RU2509871C2

RU2509871C2 - Geophysical lubricator with protection against hydrate formation

Info

Publication number: RU2509871C2
Application number: RU2012124284/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Яковлевич Апанин; Степан Викторович Катанаев; Борис Михаилович Кочергинский; Эдуард Брониславович Кузнецов; Михаил Леонидович Микин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Георесурс"
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-03-20
Also published as: RU2012124284A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: lubricator includes a connection flange, a preventer, a sectional chamber and a sealing device. The sealing device consists of a sealed housing and sealing elements installed in the housing. An explosion-proof heating element of direct heating, which is insulated from the environment with a heat-insulating gasket and a protective casing, is fixed on the outer surface of the sealing device housing. The heating element is connected to an electric network of industrial frequency.

EFFECT: creation of a simple, reliable and cheap device; improvement of operating efficiency of a lubricator under conditions of possible formation in its sealing device of ice hydrate plugs.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение геофизических исследований и работ в действующих газовых скважинах приборами и инструментами на геофизическом кабеле.The invention relates to the gas industry, and in particular to devices that provide geophysical research and work in existing gas wells with instruments and tools on a geophysical cable.

Известен лубрикатор, содержащий уплотнительное устройство, состоящее из корпуса, содержащего уплотнительные элементы, которые представляют собой соединенные между собой сменные втулки с калиброванным внутренним отверстием под геофизический кабель (калиброванные втулки). Втулки соединяются муфтами, через которые подводится и отводится уплотнительная смазка от насосной станции - станции подачи уплотнительной смазки (Ю.В. Зайцев и др. «Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением». Стр.170-171. М., Недра, 1982).Known lubricator containing a sealing device consisting of a housing containing sealing elements, which are interconnected interchangeable bushings with a calibrated inner hole for a geophysical cable (calibrated bushings). The bushings are connected by couplings, through which the sealing lubricant is supplied and discharged from the pumping station - the sealing lubricant supply station (Yu.V. Zaitsev et al. “Development and repair of oil and gas wells under pressure.” Pages 170-171. M., Nedra , 1982).

Лубрикатор с упомянутым уплотнительным устройством позволяет снизить утечки скважинного газа в атмосферу при движении геофизического кабеля за счет перемещения в зазоре между геофизическим кабелем и калиброванными втулками нагнетаемой под избыточным давлением густой уплотнительной смазки, которая создает гидравлический затвор.A lubricator with the said sealing device allows to reduce the leakage of well gas into the atmosphere during the movement of the geophysical cable due to the movement of a thick sealing lubricant injected under excessive pressure in the gap between the geophysical cable and the calibrated bushings, which creates a hydraulic shutter.

Недостатком описанного лубрикатора является то, что в начальный период спуска прибора в скважину, когда гидравлический затвор еще не сформировался, в калиброванных втулках происходит резкое падение давления газа при значительном снижении его температуры и конденсации из него водяного пара. Это приводит к образованию ледово-гидратных пробок, перекрывающих зазор между кабелем и стенками калиброванных втулок. При этом происходит прихват геофизического кабеля в результате его примораживания к стенкам калиброванных втулок. Такое явление весьма часто наблюдается при работе с описанным устройством в действующих газовых скважинах при устьевом давлении более 30 МПа.The disadvantage of the described lubricator is that in the initial period of the descent of the device into the well, when the hydraulic shutter has not yet formed, a sharp drop in gas pressure occurs in the calibrated bushings with a significant decrease in its temperature and condensation of water vapor from it. This leads to the formation of ice-hydrate plugs that overlap the gap between the cable and the walls of the calibrated bushings. In this case, the geophysical cable is seized as a result of its freezing to the walls of calibrated bushings. This phenomenon is very often observed when working with the described device in existing gas wells at wellhead pressure of more than 30 MPa.

Известен также лубрикатор, имеющий в своем составе переводник для нагнетания реагентов ингибиторов гидратообразования, устанавливаемый ниже уплотнительного устройства. Переводник имеет штуцер для подсоединения линии подачи ингибитора под избыточным давлением (Каталог продукции ASEP Eimar 2010 National Oilwell Varco, Переводник для нагнетания реагентов. Раздел 3 - Оборудование контроля давления при канатных работах, стр.165).A lubricator is also known, having in its composition an adapter for injecting reagents of hydrate formation inhibitors, mounted below the sealing device. The sub has a fitting for connecting the overpressure inhibitor supply line (ASEP Eimar 2010 National Oilwell Varco Product Catalog, Reagent Sub-Adapter. Section 3 - Cable Pressure Monitoring Equipment, page 165).

Переводник позволяет подавать в лубрикатор реагенты ингибиторов гидратообразования для предотвращения выпадения гидратов за счет разложения гидратно-ледовой пробки при воздействии на нее нагнетаемого реагента.The sub allows you to apply reagents of hydrate inhibitors to the lubricator to prevent hydrate from falling out due to decomposition of the ice-hydrate plug when the injected reagent is exposed to it.

Недостатком лубрикатора с таким переводником является появление в составе лубрикатора дополнительного функционального узла, который увеличивает длину и металлоемкость лубрикатора, а также то, что для нагнетания реагентов ингибиторов гидратообразования необходимо использовать высоконапорный насос, рукав высокого давления и дорогостоящие реагенты.A disadvantage of a lubricator with such an adapter is the appearance of an additional functional unit in the lubricator, which increases the length and metal content of the lubricator, as well as the fact that it is necessary to use a high-pressure pump, high-pressure hose and expensive reagents to pump reagents of hydrate formation inhibitors.

Наиболее близким к настоящему изобретению техническим решением является использование для защиты от гидратообразования аппаратуры индукционного обогрева, например аппаратуры АИН (Дрягин В.В. Научно-техническая продукция ЗАО "Интенсоник & К" // НТВ "Каротажник". Тверь: Изд. АИС. 2001. Вып №85).Closest to the present invention, the technical solution is to use induction heating equipment, for example, AIN equipment, to protect against hydrate formation (V. Dryagin Scientific and Technical Products of Intensonik & K CJSC // NTV Karotazhnik. Tver: AIS Publishing House. 2001 Issue No. 85).

Аппаратура индукционного обогрева состоит из высокочастотного источника питания и набора индукционных нагревательных элементов, которые выполняются в соответствии с конфигурацией обогреваемого объекта и плотно к нему прижимаются при помощи зажимов. Для прогрева уплотнительного устройства лубрикатора изготавливается специальный индукционный нагревательный элемент, который плотно прилегает к уплотнительному устройству и крепится к нему зажимами. Высокочастотный источник питания подсоединяется проводами к нагревательному элементу и производится прогрев элементов уплотнительного устройства токами высокой частоты.Induction heating equipment consists of a high-frequency power source and a set of induction heating elements, which are made in accordance with the configuration of the heated object and are tightly pressed to it using clamps. To warm up the sealing device of the lubricator, a special induction heating element is made, which is tightly attached to the sealing device and attached to it by clamps. The high-frequency power source is connected by wires to the heating element and the elements of the sealing device are heated by high-frequency currents.

Недостатками описанного устройства является конструктивная сложность высокочастотного источника питания и, соответственно, низкая надежность, необходимость использования специальных соединительных кабелей и высокая стоимость аппаратуры индукционного обогрева.The disadvantages of the described device is the structural complexity of a high-frequency power source and, accordingly, low reliability, the need to use special connecting cables and the high cost of induction heating equipment.

Сущностью изобретения является удешевление работ, упрощение конструкции, повышение надежности и эффективности работы лубрикатора в условиях возможного образования в его уплотнительном устройстве ледово-гидратных пробок.The essence of the invention is to reduce the cost of work, simplifying the design, improving the reliability and efficiency of the lubricator in the event of the possible formation of ice-hydrate plugs in its sealing device.

Это достигается тем, что в лубрикаторе, содержащем присоединительный фланец, превентор, секционную камеру и уплотнительное устройство, состоящее из герметичного корпуса и уплотнительных элементов, установленных в корпусе, на наружной поверхности корпуса уплотнительного устройства закрепляется взрывозащищенный нагревательный элемент прямого нагрева, изолированный от внешней среды слоем теплоизоляционного материала и защитным кожухом, подключаемый к электрической сети промышленной частоты.This is achieved by the fact that in a lubricator containing a connecting flange, a preventer, a sectional chamber and a sealing device consisting of a sealed housing and sealing elements installed in the housing, an explosion-proof direct-heating heating element insulated from the external environment is fixed on the outer surface of the sealing device housing thermal insulation material and a protective casing, connected to an electric network of industrial frequency.

Изобретение было реализовано при изготовлении и испытании лубрикатора в полевых условиях.The invention was implemented in the manufacture and testing of a lubricator in the field.

На фиг.1 представлена схема уплотнительного устройства лубрикатора в разрезе. Уплотнительное устройство включает муфту 1, в которой закреплен корпус 2. В корпусе 2 размещены уплотнительные элементы в виде калиброванных втулок 3. Калиброванные втулки 3 входят в закрепленную на кожухе 2 муфту 4, в которой установлена втулка 5 с отверстиями 6. В нижней части муфты 4 закреплены втулки 7, являющиеся хвостовиком уплотнительного устройства. Между кожухом 2 и калиброванными втулками 3 имеется кольцевой канал 8, а в муфте 4 установлен штуцер 9. Муфта 4 имеет опорную поверхность 10 и направляющий цилиндр 11. На корпусе 1 закреплен взрывозащищенный нагревательный элемент прямого нагрева 12 с кабельным разъемом 13. Взрывозащищенный нагревательный элемент 12 изолирован от окружающей среды теплоизолирующей прослойкой 14 и предохранительным кожухом 15. В муфте 1 установлен штуцер 16. Через центральное отверстие уплотнительного устройства 17, которое сообщено со штуцерами 9 и 16, проходит геофизический кабель 18.Figure 1 presents a diagram of the sealing device of the lubricator in the context. The sealing device includes a sleeve 1, in which the housing 2 is fixed. In the housing 2 there are sealing elements in the form of calibrated bushings 3. The calibrated bushings 3 are included in the sleeve 4 mounted on the casing 2, in which the sleeve 5 with holes 6 is installed. At the bottom of the sleeve 4 fixed sleeve 7, which is the shank of the sealing device. There is an annular channel 8 between the casing 2 and the calibrated bushings 3, and a fitting 9 is installed in the coupling 4. The coupling 4 has a supporting surface 10 and a guide cylinder 11. An explosion-proof direct heating element 12 with a cable connector 13 is mounted on the housing 1. Explosion-proof heating element 12 insulated from the environment by an insulating layer 14 and a safety casing 15. A fitting 16 is installed in the coupling 1. Through the central hole of the sealing device 17, which is in communication with the fittings 9 and 16, the geophysics Cable 18.

Уплотнительное устройство закрепляется к верхней части секционной камеры лубрикатора нижней частью муфты 4. Установка муфты 4 производится на опорную поверхность 10. При этом хвостовик 7 входит в секционную камеру (на фигуре не показана).The sealing device is fixed to the upper part of the sectional chamber of the lubricator with the lower part of the coupling 4. The installation of the coupling 4 is carried out on the supporting surface 10. In this case, the shank 7 enters the sectional chamber (not shown in the figure).

Лубрикатор работает следующим образом. После монтажа лубрикатора с пропущенным через центральное отверстие уплотнительного устройства 17 геофизическим кабелем 18 и размещенными в секционной камере прибором и грузами, а также после подсоединения к уплотнительному устройству рукавов гидравлической системы, производится включение взрывозащищенного нагревательного элемента 12 в электрическую сеть промышленной частоты при помощи предварительно подсоединенного к кабельному разъему 13 электрического кабеля (на фигуре не показан). Взрывозащищенный нагревательный элемент 12 предохранен от непроизводительных потерь тепла теплоизолирующей прослойкой 14. и защищен от механических повреждений кожухом 15. Через штуцер 9 в уплотнительное устройство подается уплотнительная смазка. Уплотнительная смазка в начале нагнетания быстро заполняет кольцевой зазор 8. Далее через отверстия 6 втулки 5 смазка попадает в зазор между геофизическим кабелем 18 и внутренним отверстием калиброванных втулок 3, а также в зазор между геофизическим кабелем и хвостовиком 7. Взрывозащищенный нагревательный элемент 12 обеспечивает прогрев корпуса уплотнительного устройства 2, уплотнительной смазки в кольцевом зазоре 8 и калиброванных втулок 3, в результате чего температура последних повышается. При сообщении внутренней полости лубрикатора со скважинной средой, при дросселировании газа в зазоре между геофизическим кабелем 18 и внутренним отверстием калиброванных втулок 3, образование гидратов и прихват геофизического кабеля 18 не происходит, поскольку понижение температуры газа в результате процесса дросселирования скважинной среды компенсируется нагреванием калиброванных втулок 3 и уплотнительной смазки.Lubricator works as follows. After mounting the lubricator with the geophysical cable 18 passed through the central opening of the sealing device 17 and the device and weights placed in the sectional chamber, as well as after connecting the hydraulic system hoses to the sealing device, the explosion-proof heating element 12 is connected to the power frequency network using a previously connected to cable connector 13 of the electric cable (not shown in the figure). The explosion-proof heating element 12 is protected from unproductive heat loss by the insulating layer 14. And is protected from mechanical damage by the casing 15. Through the fitting 9, a sealing lubricant is supplied to the sealing device. Sealing lubricant at the beginning of injection quickly fills the annular gap 8. Then, through the holes 6 of the sleeve 5, the lubricant enters the gap between the geophysical cable 18 and the internal hole of the calibrated bushings 3, as well as in the gap between the geophysical cable and the shank 7. The explosion-proof heating element 12 provides heating of the housing the sealing device 2, the sealing lubricant in the annular gap 8 and the calibrated bushings 3, as a result of which the temperature of the latter rises. When the inner cavity of the lubricator communicates with the borehole medium, when gas is throttled in the gap between the geophysical cable 18 and the inner hole of the calibrated bushings 3, hydrates and seizure of the geophysical cable 18 do not occur, since the decrease in gas temperature as a result of the throttling of the borehole medium is compensated by heating the calibrated bushings 3 and sealing grease.

После начала спуско-подъемных операций и прохода скважинных приборов с грузами, подвешенными на геофизический кабель 18 под превентор, устанавливается постоянный уровень подачи уплотнительной смазки от станции подачи уплотнительной смазки через штуцер 9. При этом уплотнительная смазка проходит через отверстия 6 во втулке 5 и попадает в зазор между геофизическим кабелем 18 и внутренней стенкой калиброванных втулок 3, создавая устойчивый гидравлический затвор, исключающий утечки скважинного газа в атмосферу. Хвостовик 7 предотвращает уход уплотнительной смазки в скважину. При получении устойчивого гидравлического затвора, взрывозащищенный нагревательный элемент 12 отключается от источника электрической энергии. Уплотнительная смазка, отработанная в зазоре между геофизическим кабелем 18 и калиброванными втулками 3, удаляется из уплотнительного устройства через штуцер 16.After the start of hoisting operations and the passage of downhole tools with loads suspended on the geophysical cable 18 under the preventer, a constant level of supply of sealing grease from the station for supplying sealing grease through the nozzle 9 is established. In this case, the sealing grease passes through the holes 6 in the sleeve 5 and enters the gap between the geophysical cable 18 and the inner wall of the calibrated bushings 3, creating a stable hydraulic shutter that prevents leakage of well gas into the atmosphere. The shank 7 prevents the release of sealing lubricant into the well. Upon receipt of a stable hydraulic shutter, the explosion-proof heating element 12 is disconnected from the source of electrical energy. The sealing lubricant spent in the gap between the geophysical cable 18 and the calibrated bushings 3 is removed from the sealing device through the fitting 16.

В случае прекращения подачи уплотнительной смазки по какой-либо причине и появления признаков гидратообразования, взрывозащищенный нагревательный элемент 12 вновь подключается к источнику электрической энергии и производится повторный прогрев калиброванных втулок 3.If the supply of sealing lubricant is interrupted for any reason and signs of hydrate appear, the explosion-proof heating element 12 is reconnected to the electric energy source and re-heated calibrated bushings 3 are re-heated.

Испытания опытного образца лубрикатора, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, показали стабильность выхода лубрикатора на режим герметизации геофизического кабеля при исключении возможности гидратообразования и более быстрого создания устойчивого гидравлического затвора из уплотнительной смазки в калиброванных втулках уплотнительного устройства. Стоимость необходимого для защиты от гидратообразования комплекта оборудования сократилась на 35%, затраты электрической энергии снизились на 14%.Tests of a prototype lubricator made in accordance with the present invention showed the stability of the lubricator reaching the sealing mode of the geophysical cable while eliminating the possibility of hydrate formation and more rapid creation of a stable hydraulic shutter from the sealing lubricant in calibrated bushings of the sealing device. The cost of a set of equipment necessary for protection against hydrate formation was reduced by 35%, the cost of electric energy decreased by 14%.

Claims

A lubricator containing a connecting flange, a preventer, a sectional chamber and a sealing device consisting of a sealed housing and sealing elements installed in the housing, characterized in that an explosion-proof direct heating heating element is connected to the external surface of the sealing device housing, connected to an electric power frequency network, insulated from the environment with a layer of thermal insulation material and a protective casing.