УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ И СВЯЗАННЫЕ С НИМ СИСТЕМА И СПОСОБ
PRESSURE EQUALISATION DEVICE AND RELATED SYSTEM AND METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к применяемому оборудованию и выполнению работ при эксплуатации подземной скважины, и, как описано в нижеприведенном примере, в частности - к устройству для выравнивания давления и связанным с ним системе и способу.
Предпосылки создания изобретения
В некоторых случаях требуется изолировать часть скважинного прибора от окружающей его скважинной среды, но так, чтобы при этом не образовался перепад давления между скважинной средой и изолированной частью скважинного прибора. Таким образом, в этих условиях требуется как изоляция текучей среды, так и выравнивание давления. Специалисту будет понятно, что задача улучшения известных устройств для выравнивания давления, применяемых в скважинных приборах, не теряет своей актуальности.
Сущность изобретения
Ниже раскрывается устройство для выравнивания давления, усовершенствованное по сравнению с уровнем техники. В одном раскрытом ниже примере реализации изобретения множество отдельных отверстий объединены в непрерывный проточный канал. В другом раскрытом ниже примере реализации изобретения продольные отверстия выполнены в соответствующих отдельных трубах.
Один аспект изобретения состоит в том, что раскрытое ниже устройство для выравнивания давления предназначено для применения со скважинным прибором в подземной скважине. Данное устройство может иметь множество отдельных отверстий, проходящих в продольном направлении и образующих непрерывный проточный канал, меняющий направление между указанными отверстиями, причем указанные отверстия соединяются на своих противоположных концах.
Другой аспект изобретения состоит в том, что раскрытая ниже скважинная система может содержать скважинный прибор, имеющий камеру, в которой находится узел, окруженный диэлектрической первой текучей средой. Устройство для выравнивания давления может содержать проточный канал, имеющий противоположные концы, один из которых соединяется с указанной камерой, а второй соединяется с источником второй текучей среды, причем указанный проточный канал проходит в чередующихся противоположных направлениях между указанными противоположными концами через множество отдельных отверстий.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что предложен способ установки скважинного прибора в скважине, причем данный способ может включать в себя прикрепление оправки к скважинному прибору, далее спуск подвешенного на указанной оправке указанного скважинного прибора, по меньшей мере, частично, в скважину и затем прикрепление указанного устройства для выравнивания давления к указанной оправке, причем проточный канал указанного устройства соединяется с камерой указанного скважинного прибора, содержащей собранный узел.
Эти и другие признаки, преимущества и выгоды будут понятны специалисту после ознакомления с подробным описанием нижеприведенных вариантов реализации изобретения и соответствующими чертежами, в которых одинаковые элементы на различных чертежах обозначены одними и теми же номерами позиций.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 частично представлена в разрезе скважинная система и проиллюстрирован соответствующий способ, воплощающие принципы настоящего изобретения.
На фиг.2 представлены устройство для выравнивания давления и скважинный прибор, которые могут использоваться в данной скважинной системе и в данном способе.
На фиг.3A-3C представлены разрезы устройства для выравнивания давления, которое может воплощать принципы настоящего изобретения.
На фиг.4 представлен поперечный разрез устройства для выравнивания давления, взятый по линии 4-4 на фиг.3B.
На фиг.5 представлен поперечный разрез устройства для выравнивания давления, взятый по линии 5-5 на фиг.3C.
На фиг.6A, 6B представлены разрезы устройства для выравнивания давления, имеющего другую конфигурацию.
На фиг.7 представлен поперечный разрез устройства для выравнивания давления, сделанный по линии 7-7, приведенной на фиг.6В.
На фиг.8 представлен вид с торца устройства для выравнивания давления, имеющего другую конфигурацию.
На фиг.9A, 9B представлены разрезы устройства для выравнивания давления, сделанные по линии 9-9, приведенной на фиг.8.
На фиг.10A, 10B представлены вертикальные проекции устройства для выравнивания давления, приведенного на фиг.8.
На фиг.11A, 11B представлены вертикальные проекции устройства для выравнивания давления, приведенного на фиг.8, и разрез оправки.
Подробное раскрытие изобретения
На фиг.1 показан пример скважинной системы 10 и проиллюстрирован соответствующий способ, причем указанные система и способ могут воплощать принципы настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, в стволе 14 скважины расположена трубчатая колонна 12. С трубчатой колонной 12 соединен скважинный прибор 16.
Скважинный прибор 16 может представлять собой скважинный прибор любого вида (например, эксплуатационную задвижку, предохранительный клапан, дроссель, регулирующий клапан нагнетающего трубопровода и т.д.), датчик, телеметрическое устройство и т.п. или любое сочетание вышеперечисленных устройств. В приведенном примере скважинный прибор 16 является предохранительным клапаном для выборочного пропускания и блокировки потока через внутренний продольный проточный канал 18 трубчатой колонны 12 (например, при помощи перекрывающего проточный канал запорного приспособления 17, такого как заслонка или шар).
В скважинном приборе 16 имеется камера 20. Требуется, чтобы в скважинной системе 10 между камерой 20 и проточным каналом 18 или кольцевым пространством 22, образованным в радиальном направлении между трубчатой колонной 12 и стволом 14 скважины, поддерживалось равенство давлений. Для этого между камерой 20 и каналом 18 или кольцевым пространством 22 присоединяют устройство 24 для выравнивания давления.
Устройство 24 используется для выравнивания давления и при этом предотвращает поступление текучей среды из канала 18 или кольцевого пространства 22 среды в камеру 20. Например, в камере 20 может находиться оборудование, которое может быть повреждено или выведено из строя при контакте с текучей средой в случае попадания текучей среды в камеру 20 из канала 18 или кольцевого пространства 22.
На фиг.2 схематически представлены в увеличенном масштабе скважинный прибор 16 и устройство 24 для выравнивания давления отдельно от остальной части скважинной системы 10. В данном случае показано, что камера 20 содержит одну текучую среду 26, практически полностью заполняющую проточный канал 30 внутри трубы 32 устройства 24. Другая текучая среда 28 поступает из источника текучей среды (например, канала 18 или кольцевого пространства 22 и др.).
Один конец 34 проточного канала 30 соединен с камерой 20, а противоположный конец 36 проточного канала соединен с источником текучей среды 28. Между своими концами 34 и 36 проточный канал 30 проходит поочередно вверх и вниз.
В этом примере в камере 20 находится электрический узел 38 (например, содержащий электрическую цепь 40 с электронными приборами и электрический двигатель 42, которые могут использоваться для управления запорным приспособлением 17), а текучая среда 26 представляет собой диэлектрическую текучую среду, предназначенную для создания изолирующей оболочки вокруг указанного узла и обеспечения теплопередачи при передаче давления с целью предотвращения резких перепадов давления вдоль стенок указанной камеры. Текучая среда 28, напротив, может представлять собой скважинную текучую среду, которая является агрессивной и/или токопроводящей и может повредить узел 38 или, по меньшей мере, вывести его из строя.
Дополнительно или альтернативно, в камере 20 может быть установлен механический узел 43 (например, вал 45, штанги, магниты, пружины и т.п.). Данный узел, таким образом, может быть защищен от воздействия текучей среды 28. Если в камере 20 находится только механический узел 43, то текучая среда 26 необязательно должна представлять собой диэлектрическую текучую среду, а, предпочтительно, может представлять собой, по меньшей мере, чистую текучую среду, предотвращающую повреждение, износ, заклинивание и т.п. механического узла 43.
Следует отметить, что устройство 24 позволяет передавать давление через проточный канал 30, но препятствует перемещению текучей среды 28 к концу 34 указанного проточного канала и в камеру 20. Из-за направленных вверх и вниз участков волнообразного проточного канала 30 между его концами 34, 36 текучая среда 28, перемещающаяся от конца 36 к концу 34, протекает поочередно вверх и вниз множество раз.
Поскольку текучие среды 26, 28, предпочтительно, имеют разные плотности, ожидается только одно восходящее или нисходящее перемещение текучей среды 28, обусловленное различными плотностями текучих сред и силой тяжести, действующей на эти текучие среды. Текучая среда 28 может переместиться несколько дальше по проточному каналу 30 под действием давления, передаваемого от источника текучей среды (например, проточного канала 18 или кольцевого пространства 22) в камеру 20, однако ожидается, что граница 44 раздела между текучими средами 26, 28 в трубе между противоположными концами 34, 36 сохранится.
Проточный канал 30 также может обеспечивать канал для протяжки какой-либо линии (электрической линии или оптоволоконной линии) в камеру 20. Данная особенность позволяет обойтись без каких-либо дополнительных перфораций стенок камеры 20, например, для подвода питания и/или обеспечения обмена данными с узлом 38.
На фиг.3A-3C более подробно показаны разрезы одного из примеров устройства 24 для выравнивания давления. Как и другие конфигурации устройства 24 для выравнивания давления, раскрытого в настоящем документе и показанного на чертежах, пример конфигурации устройства 24, приведенный на фиг.3A-3C, может использоваться в скважинной системе 10, показанной на фиг.1, или может использоваться в других скважинных системах. Таким образом, следует четко понимать, что принципы настоящего изобретения не ограничиваются какими-либо частными особенностями скважинной системы 10, описанной выше или показанной на соответствующих чертежах.
В конфигурации устройства 24 для выравнивания давления, приведенной на фиг.3A-3C, имеется множество отверстий 44, проходящих в продольном направлении через в целом трубчатую конструкцию 46. Как показано на фиг.4, где приведено увеличенное изображение разреза устройства 24, отверстия 44 отстоят друг от друга и распределены по окружности в конструкции 46.
К отверстиям 44 на противоположных концах конструкции 46 при помощи соединителей 52 прикреплены торцевые крышки 48, 50. В торцевых крышках 48, 50 имеются каналы 54, соединяющие соседние пары указанных отверстий.
Каналы 54 соединяют соседние пары отверстий 44, чередующихся между торцевыми крышками 48, 50, при этом проточный канал 30 проходит в противоположных направлениях - вперед-назад - последовательно через указанные отверстия. Проточный канал 30 меняет направление на противоположное в каналах 54 торцевых крышек 48, 50.
В одном из отверстий 44, соединенном с концом 36, установлен фильтр 56. Текучая среда 28 поступает в конец 36 и фильтруется посредством фильтра 56. Предпочтительно, отверстия 44 заполняются текучей средой 26 до установки устройства 24 для выравнивания давления в стволе 14 скважины, вследствие чего ожидается, что текучая среда 28 не переместится на значительное расстояние по проточному каналу 30, то есть переместится не более чем на одну перемену направления траектории движения текучей среды в торцевых крышках 48, 50.
Относительно большой диаметр отверстия 44 обеспечивает значительный объем текучей среды 26, а также обеспечивает почти мгновенное выравнивание давления между камерой 20 и источником текучей среды 28. Данное свойство мгновенного выравнивания давления по стенкам камеры 20 особенно важно для обеспечения эффективной работы скважинного прибора 16 в случаях, когда одна или несколько стенок камеры 20 не могут выдерживать значительные перепады давления.
На фиг.3C показано, что в нижней торцевой крышке 50 установлена разрывная мембрана 58, совмещенная с нижним концом отверстия 44, в котором находится фильтр 56. Разрывная мембрана 58 обеспечивает сообщение текучей среды с проточным каналом 30, даже если фильтр 56 или конец 36 указанного проточного канала оказываются заблокированными.
Если конец 36 проточного канала 30 соединен с кольцевым пространством 22, то давление между камерой 20 и кольцевым пространством 22 выравнивается. Однако в случае засорения фильтра 56 это выравнивание давления нарушается. Открытие разрывной мембраны (например, вследствие увеличения давления в кольцевом пространстве 22, в результате чего происходит разрушение указанной разрывной мембраны) может восстановить сообщение между проточным каналом 30 и указанным кольцевым пространством.
На фиг.5 показано, что конец 34 проточного канала 30 выходит из нижней торцевой крышки 50. Конец 34 соединен в торцевой крышке с последним отверстием 44 из последовательности отверстий, начинающейся с отверстия, соединенного с концом 36, и распределенной по часовой стрелке, как показано на фиг.4.
Между первым и последним отверстиями 44 в указанной последовательности отверстий выполнено продольное углубление 60, обеспечивающее пространство для прохождения линий 62 в продольном направлении вдоль устройства 24. Линии 62 могут представлять собой, например, электрические, гидравлические, оптические линии или линии другого вида и могут использоваться для управления работой скважинного прибора 16 и/или для подвода питания к скважинному прибору 16 (например, для соединения с электрическим узлом 38).
Конструкция 46 и торцевые крышки 48, 50 опираются на в целом трубчатую оправку 64 и прикреплены к ней. На противоположные концы оправки 64 может быть нанесена резьба для присоединения устройства 24 в трубчатой колонне 12. В другой конфигурации, раскрытой ниже, оправка 64 также может использоваться для введения скважинного прибора 16 в верхний конец ствола 14 скважины.
На фиг.6A, 6B представлены противоположные концы устройства 24 для выравнивания давления, имеющего конфигурацию согласно другому варианту исполнения заявленного изобретения. Конфигурация устройства 24, приведенная на фиг.6A, 6B, во многом аналогична конфигурации, приведенной на фиг.3A-5, и отличается от нее, по меньшей мере, тем, что вместо отверстий 44, выполненных в конструкции 46, отверстия в конфигурации, показанной на фиг.6A, 6B, выполнены в отдельных трубах 66.
На фиг.7 показано расположение труб 66, распределенных по окружности вокруг оправки 64. Следует отметить, что отверстия 44 отстоят друг от друга и распределены по окружности аналогично конфигурации, показанной на фиг.4.
Устройство 24 в конфигурации, показанной на фиг.6A, 6B, работает аналогично тому, как функционирует устройство 24 в конфигурации, показанной на фиг.3A-3C, при этом проточный канал 30 последовательно проходит через отверстия 44 в направлениях, которые чередуются, меняясь на противоположные в торцевых крышках 48, 50 на противоположных концах труб 66.
На фиг.8-11B показан пример еще одной конфигурации устройства 24 для выравнивания давления. Конфигурация устройства 24, приведенная на фиг.8-11 В, во многом аналогична конфигурации, приведенной на фиг.6A-7, и отличается от нее, по меньшей мере, тем, что торцевые крышки 48, 50, трубы 66 и соединители 52 не проходят по всей окружности вокруг оправки 64.
Как показано на фиг.8 (на виде с торца устройства 24), торцевая крышка 48 имеет полукруглую форму. Вторая торцевая крышка 50 в данном примере имеет такую же полукруглую форму, а трубы 66 и соединители 52 распределены лишь частично по окружности вокруг оправки 64, когда устройство 24 полностью собрано.
На фиг.9A, 9B представлены в разрезе противоположные концы устройства 24. На этих видах показано, что конструкция устройства 24 в конфигурации 8-11B аналогична конструкции устройства 24 в конфигурации 6A-7. Однако торцевые крышки 48, 50 выполнены с возможностью размещения в них креплений, используемых для фиксации на оправке 64.
На фиг.10A, 10B представлены виды сбоку торцевых крышек 48, 50, труб 66 и соединителей 52. На этих видах показано, что к торцевым крышкам 48, 50 прикреплены фиксаторы 68, при этом данные торцевые крышки вместе с трубами 66 и соединителями 52 могут прикрепляться к оправке 64 как единый блок.
На фиг.11A, 11B торцевые крышки 48, 50, трубы 66 и соединители 52 изображены прикрепленными к наружной поверхности оправки 64. Таким образом, оправка 64 может использоваться как монтажный переводник для подъема скважинного прибора из скважины, подвешивания скважинного прибора в скважине и введения скважинного прибора в скважину.
Предпочтительно, чтобы оправка 64 соединялась со скважинным прибором 16 (например, путем ввинчивания нижнего конца оправки в верхний конец скважинного прибора), при этом оправка может использоваться для подъема скважинного прибора в положение (например, в вышке для бурения) над стволом 14 скважины, после чего указанная оправка может использоваться для спуска указанного скважинного прибора, по меньшей мере, частично, в скважину.
Устройство 24 для выравнивания давления затем может прикрепляться к оправке 64, а конец 36 проточного канала 30 может соединяться с камерой 20 в скважинном приборе 16. Фиксаторы 68 могут оставаться на устройстве 24 при установке данного устройства в скважине, или фиксаторы 68 могут быть сняты после прикрепления указанного устройства к оправке 64.
Теперь становится совершенно понятным, что раскрытое выше изобретение обеспечивает значительное усовершенствование уровня техники проектирования систем для выравнивания давления, предназначенных для применения в скважинах. Раскрытое выше устройство 24 для выравнивания давления обеспечивает быстрое выравнивание давления между камерой 20 и источником текучей среды 28, тем самым минимизируя любые перепады давления, и обеспечивает значительный объем текучей среды 26 с предотвращением попадания текучей среды 28 в указанную камеру.
Вышеприведенное описание раскрывает скважинную систему 10, которая может включать в себя скважинный прибор 16 с камерой 20, вмещающей в себя узлы 38, 43, окруженные диэлектрической первой текучей средой 26. Устройство 24 для выравнивания давления может содержать проточный канал 30, имеющий первый и второй противоположные концы 34, 36, причем первый конец 34 соединяется с камерой 20, второй конец 36 соединяется с источником второй текучей среды 28, а проточный канал 30 проходит в чередующихся противоположных направлениях между первым и вторым концами 34, 36 через множество отдельных отверстий 44.
Отверстия 44 могут быть выполнены в трубах 66. Отверстия 44 могут быть разнесены по окружности.
Проточный канал 30 может поочередно проходить через соответствующие последовательные отверстия 44 попеременно вверх и вниз.
Отверстия 44 могут быть выполнены с помощью множества соответствующих труб 66, проходящих, по меньшей мере, по части окружности вокруг оправки 64. Трубы 66 могут быть сцеплены с оправкой 64, оправка 64 может быть прикреплена к скважинному прибору 16, скважинный прибор 16 может содержать предохранительный клапан.
Источник второй текучей среды 28 может содержать внутренний продольный канал трубчатой колонны и/или кольцевое пространство между трубчатой колонной и стволом скважины. Вторая текучая среда 28 может поступать во второй конец 36 проточного канала 30, но при этом предотвращается ее поступление в первый конец 34 проточного канала 30. Плотность первой текучей среды 26 может отличаться от плотности второй текучей среды 28.
Соседние пары отверстий 44 могут сообщаться друг с другом.
Указанный узел может содержать электрический узел 38 и/или механический узел 43.
В раскрытом выше изобретении также описано устройство 24 для выравнивания давления, предназначенное для применения вместе со скважинным прибором 16 в подземной скважине. Устройство 24 может иметь множество отдельных отверстий 44, проходящих в продольном направлении и образующих непрерывный проточный канал 30, меняющий направление между отверстиями 44, причем отверстия 44 соединены между собой на своих противоположных концах.
Устройство 24 может иметь фильтр 56, фильтрующий вторую текучую среду 28, и разрывную мембрану 58, подвергающуюся воздействию проточного канала 30 между фильтром 56 и первым концом 34 проточного канала 30.
Выше был раскрыт способ установки скважинного прибора 16 в скважине. Данный способ может включать в себя прикрепление оправки 64 к скважинному прибору 16, затем спуск подвешенного на оправке 64 скважинного прибора 16, по меньшей мере, частично, в скважину, и далее прикрепление к оправке 64 устройства 24 для выравнивания давления, причем проточный канал 30 устройства 24 соединяется с камерой 20 скважинного прибора 16, содержащей узел 38, 43.
Указанный способ может включать в себя увеличение давления в скважине, в результате чего открываются отверстия 44 для сообщения с источником второй текучей среды 28.
Следует понимать, что различные вышеописанные примеры могут использоваться с различной ориентацией, в том числе наклонной, перевернутой, горизонтальной, вертикальной и т.п., а также применяться в разных конфигурациях, не отклоняясь от сущности настоящего изобретения. Варианты реализации изобретения, приведенные на чертежах, изображены и описаны только в качестве примеров практического применения принципов настоящего изобретения, которые не ограничиваются какими-либо конкретными особенностями данных вариантов реализации изобретения.
В вышеприведенном описании вариантов реализации изобретения слова, соответствующие указателям направления, такие как «над», «под», «верхний», «нижний» и т.п., использованы для удобства обращения к сопроводительным чертежам.
Безусловно, что после тщательного изучения вышеприведенного описания вариантов реализации заявленного изобретения специалисту будет понятно, что отдельные компоненты данных конкретных вариантов реализации изобретения могут быть модифицированы, дополнены, заменены, исключены, а также в данные конкретные варианты реализации изобретения могут быть внесены другие изменения в рамках принципов настоящего изобретения. Соответственно, вышеприведенное описание используется в качестве примера и предназначено для более ясного понимания сути изобретения, причем суть и объем настоящего изобретения ограниваются исключительно признаками, изложенными в формуле изобретения, и их эквивалентами.