Устройство для разъединения и зацепления колонны насосно-компрессорных труб

Изобретение относится к нефтепромысловой технике и может быть использовано для разъединения и последующего подвижного и герметичного зацепления колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) со скважинным оборудованием. Устройство для разъединения и зацепления колонны насосно-компрессорных труб включает корпус, переводник, шток, сбрасываемый шар, срезные винты, шевронное уплотнение. Устройство дополнительно снабжено гидромеханическим приводом, состоящим из двух кольцевых камер, образованных между управляющим штоком и кожухом, реверсивным поршнем между ними, выполненным в виде выступа на управляющем штоке, переставляемой герметизирующей втулкой, перекрывающей по очереди два сквозных канала в кожухе, расположенными напротив кольцевыми камерами, двумя сквозными каналами в реверсивном поршне, поочередно закрываемыми пробкой на герметичной резьбе, двухсторонней цангой, установленной между управляющим штоком и верхним корпусом, сухарями, размещенными в окнах верхнего корпуса, подвижным шлицевым соединением между верхним и нижним корпусами, переходной втулкой между верхним корпусом и рабочим штоком, герметизирующим шевронным уплотнением, размещенным в переходнике, между нижним корпусом и трубой с ниппельным окончанием, в которой размещен рабочий шток. Технический результат заключается в повышении эффективности устройства для разъединения и зацепления колонны насосно-компрессорных труб. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к нефтепромысловой технике и может быть использовано для разъединения и последующего подвижного и герметичного зацепления колонны насосно-компрессорных труб со скважинным оборудованием.

Известно разъединяющее устройство Шарифова [Патент РФ №2203386, МПК E21B 33/12, опубликован 27.04.2003], включающее корпус, ствол, упор с радиальными каналами, цангу с окнами под лепестки, гильзу с фиксатором и втулкой со срезными винтами и наконечник, выполненный в виде башмака повторного ввода.

Разъединение колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) осуществляется избыточным давлением внутри ствола с помощью дополнительно спускаемого на канате ударного ясса или опрессовочного клапана в гильзу, срезающую фиксатор. Для зацепления с колонной труб разъединяющее устройство Шарифова необходимо извлекать из скважины и заменять срезной винт. Это устройство имеет малый ход скользящего герметичного соединения, не позволяющего полностью скомпенсировать перемещение колонны НКТ из-за изменения термобарического состояния скважины.

Известно устройство для разъединения колонны труб (прототип) [Патент РФ №2460868, МПК E21B 23/06, E21B 17/06, опубликован 10.09.2012], включающее корпус со сквозными радиальными отверстиями, перекрываемые переходником, полый шток, сбрасываемый шар, перфорированную втулку с радиальными отверстиями, в которые вставлены срезные элементы, фиксирующие полый поршень, причем верхний торец перфорированной втулки является упором для фиксатора, имеющего проточку в штоке, между корпусом и штоком размещено шевронное уплотнение, нижний конец штока закреплен на переводнике, муфта и переводник подвижно сочленены шлицевым соединением.

В данном прототипе разъединение также осуществляется подачей затрубного избыточного давления или с помощью сброшенного шара в полый поршень и подачи внутритрубного давления со срезанием стопорных элементов. Для повторного зацепления устройства необходимо извлекать устройство из скважины, заменять срезные элементы и вновь спускать в скважину. Таким образом, прототип обладает теми же недостатками, что и аналог.

Целью предлагаемого технического решения является устранение вышеуказанного недостатка.

Эта цель достигается тем, что предлагаемое устройство для разъединения и зацепления колонны НКТ снабжено гидромеханическим приводом, состоящим из двух кольцевых камер, образованных между управляющим штоком и кожухом, реверсивным поршнем между ними, выполненным в виде выступа на управляющем штоке, переставляемой герметизирующей втулкой, перекрывающей по очереди два сквозных канала в кожухе, расположенными напротив кольцевыми камерами, двумя сквозными каналами в реверсивном поршне, поочередно закрываемыми пробкой на герметичной резьбе, двухсторонней цангой, установленной между управляющим штоком и верхним корпусом, сухарями, размещенными в окнах верхнего корпуса, подвижным шлицевым соединением между верхним и нижним корпусами, переходной втулкой между верхним корпусом и рабочим штоком, герметизирующим шевронным уплотнением, размещенным в переходнике, между нижним корпусом и трубой с ниппельным окончанием, в которой размещен рабочий шток, подвижным седлом для сбрасываемого шара, выполненного в виде втулки с боковыми окнами для слива жидкости под шар после срезания срезных винтов и скольжения втулки до упора внутри гильзы, закрепленной на верхнем корпусе.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для разъединения и зацепления колонны НКТ в разрезе: 1 - верхний корпус; 2 - нижний корпус; 3 - шлицевое соединение; 4 - переставляемая герметизирующая втулка; 5 - проточка; 6 - двухсторонняя цанга; 7 - сухарь; 8 - управляющий шток; 9 - кольцевой реверсивный поршень; 10 - верхний стопорный винт; 11, 12 - верхняя и нижняя кольцевые камеры; 13 - переводник; 14 - труба с ниппелем; 15 - рабочий шток; 16 - стыковочная муфта; 17, 18 - верхний и нижний сквозные каналы в кольцевом реверсивном поршне; 19, 20 - верхний и нижний сквозные каналы в кожухе; 21 - резиновые уплотнения; 22 - срезной винт; 23 - нижний стопорный винт; 24 - кожух; 25 - переставляемая пробка с герметичной резьбой; 26 - переходник; 27 - шевронные манжеты; 28 - переходная муфта; 29 - сбрасываемый шар; 30 - подвижное седло; 31 - гильза.

На фиг. 2 показан узел гидропривода устройства разъединения и зацепления НКТ воздействием соответственно трубного и затрубного давления (первый вариант): 4 - переставляемая герметизирующая втулка; 8 - управляющий шток; 9 - кольцевой реверсивный поршень; 10 - верхний стопорный винт; 11 - верхняя кольцевая камера; 12 - нижняя кольцевая камера; 17, 18 - верхний и нижний сквозные каналы в верхнем полом штоке; 19, 20 - верхний и нижний сквозные каналы в кожухе; 21 - резиновые уплотнения; 24 - кожух; 25 - переставляемая пробка с герметичной резьбой. Стрелками Р_{т (раз)} и Р_{зт (зац)} показаны направления подачи трубного и затрубного давлений соответственно для разъединения и зацепления колонны НКТ.

На фиг. 3 показан второй вариант сборки гидропривода в положении при разъединении и зацеплении НКТ воздействием соответственно затрубного и трубного давления: 4 - переставляемая герметизирующая втулка; 8 - управляющий шток; 9 - кольцевой реверсивный поршень; 10 - верхний стопорный винт; 11, 12 - верхняя и нижняя кольцевые камеры; 17, 18 - верхний и нижний сквозные каналы в верхнем полом штоке; 19, 20 - верхний и нижний сквозные каналы в кожухе; 21 - резиновые уплотнения; 24 - кожух; 25- переставляемая пробка с герметичной резьбой. Стрелками Р_{зт (раз)} и Р_{т (зац)} показаны направления подачи затрубного и трубного давлений соответственно для разъединения и зацепления колонны НКТ.

На фиг. 4 показан третий вариант сборки с узлом сбрасываемого шара с подвижным седлом для разъединения НКТ: 29 - сбрасываемый шар; 30 - подвижное седло; 31 - гильза; 21 - резиновые уплотнения; 22 - срезной винт; 23 - нижний стопорный винт.

На фиг. 5 показано подвижное седло 30 в виде втулки с окнами.

Предлагаемое устройство для разъединения и зацепления колонны НКТ (фиг. 1) состоит из верхнего 1 и нижнего корпуса 2, сочлененных подвижным шлицевым соединением 3, проточки 5 для сухарей 7, управляющего штока 8 и выступа на нем, выполняющего функцию кольцевого реверсивного поршня 9, верхних стопорных винтов 10, фиксирующих резьбовое соединение переводника 13 с кожухом 24 (не менее 5-ти штук), двухсторонней цанги 6, на которую опирается управляющий шток 8 своим выступом, и сухарей 7 (не менее 3-х штук), расположенных в окнах корпуса 1 по его периметру. Верхний корпус 1 своим нижним концом подвижно сочленяется с нижним корпусом 2 подвижным шлицевым соединением 3. Рабочий шток 15 скользит в трубе 14 с ниппельным окончанием, уплотняется резиновыми шевронными манжетами 27, установленными в переходнике 26 (не менее 15 штук). Труба 14 может достигать длины 10 м и стыкуется с переходником 26 через стыковочную муфту 16. Рабочий шток 15 сочленяется с верхним корпусом 1 с помощью переходной муфты 28, зафиксированной нижними стопорными винтами 23 (не менее 3-х штук).

Гидромеханический привод состоит из гидропривода (фиг. 2) и исполнительного механизма, показанного на фиг. 1. Гидропривод состоит из двух кольцевых камер 11 и 12, образованных между управляющим штоком 8 и кожухом 24, кольцевого реверсивного поршня 9 между ними, выполненного в виде выступа на управляющем штоке 8, переставляемой герметизирующей втулки 4, перекрывающей по очереди два сквозных канала верхнего 19 и нижнего 20 в кожухе 24, расположенных напротив кольцевых камер - верхней 11 и нижней 12, двух сквозных каналов 17 и 18 в реверсивном поршне 9, поочередно закрываемых переставляемой пробкой 25 с герметичной резьбой. Все элементы гидропривода герметизируются резиновыми уплотнениями 21. Исполнительный механизм (фиг. 1) состоит из управляющего штока 8, двухсторонней цанги 6, которая удерживает управляющий шток 8 за выступ на его внешней поверхности и сухарей 7 (не менее 3-х штук). Под действием трубного давления в верхнюю кольцевую камеру 11 управляющий шток 8 перемещается вниз и своим выступом заставляет сработать цангу 6. Освободившись от сдерживающего сопротивления двухсторонней цанги 6, управляющий шток 8 продолжает движение вниз до положения сухарей 7 против проточки 5, а двухсторонняя цанга 6, сойдя с выступа, садится в свою проточку над выступом на управляющем штоке 8. При натяжении колонны НКТ усилием не менее 2-х тонн верхний корпус 1 выходит из подвижного шлицевого соединения 3 с нижним корпусом 2, выталкивая при этом сухари 7 в проточку 5.

Второй вариант сборки устройства для разъединения колонны НКТ (фиг. 3) состоит из тех же деталей, что приведены на (фиг. 2). Но в отличие от первого варианта, в котором разъединение - зацепление НКТ осуществляется воздействием соответственно трубного - затрубного давления, во втором варианте наоборот - воздействием соответственно затрубного - трубного давления. Для чего переставляемая герметизирующая втулка 4 с верхнего сквозного канала 19 в кожухе 24 переставлена на нижний сквозной канал 20 в том же кожухе, а пробка 25 с герметичной резьбой переставлена из сквозного канала 18 в сквозной канал 17.

Третий вариант с узлом подвижного седла 30 для сбрасываемого шара 29 (фиг. 4) состоит из втулки с боковыми окнами (фиг. 5), зафиксированной в гильзе 31 срезными винтами 22. Их количество определяется гидродавлением на шар. Гильза 31 опирается на переходную муфту 28, соединяющую верхний корпус 1 с нижним полым штоком 15, зафиксированным от раскручивания нижними стопорными винтами 23 (не менее 3-х штук). Подвижное седло 30 и гильза 31 загерметизированы резиновыми уплотнениями 21.

Устройство для разъединения и зацепления колонны НКТ работает следующим образом.

Устройство (фиг. 1) в сборке по первому или второму варианту, состыкованное переводником 13 с колонной НКТ, спускается в скважину и зацепляется с якорно-пакерным оборудованием и вставным штанговым глубинным насосом (ШГН), установленными ранее. При необходимости разъединения колонны НКТ для ремонта устройства или перехода в режим компенсатора осевого перемещения колонны НКТ с сохранением ее герметичности с помощью шевронного уплотнения 27 подают гидравлическое давление 5-7 МПа в трубное Р_{т (раз)} пространство. Для зацепления подается такое же давление 5-7 МПа в затрубное Р_{зт (зац)} пространство.

Второй вариант - если спущено в скважину только якорно-пакерное оборудование и трубное давление создавать нельзя. Тогда разъединение осуществляют подачей затрубного давления Р_{зт (раз)}. Если спущен ШГН, то зацепление осуществляют подачей трубного Р_{т (зац)}. Если по каким-либо причинам нежелательно или невозможно создание в скважине как затрубного давления выше якорно-пакерного оборудования, так и в НКТ, то разъединение колонны НКТ осуществляют по третьему варианту. Он отличается от первого лишь сбросом шара 29 и воздействием трубного давления Р_{т (раз)}. При этом сбрасываемый шар 29 (фиг. 4) садится в подвижное седло 30 и вместе с ним перемещается в гильзе 31 до упора в переходную муфту 28, предварительно срезав винты 22. Внутренняя проточка гильза 31 образует с окнами в подвижном седле 30 гидравлический канал для стока жидкости из колонны НКТ во время подъема устройства на поверхность.

В обоих вариантах (фиг. 2 и фиг. 3) при разъединении-зацеплении колонны НКТ гидропривод с исполнительным механизмом приводится в действие реверсивным поршнем 9. В первом варианте разъединение осуществляется подачей трубного давления Р_{т (раз)} в кольцевую камеру 11 над реверсивным поршнем 9. При этом поршень 9 перемещается с управляющим штоком 8 вниз до упора в выступ на нижней части верхнего корпуса 1 на величину h. Зацепление осуществляется подачей затрубного давления Р_{зт (зац)} в кольцевую камеру 12 под реверсивный поршень 9 и возвращением управляющим штока 8 вверх на ту же величину h. Во втором варианте наоборот, разъединение НКТ осуществляют подачей затрубного давления Р_{зт (раз)}, а зацепление - подачей трубного Р_{т (зац)}.

Срабатывание исполнительного механизма (двухсторонней цанги 6 и сухарей 7) при разъединении колонны НКТ происходит при перемещении управляющего штока 8 вниз до упора. Затем натяжением колонны НКТ с усилием не менее 2-х тонн выталкиваются сухари 7 в проточку 5 и верхний корпус 1 выходит из шлицевого соединения 3 с нижним корпусом 2. Разъединившись с нижним корпусом 2, устройство переходит в режим работы компенсатора осевых перемещений. При необходимости верхняя часть устройства в составе переводника 13 с верхним корпусом 1, гидропривода, исполнительного механизма, шарового узла, переходной муфты 28 и рабочего штока 15 может быть поднята на поверхность для профилактики или ремонта, а нижняя часть в составе нижнего корпуса 2, переходника 26 с шевронным уплотнением 27, стыковочной муфты 16 и трубы с ниппельным окончанием 14 остается в скважине. Зацепление осуществляется разгрузкой веса колонны НКТ и плавно создаваемого усилия давления на устройство не менее 2-х тонн, в результате которого состыковывают верхний 1 и нижний 2 корпусы устройства с помощью шлицевого соединения 3. Затем подачей затрубного давления в кольцевую камеру 12 под реверсивный поршень 9, который перемещает управляемый шток 8 обратно вверх. При этом двухсторонняя цанга 6 садится в нижнюю проточку, а сухари 7 выталкиваются из проточки 5 и возвращаются в проточку нижнего корпуса 2, ограничивая подвижность шлицевого соединения 3. Операции по разъединению-зацеплению колонны НКТ можно проводить многократно в скважине без подъема устройства на поверхность. Аналогичные операции по разъединению-зацеплению НКТ в скважине можно проводить устройством и во втором варианте. Всегда при разъединении колонны НКТ устройство сразу переходит в режим компенсации осевых перемещений рабочего штока 15 в трубе 11, загерметизированной резиновым шевронным уплотнением 27. В обоих вариантах сборки устройства оно свободно пропускает через себя штанги ШГН, геофизические приборы, ловильный и другой инструмент для ремонта скважины, снятия и переустановки якорно-пакерного оборудования.

Технический эффект: гидромеханический привод устройства обеспечивает многократные операции разъединения-зацепления колонны НКТ в скважине без подъема на поверхность. Сборки устройства в двух вариантах позволяют выбрать для каждой скважины режим разъединения-зацепления колонны НКТ подачей трубного или затрубного давления, а также пропускать через себя ремонтный инструмент и геофизические приборы. Обеспечивает режим компенсации осевых перемещений колонны НКТ до 10 м без нарушения герметичности соединения.

1. Устройство для разъединения и зацепления колонны насосно-компрессорных труб, включающее корпус со сквозными радиальными отверстиями, переходник, переводник, шток, кольцевой поршень, сбрасываемый шар, перфорированную втулку, срезные винты, резиновое шевронное уплотнение, отличающееся тем, что оно снабжено гидромеханическим приводом, состоящим из двух кольцевых камер, образованных между управляющим штоком и кожухом, реверсивным поршнем между ними, выполненным в виде выступа на управляющем штоке, переставляемой герметизирующей втулкой, перекрывающей по очереди два сквозных канала в кожухе, расположенными напротив кольцевыми камерами, двумя сквозными каналами в реверсивном поршне, поочередно закрываемыми пробкой на герметичной резьбе, двухсторонней цангой, установленной между управляющим штоком и верхним корпусом, сухарями, размещенными в окнах верхнего корпуса, подвижным шлицевым соединением между верхним и нижним корпусами, переходной втулкой между верхним корпусом и рабочим штоком, герметизирующим шевронным уплотнением, размещенным в переходнике, между нижним корпусом и трубой с ниппельным окончанием, в которой размещен рабочий шток.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подвижное седло для сбрасываемого шара выполнено в виде втулки с боковыми окнами для слива жидкости под шар после срезания срезных винтов и скольжения втулки до упора внутри гильзы, закрепленной на верхнем корпусе.