Устройство улавливания механических примесей
DEVICE FOR TRAPPING MECHANICAL IMPURITIES

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, используется при освоении и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, проведении различных технологических операций, предназначено для улавливания и удержания механических примесей в межтрубном пространстве добывающих скважин между колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной и для недопущения их оседания на ниже установленный пакер или другое оборудование.
Известен газопесочный якорь скважинного насоса (патент РФ №65128, МПК Е21В 43/34, опубликован 27.07.2007) для защиты скважинного насоса от вредного действия газа, песка, парафино-смолистых осадков и попадающего в скважину мусора. Газопесочный якорь скважинного насоса включает закрытую снизу наружную трубу с радиальными впускными отверстиями и внутреннюю трубу для направления скважинной жидкости из нижней части наружной трубы в насос, впускные отверстия наружной трубы закрыты фильтрующей сеткой, причем в кольцевом пространстве между наружной трубой и сеткой установлены разделительные кольца, размещенные непосредственно под каждым рядом впускных отверстий наружной трубы. Внутренняя труба установлена в наружной трубе с обеспечением свободы осевого перемещения. Устанавливается якорь под насосное оборудование. Газопесочный якорь скважинного насоса позволяет повысить коэффициент подачи насоса и увеличить межремонтный период работы скважины.
Недостатком известного якоря является невозможность защиты от присыпания пакерного оборудования песком и мусором, в случае попадания которых в плашки и между ними возникает заклинивание и распакеровка пакера стандартным методом становится невозможной.
Известен уловитель механических примесей (патент РФ №137939, МПК Е21В 43/08, опубликован 27.02.2014), предназначенный для улавливания механических примесей в межтрубном пространстве добывающих скважин между колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной. Он состоит из патрубка насосно-компрессорной трубы, двух или более фильтрующих элементов, состоящих из двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями и внешним диаметром равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны, зажимаемых металлическими кольцами, присоединяемыми к патрубку с помощью сварки, при этом между резиновыми кольцами установлено кольцо из металлической сетки. Уловитель имеет центраторы, представляющие собой прямоугольные металлические призмы, присоединяемые к патрубку с помощью сварки, выше и ниже фильтрующих элементов.
Известен надпакерный уловитель механических примесей (патент РФ №166989, МПК Е21В 37/00, опубликован 20.12.2016), предназначенный для улавливания механических примесей над пакером в межтрубном пространстве нагнетательных скважин  между колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной. Надпакерный уловитель состоит из патрубка насосно-компрессорной трубы, фильтрующих элементов с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны. Причем фильтрующие элементы состоят из двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, зажимаемых металлическими кольцами и присоединяемых к патрубку насосно-компрессорной трубы с помощью сварки, при этом между резиновыми кольцами установлено кольцо из металлической сетки. Устройство также содержит дополнительный подгоночный патрубок, имеющий внутреннее полимерное покрытие, и жестко установленный внутри патрубка насосно-компрессорной трубы. Причем упомянутый подгоночный патрубок выполнен с возможностью установки на насосно-компрессорных трубах с внутренним полимерным покрытием.
Недостатком известных уловителей механических примесей (патенты №137939 и №166989) является постоянный контакт резиновых колец с эксплуатационной колонной, что может мешать транспортировке устройства в заданный интервал и возможен эффект поршневания при спуске и подъеме устройства.
Авторам настоящего изобретения не известны устройства для защиты от присыпания пакерно-якорного и другого нижерасположенного скважинного оборудования, которые можно выбрать за прототип к заявляемому изобретению.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности работы нижерасположенного оборудования в скважине, защиту от присыпания механическими примесями, возможность установки в любые пакерные компоновки, в том числе автономные, выполнение устройства гидравлически уравновешенным, то есть превышение давления внутри устройства над давлением снаружи и наоборот, не может перевести его в транспортное положение, исключение эффекта поршневания при спуске и подъеме устройства, кроме того, устройство имеет механизм регулирования нагрузки активации и деактивации.
Технический результат достигается устройством улавливания механических примесей, состоящим из кожуха, оканчивающегося ниппельной частью, корпуса, муфты, полого штока, соединенного в верхней части с муфтой, в нижней части – с втулкой, установленной между штоком и кожухом, причем шток имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса с кожухом, в штоке выполнены радиальные каналы, сообщающиеся с кольцевой камерой между штоком и кожухом, в которой установлен поршень, взаимодействующий с торцом втулки, в верхней части штока установлен уплотнительный элемент, а в средней части шток имеет кольцевой выступ, взаимодействующий с внутренним буртиком цанги, установленной в корпусе.
Кроме того, уплотнительный элемент имеет сквозные отверстия и внутреннюю полость.
Кроме того, в отверстиях кожуха установлены фиксаторы, упирающиеся в продольные пазы, выполненные на наружной поверхности втулки.
Изобретение поясняется фигурой, на которой приведена принципиальная схема заявляемого устройства.
Устройство улавливания механических примесей состоит из кожуха 1, оканчивающегося ниппельной частью для соединения с нижерасположенным скважинным оборудованием (на фиг. не показано), корпуса 2, уплотнительного элемента 3, полого штока 4, муфты 5.  Шток 4 в верхней части соединен с муфтой 5, в нижней части – со втулкой 6, установленной между штоком 4 и кожухом 1. Шток 4 установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 2 с кожухом 1. Шток 4 имеет радиальные каналы 7, сообщающиеся с кольцевой камерой 8 между штоком 4 и кожухом 1, в которой установлен поршень 9, взаимодействующий с торцом втулки 6. Радиальные каналы 7 в штоке 4, кольцевая камера 8, поршень 9 и втулка 6 образуют уравнительный узел. Герметичность уравнительного узла достигается уплотнительными кольцами 10, 11, 12, 13, 14 и 15. Уравнительный узел служит для обеспечения компенсации перепада давления в трубном и затрубном пространстве. В отверстиях кожуха 1 установлены фиксаторы 16, упирающиеся в продольные пазы 17, выполненные на наружной поверхности втулки 6, для обеспечения возможности передачи крутящего момента на ниже установленное оборудование. Уплотнительный элемент 3, установленный в верхней части штока 4, имеет сквозные отверстия 18 и внутреннюю полость 19 для увеличения сжимаемости уплотнительного элемента 3 при создании нагрузки на устройство. Для фиксации положения устройства в рабочем положении шток 4 в средней части имеет кольцевой выступ 20, взаимодействующий с внутренним буртиком 21 цанги 22, установленной в корпусе 2. Цанговое зацепление является одновременно механизмом регулирования нагрузки активации и деактивации, то есть заменой данного узла можно регулировать нагрузку при посадке и срыве устройства.
Устройство работает следующим образом.
На колонне насосно-компрессорных или бурильных труб (на фиг. не показано) устройство спускают на требуемую глубину в составе компоновки подземного оборудования, причем заявляемое устройство устанавливают над тем оборудованием, которое необходимо защитить от мехпримесей в процессе эксплуатации. При создании осевой нагрузки на колонну, которая передается на муфту 5 и шток 4 с втулкой 6, внутренний буртик 21 цанги 22 взаимодействует с кольцевым выступом 20 штока 4 и проскакивает его снизу вверх. Шток 4 фиксируется в рабочем положении, при этом уплотнительный элемент 3 сжимается, тем самым перекрывая межтрубное пространство и защищая нижерасположенное скважинное оборудование от механических примесей. При превышении трубного давления над затрубным давлением, под действием давления жидкости, поступающей через радиальные каналы 7 в кольцевую камеру 8, поршень 9 перемещается вниз, далее передает усилие на втулку 6, связанную со штоком 4, таким образом происходит гидравлическое уравновешивание части усилия, воспринимаемого штоком 4 от давления жидкости, благодаря чему шток 4 остается в рабочем положении, в зацеплении с цангой 22, а уплотнительный элемент 3 − в сжатом состоянии.
Для перевода устройства в транспортное положение необходимо на колонну труб создать растягивающее усилие. При растяжении внутренний буртик 21 цанги 22 выходит из зацепления с кольцевым выступом 20 штока 4. Необходимо затратить некоторое время для того, чтобы уплотнительный элемент 3 пришел в исходное положение, и затем поднимать устройство на поверхность.
Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационной надежности нижерасположенного оборудования в скважине, защиту от присыпания механическими примесями, возможность установки в любые пакерные компоновки, в том числе автономные, гидравлическое равновесие и независимость от перепадов трубного и затрубного давлений, исключение эффекта поршневания при спуске и подъеме устройства, а также возможность регулирования нагрузки активации и деактивации.