RU205529U1

RU205529U1 - Hydraulic fluid separation device

Info

Publication number: RU205529U1
Application number: RU2021107361U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Смирнов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Форойл"
Priority date: 2021-03-20
Filing date: 2021-03-20
Publication date: 2021-07-19

Abstract

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для разобщения интервалов ствола обсадной колонны с целью проведения различных технологических операций и разделения среды в интервалах, выше и ниже расположенных от устройства. Устройство содержит полый шток (1) с муфтой (2), за которую устройство накручивается на насосно-компрессорную трубу (НКТ) или другое оборудование, верхнюю втулку (3) с храповиком (4), нижнюю втулку (5), верхнюю гайку (6), нижнюю гайку (7), верхнюю часть уплотнительного элемента (8), нижнюю часть уплотнительного элемента (9) и гайку-центратор (10), выполняющую защитную функцию частей уплотнительного элемента при спуске оборудования от различных механических препятствий в скважине. Нижняя втулка (5) прикреплена к штоку (1) с помощью срезных штифтов (11). Втулки (3) и (5) герметично скручены между собой через уплотнение (12) и также герметично установлены на шток (1) через уплотнения (13, 14), образуя между внутренними стенками скрепленных втулок (3, 5) и внешней поверхностью штока (1) атмосферную камеру. Техническим результатом является повышение области применения устройств при герметизации обсадной колонны и, соответственно, возможность его применения в компоновках оборудования, в составе которых находятся установки электроцентробежных насосов, и требуется перекрытие интервала ствола обсадной колонны скважины, расположенный ниже установки электроцентробежного насоса, что в свою очередь повышает технологичность оборудования. 1 ил.The utility model relates to the oil industry, in particular to devices designed to separate the intervals of the casing bore for the purpose of carrying out various technological operations and separating the medium in the intervals above and below located from the device. The device contains a hollow stem (1) with a sleeve (2), for which the device is screwed onto the tubing (tubing) or other equipment, an upper sleeve (3) with a ratchet (4), a lower sleeve (5), an upper nut (6 ), the lower nut (7), the upper part of the sealing element (8), the lower part of the sealing element (9) and the centralizer nut (10), which performs a protective function of the parts of the sealing element when running equipment from various mechanical obstacles in the well. The lower bushing (5) is attached to the stem (1) with shear pins (11). Bushings (3) and (5) are hermetically twisted together through a seal (12) and are also hermetically installed on the rod (1) through seals (13, 14), forming between the inner walls of the fastened bushings (3, 5) and the outer surface of the rod ( 1) atmospheric chamber. The technical result is to increase the scope of application of devices for sealing the casing and, accordingly, the possibility of its use in equipment configurations, which include installations of electric centrifugal pumps, and it is required to overlap the interval of the casing of the well located below the installation of an electric centrifugal pump, which in turn increases manufacturability of equipment. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для разобщения интервалов ствола обсадной колонны с целью проведения различных технологических операций и разделения среды в интервалах, выше и ниже расположенных от устройства.The utility model relates to the oil industry, in particular to devices designed to separate the intervals of the casing bore for the purpose of carrying out various technological operations and separating the medium in the intervals above and below located from the device.

Известно устройство защиты от присыпания (патент № 195581, МПК E21B 33/128, E21B 37/00, опубл. 31.01.2020), которое включает узел для запирания надпакерного пространства, содержит полый шток, на котором установлен уплотнительный элемент, а также упорная гайка, муфта, втулка, храповик и втулка со срезными штифтами. Уплотнительный элемент крепится к упорной гайке и втулке с помощью винтов. Шток имеет ответную резьбу для гайки и муфты, а также область с выступами для установки храповика. Втулки связаны между собой резьбовым соединением, при этом храповик установлен под втулкой таким образом, чтобы внутренняя стенка втулки упиралась в стенку храповика. Уплотнительный элемент представляет собой эластичную манжету, стенка которой в центральной части имеет меньшую толщину, чем по краям. Known protection device against dusting (patent No. 195581, IPC E21B 33/128, E21B 37/00, publ. 01/31/2020), which includes a unit for locking the overpacker space, contains a hollow rod on which a sealing element is installed, as well as a thrust nut , coupling, bushing, ratchet and shear pin bushing. The sealing element is screwed to the thrust nut and bushing. The stem has a mating thread for the nut and coupling, as well as an area with tabs for installing a ratchet. The bushings are interconnected by a threaded connection, while the ratchet is installed under the bushing so that the inner wall of the bushing rests against the wall of the ratchet. The sealing element is an elastic cuff, the wall of which is thinner in the central part than at the edges.

Недостатком данного технического решения является ограниченность применения, так как для его активации необходимо обеспечить внутритрубное давление.The disadvantage of this technical solution is its limited application, since for its activation it is necessary to provide in-line pressure.

Наиболее близким аналогом является гидравлически устанавливаемый пакер (патент № 2676108, МПК E21B33/129, опубл. 26.12.2018 г.), который cодержит ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, расположенные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, установленные на стволе с помощью штока, связанного с конусом верхнего якорного узла, гидропривод, включающий цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, связанную с внутренней полостью ствола через радиальные каналы, размещенный в кольцевой полости поршень, храповик. Шток связан с конусом верхнего якорного узла при помощи упора, выполненного в виде нескольких сегментов. Сегменты установлены в сквозных отверстиях штока и внутренней проточке конуса верхнего якорного узла. На стволе напротив упора установлена опорная втулка, фиксирующая упор во внутренней проточке конуса верхнего якорного узла. Ниже опорной втулки на стволе выполнена цилиндрическая выборка, благодаря чему упор имеет возможность выхода из зацепления с конусом верхнего якорного узла при перемещении ствола вверх относительно штока при извлечении пакера.The closest analogue is a hydraulically set packer (patent No. 2676108, IPC E21B33 / 129, published on December 26, 2018), which contains a borehole with radial channels and a sleeve in the upper part, upper and lower anchor units located on the borehole, sealing elements, mounted on the barrel by means of a rod connected to the cone of the upper anchor unit, a hydraulic drive including a cylinder forming an annular cavity with the barrel connected to the inner cavity of the barrel through radial channels, a piston placed in the annular cavity, a ratchet. The stem is connected to the cone of the upper anchor unit by means of a stop made in the form of several segments. The segments are installed in the through holes of the rod and in the inner groove of the cone of the upper anchor unit. A support sleeve is installed on the barrel opposite the stop, fixing the stop in the inner groove of the cone of the upper anchor unit. Below the support sleeve, a cylindrical recess is made on the borehole, so that the stop has the ability to disengage with the cone of the upper anchor unit when the borehole moves upward relative to the rod when the packer is removed.

Основным недостатком данного технического решения является сложность конструкции и применение достаточно большого количества взаимодействующих узлов, снижающих надежность работы всего устройства. А также ограниченность применения, так как для его активации необходимо обеспечить внутритрубное давление.The main disadvantage of this technical solution is the complexity of the design and the use of a sufficiently large number of interacting units that reduce the reliability of the entire device. And also limited application, since for its activation it is necessary to provide in-line pressure.

Задача, на решение которой направлено заявленное устройство, является упрощение конструкции подобных технических объектов и повышение области применения за счет универсального способа активации за счет внешнего статического давления жидкости в скважине, при обеспечении надежной герметизации в необходимых интервалах обсадной колонны, а также последующего безаварийного облегченного срыва из скважины. The problem to be solved by the claimed device is to simplify the design of such technical objects and increase the field of application due to a universal method of activation due to the external static pressure of the fluid in the well, while ensuring reliable sealing in the required intervals of the casing, as well as subsequent trouble-free, facilitated breakout from wells.

Техническим результатом, достигаемым при использовании данного решения, является повышение области применения устройств при герметизации обсадной колонны и, соответственно, возможность его применения в компоновках оборудования, в составе которых находятся установки электроцентробежных насосов, и требуется перекрытие интервала ствола обсадной колонны скважины, расположенный ниже установки электроцентробежного насоса, что, в свою очередь, повышает технологичность оборудования. The technical result achieved when using this solution is to increase the scope of application of devices for sealing the casing and, accordingly, the possibility of its use in equipment layouts that include electric centrifugal pump units, and it is required to close the interval of the well casing hole located below the electric centrifugal pump. pump, which, in turn, increases the manufacturability of the equipment.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве разделения среды, содержащем шток с муфтой в верхней части, расположенные на штоке верхнюю и нижнюю гайки, уплотнительный элемент, установленный с возможностью деформации, храповик, а также верхнюю и нижнюю втулки, установленные на штоке с возможностью перемещения вдоль оси устройства, уплотнительный элемент состоит из верхней части и нижней части, причем верхняя часть уплотнительного элемента скреплена с верхней гайкой с возможностью перемещения вместе с ней вдоль оси устройства, и имеет профиль сечения, обеспечивающий плотное вхождение в нижнюю часть уплотнительного элемента, а нижняя часть уплотнительного элемента скреплена с нижней гайкой и имеет, соответственно, профиль сечения, обеспечивающий плотное вхождение верхней части уплотнительного элемента, при этом нижняя втулка зафиксирована на штоке с помощью срезных штифтов, а верхняя втулка скреплена с нижней втулкой через уплотнение, образуя между внутренними стенками скрепленных втулок и внешней поверхностью штока атмосферную камеру, в которой расположен храповик, нижняя втулка скреплена также с верхней гайкой, а нижняя гайка жестко закреплена на штоке с помощью срезных штифтов, при этом на нижней части штока установлена гайка-центратор. The specified technical result is achieved due to the fact that in a medium separation device containing a stem with a sleeve in the upper part, upper and lower nuts located on the stem, a sealing element installed with the possibility of deformation, a ratchet, as well as upper and lower bushings mounted on the stem with the ability to move along the axis of the device, the sealing element consists of an upper part and a lower part, and the upper part of the sealing element is fastened to the upper nut with the ability to move along with it along the axis of the device, and has a sectional profile that ensures tight fit into the lower part of the sealing element, and the lower part of the sealing element is fastened to the lower nut and has, accordingly, a cross-sectional profile that ensures the tight entry of the upper part of the sealing element, while the lower sleeve is fixed to the rod using shear pins, and the upper sleeve is fastened to the lower sleeve through the seal, forming between the inner and the walls of the fastened bushings and the outer surface of the rod, the atmospheric chamber, in which the ratchet is located, the lower bushing is also fastened to the upper nut, and the lower nut is rigidly fixed to the rod using shear pins, while a centralizer nut is installed on the lower part of the rod.

Кроме того, срезные штифты, фиксирующие нижнюю втулку, изготовлены из растворяющегося со временем материала.In addition, the shear pins securing the lower bushing are made of a material that dissolves over time.

Скрепление верхней втулки с нижней через уплотнение с образованием атмосферной камеры позволяет обеспечить более надежное и своевременное срабатывание механизма на определенной глубине. Fastening the upper sleeve with the lower one through a seal with the formation of an atmospheric chamber allows for more reliable and timely actuation of the mechanism at a certain depth.

Выполнение уплотнительного элемента из двух частей определенного сечения позволяет осуществить наиболее простое и надежное узловое соединение, обеспечивая, таким образом, надежную работу устройства путем взаимодействия подвижной и неподвижной частей уплотнительного элемента.The design of the sealing element from two parts of a certain section allows for the most simple and reliable nodal connection, thus ensuring reliable operation of the device through the interaction of the movable and stationary parts of the sealing element.

Изготовление срезных штифтов, фиксирующих нижнюю втулку из растворяющегося со временем материала, позволяет исключить погрешность в расчетах количества используемых штифтов.The manufacture of shear pins fixing the lower sleeve from a material that dissolves over time eliminates an error in the calculation of the number of pins used.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором представлен разрез устройства разделения среды гидравлического.The technical essence of the proposed technical solution is illustrated by a drawing, which shows a section of a device for separating a hydraulic medium.

Устройство содержит полый шток (1) с муфтой (2), за которую устройство накручивается на насосно-компрессорную трубу (НКТ) или другое оборудование, верхнюю втулку (3) с храповиком (4), нижнюю втулку (5), верхнюю гайку (6), нижнюю гайку (7), верхнюю часть уплотнительного элемента (8), нижнюю часть уплотнительного элемента (9) и гайку-центратор (10), выполняющую защитную функцию частей уплотнительного элемента при спуске оборудования от различных механических препятствий в скважине. Нижняя втулка (5) прикреплена к штоку (1) с помощью срезных штифтов (11). Втулки (3) и (5) герметично скручены между собой через уплотнение (12) и также герметично установлены на шток (1) через уплотнения (13, 14), образуя между внутренними стенками скрепленных втулок (3, 5) и внешней поверхностью штока (1) атмосферную камеру. Верхняя втулка (3) содержит дроссельный винт (15). Шток (1) имеет ответную резьбу для гайки-центратора (10) и муфты (2), а также область с выступами для установки храповика (4). Нижняя втулка (5) также соединена с помощью резьбы с верхней гайкой (6), а она, в свою очередь, скреплена винтовым соединением с верхней частью уплотнительного элемента (8). Каждая из частей уплотнительного элемента (8 и 9) представляет собой эластичную манжету. Верхняя манжета (8) при движении совместно с верхней (3), нижней (5) втулками и верхней гайкой (6) перемещается вниз и заходит в нижнюю манжету (9) разжимая и увеличивая его наружный габарит до стенок обсадной колонны скважины. Нижняя манжета (9) скреплена винтовым соединением с нижней гайкой (7), которая жестко установлена на штоке с помощью срезных штифтов (16).The device contains a hollow rod (1) with a sleeve (2), for which the device is screwed onto the tubing or other equipment, an upper sleeve (3) with a ratchet (4), a lower sleeve (5), an upper nut (6 ), the lower nut (7), the upper part of the sealing element (8), the lower part of the sealing element (9) and the centralizer nut (10), which performs a protective function of the parts of the sealing element when running equipment from various mechanical obstacles in the well. The lower bushing (5) is attached to the stem (1) with shear pins (11). Bushings (3) and (5) are hermetically twisted together through a seal (12) and are also hermetically installed on the rod (1) through seals (13, 14), forming between the inner walls of the fastened bushings (3, 5) and the outer surface of the rod ( 1) atmospheric chamber. The upper bushing (3) contains the throttle screw (15). The stem (1) has a matching thread for the centralizer nut (10) and the coupling (2), as well as an area with projections for installing the ratchet (4). The lower bushing (5) is also threaded to the upper nut (6), which in turn is screwed to the upper part of the sealing element (8). Each of the parts of the sealing element (8 and 9) is an elastic collar. The upper collar (8), when moving together with the upper (3), lower (5) bushings and the upper nut (6), moves down and enters the lower collar (9), expanding and increasing its outer dimension to the walls of the well casing. The lower collar (9) is screwed to the lower nut (7), which is rigidly mounted on the stem with shear pins (16).

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Устройство спускается в скважину на насосно-компрессорных или бурильных трубах на требуемую глубину. При достижении определенной глубины спуска, а именно при достижении определенного внешнего давления, статического уровня жидкости в скважине, устройство активируется, и происходит сжатие манжет (8,9), при этом происходит перекрытие кольцевого пространства обсадной колонны и его герметичное разобщение. Давление усилия срабатывания устройства регулируется перед спуском устройства путем установки штифтов (11), расположенных под гайкой (6). По мере спуска устройства в скважину, статический уровень жидкости воздействует на атмосферную камеру, образованную втулками (3 и 5) и за счет разности уплотняемых площадей по штоку перемещает втулки сверху-вниз сжимая манжеты (8 и 9), причем верхняя манжета (8) является подвижной и имеет профиль сечения, обеспечивающий плотное вхождение в нижнюю манжету (9). Настройка усилия срабатывания – передвижения втулок (3,5) по штоку регулируется за счет срезных штифтов (11), и является расчетной величиной, исходя из статического уровня жидкости в скважине.The device is lowered into the well on tubing or drill pipes to the required depth. When a certain lowering depth is reached, namely when a certain external pressure, a static liquid level in the well, is reached, the device is activated, and the collars are compressed (8, 9), while the annular space of the casing string overlaps and is sealed off. The pressure of the actuation force of the device is adjusted before lowering the device by installing pins (11) located under the nut (6). As the device is lowered into the well, the static liquid level affects the atmospheric chamber formed by the bushings (3 and 5) and, due to the difference in sealing areas along the rod, moves the bushings from top to bottom, compressing the cuffs (8 and 9), and the upper cuff (8) is movable and has a cross-sectional profile that ensures tight entry into the lower cuff (9). Setting the actuation force - the movement of the bushings (3,5) along the rod is regulated by shear pins (11), and is a calculated value based on the static fluid level in the well.

Например, необходимо чтобы устройство сработало на глубине 1000 м., а статический уровень в скважине 200 м. Произведя соответствующие вычисления, получаем что давление на глубине 1000 м. будет в районе 80 атм. Делаем расчет штифтов (11) по механическим свойствам и устанавливаем, что необходимо установка 2 штифтов, которые срежутся при давлении 80 атм, при влиянии на нашу рабочую площадь, уплотняемую втулками (3,5). Штифты (11) выполнены из специального материала – магниевый сплав, который постепенно разрушается под воздействием скважинной жидкости. Данный функционал гарантирует 100% срабатывание устройства при заданных условиях, т.е. если расчет изначально был сделан с погрешностью и штифты не срезались, то, например, через 3-4 дня произойдет их частичное растворение и штифты срежутся при заданных условиях. После проведения всех необходимых операций производят извлечение устройства путем прямого натяжения колонны труб НКТ. На случай если произошло присыпание уплотнительных элементов (8,9) устройства механическими примесями, в результате длительной эксплуатации, нижняя гайка (7) содержит срезные винты (16), которые разрушаются под воздействием растягивающего усилия (нагрузка регулируется перед спуском устройства) и гайка (7) проваливается вниз по штоку (1), что дает начальный ход подвески НКТ для извлечения. Устройство принимает транспортное положение и далее происходит подъем устройства на поверхность. For example, it is necessary for the device to work at a depth of 1000 m, and the static level in the well is 200 m. Having made the appropriate calculations, we obtain that the pressure at a depth of 1000 m will be in the region of 80 atm. We calculate the pins (11) by mechanical properties and establish that it is necessary to install 2 pins, which will cut off at a pressure of 80 atm, when influencing our working area, which is sealed by bushings (3.5). The pins (11) are made of a special material - magnesium alloy, which is gradually destroyed by the action of the well fluid. This functionality guarantees 100% device operation under specified conditions, i.e. if the calculation was initially made with an error and the pins were not cut off, then, for example, after 3-4 days their partial dissolution will occur and the pins will be cut off under the given conditions. After carrying out all the necessary operations, the device is removed by direct tension of the tubing string. In case the sealing elements (8,9) of the device have been sprinkled with mechanical impurities, as a result of long-term operation, the lower nut (7) contains shear screws (16), which are destroyed under the influence of a tensile force (the load is adjusted before lowering the device) and the nut (7 ) falls down the rod (1), which gives the initial stroke of the tubing hanger for extraction. The device assumes a transport position and then the device is lifted to the surface.

Claims

1. A hydraulic fluid separation device containing a rod with a sleeve in the upper part, upper and lower nuts located on the rod, a sealing element installed with the possibility of deformation, a ratchet, as well as upper and lower bushings mounted on the rod with the ability to move along the axis of the device, characterized in that the sealing element consists of an upper part and a lower part, and the upper part of the sealing element is fastened to the upper nut with the ability to move along with it along the axis of the device and has a sectional profile that ensures tight fit into the lower part of the sealing element, and the lower part of the sealing element is fastened to the lower nut and has, accordingly, a cross-sectional profile that ensures tight entry of the upper part of the sealing element, while the lower sleeve is fixed to the rod using shear pins, and the upper sleeve is fastened to the lower sleeve through the seal, forming between the inner walls of the fastened bushings The bottom bushing is also fastened to the upper nut, and the lower nut is rigidly fixed to the rod with shear pins, while a centralizer nut is installed on the lower part of the rod.

2. The device according to claim 1, characterized in that the shear pins fixing the lower sleeve are made of a material that dissolves over time.