ЛУБРИКАТОР ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ

Описание изобретения
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах приборами и инструментами на геофизическом кабеле.
Известен лубрикатор, имеющий уплотнитель геофизического кабеля, состоящий из корпуса, содержащего соединенные между собой сменные втулки с калиброванным внутренним отверстием под геофизический кабель. Через нагнетательный штуцер в уплотнитель подается уплотнительная смазка, вязкость которой выше вязкости скважинной среды. После прохода уплотнительной смазки через зазор между геофизическим кабелем и внутренними стенками калиброванных втулок, смазка отводится из уплотнителя лубрикатора через отводной штуцер. Подача уплотнительной смазки производится под давлением, превышающим устьевое давление скважины при помощи насосной станции, которая соединена с нагнетательным штуцером уплотнителя рукавом нагнетательной линии (Ю.В.Зайцев и др. «Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением». Стр.170-172. М., Недра 1982).
Упомянутый уплотнитель геофизического кабеля позволяет снизить утечки скважинного флюида в атмосферу при движении геофизического кабеля за счет перемещения в зазоре между геофизическим кабелем и калиброванными втулками нагнетаемой под избыточным давлением густой уплотнительной смазки, которая создает гидравлический затвор.
Недостатком описанного уплотнителя является то, что эффективность герметизации геофизического кабеля зависит от степени замещения скважинной среды в щелевом зазоре между геофизическим кабелем и стенками калиброванных втулок. При работе на скважинах с высоким устьевым давлением, количество и общую длину калиброванных втулок приходится увеличивать. Обеспечить полное замещение скважинной среды уплотнительной смазкой в щелевом зазоре через один нагнетательный штуцер не всегда удается, что приводит к утечкам скважинной среды в атмосферу в виде периодических выбросов.
Известен также лубрикатор, уплотнитель которого включает калиброванные втулки и два нагнетательных штуцера: верхний и нижний, соединенные каждый своим нагнетательным рукавом со своим насосом. (Каталог продукции ASEP Eimar 2010 National Oilwell Varco, Модуль управления консистентной смазкой серии 15).
Такое устройство позволяет получить более качественное заполнение щелевого зазора между геофизическим кабелем и калиброванными втулками, по сравнению с ранее упомянутым уплотнителем и за счет этого обеспечить надежную герметизацию кабеля и предотвратить утечки скважинной среды в атмосферу.
Недостатком устройства является необходимость использования насосной станции с двумя одновременно работающими нагнетательными насосами и двумя нагнетательными рукавами. Кроме того требуется обеспечить автоматическое регулирование их совместной работы, поскольку насосы, работая на один уплотнитель, влияют друг на друга, что сказывается на их производительности. Одновременная работа двух насосов вызывает повышенный расход электрической энергии. Указанные выше факторы существенно усложняют и удорожают лубрикатор, увеличивают расходы при его эксплуатации. Это ограничивает возможности применения лубрикаторов с подобными уплотнителями, делая оправданным их использование только в исключительных случаях, на скважинах со сверхвысоким устьевым давлением в 100-150 МПа.
Современная практика проведения геофизических исследований ставит задачи по сокращению затрат на проведение работ с одновременным улучшением экологической обстановки: снижением утечек скважинной среды в атмосферу.
Сущностью изобретения является улучшение герметизирующей способности лубрикатора, улучшение экологической обстановки при проведении геофизических исследований и одновременная минимизация затрат на изготовление лубрикатора и проведение исследований.
Это достигается тем, что в лубрикаторе, содержащим превентор, приемную камеру, станцию подачи уплотнительной смазки (насосную станцию) с соединительными рукавами высокого давления и уплотнитель с калиброванными втулками, верхним и нижним нагнетательными штуцерами, уплотнитель снабжается гидравлическим распределителем уплотнительной смазки, сообщенным посредством рукавов высокого давления со станцией подачи уплотнительной смазки и нагнетательными штуцерами уплотнителя.
Гидравлический распределитель выполнен в виде подпружиненного золотника с нормально открытым клапаном, сообщенным с верхним нагнетательным штуцером уплотнителя и нормально закрытым клапаном, сообщенным с нижним нагнетательным штуцером уплотнителя. Такое выполнение распределителя позволяет обеспечить качественное заполнение щелевого зазора в калиброванных втулках уплотнителя лубрикатора при использовании в составе лубрикатора станции подачи уплотнительной смазки с одним работающим нагнетательным насосом. Использование одного насоса существенно упрощает и удешевляет станцию подачи уплотнительной смазки, упрощает и удешевляет эксплуатацию лубрикатора, улучшает экологическую ситуацию при проведении геофизических исследований.
Изобретение было реализовано при изготовлении и испытании лубрикатора в полевых условиях.
На фиг.1 представлена схема уплотнителя лубрикатора в разрезе. Уплотнитель включает муфту 1, в которой закреплен кожух 2. В кожухе 2 размещены калиброванные втулки 3. Калиброванные втулки 3 входят в закрепленную на кожухе 2 муфту 4, в которой установлена распорная втулка 5 с отверстиями 6. В нижней части муфты 4 закреплены калиброванные втулки 7, на которых установлена муфта 8. В муфте 8 закреплен хвостовик из калиброванных втулок 9. В муфте 8 также установлен нижний нагнетательный штуцер 10 с обратным клапаном 11. В муфте 1 установлен верхний нагнетательный штуцер 12 с обратным клапаном 13. Нагнетательный штуцер 12 сообщен каналом 14 с кольцевым каналом 15 между внутренней стенкой кожуха 2 и наружным диаметром калиброванных втулок 3. Кольцевой канал 15 сообщен через отверстия 6 с центральным каналом 16 в калиброванных втулках 3, в котором проходит геофизический кабель 17. В муфте 1 установлен возвратный штуцер 18, также сообщенный с центральным каналом 16 через отверстие 19 в муфте 1. Нагнетательные штуцеры 10 и 12 сообщены рукавами 20 и 21 с гидравлическим распределителем 22, закрепленным на уплотнителе (на схеме не показано) и соединенным штуцером 23 при помощи нагнетательного рукава 24 с насосом 25 станции подачи уплотнительной смазки (на схеме не показана). Гидравлический распределитель 22 имеет подпружиненный золотник 26, нормально открытый клапан 27, штуцер 28 которого сообщен с линией 21. Золотник 26 также имеет нормально закрытый клапан 29, сообщенный в открытом положении со штуцером 30, который сообщен в свою очередь с линией 20. Золотник 26 кроме того снабжен фиксатором положения 31 в виде шарикового замка. Обратные клапаны 11 и 13 перекрывают сообщение рукавов 20 и 21 с уплотнителем при остановке насоса 25.
Лубрикатор работает следующим образом. Уплотнитель устанавливается на верхнюю часть приемной камеры лубрикатора муфтой 8 и закрепляется на ней. Хвостовик 9 при этом входит в приемную камеру. После монтажа лубрикатора с размещенным в нем прибором и грузами, закрепленными на геофизическом кабеле, производится выравнивание давления в приемной камере лубрикаторе и на устье скважины и спуск прибора с грузами под превентор. Скважинная среда дросселируется в калиброванных втулках 3,7 и 9 уплотнителя и, достигнув отводного штуцера 18, удаляется из лубрикатора. После входа прибора с грузами в скважину, насосом 25 подается в уплотнитель уплотнительная смазка, которая через нагнетательный рукав 24 попадает в полость гидравлического распределителя 22. Далее уплотнительная смазка, свободно проходя через нормально открытый клапан 27 золотника 26, через штуцер 28 и рукав 21 подается в нагнетательный штуцер 12. Из нагнетательного штуцера 12 через канал 14 уплотнительная смазка попадает в кольцевой канал 15 и далее в полость муфты 4. В полости муфты 4 уплотнительная смазка проходит через отверстия 6 в распорной втулке 5. Уплотнительная смазка затем попадает в центральный канал 16 и, далее, поступает в зазор между геофизическим кабелем 17 и внутренними стенками калиброванных втулок 3.
В калиброванных втулках 3 в начальный момент закачки уплотнительной смазки через нагнетательный штуцер 12 создается область пониженного давления по сравнению со скважинным давлением и давлением в калиброванных втулках 9. Это происходит за счет дросселирования давления движущейся скважинной среды в калиброванных втулках 9 и 7.
В связи с тем, что в калиброванных втулка 2 давление понижено, происходит быстрое заполнение зазора между геофизическим кабелем 17 и калиброванными втулками 2 уплотнительной смазкой. Насос 25 в этом случае обеспечивает наибольшую производительность при минимальной мощности станции подачи уплотнительной смазки. Это позволяет заполнить калиброванные втулки 2 за минимальное время.
После заполнения уплотнительной смазкой калиброванных втулок 2 до выхода ее из возвратного штуцера 18, в зазоре между геофизическим кабелем 17 и внутренней стенкой калиброванных трубок 2 будет находиться уже не скважинная среда, а уплотнительная смазка. Далее давление закачки уплотнительной смазки возрастает, и подпружиненный золотник 26 меняет свое положение, перемещаясь влево. При этом нормально открытый клапан 27 закрывается, а нормально закрытый клапан 29 открывается. Уплотнительная смазка выходит из гидравлического распределителя через штуцер 30 в рукав 20 и подается в нагнетательный штуцер 10. Затем смазка направляется в центральный канал 16 и, далее в зазор между геофизическим кабелем 17 и калиброванными втулками 7. При непрерывной подаче уплотнительной смазки насосом 25, смазка подается в калиброванные втулки 7 и 3 через нагнетательный штуцер 10. Хвостовик 9 предотвращает уход уплотнительной смазки в скважину. В случае остановки насоса 25 по какой-либо причине, золотник 22 возвращается в исходное положение при сбросе давления в нагнетательном рукаве 24 на станции подачи уплотнительной смазки. Последовательность закачки уплотнительной смазки вновь повторяется при включении насоса 25. Фиксатор положения 31 обеспечивает исключение остановки подпружиненного золотника 26 в промежуточных положениях.
Испытания опытного образца уплотнителя, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, показали стабильность выхода лубрикатора на режим герметизации геофизического кабеля за счет создания гидравлического затвора из уплотнительной смазки в калиброванных втулках уплотнителя при использовании станции подачи уплотнительной смазки с одним работающим насосом и одним нагнетательным рукавом. При этом время выхода на режим стабильной работы насоса, в процессе которого насос длительно работает с минимальной подачей уплотнительной смазки, по сравнению с лубрикатором, имеющим уплотнитель с одним нагнетательным штуцером, сократилось на 30%. на 20% снизился расход уплотнительной смазки.
По сравнению с лубрикатором, имеющим в уплотнителе два нагнетательных штуцера, с подачей уплотнительной смазки от станции с двумя насосами, расход уплотнительной смазки сократился на 12%, количество потребляемой лубрикатором электроэнергии на 22%. При этом общая масса лубрикатора со станцией подачи уплотнительной смазки снизилась на 28%.