Устройство для поршневого тартания нефтяных скважин

 

Использование: в нефтяной промышленности для тартания скважин. Обеспечивает эффективное удаление столба жидкости в колонке с различными дефектами, с заусеницами, деформацией формы и поверхности. Сущность изобретения: устройство содержит поршень в виде чашеобразной манжеты, клапан с седлом и штангу. Поршень-манжета имеет вид металлического цилиндра с переходом на конус. Продолжением его является чередование упругих, направленных вверх адаптивно-селективных лепестков и щелей между ними. Лепестки выполнены в продольном и поперечном направлениях с постоянным или переменным сечением. По диаметру лепестки эквидистантны внутренней поверхности тартаемой трубы и имеют зазор 1 - 5 мм. Механизм клапана выполнен в виде упругой втулки с профильными прорезями или без них. Втулка из металла, или пластмассы, или резины. Она расположена внутри лепестков с перекрытием щелей между ними. Седлом клапана является адаптивно-селективные лепестки. Штанга выполнена с элементами крепления на концах с возможностью модульной сборки. 2 ил.

Известны устройства для понижения давления гидростатического столба жидкости в колонне в зоне пласта (см. "Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности". Утверждено Госгортехнадзором России 14 декабря 1992 года. М., ТОО "Авангард", 1993). Устройства представляют собой компрессоры, пластоиспытатели, имплозийные трубы и т.п.

До настоящего времени повсеместно использовались компрессоры, так как они надежно обеспечивают понижение давления жидкости в зоне пласта путем продувки скважины сжатым воздухом.

Пластоиспытатели также понижают давление жидкости в зоне пласта путем пакеровки скважины и отсоса некоторого объема жидкости (несколько литров) из-под пакера.

Имплозийные трубы на поверхности скважины герметизируют с сохранением в них атмосферного давления, а в зоне пласта производят разгерметизацию, в результате чего жидкость из скважины устремляется в трубу и на короткое время давление в зоне пласта понижается.

Недостатки известных устройств следующие: компрессоры создают аварийную ситуацию, так как отходящий из скважины воздух насыщен взрывоопасными газами; пластоиспытатели и имплозийные трубы понижают давление скважинной жидкости и в зоне пласта лишь на короткое время, что не обеспечивает запуск пласта на постоянный приток нефти.

Этих недостатков лишено другое устройство, принятое за прототип предложенного решения (см. К. И. Джафаров. Поршневое тартание. Журнал "Нефтяное хозяйство", 1995, N 5/6, стр. 91-93). Устройство содержит поршень в виде упругой чашеобразной манжеты, штангу, клапан в составе запорного механизма и его седла. Такие устройства выпускаются и широко применяются за рубежом, а в настоящее время активно внедряются и в нашу промышленность. Однако в отечественных условиях при использовании зачастую неподготовленной колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), имеющих целый ряд дефектов, зарубежная техника работает неудовлетворительно.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства для поршневого тартания, способного высокопроизводительно функционировать в колонне НКТ, имеющей различные дефекты (заусенцы, ржавчину, деформации формы и поверхности), и имеющего техническим результатом лавирующую проходимость в колонне НКТ, эффективное удаление столба жидкости, значительный объем извлекаемой жидкости, повышенную износостойкость устройства.

Все это достигается за счет того, что в устройстве для поршневого тартания нефтяных скважин, содержащем поршень в виде упругой чашеобразной манжеты, штангу, клапан в составе запорного механизма и его седла, согласно изобретению поршень-манжета выполнен в виде металлического цилиндра с переходом на конус, продолжением которого является чередование упругих направленных вверх адаптивно-селективных лепестков и продольных щелей между узлами, причем лепестки выполнены в продольном и поперечном направлениях с постоянным или переменным сечением, а по диаметру - эквидистантно внутренней поверхности тартаемой колонны труб с зазором 1- 5 мм, запорный механизм клапана выполнен в виде упругой втулки с продольными прорезями или без них из металла или пластмассы, или резины, расположенной внутри лепестков с перекрытием щелей между лепестками, седлом клапана служат упругие адаптивно-селективные лепестки, а штанга выполнена с элементами крепления на концах с возможностью модульной сборки.

Причинно-следственная связь существенных признаков изобретения с достигаемым техническим результатом следующая. Высокая лавирующая проходимость устройства в колонне НКТ и значительный объем извлекаемой жидкости обусловлены конструктивным исполнением клапана, а именно выполнением его седла в виде лепестков, чередующихся щелями, а запорного механизма - в виде упругой втулки, установленной в седле, повторяющей его форму и перекрывающей щели между лепестками, а также выполнением лепестков упругими с адаптивно-селективной формой выполнения (в продольном и поперечном направлениях с постоянным или переменным сечением, а по диаметру - эквидистантно поверхности тартаемой колонны). Каждый адаптино-селективный лепесток повторяет геометрические формы контактной поверхности НКТ, а совокупности происходит адаптивное отслеживание устройством всех дефектов внутренней поверхности НКТ. Таким образом, при спуске устройства оно беспрепятственно проходит колонну, имеющую различные дефекты, при подъеме же обеспечен надежный захват значительного объема жидкости и вновь беспрепятственное прохождение колонны. Эффективное удаление столба жидкости обеспечивается а счет сплошного контакта седла клапана с внутренней поверхностью колонны. Коэффициент тартания при этом составляет 0,7 - 0,8. Выполнение поршня-манжеты в нижней части в виде цилиндра обеспечивает жесткость его базирования на штанге, а переход поршня-манжеты повышает емкость и обеспечивает адаптивную форму устройства. Элементы крепления на концах втулки позволяют собирать устройства в гирлянды, что значительно повышает износостойкость и емкость конструкции.

На чертежах представлен вид сбоку на устройство с осевым разрезом (фиг. 1) и разрез А-А устройства (фиг. 2).

Устройство содержит поршень-манжету 1 с направленными вверх адаптивно-селективными лепестками 2, чередуемыми щелями 3, запорный механизм в виде упругой втулки 4, расположенной внутри лепестков 2, и штанги 5 с верхним 6 и нижним 7 элементами крепления, на которой установлен поршень-манжета 1.

Устройство работает следующим образом. Посредством верхнего 6 и нижнего 7 элементов креплений штанги 5 собирают гирлянду устройства. На геофизическом кабеле или тросе ее опускают в колонну НКТ, установленную в нефтедобывающей скважине. Во время спуска гирлянда транспортируется под собственной тяжестью, при этом происходит вытеснение жидкости через зазор между внутренней поверхностью НКТ и устройством, образуемый от прижимания запорного механизма в виде упругой втулки 4 и его седла в виде лепестков 2 к оси штанги 5. При достижении заданной глубины начинают подъем гирлянды. Вес столба жидкости и ее динамическое сопротивление передают свое воздействие на внутренние стенки упругой втулки 4, которая расширяясь отгибает лепестки 2 до их контакта с внутренней поверхностью НКТ. Поперечное сечение НКТ полностью перекрывается, чем обеспечивается эффективное удаление столба жидкости над гирляндой.

Формула изобретения

Устройство для поршневого тартания нефтяных скважин, содержащее поршень в виде упругой чашеобразной манжеты, клапан в составе запорного механизма и его седла, штангу, отличающееся тем, что поршень-манжета выполнен в виде металлического цилиндра с переходом на конус, продолжением которого является чередование упругих направленных вверх адаптивно-селективных лепестков и продольных щелей между ними, причем лепестки выполнены в продольном и поперечном направлениях с постоянным или переменным сечением, а по диаметру - эквидистантно внутренней поверхности тартаемой колонны труб с зазором 1 - 5 мм, запорный механизм клапана выполнен в виде упругой втулки с продольными прорезями или без них из металла, или пластмассы, или резины, расположенной внутри лепестков с перекрытием щелей между лепестками, седлом клапана служат упругие адаптивно-селективные лепестки, а штанги выполнена с элементами крепления на концах с возможностью модульной сборки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2