РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПЕРЕВОДНИКА СО СТВОЛОМ ПАКЕРА

Полезная модель относится к устройствам, применяемым в нефтяной промышленности, а именно к конструкциям пакеров, предназначенных для гидравлического разрыва пласта, тампонажных работ, кислотной обработки, испытания пласта, обнаружения негерметичности обсадной колонны.
Известно резьбовое соединение переводника со стволом покера, выполненное с использованием резьбы насосно-компрессорных труб (НКТ) по ГОСТ 633-80. Переводник имеет вид муфты с двумя резьбами НКТ по ГОСТ 633-80, одна из которых соединяется с ниппельным концом ствола, другая - с колонной насосно-компрессорных труб.
Такая схема соединения обеспечивает герметичность без дополнительных уплотнительных элементов за счет создания на охватывающей и охватываемой уплотнительных поверхностях диаметральной деформации. Однако выполнение такого соединения не обеспечивает гладкости проходного отверстия по всей длине пакера и образует перепад диаметров в месте соединения.
Известно соединение обсадных и насосно-компрессорных труб, включающее две соединяемые трубы и муфту, при этом соединение одной трубы с муфтой осуществляют посредством конической резьбы, а второй посредством цилиндрической резьбы с обеспечением герметизации непосредственно между соединяемыми трубами по двум поверхностям (патент РФ на полезную модель №20339).
Известное техническое решение предусматривает гладкопроходное соединение двух элементов равного внутреннего диаметра посредством третьего, однако соединение цилиндрической резьбой можно осуществить встык, а соединение конической резьбой с уплотнением и без образования зазора осуществить технологически сложно и трудоемко.
Известно соединение труб с технологическим замком, которое может быть применено при соединении ствола пакера с переводником, содержащее полую цилиндрическую муфту с внутренней резьбовой поверхностью на одном конце и полый цилиндрический переходник, снабженный внутренней резьбой для соединения с трубой с одной стороны, и наружной резьбой для взаимодействия с ответной внутренней резьбой полой цилиндрической муфты - с другой стороны, при этом внутренний проходной канал полой цилиндрической муфты имеет диаметр, равный внутреннему диаметру соединяемых труб. На переходных участках от гладкой поверхности к внутренней резьбе выполнены торцевые упорные поверхности, плоскости которых перпендикулярны или находятся под углом к оси, перпендикулярной оси муфты и переходника, для опоры торцевой поверхности стенки соединяемых труб при их вворачивании в муфту и переходник и при вворачивании переходника в муфту (патент РФ на изобретение №2293244).
Известное техническое решение также предусматривает гладкопроходное соединение двух элементов равного внутреннего диаметра посредством третьего, однако соединение цилиндрической резьбой можно осуществить встык, а соединение конической резьбой с уплотнением и без образования зазора осуществить технологически сложно и трудоемко.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является высокогерметичное резьбовое соединение труб, включающее охватываемую и охватывающую трубчатые детали с коническими или цилиндрическими резьбами и упорными торцами, наружную и внутреннюю уплотнительные поверхности. При этом на внутренней поверхности охватывающей детали со стороны ее свободного торца выполнен участок конусной формы, являющийся фаской и на котором выполнен сход резьбы. Поверхность указанного торца выполнена конусной с уклоном в сторону внешней поверхности охватывающей детали относительно вертикальной плоскости, проходящей поперек оси охватывающей детали, является ответной для конусной упорной поверхности торца охватываемой детали и имеет участок перехода от зоны полной резьбы к уплотнительной внутренней поверхности, выполненной конусной с расположением вершины конуса на оси охватывающей детали. Участок перехода, связанный с участком с полной резьбой, выполнен цилиндрическим с диаметром, большим диаметра резьбы, или в виде треугольной в сечении канавки, одна из наклонных стенок которой является участком схода резьбы, а на внешней поверхности охватываемой детали последовательно со стороны открытого торца выполнены ответная уплотнительной внутренней поверхности охватывающей детали уплотнительная наружная конусная поверхность и участок с полной резьбой выполнен с фасками в местах схода и связан с конусной упорной торцевой поверхностью этой детали через цилиндрический участок перехода, длина которого от зоны резьбы к конусной упорной торцевой поверхности меньше длины участка схода резьбы в направлении вдоль оси охватывающей детали (патент РФ на изобретение №2256767).
При реализации известного технического решения обеспечивается герметичность соединения, однако не достигается равнопроходность канала, образуемого при соединении, то есть гладкость внутренней поверхности проходного канала в зоне соединения труб.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является снижение интенсивности гидроабразивного износа ствола и повышение надежности пакера в целом.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении гладкого равнопроходного канала в месте соединения переводника со стволом пакера.
Поставленная задача решается тем, что резьбовое соединение переводника со стволом пакера, согласно техническому решению, включает две соединяемые детали-переводник и ствол пакера и, по крайней мере, один уплотнительный элемент для обеспечения герметичности и фиксирующий элемент для предотвращения развинчивания, при этом для размещения присоединительной части ствола пакера в переводнике со стороны торца в зоне контакта со стволом пакера выполнена цилиндрическая расточка с образованием ступенчатой упорной поверхности, включающая гладкую и резьбовую части, а присоединительная часть ствола пакера снабжена ответной резьбой. Уплотнительный элемент размещен в кольцевой канавке, выполненной в гладкой части расточки переводника или в гладкой присоединительной части ствола пакера. Резьба на стволе пакера и в расточке переводника может быть выполнена трапецеидальной или метрической. Упорная поверхность расточки переводника и взаимодействующая с ней торцевая поверхность ствола пакера представляют собой усечено-конические поверхности с углом наклона образующей конуса к радиальному направлению не более 25 или плоскопараллельные поверхности, расположенные перпендикулярно оси вращения ствола пакера.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг.1-2 схематично представлены сечения резьбового соединения с различными вариантами размещения уплотнительного элемента и различной формой торцевой поверхности цилиндрической расточки.
1 - переводник;
2 - ствол пакера;
3 - стопорный винт;
4 - уплотнительное кольцо;
5 - упорная торцевая поверхность;
6 - резьбовая часть расточки;
7 - канавка;
8 - гладкая часть расточки;
Резьбовое соединение представляет собой коммутационный узел, посредством которого соединяются ствол пакера 2 и колонна насосно-компрессорных труб. Ствол пакера 2 и колонна насосно-компрессорных труб, зачастую имеют различный диаметр. При соединении ствола пакера 2 посредством переводника 1 с колонной насосно-компрессорных труб, внутренний диаметр которых больше внутреннего диаметра ствола, создается резкий перепад диаметров и, как следствие, ускорение струи рабочей жидкости. Кроме того, в зоне перепада диаметров возникает турбулентное течение жидкости, вследствие чего значительно увеличивается интенсивность гидроабразивного износа ствола пакера 2. Заявляемое техническое решение предназначено для обеспечения гладкоствольности соединения. Переводник 1, как первый составной элемент, представляет собой муфту, с одной стороны снабженный внутренней цилиндрической расточкой со ступенчатым изменением внутреннего диаметра расточки. Расточка включает резьбовую часть 6 для обеспечения свинчивания со стволом пакера 2 и гладкую часть 8 для размещения уплотнительного элемента 4 и обеспечения герметизации соединения в целом. Расточку производят с образованием упорной торцевой поверхности 5, которая может быть выполнена как плоскопараллельной относительно взаимодействующей с ней торцевой поверхности ствола пакера, так и усечено-конической с углом наклона образующей конуса к радиальному направлению 15° (фиг.1). У сечено-коническая форма способствует более плотному соединению составных элементов и повышению герметичности соединения. При этом расточка выполнена таким образом, что ее диаметр соответствует диаметру присоединительной части (шейки) ствола пакера 2. Использование цилиндрической резьбы позволяет свинчивать детали до непосредственного контакта торцевой поверхности ствола пакера 2 и упорной торцевой поверхности расточки переводника. Резьба расточки 6 переводника выполнена трапецеидальной или метрической. Гладкая часть расточки 8 формируется от конца сбега резьбы до упорной торцевой поверхности 5 расточки. Для уплотнения соединения в гладкой части расточки выполнена круговая канавка, в которой размещен уплотнительный элемент, представляющий собой, например, резиновое кольцо. Второй составной элемент резьбового соединения - ствол пакера, в верхней части которого также выполнена цилиндрическая резьба соответствующего среднего диаметра. Перед резьбой ствол имеет гладкую поверхность, оканчивающуюся торцевой поверхностью, форма которой соответствует форме упорной торцевой поверхности расточки переводника. Уплотнительный элемент 4 может быть помещен в канавку 7, выполненную на гладкой поверхности ствола пакера.
При свинчивании составных элементов резьбового соединения упорные торцевые поверхности уплотняются, образуя гладкое проходное отверстие в месте соединения переводника и ствола пакера. В качестве фиксирующих элементов использованы стопорные винты 3, размещенные в зоне контакта переводника и ствола пакера и предотвращающие самопроизвольное развинчивание переводника и ствола.
Устройство работает следующим образом.
В канавку 7, выполненную на гладкой поверхности ствола пакера или в гладкой части расточки 8 переводника устанавливают уплотнительное кольцо 4, на резьбы составных элементов соединения наносят смазку, обеспечивающую дополнительную герметизацию соединения и предохраняющую соединение от задиров и коррозии. Производят свинчивание переводника 1 и ствола пакера 2, после чего резьбовое соединение окончательно закрепляют при помощи механического ключа с заданной величиной момента вращения. Затем устанавливают стопорные винты 3, и спускают пакер с закрепленным на нем переводником 1 в обсадную колонну на насосно-компрессорных трубах. После установки пакера в рабочее положение происходит герметичное разобщение скважины. При проведении гидравлического разрыва пласта производят нагнетание рабочей жидкости, имеющей гидроабразивную составляющую, в обрабатываемую зону под высоким (до 70 МПа) давлением. Жидкость выходит из трубы НКТ большего диаметра и попадает в сужение переводника, по которому гидроабразивный поток, ускоряясь, движется дальше. Так как рабочая жидкость в своем составе имеет керамический песок (проппант), то наличие каких бы то ни было выступов и преград на пути движения потока способствует их более интенсивному разрушению и износу. Заявляемое техническое решение обеспечивает беспрепятственное движение потока жидкости по стволу пакера, так как жидкость движется по гладкому стволу, не разрушая оборудования.
Пример конкретного выполнения.
Изготовлен пакер типа ПГЕ-3-132, в котором соединение переводника со стволом пакера реализовано при помощи заявляемого резьбового соединения. Переводник имеет внешний диаметр 88 мм, внутренний диаметр 48 мм, диаметр расточки составляет 62 мм, глубина расточки 116 мм. Ствол пакера снабжен цилиндрической трапецеидальной однозаходной резьбой, выполненной с наружным диаметром 66 мм и шагом 3 мм. Торцы расточки переводника и ствола пакера скошены под углом 15° к радиальному направлению. В качестве уплотнительных элементов использовано уплотнительное кольцо диаметром 70 мм, и устанавливаемое в канавку переводника, выполненное из резиновой смеси.