УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКВАЖИННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ
BOREHOLE EQUIPMENT CONTROL DEVICE

Данное изобретение относится к новой конструкции устройства для передачи импульса давления, обеспечивающего запуск оборудования, работающего под действием давления текучей среды и расположенного в трубе, например в буровой скважине, как указано в ограничительной части п.1 прилагаемой формулы изобретения. В частности, изобретение относится к конструкции, способной поддерживать работу скважинного оборудования, которое приводится в действие гидравлическим способом.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Уже давно хорошо известно, что при приведении механического оборудования, установленного в нефтяной и/или газовой скважине, в действие импульсами давления возникают трудности, связанные с передачей этих импульсов к указанному оборудованию.
В частности, это относится к случаю, когда в трубе, которая введена в скважину, поднимают давление для передачи этих импульсов давления вниз к оборудованию. При этом часто возникает проблема, заключающаяся в том, что по прошествии времени в жидкости образуется скопление частиц, которое при оседании таких частиц на дно трубы в итоге образует на нем сплошную массу. Эта проблема особенно важна при использовании заглушек в эксплуатационной трубе, которая работает по принципу нагнетания давления над заглушкой, выполняемого с буровой платформы.
Способом частичного решения этой проблемы является подсоединение оборудования с помощью линии гидравлического управления (кондуктора), расположенной снаружи существующей трубы, в которой установлена заглушка. Такие линии управления проходят в направлении вверх через расположенную в устье скважины установку и дальше к буровой платформе так, что она может подвергаться воздействию давления непосредственно с буровой платформы, и, соответственно, сохраняется возможность управления оборудованием несмотря на скопление бурового раствора над заглушкой в трубе.
Недостатком такого устройства является то, что оно в значительной степени увеличивает расходы на эксплуатацию, а при прокладке линии (кондуктора) длиной в несколько километров возникает опасность, что трубка, которая по существу, например, является тонкой трубкой диаметром 1/4 дюйма (6,3 мм), будет истираться о стенки скважины, и, следовательно, может быть полностью утрачен контроль над оборудованием.
Известным решением проблемы является использование разновидности аккумулятора для введения чистой жидкости в скважину. Такое решение описано в заявке на патент Норвегии №20080452, в которой приведено описание аккумулятора ограниченного объема, предназначенного для подачи чистой воды в оборудование для управления им.
В указанной заявке на патент Норвегии раскрыт поршневой аккумулятор, который, согласно описанию, во время его введения в скважину аккумулирует давление.
Это устройство также приводит к возникновению значительного числа проблем, связанных с функциональными возможностями.
Прежде всего, в указанном документе заявлено, что отходы (источник загрязнения) не могут проникать в устройство. Однако такое заявление некорректно, поскольку известно, что закупорка канала выше по потоку от поршня, как изложено, будет препятствовать передаче импульсов давления, которые необходимы для функционирования устройства. Эти частицы действительно не смогут создавать загрязнение ниже по потоку от поршня, приводящего в действие циклический механизм в устройстве, которое выполнено с возможностью открытия в зависимости от заданного числа импульсов давления. Проблема же заключается в том, что при прохождении жидкости через канал выше по потоку от поршня частицы могут попадать в камеру и, таким образом, блокировать перемещение поршня, так что между положениями выше по потоку и ниже по потоку от поршня может возникать перепад давления.
Соответственно, циклическое устройство, работа которого основана на использовании принципа перепада давления, прекратит работать.
Что касается уровня техники в данной области, то ссылка также сделана на патенты США №2964116, 2898088 и 4436164.
В патенте США №2964116 описано устройство подачи импульсов давления, расположенное в бурильной колонне, при этом на перфорированной секции трубы расположена мембрана в виде патрубка. Мембрана передает импульсы давления от буровой жидкости к гидравлической жидкости в камере, окружающей перфорированную секцию трубы, и далее к приводимому в действие давлением оборудованию, как указано в столбце 4, строках 21-53, столбце 8, строках 15-20, и на фиг.1а и 2. В патенте США №2898088 показана скважинная каротажная установка, содержащая секцию трубы с гибкой патрубкообразной мембраной, которая отделяет текучую среду в бурильной трубе от гидравлической текучей среды в наружной камере и в трубопроводе, который соединен с оборудованием, приводимым в действие давлением текучей среды. Таким образом, мембрана передает импульсы давления от текучей среды в бурильной трубе к управляемому давлением оборудованию.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной целью изобретения является создание новой конструкции, которая способна устранить вышеуказанные недостатки и проблемы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство в соответствии с данным изобретением отличается тем, что каждое отверстие, проходящее через стенку секции трубы, ограничивает центральное концентрическое высверленное отверстие, при этом каждый конец отверстия образует конусообразное расширение, направленное соответственно к внутренней стенке и наружной стенке секции трубы.
Предпочтительные варианты выполнения описаны в зависимых пунктах 2-8 формулы изобретения.
Преимущество наличия отверстий с коническим расширением заключается в том, что каждое отверстие не так просто подвергается постоянному закупориванию шламом и частицами. Находящаяся в текучей среде трубы частица, которая может застрять и заблокировать вход в отверстие, просто освобождается и снова выталкивается обратно при изменении направления потока текучей среды на обратное. Соответственно, частица легче освобождается обратным потоком.
Одним из преимуществ описанного изобретения является то, что поршень, перемещающийся в осевом продольном направлении, ограничен с точки зрения области, на которую может быть оказано воздействие, тогда как сильфон, перемещающийся в радиальном направлении, способен обеспечить весьма большую область, на которую может быть оказано воздействие. Эта область ограничена только длиной сильфона.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приведено более подробное описание данного изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 изображает вид трубы, которая установлена в буровой скважине, например, выполненной в породе, содержащей углеводороды и в которой используется предложенное устройство.
Фиг.2 и 3 изображают виды элементов предложенной конструкции 10 в двух положениях на расстоянии выше по потоку относительно скважинного оборудования 20, которое приводится в действие гидравлическим способом, в соответствии с данным изобретением.
Фиг.3В изображает увеличенный продольный разрез отверстия, которое проходит в радиальном направлении через стенку трубы.
Фиг.4 и 5 изображают виды увеличенной части фиг.2 и 3 и показывают гидравлический канал 30, который проходит через стенку трубы и соединяет устройство 10 генерации импульсов давления с оборудованием 20.
На чертежах изображена труба 12, развернутая в буровой скважине 14 в породе 16. В качестве неограничивающего примера, в самой нижней части трубы 12 установлена секция 18 трубы с гнездом для заглушки 22. Заглушка 22 используется, например, сначала для испытания и проверки внутренней части трубы на отсутствие протечки под действием давления и работает предполагаемым образом во время добычи углеводородов из породы 16.
Вследствие того, что обращенная вверх поверхность 23 заглушки подвержена накапливанию больших отложений 25 загрязнений, содержащих твердые частицы, такие как шлам, устройство 10 расположено на расстоянии выше заглушки 20, при этом заглушка 20 и устройство 10 взаимно соединены каналом 30, проходящим в осевом направлении вдоль стенки трубы и через нее между этими двумя областями.
Устройство содержит перфорированную секцию 27 трубы, установленную в трубе 12. Между наружной стенкой 21 указанной секции и внутренней стенкой трубы 12 ограничен полый объем или камера 26.
Вокруг секции 25 трубы навинчен патрубкообразный эластичный сильфон или мембрана 24, которая закреплена в самой верхней части 31 и в самой нижней части 33 в сплошном материале секции 25. Сильфон 24 может последовательно выгибаться от состояния, в котором он граничит с наружной стенкой 21 секции трубы, до состояния, при котором он примыкает к внутренней стенке 13. Снаружи сильфона 24 расположена кольцеобразная камера 26, соединенная с просверленным каналом 30, проходящим через стенку трубы в направлении вниз к спусковому механизму (на чертежах не показан), который используется для уничтожения заглушки.
Состояние сильфона или его выгибание зависит от перепада давления Р1 в трубе 12 и давления Р2 в камере или канале 30 снаружи мембраны 24. На фиг.2 показано состояние, при котором давление Р1 превышает давление Р2 (Р1>Р2), так что мембрана находится в выгнутом состоянии.
На фиг.3 показано состояние, при котором давление Р2 превышает давление Р1, при этом мембрана волнообразно прилегает к наружной стенке 21.
Спусковой механизм, который удаляет заглушку, выполнен так, что он считает количество импульсов, которые генерируются путем увеличения и уменьшения давления Р1 текучей среды, при этом уничтожение заглушки происходит при заданном количестве импульсов.
Камера, расположенная радиально снаружи от сильфона, заполнена чистой жидкостью, которая сообщается с расположенной снаружи трубой или высверленным внутри каналом 30, который, в свою очередь, соединен, например, с реагирующим на пульсацию давления клапаном.
Указанный клапан может быть установлен или настроен на считывание сигналов электронным способом с помощью датчика давления или может представлять собой чисто механическое устройство, считывающее импульсы давления для открытия клапана при заданном количестве импульсов.
При открытии клапана чистая жидкость проходит через него и осуществляет управление оборудованием, приводимым в действие гидравлическим способом. Эта технология может использоваться для управления скважинным оборудованием, приводимым в действие гидравлическим способом, и требует чистой жидкости для надлежащей работы. К примерам такого оборудования могут относиться детонационные устройства для удаляемых (исчезающих) заглушек, скользящие муфты, гидравлические шаровые клапаны и гидравлические откидные клапаны. Это всего лишь несколько примеров оборудования, с которым может использоваться данная новая технология. Устройство с гидравлическим управлением может представлять собой, например, слоистую заглушку 22, выполненную из стекла. Способ ее удаления или уничтожения на чертежах не проиллюстрирован. Управляемое импульсами давления устройство может представлять собой устройство 39, выполненное с возможностью отсчета количества импульсов, причем когда отсчитанное количество импульсов достигает заданной величины, механизм приводится в действие и запускает взрывной механизм. Это может означать, например, что поршень 38, расположенный в осевом направлении в стенке трубы, проталкивается вниз с большим усилием и сдвигает горизонтально ориентированный поршень в радиальном направлении в заглушку 22, которая, таким образом, может быть разбита. Заглушка может быть выполнена из керамических материалов, которые могут быть разбиты, или из подходящего для этого стекла.
При использовании сильфона вместо поршня также имеется возможность высверливания большого количества отверстий в радиальном направлении сквозь стенку по периферии защитной манжеты, которая поддерживает указанный сильфон и удерживает чистую жидкость на месте. На фиг.3В показан продольный разрез таких высверленных отверстий 50, проходящих в радиальном направлении через стенку 26 трубы. С обеих их сторон (с каждого конца) имеется просверленное сквозь стенку отверстие. Центральная часть проходящего сквозь стенку отверстия предпочтительно имеет вид высверленной области 56 с круговым сечением, тогда как каждый конец кругового отверстия проходит с постепенным увеличением диаметра сечения в направлении поверхностей стенки с образованием конусообразной формы. Высверленная область, естественно, сильнее всего расширяется в направлении поверхностей стенки, то есть форма отверстий 52-54, показанных на чертежах, такова, что самая дальняя от центра форма, соответственно, является конусообразной формой, или отверстия имеют коническую форму или по существу форму раструба. Эти отверстия могут иметь сечение, отличное от кругового. Преимуществом такой формы отверстия является то, что каждое отверстие не так просто подвергается постоянному закупориванию шламом и частицами.
Опасность возможного закупоривания отверстий такой формы обломками, твердыми частицами и шламом может быть уменьшена путем выполнения отверстий концентрическими в обоих направлениях. Такая форма проходящего сквозь стенку отверстия, имеющего расширяющееся сечение в направлении наружной стенки, приводит к тому, что текучая среда/жидкость всегда проходит в обоих направлениях, поскольку частицы застревают в коническом отверстии, раскрытым с наибольшим диаметром на стороне, противоположной той, на которую действует давление, в результате чего частицы высвобождаются при приложении давления со стороны, имеющей наименьшее отверстие. Находящаяся в текучей среде трубы частица 60, которая может застрять и заблокировать вход в отверстие 56 при прохождении текучей среды F1 в направлении стрелки Р2, просто освобождается и снова выталкивается обратно, когда давление Р2 текучей среды превышает давление Р1 и текучая среда F2 идет в обратном направлении. Соответственно, частица 60 легче освобождается обратным потоком.
Кроме того, в соответствии с фиг. 2 и 3, имеется одна или несколько разрушающихся пластин, или дисков, которые выполнены с возможностью поломки или разрушения, например, при возникновении перепада давления в 10 бар между давлением в чистой жидкости, находящейся за гибким материалом, и жидкости, находящейся в трубе скважины, что дополнительного противодействует возникновению перепада давления между указанными двумя жидкостями. Гибкая мембрана также всегда обеспечивает наличие одинаковых давлений на обеих сторонах и возвращается в исходное состояние после снятия давления.
Через стенку трубы 27, а именно выше перфорированной части стенки, высверлено одно или более отверстий 60, которые образуют проточное соединение между кольцеобразной камерой 26, расположенной снаружи сильфона, и внутренней частью трубы, обозначенной символами F1/P1 (см. фиг. 2 и 3). В указанном отверстии установлена металлическая пластина, которая образует разрушающийся диск 62 и прикреплена фиксирующим средством, обозначенным на чертежах номером 58 позиции, например болтом и т.п.
Разрушающийся диск 62 предназначен для создания проточного сообщения в случае, когда на обратной стороне (Р2) сильфона возникает чрезмерное давление, а именно когда указанное давление не равно давлениюР1 в трубе (трубопроводе).
Отверстие для разрушающегося диска с точки зрения координат может быть расположено в любом месте, при условии, что диск расположен с обеспечением разделения текучей среды между трубопроводом и обратной стороной сильфона и с созданием проточного тракта между ними при разрушении диска.
Диск 62 также обеспечивает в итоге работу оборудования, управление которым осуществляется путем последующего повторного заполнения жидкостью после израсходования чистой жидкости, находящейся за мембраной, причем указанная мембрана предварительно установлена в направлении стенок в ее соответствующем корпусе, так что возникает перепад давления между скважинной трубой (Р1) и обратной стороной (Р2) мембраны, после чего указанный диск разрушается и жидкость из скважины затем поступает в установку.
Таким образом, обеспечивается множество преимуществ по сравнению с известными устройствами, имеющими ограниченные объемные поверхности, на которые может оказываться воздействие, что связано с опасностью закупоривания отверстий установки при эксплуатации.