/00, опубл. 25.06.77). Устройство содержит сальниковое уплотнение, корпус с отверстием для прохода кабеля, содержащий плавающую муфту, плунжеры, валы, соединенные между собой ведомой и ведущей шестернями, ролики для зажима кабеля, один из которых размещен на плавающей муфте и жестко соединен с ведомой шестерней, и гидравлический привод. В данном устройстве при открытом запорном вентиле вытесняемое скважинным давлением масло поступает через трубопровод в подплунжерную полость, вследствие чего плавающая муфта перемещается и прижимает кабель к ролику. Вращением рукоятки зажатый между роликами кабель проталкивается в скважину. Прижатие роликов к кабелю отключают после того, как вес кабеля вместе с прибором становится достаточным для спуска в скважину под действием силы тяжести.

При использовании известного устройства приходится создавать значительные усилия прижатия, вследствие того что прижимные ролики захватывают кабель на малой площади, что приводит к деформации и преждевременному износу кабеля. Поскольку привод системы роликов и шестерен осуществляется через рукоятку вручную, данное устройство отличает высокая трудоемкость. Устройство неэффективно в скважинах с высоким устьевым давлением (свыше 70 атм) и неработоспособно в газовых скважинах.

Известно устройство для спуска кабеля в скважину, оборудованную фонтанной арматурой (см. патент RU 2186194, МПК Е21В 19/00, Е21В 33/03, опубл. 27.07.2002), принятое за наиболее близкий аналог предлагаемого устройства. Устройство содержит кабель для подвески приборов и гидравлический привод, включающий распределительное, запорное и запорно-дроссельное устройства, а также гидродвигатель, который содержит герметичный цилиндрический корпус, расположенную в нем тяговую разрезную втулку, выполненную из мягкого упругого материала, предназначенную для охвата и перемещения кабеля вниз, в скважину, два поршня, которые расположены по разные стороны от этой втулки с возможностью взаимодействия с ней и снабжены штоками, направленными в противоположные стороны и уплотненными в корпусе с образованием в нем рабочих полостей, расположенных у торцов поршней, противолежащие торцы поршней снабжены дополнительными полыми штоками, один из которых охватывает другой шток, сопряжен и уплотнен с ним по цилиндрической поверхности, установлен с возможностью взаимного перемещения относительно него и образует своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью корпуса и упомянутыми противолежащими торцами поршней изолированную от полости устья скважины воздушную полость, соединенную каналом с герметичным тонкостенным сильфоном или резиновой камерой, при этом наружный диаметр поршня, расположенного со стороны сальника лубрикатора выполнен по размеру больше, чем наружный диаметр поршня, расположенного со стороны устья скважины, причем полость устья скважины одним каналом соединена через запорно-дроссельное устройство с рабочей полостью, расположенной со стороны устья скважины, а другим каналом - через упомянутое распределительное устройство с рабочей полостью, расположенной со стороны сальника лубрикатора, которая, в свою очередь, через то же распределительное устройство соединена со сливом.

В известном устройстве достигается необходимое прижатие тяговой разрезной втулки к кабелю и их сцепление при снижении давлений в рабочих полостях гидродвигателя, значительно снижается износ тяговой разрезной втулки и кабеля. Однако наличие непростой системы поршней, штоков, уплотнительных элементов, трубопроводов в процессе эксплуатации может отрицательно сказаться на надежности устройства и снизить ресурс его работы. Спуск кабеля в скважину за счет совершения колебательных движений ручки распределительного устройства требует участия оператора, что делает процесс достаточно трудоемким. Наличие примесей в рабочей жидкости, отбираемой из устья скважины и применяемой в виде гидравлического источника энергии, мешает работе устройства, а использование в гидросистеме в качестве рабочей жидкости воды накладывает ограничение на применение данного устройства в холодное время года. Ограничением также является то, что устройство не работает в газовых скважинах.

Задачей предложенной изобретения является создание устройства для силового спуска кабеля в скважину, которое не имеет названных недостатков, присущих известным устройствам-аналогам.

Достигаемый технический результат заключается в существенном упрощении конструкции устройства, повышении его надежности, обеспечении автоматического режима работы без участия оператора и возможности функционирования устройства вне зависимости от температуры окружающей среды, в том числе, в периоды низких температур.

Для этого в известном устройстве для спуска кабеля в скважину, содержащем установленный в корпусе герметизатор кабеля, гидравлический привод и гидродвигатель (выходную приводную часть), содержащий герметичный цилиндрический корпус, расположенный в нем элемент охвата и спуска кабеля, выполненный в виде тяговой разрезной втулки из мягкого упругого материала, расположенные по разные стороны от этого элемента верхний и нижний поршни, образующие в корпусах верхнюю и нижнюю рабочие полости, которые соединены соответствующими каналами с гидравлическим приводом, согласно изобретению:

- гидравлический привод содержит масляный насос, гидрораспределитель, клапан регулирования давления, емкость и гидравлическое масло, используемое в качестве гидравлического источника энергии и циркулирующее в замкнутой системе;

- верхняя и нижняя рабочие полости гидродвигателя соединены имеющимися в корпусе каналами с гидрораспределителем гидравлического привода через рукава высокого давления с образованием замкнутой системы циркуляции масла;

- элемент охвата и спуска кабеля выполнен в виде подпружиненных металлических конусных сухарей или в виде тяговой втулки из мягкого упругого материала;

- между верхним поршнем гидродвигателя и конусными сухарями размещен вкладыш, выполненный в нижней части с кольцевым конусным торцом для сопряжения с конусными сухарями.

Применение гидравлического привода предложенной конструкции, в которой гидрораспределитель переключается автоматически под давлением масла, и соединение с ним рабочих полостей гидродвигателя через каналы с образованием замкнутой системы циркуляции рабочей жидкости обеспечивает работу устройства в автоматическом режиме. В такой системе исключено присутствие примесей и механических частиц, что повышает надежность устройства. Также исключается использование ручного труда, снижаются трудозатраты на проведение работ по спуску кабеля в скважину.

Использование гидравлического масла в качестве рабочей жидкости позволяет проводить работы круглогодично, включая периоды низких температур.

Использование охватывающих кабель конусных сухарей, выполненных из металла, повышает рабочий ресурс устройства в сравнении с применением резиновых разрезных втулок.

Размещение между верхним поршнем гидродвигателя и конусными сухарями вкладыша с конусным торцом, предназначенным для сопряжения с конусными сухарями, существенно упрощает конструкцию в сравнении со сложной системой устройств-аналогов и в то же время обеспечивает надежную и бесперебойную работу устройства.

Предлагаемое устройство изображено на чертеже, где показан его продольный разрез со схемой соединения с гидравлическим приводом.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1, в котором расположен герметизатор 2 кабеля 3. При помощи герметизатора 2 компенсируется выталкивающая сила, действующая на кабель 3 при высоком устьевом давлении скважины.

К корпусу 1 снизу крепится корпус 4 гидродвигателя, в котором расположены конусные сухари 5, предназначенные для охвата кабеля 3 и заталкивания его в скважину. По обе стороны от конусных сухарей 5 размещены нижний 6 и верхний 7 поршни, имеющие штоки, соответственно нижний 8 и верхний 9. Поршни 6, 7 и штоки 8, 9 выполнены с осевыми отверстиями для кабеля 3 и уплотнены по наружным диаметрам уплотнительными кольцами (позициями не показаны) с образованием в корпусе 4 гидродвигателя рабочих полостей - нижней полости 10 и верхней полости 11. Конусные сухари 5 размещены в нижнем поршне 6 и взаимодействуют с верхним поршнем 7 через вкладыш 12. Нижний кольцевой торец вкладыша 12 выполнен конусным для сопряжения с конусными сухарями 5. Между конусными сухарями 5 и вкладышем 12 установлена пружина (позицией не показана), которая способствует раскрытию сухарей 5 при свободном движении кабеля 3. Допускается вместо конусных сухарей 5 применять тяговую втулку из мягкого упругого материала, и тогда надобность в данной пружине отпадает.

Гидравлический привод содержит масляный насос 13, который соединен на выходе с гидрораспределителем 14, а на входе - с емкостью 15 для масла. В систему циркуляции масла включен клапан 16 регулировки давления, настраиваемый на непревышение порога заданного значения давления. Гидрораспределитель 14 соединен рукавами 17 высокого давления с каналами 18 и 19, выполненными соответственно в корпусах 4 и 1.

В верхнем поршне 7 выполнены сквозные отверстия 20 и 21 для сообщения с рабочими полостями гидродвигателя, соответственно с верхней полостью 11 и нижней полостью 10.

К нижней части корпуса 4 гидродвигателя монтируется упорная втулка 22, предназначенная для ограничения хода нижнего штока 8. Устройство работает следующим образом.

Гидравлическое масло под давлением подается от масляного насоса 13 из емкости 15. Производительность масляного насоса 13 подбирается под необходимую скорость заталкивания кабеля 3 в скважину. Давление подачи масла в зависимости от устьевого давления скважины регулируется при помощи клапана 16 регулировки давления. Управление направлением циркуляции гидравлического масла в замкнутой системе "гидравлический привод - гидродвигатель" осуществляется при помощи гидрораспределителя 14, переключение которого настраивают исходя из максимально возможного ожидаемого давления в скважине.

При подаче масла от гидрораспределителя 14 в полость 11 через канал 19 верхний поршень 7 перемещается в корпусе 1 вниз и одновременно давит на вкладыш 12. При дальнейшей подаче масла на вкладыш 12 начинает действовать возрастающее давление гидравлического масла, поступающего через сквозные отверстия 20. Вкладыш 12 движется вниз и упирается своим нижним конусным торцом в конусные сухари 5, которые, в свою очередь, перемещаются в осевом и в радиальном направлениях и зажимают кабель 3. Под действием возрастающего давления масла происходит совместное движение вниз верхнего поршня 7, вкладыша 12, конусных сухарей 5 с зажатым между ними кабелем 3 и нижнего поршня 6 (рабочий ход) до упора в нижний торец корпуса 4 гидродвигателя. Гидравлическое масло, заполняющее полость 10, сбрасывается при этом через канал 18 и гидрораспределитель 14 в емкость 15.

После завершения рабочего хода давление масла в полости 11 нарастает и при достижении заданного значения давления гидрораспределитель 14 переключает направление циркуляции масла. Полость 10 начинает заполняться маслом, поступающим по рукаву 17 от масляного насоса 13. Под действием давления верхний поршень 7 совместно с нижним штоком 8 начинают перемещаться вверх. Давление масла, поступающее из полости 10 через сквозные отверстия 21, способствует разжатию конусных сухарей 5, так как вкладыш 12 и нижний поршень 6 раздвигаются между собой. В результате этого сухари 5 расходятся в стороны, ослабляя зажим кабеля 3, и свободно перемещаются вверх вдоль кабеля 3. В процессе обратного (холостого) хода гидравлическое масло сбрасывается из полости 11 через канал 19 по рукаву 17 и гидрораспределитель 14 в емкость 15.