ПРОТИВОВЫБРОСОВОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и относится к устройствам для герметизации скважин при аварийном выбросе пластового флюида, обеспечивает повышение безопасности при проведении буровых работ и эксплуатации скважин.
Известен забойный отсекатель, установленный в подъемной колонне труб или в затрубном пространстве обсадной колонны, выполненный в виде клапана, перекрывающего сечение при превышении или понижении давления относительно расчетного (См. кн. А.П. Силаш. Добыча и транспорт нефти и газа. М., изд. «Недра», 1980, стр. 40-141).
Наиболее близким по технической сути к заявленному устройству является внутренний противовыбросовый превентор, содержащий корпус, имеющий закрывающий элемент затвора и относящиеся к нему уплотнения (См. патент РФ №2012131910, 2014).
Недостатком известного устройства является наличие значительного числа подвижных элементов и системы привода превентора, снижающих надежность системы в целом.
Техническая задача - создание устройства, способного повысить безопасность бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Технический результат - повышение надежности и безопасности устройства за счет усовершенствования конструкции. Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус и закрывающий элемент затвора, закрывающий элемент выполнен в виде трубы из мягкого металла, с возможностью пластической деформации и перекрытия скважины, установленный внутри корпуса в углублении цилиндрической формы, выполненном в стенках корпуса, при этом между корпусом и трубой имеется зазор по бокам и по нижней кромке трубы, причем труба установлена в углублении и жестко закреплена в корпусе герметичным соединением.
Предлагаемое устройство изображено на чертеже: Фиг. 1 - общий вид; Фиг. 2 - вид противовыбросового устройства после срабатывания.
Устройство содержит: корпус 1, с углублением цилиндрической формы 2, трубу из мягкого метала, с возможностью пластической деформации и перекрытия скважины 3, установленную внутри корпуса в углублении, при этом между корпусом и трубой имеется кольцевой зазор по бокам и по нижней кромке трубы 4, причем труба установлена в углублении и жестко закреплена в корпусе 1 герметичным соединением 5.
Устройство работает следующим образом. Корпус 1 устройства является частью обсадной колонны труб и устанавливается до превентора по направлению от пласта к устью скважины. В рабочем состоянии труба из мягкого металла с возможностью пластической деформации и перекрытия скважины 3 находится внутри корпуса в углублении 2. При возникновении аварийной ситуации и неконтролируемом выбросе пластового флюида, происходит увеличение скорости движения флюида, что приводит к увеличению падения давления в кольцевом зазоре 4 на нижней кромке трубы 3.
Потери давления, приводящие к появлению разности давлений в зазоре и внутри трубы могут быть найдены по формуле (см. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для втузов / [Т.М. Башта [и др.] / [Т.М. Башта [и др.] - 2-е изд., перераб.: Репринт, изд. - М.: АльянС, 2013, с. 48-49):
расш
суж
Где: ∑ξ - сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений, для предлагаемого устройства местные сопротивления: внезапное расширение - ξ=1, внезапное сужение - ξ=0,5 (см. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для втузов / [Т.М. Башта [и др.] / [Т.М. Башта [и др.] - 2-е изд., перераб.: Репринт, изд. - М.: АльянС, 2013. С. 48-49);
3
ρ - плотность пластового флюида, кг/м;
v - скорость движения пластового флюида, м/с.
При этом давление пластового флюида на внутренний слой трубы приводит к пластической деформации трубы и перекрытию скважины (см. фиг. 2). Давление, при котором произойдет деформация трубы, т.е. противовыбросовое устройство перекроет скважину, можно найти по формуле (см. Лизин В.Т., Пяткин В.А. Проектирование тонкостенных конструкций. - М.: Машиностроение, 1976, стр. 87):
где: R - радиус кривизны трубы, м;
кр
P - наружное давление, при котором произойдет деформация трубы - срабатывание противовыбросового устройства, МПа;
E - модуль упругости материала обечайки при расчетной температуре, МПа;
δ - толщина стенки трубы, м;
l - расчетная длина трубы, м.
Повышение надежности и безопасности устройства достигается за счет отсутствия в устройстве подвижных элементов и срабатывания устройства без внешней системы управления. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить глушение скважины автоматически при аварийной ситуации при невозможности ее герметизации штатной арматурой.