РАЗЪЕДИНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ГАРИПОВА
DISCONNECTOR BY GARIPOV

Изобретение предназначено для нефтедобывающей промышленности и относится к технике добычи углеводородов (нефти, газа и газоконденсата), а именно для отсоединения колонны труб, установленных в скважине, или для отсоединения колонны труб от пакерно-якорного оборудования, закрепленного на эксплуатационной колонне в добывающей или нагнетательной скважине с одним или несколькими разобщенными эксплуатационными объектами (пластами).
Известно РАЗЪЕДИНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ШАРИФОВА (патент РФ №2203386, Е21В 23/06, 33/12, оп. 27.04.2003) для пакерной установки скважины, содержащее корпус, уплотнительные кольца, цангу с лепестками, наконечником.
Данное устройство имеет недостатки, связанные со сложностью конструкции, что приводит к ненадежности в работе, например, в случае падения и нахождения аварийного предмета над стволом, или повреждения верхнего торца ствола, или накопления пластового песка и АСПО (парафин, смола и пр.) в кольцевом пространстве, образующемся между стволами скважины и разъединителя. Невозможность проведения канатных работ после разъединения и подъема из скважины корпуса, поскольку в ствол, оставшийся в скважине, невозможно попасть канатным инструментом.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ-СОЕДИНИТЕЛЬ ШАРИФОВА ДЛЯ ПАКЕРНОЙ УСТАНОВКИ СКВАЖИНЫ (ВАРИАНТЫ) (патент РФ №2289012, Е21В 23/06, oп. 10.12.2006, прототип), содержащий корпус с резьбой, уплотнительные элементы, захватывающий элемент, выполненный в виде цанги с упругими лепестками с выступом.
Недостатком прототипа является сложность конструкции, что приводит к ненадежности в работе, большие габариты, дороговизна конструкции. Например, использование спиральной пружины для подпружинивания захватывающего элемента вызывает большие трудности при проверке работоспособности изделия в лаборатории, необходим стенд. На устье скважины проверить невозможно.
Кроме того, в устройстве есть перепускные отверстия, гидравлические верхняя и нижняя камеры, сообщенные через каналы с полостью и/или пространством за кожухом, соединяющие их, которые могут засориться/забиться песком, парафином, грязью и другой механической примесью, находящейся в скважине, что тоже может привести устройство в неработоспособное состояние.
Предлагаемое техническое решение лишено приведенных выше недостатков, упрощение конструкции повышает надежность и эффективность применения устройства как с пакером, так и без пакера, что расширяет область применения устройства при внедрении одно- или многопакерной установки в добывающих и нагнетательных скважинах с одним или несколькими пластами.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое техническое решение включает корпус с резьбой, уплотнительный элемент, захватывающий элемент, выполненный в виде цанги с упругими лепестками, причем корпус дополнительно снабжен верхней муфтой, соединенной с корпусом, внутри которой расположен уплотнительный элемент, установленным внутри корпуса наконечником с резьбой и, по меньшей мере, с одним кольцевым выступом и/или с одной кольцевой проточкой на внешней поверхности, захватывающий элемент дополнительно снабжен основанием и расположен внутри корпуса с возможностью перемещения вверх-вниз, при этом упругие лепестки цанги имеют фигурную форму и направлены вверх к верхней муфте, кроме этого корпус дополнительно снабжен прижимной гайкой, установленной в верхней муфте, верхняя часть внутренней поверхности которой выполнена конической, наконечник дополнительно снабжен центрирующей гайкой, установленной на наконечнике над верхней муфтой или над прижимной гайкой, по меньшей мере, с одним фиксирующим элементом, наконечник или верхняя муфта дополнительно снабжены, по меньшей мере, одним фиксирующим элементом, установленным с возможностью среза, захватывающий элемент установлен в корпусе с возможностью ограничения перемещения вниз, а корпус дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним упорным элементом в виде крепежного элемента, например, винта или втулки с винтом, который расположен в стенке корпуса или внутри корпуса, фигурная форма упругих лепестков цанги имеет, по меньшей мере, один выступ на внутренней поверхности, или, по меньшей мере, одну проточку на внутренней поверхности, или, по меньшей мере, один выступ на внутренней и, по меньшей мере, один выступ на внешней поверхностях, или, по меньшей мере, одну проточку на внутренней и, по меньшей мере, один выступ на внешней поверхностях, основание захватывающего элемента дополнительно снабжено, по меньшей мере, одним уплотнительным элементом, расположенным в углублении, которое выполнено на внешней поверхности основания в виде кольцевой проточки или вертикальной прорези, и гильзой, выполненной в виде втулки или кольца и закрепленной внутри основания захватывающего элемента, гильза закреплена внутри основания захватывающего элемента, по меньшей мере, одним фиксирующим элементом с возможностью среза, а также, по меньшей мере, в одном упругом лепестке захватывающего элемента или на наконечнике установлен фиксирующий элемент с возможностью среза.
На фиг.1 изображено предлагаемое техническое решение в разрезе в разъединенном положении; на фиг.2 - предлагаемое техническое решение в разрезе с дополнительными конструктивными элементами.
РАЗЪЕДИНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО содержит:
корпус 1 с резьбой, верхнюю муфту 2, уплотнительный элемент 3, наконечник 4 с резьбой, захватывающий элемент 5.
Верхняя муфта 2, снабженная уплотнительным элементом 3, установлена в верхней части корпуса 1, а верхняя часть ее внутренней поверхности может быть выполнена конической:
для обеспечения беспрепятственного вхождения наконечника 4 в корпус 1;
для прохождения канатного инструмента в корпусе 1.
Уплотнительный элемент 3 представляет собой, например, кольцо, манжету из фторопластового материала и может также состоят из перемежающихся между собой резиновых, металлических и т.п. элементов.
Наконечник 4 расположен внутри корпуса 1 и представляет собой участок трубы с резьбой, на внешней поверхности которой выполнены, по меньшей мере, один кольцевой выступ 6 и/или одна кольцевая проточка 7.
Для предотвращения осевого вращения наконечника 4 относительно корпуса 1, то есть исключения откручивания-закручивания при транспортировке предлагаемого устройства, при посадке пакеров с вращением в скважину, наконечник 4 или верхняя муфта 2 могут быть дополнительно снабжены, по меньшей мере, одним фиксирующим элементом 8 (не показано).
Фиксирующий элемент 8, установленный с возможностью среза, представляет собой, например, винт, шпонку, т.п.
Захватывающий элемент 5 выполнен в виде цанги с основанием 9 и с упругими лепестками 10.
Захватывающий элемент 5 расположен внутри корпуса 1 с возможностью перемещения вверх-вниз, что позволяет осуществить процесс разъединения захватывающего элемента 5 с наконечником 4. Для этого упругие лепестки 10 цанги 5 имеют фигурную форму и направлены вверх к верхней муфте 2. Фигурная форма упругих лепестков 10 захватывающего элемента 5 выполнена:
- по меньшей мере, с одним выступом на внутренней поверхности (не показано), или
- по меньшей мере, с одной проточкой на внутренней поверхности (не показано), или
- по меньшей мере, один выступ на внутренней и один выступ на внешней поверхностях (не показано), или
- по меньшей мере, одну проточку 11 на внутренней и один выступ 12 на внешней поверхностях.
Для взаимосвязи с наконечником 4, для дополнительного удерживания захватывающего элемента 5 на наконечнике 4 в соединенном состоянии и для страховки от аварийного размыкания, по меньшей мере, в одном упругом лепестке 10 захватывающего элемента 5 или на наконечнике 4 может быть установлен с возможностью среза фиксирующий элемент 8, например винт (не показано).
Для улучшения герметичности соединения корпуса 1 и захватывающего элемента 5 и/или для улучшения перемещения вверх-вниз захватывающего элемента 5 основание 9 захватывающего элемента 5 дополнительно снабжено, по меньшей мере, одним уплотнительным элементом 3.
На внешней поверхности основания 9 может быть установлен, по меньшей мере, один уплотнительный элемент 3 в углублении или углублениях, выполненных в виде одной или нескольких кольцевых проточек, или вертикальных прорезях (не показано).
Кроме этого, основание 9 захватывающего элемента 5 может быть дополнительно снабжено гильзой 13, закрепленной внутри основания 9 захватывающего элемента 5, по меньшей мере, одним фиксирующим элементом 8 с возможностью среза, что позволит изменять размер внутреннего диаметра основания 9 захватывающего элемента 5, а это положительно скажется при проведении канатных работ и предотвратит несанкционированное зацепление канатного инструмента за внутреннее отверстие основания 9 захватывающего элемента 5. Гильза 13 представляет собой, например, втулку или кольцо.
Для ограничения перемещения вниз захватывающего элемента 5 внутри корпуса 1, используют упорный элемент 14, который обеспечивает при необходимости соединение захватывающего элемента 5 с наконечником 4.
Для обеспечения процесса соединения захватывающего элемента 5 с наконечником 4, а корпус 1 дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним упорным элементом 14. В качестве упорного элемента 14 используют крепежный элемент, например, винт или втулку с винтом, расположенный в стенке корпуса 1 или внутри корпуса 1. В случае когда крепежный элемент 14 расположен в стенке корпуса 1, упругие лепестки 10 цанги 5 упираются в него своим выступом 12 на внешней поверхности.
Вместо втулки с винтом 14 может использоваться нижняя муфта 15, которая кроме этого обеспечивает соединение корпуса 1 со скважинным оборудованием (не показано).
Процесс соединения наконечника 4 с захватывающим элементом 5 осуществлен тогда, когда захватывающий элемент 5 держится на наконечнике 4 посредством фигурной формы упругих лепестков 10 за счет усилия сжатия упругих лепестков 10, превышающего, по меньшей мере, вес захватывающего элемента 5. Это позволяет исключить из конструкции дополнительные поддерживающие элементы, например, такие как кулачки для сцепления.
Для повышения надежности работы уплотнительных элементов 3, установленных в верхней муфте 2, корпус может быть дополнительно снабжен прижимной гайкой 16, расположенной в верхней муфте 2. При ходе наконечника 4 вниз-вверх уплотнительные элементы 3 не только будут лучше облегать наконечник 4, но и будут надежно удерживаться на установленном месте в случае зацепа наконечника 4 с захватывающим элементом 5.
В прижимной гайке 16 может быть расположен, по меньшей мере, один фиксирующий элемент 8.
Взаимодействие прижимной гайки 16 с наконечником 4 возможно в случаях,
во-первых, когда наконечник 4 имеет углубление 17, например, паз, а прижимная гайка 16 снабжена фиксирующим элементом 8, представляющим собой, например, шпонку, винт, штифт, палец, болт и т.п., входящим в зацепление с пазом 17 на наконечнике 4,
во-вторых, когда, например, наконечник 4 имеет выступ на внешней поверхности, а прижимная гайка 16 имеет на внутренней поверхности углубление, например паз, входящий в зацепление с выступом на наконечнике 4 (не показано).
В случае когда в предлагаемой конструкции не используется прижимная гайка 16, этот же фиксирующий элемент 8 может быть установлен в верхней муфте 2 для тех же целей и таким же образом.
Для обеспечения двух функций: центрирующей и фиксирующей, наконечник 4 дополнительно снабжен центрирующей гайкой 18, установленной над верхней муфтой 2 или над прижимной гайкой 16.
Центрирующая гайка 18 представляет собой кольцо с резьбой или без резьбы и имеет внешне обтекаемую форму с продольными прорезями 19, что необходимо для легкого прохождения (без зацепов и гидравлических сопротивлений) центрирующей гайки 18 в колонне насосно-компрессорных труб (далее по тексту - НКТ) 20. Центрирующая функция облегчает возможность разъединения предлагаемого устройства в скважине, а фиксирующая функция фиксирует ее положения на наконечнике 4 для облегчения процесса разъединения (центрирующая гайка 18 находится на наконечнике 4 в нижнем положении) или соединения (центрирующая гайка 18 находится на наконечнике 4 в верхнем положении).
Для этого на наконечнике 4 отмечены два положения: разъединения и соединения (положение соединения определяет лишь длину наконечника 4, необходимую и достаточную для взаимодействия с захватывающим элементом 5, расположенным в самом нижнем удаленном положении корпуса 1), в одном из этих положений, в зависимости от требуемой операции,
Центрирующая гайка 18 устанавливается на наконечник 4.
Фиксация центрирующей гайки 18 на наконечнике 4 осуществляется посредством, по меньшей мере, одного фиксирующего элемента 8, установленного с возможностью среза, или с помощью резьбы, в положении вверх или низ.
На скважинах в основном используют предлагаемое устройство с центрирующей гайкой 18, установленной в нижнем положении.
Для того чтобы осуществить соединение, достаточно срезать фиксирующий элемент 8, и центрирующая гайка 18 сместится вверх по наконечнику 4, и наконечник 4 за счет увеличения хода при спуске войдет в зацепление с цангой 5, расположенной на момент соединения на упорном элементе 14, ограничивающем перемещение вниз.
Центрирующая гайка 18 позволяет адаптировать предлагаемое устройство под различные размеры обсадной колонны, кроме того, появляется возможность направленного вхождения наконечника 4 в корпус 1. Тем самым достигается универсальность применения Разъединяющего устройства для разных типов эксплуатационных колонн.
Разъединяющее устройство работает следующим образом.
Разъединяющее устройство находится в положении соединения, то есть упругие лепестки 10 захватывающего элемента 5 находятся в зацеплении с наконечником 4 и упираются в верхнюю муфту 2. В соединенном положении Разъединяющее устройство опускают на НКТ 20 в скважину вместе, например, с пакерно-якорным оборудованием (не показано). После установки скважинного оборудования, например, пакера, необходимо отсоединить его от НКТ 20. Для этого осуществляют разъединение наконечника 4 от захватывающего элемента 5.
Наконечник 4 опускают вниз посредством НКТ 20 на расстояние, достаточное для выхода захватывающего элемента 5 из положения упора с верхней муфтой 2. Для расцепления упругих лепестков 10 цанги 5 от наконечника 4 по основанию 9 цанги 5 ударяют с помощью канатного инструмента, например, печатью, шаблоном или другим инструментом, с усилием, достаточным для расцепления упругих лепестков 10 цанги 5 от наконечника 4 (обычно 50-300 кг). При этом захватывающий элемент 5 отсоединяется от наконечника 4 и перемещается вниз, например, на нижнюю муфту 15. После этого освобожденный наконечник 4 вынимают из корпуса 1.
Данное положение свидетельствует о том, что предлагаемое устройство находится в положении разъединения.
Захватывающий элемент 5 ограничен в перемещении вниз упорным элементом. В этом случае, можно произвести соединение захватывающего элемента 5 с наконечником 4.
При движении НКТ 20 вниз наконечник 4 своим кольцевым выступом 6, расположенным на внешней поверхности, входит в зацепление с проточкой 11, расположенной на внутренней поверхности упругих лепестков 10 цанги 5, и, упираясь в них, осуществляет перемещение захватывающего элемента 5 вниз до упорного элемента, например, нижней муфты 15. Наконечник 4 расширит упругие лепестки 10 цанги 5, и кольцевой выступ 6 наконечника 4 пройдет в проточку 11 упругих лепестков 10 захватывающего элемента 5 и зафиксируется на наконечнике 4 посредством сжатия упругих лепестков 10 фигурной формы.
Если наконечник 4 имеет одну кольцевую проточку 7, расположенную на внешней поверхности, то упругие лепестки 10 цанги 5 имеют один выступ на внутренней поверхности или один выступ на внутренней и выступ на внешней поверхностях, тогда наконечник 4 войдет в зацепление с выступом, расположенным на внутренней поверхности упругих лепестков 10 цанги 5 (не показано).
Наконечник 4 перемещают вверх вместе с зацепленной цангой 5 до упора упругих лепестков 10 в верхнюю муфту 2. Упругие лепестки 10 цанги 5 находятся в положении упора с верхней муфтой 2, ограничивая тем самым перемещение наконечника 4 с захватывающим элементом 5 вверх. Данное положение свидетельствует о том, что предлагаемая конструкция находится в положении соединения.
Разъединяющее устройство при использовании иных дополнительных конструктивных элементов работает следующим образом.
На наконечник 4 устанавливают центрирующую гайку 18 и закрепляют ее в нижнем положении посредством фиксирующего элемента 8, затем сверху соединяют наконечник 4 с НКТ 20, а снизу соединяют с корпусом 1 посредством захватывающего элемента 5.
Корпус 1 соединяют с верхней муфтой 2 и прижимной гайкой 16, затем посредством нижней муфты 15 соединяют с пакерным устройством (не показано). Для предотвращения поворота пакера относительно корпуса 1 паз 17 на наконечнике 4 находится в зацеплении с фиксирующим элементом 8, расположенным в прижимной гайке 16. Пакер установили, осуществляют процесс разъединения следующим образом.
Пригружают поворотный пакер (ПГЕ-2 или ТХТ-2) колонной труб, например, на 2-3 т. При этом центрирующая гайка 18 упирается на прижимную гайку 16, а захватывающий элемент 5 находится в состоянии свободного зацепления с наконечником 4. После применения ударного инструмента, которым ударяют по гильзе 13, происходит отсоединение захватывающего элемента 5 от наконечника 4, и захватывающий элемент 5 падает вниз, например, на упорный элемент 14 в виде втулки с винтом (не показано) или на нижнюю муфту 15, расположенную внутри корпуса 1.
При необходимости подъема НКТ 20 для соединения наконечника 4 с корпусом 1, Разъединяющее устройство дополнительно пригружают, например, на 3 тонны, колонной труб и фиксирующие элементы 8, расположенные в центрирующей гайке 18, срезаются. При этом наконечник 4 доходит до захватывающего элемента 5, раскрывает упругие лепестки 10 и входит с ними в зацепление. Далее НКТ 20 вместе с наконечником 4 поднимают вместе со скважинным оборудованием, при этом захватывающий элемент 5 находится в положении упора с верхней муфтой 2.
Для облегчения проведения канатных работ через корпус 1 при условии, что не требуется дальнейшее соединение наконечника 4 с захватывающим элементом 5, и для предотвращения зацепления канатного инструмента за выступающие элементы, например, гильзу 13, используют любой ударный инструмент для того, чтобы создать условия для среза фиксирующего элемента 8, удерживающего гильзу 13 в основании 9 захватывающего элемента 5. В результате чего гильза 13 освобождается от основания 9, падает вниз, и тем самым увеличивается размер внутреннего диаметра проходного отверстия Разъединяющего устройства, что предотвращает зацепление канатного инструмента при его использовании.
Предлагаемое Разъединяющее устройство нашло широкое применение в многопакерных компоновках, установленных для одновременно раздельной добычи или закачки на многопластовых месторождениях нефти и газа.
Применение предлагаемой конструкции Разъединяющего устройства позволяет повысить надежность и эффективность осуществления процесса разъединения в различных скважинных установках за счет упрощения конструкции.