УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЪЕДИНЕНИЯ КОЛОННЫ ТРУБ
DEVICE FOR STRING DISCONNECTION

Изобретение относится к технике добычи углеводородов и предназначено для разъединения и последующего соединения колонны труб со скважинным оборудованием, в том числе пакерных систем в добывающих и нагнетательных скважинах с одним или несколькими эксплуатационными объектами (пластами), а также для подвижного герметичного соединения колонны труб с пакерно-якорным оборудованием.
Известен разъединитель колонны Шарифова, содержащий ствол с буртом, радиальными отверстиями и наружными уплотнительными кольцами. На стволе снизу установлены кожух с внутренними уплотнительными кольцами и упор со срезными винтами. Кожух образует со стволом верхнюю и нижнюю камеры. Сверху размещен корпус с верхним переводником и нижним цилиндром с внутренними уплотнительными манжетами и цангой. На стволе установлен фиксатор и соответственно ему в кожухе выполнена, по меньшей мере, одна канавка. Радиальные отверстия на стволе гидравлически связывают его внутреннюю полость с верхней или нижней камерой. На кожухе также выполнены радиальные отверстия, гидравлически соединяющие соответственно верхнюю или нижнюю камеру с пространством за кожухом, и он соединен с цангой ввернутыми в нее срезными винтами. В стволе установлена скользящая втулка с наружным фиксатором и уплотнительными кольцами, герметично изолирующая его радиальные отверстия. Наружный фиксатор выполнен в виде пружинного кольца (пат. РФ №2203385, приор. 02.02.2001 г., опубл. 27.04.2003 г.).
Устройство и функционирование разъединителя связано с работой пакеров, установка которых осуществляется созданием избыточного давления в колонне труб. Недостатком известного разъединительного устройства является ограниченная область его применения. Разъединитель в составе пакерного оборудования спускают в скважину на колонне труб, затем разобщают полость трубы под пакером (например, путем установки глухой пробки или приемного клапана в посадочное гнездо ниже пакера), создают избыточное давление в трубе и устанавливают пакер согласно его инструкции по эксплуатации. По этой причине разъединитель колонны Шарифова может быть не всегда применим для установки других типов пакеров. Подъем оставляемой в скважине части устройства и нижерасположенного скважинного оборудования осуществляется с помощью специального инструмента извлечения.
Наиболее близким к заявляемому устройству, принятым за прототип, является разъединяющее устройство Шарифова (пат. РФ №2203386, приор. 02.02.2001, опубл. 27.04.2003 г.). Разъединяющее устройство содержит корпус с внутренними канавками, гильзу, цангодержатель, наконечник, ствол. Корпус жестко соединен сверху с переходником, а снизу - с упором. В корпусе установлена с возможностью осевого перемещения гильза с внутренней расточкой и наружным фиксатором. Упор имеет внутреннюю поверхность под уплотнительные манжеты и радиальные каналы для кулачков. Цангодержатель выполнен с окнами под лепестки цанги. Ствол размещен в корпусе снизу с внутренними посадочными поверхностями и наружной расточкой под кулачки упора и пазами под лепестки цанги. Корпус выполнен с двумя внутренними верхней и нижней канавками под наружный фиксатор гильзы, которая выполнена с внутренней посадочной поверхностью, радиальными отверстиями и наружными канавками. Уплотнительные кольца установлены в канавках под внутреннюю поверхность корпуса. Внутри гильзы над стволом размещена с возможностью осевого перемещения втулка, зафиксированная в гильзе срезными винтами и/или фиксатором. Расстояние от верхнего торца втулки до упора его в гильзу равно или больше, чем расстояние между внутренними верхней и нижней канавками корпуса. При верхнем фиксированном положении гильзы внутренняя ее расточка расположена выше кулачков упора. При нижнем,  наоборот, внутренняя расточка гильзы находится сверху над кулачками для радиального их перемещения. Наконечник выполнен в виде башмака повторного ввода.
Недостатком разъединяющего устройства Шарифова является ненадежность его при работе из-за использования фиксирующих элементов в виде кулачков. Также для передачи крутящего момента разъединитель имеет цангодержатель и цанговый захват. При передаче значительных крутящих усилий через разъединяющее устройство может произойти слом лепестков цанги. При разъединении и соединении известного устройства необходимо большое количество манипуляций с оборудованием, что усложняет работы и значительно увеличивает непроизводительные затраты времени на производство работ.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение надежности и расширение области применения устройства.
Указанная задача решается за счет того, что
- корпус имеет сквозные радиальные отверстия, перекрываемые переходником;
- в верхней части устройства между корпусом и штоком установлена перфорированная втулка, в радиальные сквозные отверстия которой вставлены срезные элементы, фиксирующие подвижный полый поршень в исходном положении, причем верхний торец перфорированной втулки является упором для фиксатора;
- шток имеет проточку для взаимодействия с фиксатором;
- шевронное уплотнение между подвижно соединенными корпусом и штоком ограничивается сверху демпфирующей втулкой, а снизу муфтой;
- переводник жестко закреплен с нижним концом штока, муфта жестко связана с корпусом, муфта и переводник имеют шлицы, образующие шлицевое соединение;
- разъединение устройства может происходить как от подачи трубного давления со сбросом шара или без него, так и от подачи затрубного давления за счет комбинирования установки уплотнений между подвижным полым поршнем, переходником, штоком и корпусом; уплотнительные элементы установлены:
- между корпусом и подвижным полым поршнем, между корпусом и переходником, а также между полым подвижным поршнем и штоком; либо
- между переходником и подвижным полым поршнем, а также между подвижным полым поршнем и корпусом; либо
- между корпусом и переходником, между подвижным полым поршнем и переходником, а также между подвижным полым поршнем и штоком.
Эти решения позволяют обеспечить надежное разъединение и соединение устройства для разъединения колонны труб гидравлическим путем, подвижное соединение для компенсации термобарических удлинений и укорачиваний длины колонны труб, передачу крутящего момента через устройство.
На чертеже показана принципиальная схема заявляемого устройства для разъединения колонны труб.
Устройство для разъединения колонны труб состоит из корпуса 1, соединенного сверху с переходником 2, снизу с муфтой 3, предохраняемые от самоотвинчивания винтами 4, 5. В верхней части корпуса 1 выполнены сквозные радиальные отверстия 6, перекрываемые переходником 2. В переходнике 2 и корпусе 1 расположен подвижный полый поршень 7, верхний торец которого является посадочным седлом под бросовый шар 8. Подвижный полый поршень 7 имеет внутренние расточки, одна из которых является опорной поверхностью для фиксатора 9. Шток 10 имеет проточку для взаимодействия с фиксатором 9. Перемещение штока 10 вниз относительно корпуса 1 ограничивает фиксатор 9. Фиксатор 9 может быть выполнен в виде разрезного кольца. Между корпусом 1 и штоком 10 установлена перфорированная втулка 11, имеющая радиальные сквозные отверстия, в которые установлены срезные элементы 12, фиксирующие подвижный полый поршень 7 в исходном положении, причем верхний торец перфорированной втулки 11 является упором для фиксатора 9. Шевронное уплотнение 13 между подвижно соединенными корпусом 1 и штоком 10 ограничивается сверху демпфирующей втулкой 14, а снизу муфтой 3. Втулка 15 ограничивает ход подвижного соединения корпуса 1 и штока 10. Переводник 16 жестко закреплен с нижним концом штока 10 и зафиксирован винтом 17. Муфта 3 на внутренней поверхности и переводник 16 по внешней образующей имеют шлицы 18. Шлицевое соединение 18 исключает вращение корпуса 1 на штоке 10, а также позволяет передавать крутящий момент на оборудование, устанавливаемое в скважине ниже заявляемого устройства. Уплотнительные кольца 19, 20, 21, 22 герметизируют подвижный полый поршень 7, шток 10, корпус 1 и переходник 2. Вариант установки уплотнительных колец определяет вариант герметизации и принцип работы устройства для разъединения колонны труб.
При установке уплотнительных колец 20, 21 и 22 разъединение устройства происходит от подачи трубного давления, без сброса шара 8. При установке колец 19 и 21 разъединение устройства происходит от подачи затрубного давления либо от трубного давления со сбросом шара 8. При установке уплотнительных колец 19, 20, 22 разъединение происходит от подачи трубного давления со сбросом шара 8.
Устройство для разъединения колонны труб работает следующим образом. Его в составе пакерного оборудования спускают в скважину на колонне труб. В случае необходимости разъединения колонны труб в зависимости от того, какие уплотнительные элементы 19, 20, 21, 22 установлены в устройстве, подают давление в затрубное пространство, или бросают шар 8, который устанавливается в седле подвижного полого поршня 7 и подают давление в колонну труб. После этого нагнетанием жидкости создается давление, достаточное для того, чтобы подвижный полый поршень 7, двигаясь вниз, срезал срезные элементы 12, а фиксатор 9 вышел из зацепления в проточке штока 10, тем самым переведя устройство в состояние подвижного соединения. Для полного разъединения поднимают колонну труб из скважины. Оставляемыми в скважине частями устройства являются шток 10, переводник 16 и винт 17; извлекаемые на поверхность части - все остальные детали устройства.
Для обеспечения соединения колонны труб с оставленным в скважине оборудованием специального ловильного инструмента не требуется. На поверхности извлеченную часть устройства разбирают, извлекают шевронное уплотнение 13, втулки 14 и 15, в радиальные отверстия перфорированной втулки 11 вставляют срезные элементы 12. Собранную извлекаемую часть устройства спускают на колонне труб до заданной глубины. Производят прямую промывку. Далее создают небольшую осевую нагрузку за счет собственного веса колонны труб. При этом фиксатор 9 входит в зацепление с проточкой штока 10. Приподнимают колонну труб. Если нагрузка (вес) колонны труб по индикатору растет, значит соединение устройства произошло успешно, если наоборот, не растет, то операцию по разгрузке инструмента необходимо повторить.
В случае, когда соединение устройства в скважине произошло, но возникла аварийная ситуация (например, клин пакера), предусмотрена возможность повторного разъединения заявляемого устройства для проведения стандартных ремонтных (ловильных) работ. При этом разъединение можно осуществить сбросом шара и созданием давления в полости труб.