RU2697347C1

RU2697347C1 - Device for trapping mechanical impurities

Info

Publication number: RU2697347C1
Application number: RU2019106817A
Authority: RU
Inventors: Артем Александрович Змеу; Андрей Эдуардович Кунцман; Андрей Евгеньевич Тихонов; Артем Леонидович Котляров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Пакер"
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2019-08-13

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: invention relates to oil industry, is used in development and operation of oil, gas and injection wells, performance of various process operations, is intended for trapping and retaining mechanical impurities in inter-tube space. Device comprises a casing ending with a nipple part, a case, a coupling, a hollow rod connected in the upper part with a coupling, in the lower part – with a bushing installed between the rod and casing. Rod can move axially relative to the casing. Rod accommodates radial channels communicated with annular chamber between rod and casing accommodating piston interacting with bushing end. Sealing element is installed in the upper part of the stock. In the middle part the stock has an annular ledge interacting with the internal collar of the collet installed in the body.EFFECT: higher operational reliability of downstream equipment in the well, protection against spillage with mechanical impurities, possibility of installation in any packer assemblies, including self-contained, hydraulic balance and independence from differences of pipe and annular pressures, elimination of piston effect during descent and lifting of device, as well as possibility to control activation and deactivation load.3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, используется при освоении и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, проведении различных технологических операций, предназначено для улавливания и удержания механических примесей в межтрубном пространстве добывающих скважин между колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной и для недопущения их оседания на ниже установленный пакер или другое оборудование. The invention relates to the field of the oil industry, is used in the development and operation of oil, gas and injection wells, various technological operations, is intended to capture and retain mechanical impurities in the annulus of production wells between the tubing string and production string and to prevent their subsidence on the below installed packer or other equipment.

Известен газопесочный якорь скважинного насоса (патент РФ №65128, МПК Е21В 43/34, опубликован 27.07.2007) для защиты скважинного насоса от вредного действия газа, песка, парафино-смолистых осадков и попадающего в скважину мусора. Газопесочный якорь скважинного насоса включает закрытую снизу наружную трубу с радиальными впускными отверстиями и внутреннюю трубу для направления скважинной жидкости из нижней части наружной трубы в насос, впускные отверстия наружной трубы закрыты фильтрующей сеткой, причем в кольцевом пространстве между наружной трубой и сеткой установлены разделительные кольца, размещенные непосредственно под каждым рядом впускных отверстий наружной трубы. Внутренняя труба установлена в наружной трубе с обеспечением свободы осевого перемещения. Устанавливается якорь под насосное оборудование. Газопесочный якорь скважинного насоса позволяет повысить коэффициент подачи насоса и увеличить межремонтный период работы скважины. A well-known gas-sand anchor of a well pump (RF patent No. 65128, IPC ЕВВ 43/34, published July 27, 2007) is used to protect the well pump from the harmful effects of gas, sand, paraffin-tar deposits and debris entering the well. The gas-sand anchor of the well pump includes an outer pipe closed from the bottom with radial inlets and an inner pipe for guiding the well fluid from the bottom of the outer pipe to the pump, the inlet of the outer pipe is closed by a filter mesh, and dividing rings are installed in the annular space between the outer pipe and the mesh immediately below each row of inlets of the outer pipe. The inner pipe is installed in the outer pipe with freedom of axial movement. An anchor is installed under the pumping equipment. The gas-sand anchor of the well pump allows increasing the pump coefficient of supply and increasing the overhaul period of the well.

Недостатком известного якоря является невозможность защиты от присыпания пакерного оборудования песком и мусором, в случае попадания которых в плашки и между ними возникает заклинивание и распакеровка пакера стандартным методом становится невозможной.A disadvantage of the well-known anchor is the inability to protect the packer equipment from sprinkling sand and debris, in the event of which they get into the dies and between them, jamming and unpacking of the packer by the standard method becomes impossible.

Известен уловитель механических примесей (патент РФ №137939, МПК Е21В 43/08, опубликован 27.02.2014), предназначенный для улавливания механических примесей в межтрубном пространстве добывающих скважин между колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной. Он состоит из патрубка насосно-компрессорной трубы, двух или более фильтрующих элементов, состоящих из двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями и внешним диаметром равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны, зажимаемых металлическими кольцами, присоединяемыми к патрубку с помощью сварки, при этом между резиновыми кольцами установлено кольцо из металлической сетки. Уловитель имеет центраторы, представляющие собой прямоугольные металлические призмы, присоединяемые к патрубку с помощью сварки, выше и ниже фильтрующих элементов. Known trap of mechanical impurities (RF patent No. 137939, IPC ЕВВ 43/08, published 02.27.2014), designed to trap mechanical impurities in the annulus of production wells between the tubing string and production string. It consists of a tubing pipe nozzle, two or more filter elements, consisting of two rubber rings with filter holes and an external diameter equal to the inner diameter of the production string, clamped by metal rings attached to the pipe by welding, while a ring is installed between the rubber rings from a metal mesh. The trap has centralizers, which are rectangular metal prisms attached to the pipe by welding, above and below the filter elements.

Известен надпакерный уловитель механических примесей (патент РФ №166989, МПК Е21В 37/00, опубликован 20.12.2016), предназначенный для улавливания механических примесей над пакером в межтрубном пространстве нагнетательных скважин между колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной. Надпакерный уловитель состоит из патрубка насосно-компрессорной трубы, фильтрующих элементов с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны. Причем фильтрующие элементы состоят из двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, зажимаемых металлическими кольцами и присоединяемых к патрубку насосно-компрессорной трубы с помощью сварки, при этом между резиновыми кольцами установлено кольцо из металлической сетки. Устройство также содержит дополнительный подгоночный патрубок, имеющий внутреннее полимерное покрытие, и жестко установленный внутри патрубка насосно-компрессорной трубы. Причем упомянутый подгоночный патрубок выполнен с возможностью установки на насосно-компрессорных трубах с внутренним полимерным покрытием.Known overpack trap of mechanical impurities (RF patent No. 166989, IPC ЕВВ 37/00, published on December 20, 2016), designed to capture mechanical impurities above the packer in the annulus of injection wells between the tubing string and production string. An over-packer trap consists of a tubing nozzle, filter elements with an external diameter equal to the inner diameter of the production string. Moreover, the filter elements consist of two rubber rings with filter holes, clamped by metal rings and attached to the pipe fitting by welding, while a ring of metal mesh is installed between the rubber rings. The device also contains an additional fitting pipe having an internal polymer coating, and is rigidly mounted inside the pipe fitting of the tubing. Moreover, the mentioned fitting pipe is made with the possibility of installation on tubing with internal polymer coating.

Недостатком известных уловителей механических примесей (патенты №137939 и №166989) является постоянный контакт резиновых колец с эксплуатационной колонной, что может мешать транспортировке устройства в заданный интервал и возможен эффект поршневания при спуске и подъеме устройства. A disadvantage of the known traps of mechanical impurities (patents No. 137939 and No. 166989) is the constant contact of the rubber rings with the production string, which may interfere with the transportation of the device at a predetermined interval and the effect of pistoning during the descent and ascent of the device is possible.

Авторам настоящего изобретения не известны устройства для защиты от присыпания пакерно-якорного и другого нижерасположенного скважинного оборудования, которые можно выбрать за прототип к заявляемому изобретению.The authors of the present invention are not aware of devices for protecting against sprinkling of packer-anchor and other downhole equipment that can be selected for the prototype of the claimed invention.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности работы нижерасположенного оборудования в скважине, защиту от присыпания механическими примесями, возможность установки в любые пакерные компоновки, в том числе автономные, выполнение устройства гидравлически уравновешенным, то есть превышение давления внутри устройства над давлением снаружи и наоборот, не может перевести его в транспортное положение, исключение эффекта поршневания при спуске и подъеме устройства, кроме того, устройство имеет механизм регулирования нагрузки активации и деактивации.The technical result of the present invention is to increase the operational reliability of the downstream equipment in the well, protection against sprinkling with mechanical impurities, the ability to install in any packer layouts, including stand-alone ones, the implementation of the device is hydraulically balanced, that is, the excess pressure inside the device over pressure from the outside and vice versa, not can translate it into a transport position, the exclusion of the effect of pistoning when lowering and raising the device, in addition, the device and There is a mechanism for regulating the load of activation and deactivation.

Технический результат достигается устройством улавливания механических примесей, состоящим из кожуха, оканчивающегося ниппельной частью, корпуса, муфты, полого штока, соединенного в верхней части с муфтой, в нижней части – с втулкой, установленной между штоком и кожухом, причем шток имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса с кожухом, в штоке выполнены радиальные каналы, сообщающиеся с кольцевой камерой между штоком и кожухом, в которой установлен поршень, взаимодействующий с торцом втулки, в верхней части штока установлен уплотнительный элемент, а в средней части шток имеет кольцевой выступ, взаимодействующий с внутренним буртиком цанги, установленной в корпусе.The technical result is achieved by a device for collecting mechanical impurities, consisting of a casing ending with a nipple part, a housing, a coupling, a hollow rod connected in the upper part to the coupling, in the lower part - with a sleeve mounted between the rod and the casing, and the rod has the possibility of axial movement relative to housing with a casing, in the rod there are made radial channels communicating with the annular chamber between the rod and the casing, in which a piston is installed, which interacts with the end face of the sleeve, in the upper part of the rod a sealing element is inserted, and in the middle part the rod has an annular protrusion interacting with the inner collar of the collet installed in the housing.

Кроме того, уплотнительный элемент имеет сквозные отверстия и внутреннюю полость.In addition, the sealing element has through holes and an internal cavity.

Кроме того, в отверстиях кожуха установлены фиксаторы, упирающиеся в продольные пазы, выполненные на наружной поверхности втулки.In addition, in the holes of the casing are fixed latches, abutting in the longitudinal grooves made on the outer surface of the sleeve.

Изобретение поясняется фигурой, на которой приведена принципиальная схема заявляемого устройства.The invention is illustrated by the figure, which shows a schematic diagram of the inventive device.

Устройство улавливания механических примесей состоит из кожуха 1, оканчивающегося ниппельной частью для соединения с нижерасположенным скважинным оборудованием (на фиг. не показано), корпуса 2, уплотнительного элемента 3, полого штока 4, муфты 5. Шток 4 в верхней части соединен с муфтой 5, в нижней части – со втулкой 6, установленной между штоком 4 и кожухом 1. Шток 4 установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 2 с кожухом 1. Шток 4 имеет радиальные каналы 7, сообщающиеся с кольцевой камерой 8 между штоком 4 и кожухом 1, в которой установлен поршень 9, взаимодействующий с торцом втулки 6. Радиальные каналы 7 в штоке 4, кольцевая камера 8, поршень 9 и втулка 6 образуют уравнительный узел. Герметичность уравнительного узла достигается уплотнительными кольцами 10, 11, 12, 13, 14 и 15. Уравнительный узел служит для обеспечения компенсации перепада давления в трубном и затрубном пространстве. В отверстиях кожуха 1 установлены фиксаторы 16, упирающиеся в продольные пазы 17, выполненные на наружной поверхности втулки 6, для обеспечения возможности передачи крутящего момента на ниже установленное оборудование. Уплотнительный элемент 3, установленный в верхней части штока 4, имеет сквозные отверстия 18 и внутреннюю полость 19 для увеличения сжимаемости уплотнительного элемента 3 при создании нагрузки на устройство. Для фиксации положения устройства в рабочем положении шток 4 в средней части имеет кольцевой выступ 20, взаимодействующий с внутренним буртиком 21 цанги 22, установленной в корпусе 2. Цанговое зацепление является одновременно механизмом регулирования нагрузки активации и деактивации, то есть заменой данного узла можно регулировать нагрузку при посадке и срыве устройства.The device for collecting mechanical impurities consists of a casing 1, ending with a nipple part for connection with the downhole equipment (not shown in Fig.), A housing 2, a sealing element 3, a hollow rod 4, a coupling 5. The rod 4 in the upper part is connected to the coupling 5, in the lower part, with a sleeve 6 mounted between the stem 4 and the housing 1. The stem 4 is mounted axially movable relative to the housing 2 with the housing 1. The stem 4 has radial channels 7 communicating with the annular chamber 8 between the stem 4 and the housing 1, in which th installed piston 9, interacting with the end face of the sleeve 6. The radial channels 7 in the rod 4, the annular chamber 8, the piston 9 and the sleeve 6 form an equalizing unit. The tightness of the equalization unit is achieved by the sealing rings 10, 11, 12, 13, 14 and 15. The equalization unit is used to compensate for the differential pressure in the pipe and annular space. In the holes of the casing 1, latches 16 are mounted, abutting in longitudinal grooves 17, made on the outer surface of the sleeve 6, in order to enable the transmission of torque to lower installed equipment. The sealing element 3, mounted in the upper part of the rod 4, has through holes 18 and an internal cavity 19 to increase the compressibility of the sealing element 3 when creating a load on the device. To fix the position of the device in the working position, the rod 4 in the middle part has an annular protrusion 20 interacting with the inner flange 21 of the collet 22 installed in the housing 2. The collet engagement is both a mechanism for regulating the activation and deactivation load, that is, by replacing this unit, the load can be adjusted when landing and disruption of the device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На колонне насосно-компрессорных или бурильных труб (на фиг. не показано) устройство спускают на требуемую глубину в составе компоновки подземного оборудования, причем заявляемое устройство устанавливают над тем оборудованием, которое необходимо защитить от мехпримесей в процессе эксплуатации. При создании осевой нагрузки на колонну, которая передается на муфту 5 и шток 4 с втулкой 6, внутренний буртик 21 цанги 22 взаимодействует с кольцевым выступом 20 штока 4 и проскакивает его снизу вверх. Шток 4 фиксируется в рабочем положении, при этом уплотнительный элемент 3 сжимается, тем самым перекрывая межтрубное пространство и защищая нижерасположенное скважинное оборудование от механических примесей. При превышении трубного давления над затрубным давлением, под действием давления жидкости, поступающей через радиальные каналы 7 в кольцевую камеру 8, поршень 9 перемещается вниз, далее передает усилие на втулку 6, связанную со штоком 4, таким образом происходит гидравлическое уравновешивание части усилия, воспринимаемого штоком 4 от давления жидкости, благодаря чему шток 4 остается в рабочем положении, в зацеплении с цангой 22, а уплотнительный элемент 3 − в сжатом состоянии.On a string of tubing or drill pipe (not shown in FIG.), The device is lowered to the required depth as part of the layout of the underground equipment, and the inventive device is installed over the equipment that must be protected from mechanical impurities during operation. When creating an axial load on the column, which is transmitted to the coupling 5 and the rod 4 with the sleeve 6, the inner flange 21 of the collet 22 interacts with the annular protrusion 20 of the rod 4 and slips it from the bottom up. The rod 4 is fixed in the working position, while the sealing element 3 is compressed, thereby blocking the annulus and protecting the downhole equipment from mechanical impurities. When the pipe pressure exceeds the annular pressure, under the action of the fluid pressure flowing through the radial channels 7 to the annular chamber 8, the piston 9 moves downward, then transfers the force to the sleeve 6 connected to the rod 4, so that a part of the force perceived by the rod is hydraulically balanced. 4 from the fluid pressure, due to which the rod 4 remains in the working position, engaged with the collet 22, and the sealing element 3 is in a compressed state.

Для перевода устройства в транспортное положение необходимо на колонну труб создать растягивающее усилие. При растяжении внутренний буртик 21 цанги 22 выходит из зацепления с кольцевым выступом 20 штока 4. Необходимо затратить некоторое время для того, чтобы уплотнительный элемент 3 пришел в исходное положение, и затем поднимать устройство на поверхность.To translate the device into transport position, it is necessary to create a tensile force on the pipe string. When stretched, the inner flange 21 of the collet 22 disengages from the annular protrusion 20 of the rod 4. It is necessary to spend some time for the sealing element 3 to return to its original position, and then lift the device to the surface.

Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационной надежности нижерасположенного оборудования в скважине, защиту от присыпания механическими примесями, возможность установки в любые пакерные компоновки, в том числе автономные, гидравлическое равновесие и независимость от перепадов трубного и затрубного давлений, исключение эффекта поршневания при спуске и подъеме устройства, а также возможность регулирования нагрузки активации и деактивации.The invention provides increased operational reliability of downstream equipment in the well, protection against sprinkling with mechanical impurities, the ability to install in any packer layouts, including stand-alone, hydraulic balance and independence from differences in pipe and annular pressures, eliminating the effect of pistoning when lowering and raising the device, as well as the ability to control the load of activation and deactivation.

Claims

1. A device for collecting mechanical impurities, consisting of a casing ending with a nipple part, a housing, a coupling, a hollow rod connected in the upper part to the coupling, in the lower part - with a sleeve mounted between the rod and the casing, and the rod has the possibility of axial movement relative to the housing with a casing, radial channels are made in the rod, communicating with the annular chamber between the rod and the casing, in which a piston is installed, which interacts with the end of the sleeve, a sealing element is installed in the upper part of the rod, and in The stem has an annular protrusion interacting with the inner collar of the collet mounted in the housing.

2. The device according to claim 1, characterized in that the sealing element has through holes and an internal cavity.

3. The device according to claim 1, characterized in that in the holes of the casing there are latches that abut against longitudinal grooves made on the outer surface of the sleeve.