Устройство для защиты фонтанной арматуры

Полезная модель относится к добыче нефти, а именно к оборудованию, предназначенному для защиты фонтанной арматуры, от высокого давления при технологических работах на газовых и нефтяных скважинах, связанных с закачкой в пласт, и использующему в своем составе струйные насосы.
При проведении ремонтно-восстановительных и технологических мероприятий на скважине требуется подавать рабочую жидкость под давлением, превышающем допускаемое давление, через фонтанную арматуру, оборудованную на устье скважины.
Так, например, допускаемое давление для широко применяемых фонтанных арматур, установленных на устье скважин, как правило, не превышает 200 атм (20 МПа), при этом для производства технологических работ, с использованием внутрискважинного оборудования, содержащего струйные насосы, требуется нагнетание рабочей жидкости под давлением до 300 атм (30 Мпа) для достижения целевых показателей по депрессии на пласт). Для снижения аварийности от применения высоких давлений в условиях использования стандартной фонтанной арматуры, технологический процесс требуется осуществлять с ограничениями по давлению нагнетания рабочей жидкости, что в свою очередь снижает эффективность проводимых работ.
Таким образом, исходя из технических характеристик эксплуатационных фонтанных арматур, проведение технологических процедур, связанных с высокими давлениями, без использования для их защиты простых по конструкции устройств - протекторов, не нецелесообразно.
Эксплуатационные фонтанные арматуры, как правило, включают комплект устьевого запорного оборудования скважины, состоящий из: обвязки колонной головки, подвесного устройства для НКТ, коренной и надкоренной задвижек, крестовины, буферных и лубрикаторных задвижек.
Очевидно, что преимущество использования протектора заключается в том, что его установка в фонтанную арматуру значительно дешевле и быстрее, чем снятие стандартной и монтаж усиленной фонтанной арматуры, а значит экономически и технологически эффективно.
Кроме того, бесперебойная и безаварийная работа с использованием струйного насоса требует определенных условий, связанных с чистотой, подаваемой в скважинное оборудование, рабочей жидкости. Как правило, проходной диаметр эжекционного узла струйного насоса сильно заужен для создания струи с высокой скоростью истечения. В связи с тем, что от чистоты рабочей жидкости в значительной степени зависит эффективность работы струйного насоса, встает проблема очистки жидкости, прокачиваемой под высоким давлением через протектор в струйный насос
Из уровня техники известно устройство для защиты фонтанной арматуры, предназначенное для защиты ее от высоких давлений, применяемых для обработки пластов в целях интенсификации добычи углеродов (патент на полезную модель РФ №183273, публ. 17.09. 2018 г.).
В корпус устройства, снабженного с наружной резьбой, устанавливают цилиндрический патрубок и, размещенную в нем с возможностью осевого перемещения, трубку для подсоединения к фланцу фонтанной арматуры. На нижнем конце трубки посредством резьбового соединения установлена втулка, фиксирующая уплотнительную манжету, которая поджата к основанию цилиндрического патрубка.
В верхней части трубки на корпусе установлена поджимная гайка, над которой установлен переводник с резьбой противоположного гайке направления, а на ее верхнем конце выполнена резьба для подсоединения к нагнетательной линии.
Устройство в собранном виде спускают в насосно-компрессорные трубы, при этом корпус вкручивают во фланец фонтанной арматуры или в подрывной патрубок. Вращают упирающуюся в корпус поджимную гайку при помощи специального инструмента (радиальный, газовый, разводной или прочие аналогичные ключи), придерживая захватом от прокручивания трубу или ключом переводник 1. В результате этого сжимается уплотнительная манжета, которая уплотняет кольцевое пространство между внутренней стенкой насосно-компрессорных труб и наружной стенкой цилиндрической трубки, защищая элементы фонтанной арматуры от избыточного давления. Затем подсоединяют переводник к нагнетательной линии для проведения работ с созданием высоких избыточных давлений в насосно-компрессорных трубах.
В качестве прототипа выбран протектор фонтанной арматуры, применяемый при способах усиленной добычи нефти и используемый для защиты устьевой фонтанной арматуры от повреждений, вызываемых избыточным давлением (патент на полезную модель РФ №175171, публ. 24.11.2017 г.).
Протектор фонтанной арматуры содержит патрубок и, размещенную в нем с возможностью осевого перемещения, втулку, верхние части которых герметично размещены в цельном корпусе, снабженном отверстиями с размещенными в них фиксирующими элементами и отверстием для подсоединения нагнетательной линии. На верхнем конце втулки с помощью резьбового соединения установлена инициирующая гайка, а на нижнем конце втулки - поджимная и промежуточные втулки, между которыми расположены уплотнительные манжеты. Герметичность соединения верхней части втулки и корпуса обеспечивается уплотнительными элементами, расположенными на внутренней поверхности корпуса.
На внутренней поверхности стенки верхней части корпуса выполнена резьба для подсоединения нагнетательной линии. На внешней поверхности нижней части корпуса выполнена резьба для подсоединения к буферному фланцу фонтанной арматуры.
Непосредственно перед началом работ осуществляют монтаж протектора в собранном виде в НКТ и вкручивают его в фонтанную арматуру Доступ к инициирующей гайке возможен непосредственно через отверстие в корпусе. Вращением с помощью ручного приводного элемента, (торцевого гаечного ключа) инициирующей гайки производят подъем вверх втулки. При движении под воздействием размещенных на втулке поджимной и промежуточной втулок уплотнительные манжеты сжимаются в осевом направлении и герметизируют фонтанную арматуру. По достижении заданного уровня герметизации протектор находится в рабочем положении, при котором производится подключение нагнетательной линии. Далее производят необходимые скважинные операции, связанные с нагнетанием повышенного давления. В течение всего времени осуществления указанных операций протектор предохраняет фонтанную арматуру от разрушающего воздействия избыточного давления.
Работы со струйным насосом требуют обеспечение условий, связанных с чистотой подаваемой рабочей жидкости для обеспечения бесперебойной и безаварийной работы. Проходной диаметр эжекционного узла струйного насоса обычно сильно заужен для создания струи с высокой скоростью истечения из него. От этого параметра в значительной степени зависит эффективность работы струйного насоса, при этом встает проблема очистки жидкости, прокачиваемой через протектор. В известных протекторах отсутствуют решения, связанные с обеспечением очистки рабочей жидкости от механических примесей, проходящей через протектор.
Задачей настоящей полезной модели является повышение безопасности проведения внутрискважинных работ.
Техническим результатом является расширение потребительских свойств устройства для защиты фонтанной арматуры за счет обеспечения защиты струйного насоса и его эжекционного узла от засорения механическими примесями надежным и удобным в эксплуатации устройством.
Технический результат достигается тем, что устройство для защиты фонтанной арматуры содержит патрубок и размещенную в нем с возможностью осевого перемещения втулку, верхняя часть которой герметично установлена в полом корпусе. На верхнем конце втулки с помощью резьбового соединения установлена инициирующая гайка, а на ее нижнем конце установлены поджимная гайка и промежуточная втулка, между которыми расположены уплотнительные элементы Внешняя поверхность верхней части корпуса снабжена резьбой для обеспечения резьбового соединения с нагнетательной линией Внешняя поверхность верхней части втулки снабжена глухими пазами, с которыми контактируют фиксирующие элементы, закрепленные в корпусе. Кроме того, в верхней части центрального канала втулки установлен фильтр для очистки рабочей жидкости.
Размер отверстий фильтра меньше диаметра сопла струйного насоса, используемого в системе скважинного оборудования.
Внешняя поверхность нижней части корпуса снабжена резьбой для подсоединения к фонтанной арматуре.
Фиксирующие элементы, контактирующие с глухими пазами втулки, обеспечивают ее фиксацию от вращения относительно корпуса.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства, установленного в системе фонтанной арматуры, на фиг. 2 - продольный разрез устройства для защиты фонтанной арматуры в транспортном положении; на фиг. 3 - продольный разрез устройства в рабочем положении.
Устройство для защиты фонтанной арматуры содержит патрубок 1 и, размещенную в нем с возможностью осевого перемещения, втулку 2. Верхние части патрубка и втулки 2 герметично закреплены в полом корпусе 3, снабженном радиальными резьбовыми отверстиями 4, с размещенными в них фиксирующими элементами 5. Втулка 2 имеет центральный проходной канал 6 для нагнетания жидкости под высоким давлением без участия фонтанной арматуры. На внешней поверхности верхней части втулки 2 выполнена резьба 7, формирующая с соединение с верхней приводной гайкой 8, а на нижнем конце втулки 2 с помощью резьбового соединения 9 установлена поджимная гайка 10. В нижней части патрубка 1 расположены уплотнения 11, между которыми размещена втулка 12. Внешняя поверхность верхней части втулки 2 снабжена глухими продольными пазами 13, с которыми контактируют фиксирующие элементы 4, например винты, удерживающие втулку 2 от вращения относительно корпуса. Между корпусом 3 и втулкой 2 размещено одно уплотнение 14, причем для обеспечения герметичной изоляции фонтанной арматуры, длина Lp патрубка 1 до уплотнения больше чем длина La фонтанной арматуры.
Устройство для защиты фонтанной арматуры дополнительно содержит фильтр 15, установленный в верхней части втулки 2. Фильтр выполнен с отверстиями, диаметр которых меньше диаметра сопла струйного насоса, что исключает попадание в эжекционный узел механических примесей, не способных беспрепятственно пройти через сопло. Внешняя поверхность верхней части корпуса 3 снабжена резьбой 16 для обеспечения резьбового соединения с нагнетательной линией, а внешняя поверхность нижней части корпуса снабжена резьбой 17 для соединения с буферным фланцем фонтанной арматуры. Устройство устанавливается таким образом, чтобы уплотнения 11 были размещены в насосно-компрессорной трубе 18 (далее НКТ), расположенной ниже фонтанной арматуры 19.
Устройство для защиты фонтанной арматуры работает следующим образом. Монтаж устройства с предлагаемым к патентованию техническим решением является простым и удобным по сравнению с известным протектором фонтанной арматуры (Патент РФ 175171). В свободный проходной канал фонтанной арматуры 19 устанавливается протектор таким образом, чтобы его патрубок 1 полностью прошел через фонтанную арматуру 19, а уплотнения 11 расположились внутри НКТ 18 (Фиг. 1). Далее верхняя часть фонтанной арматуры присоединяется к нижней части корпуса 3, внешняя поверхность которой снабжена резьбой 17 (Фиг. 2).
Затем, вращением гайки 8, втулку 2 перемещают вверх относительно неподвижного корпуса 3 и патрубка 1, при этом также вверх перемещается поджимная гайка 10 и втулка 12. Осевое перемещение вверх втулки 2 обеспечивает сжатие уплотнений 11, их радиальное расширение в осевом направлении и герметичное прилегание к внутренней поверхности НКТ 18, отделяя фонтанную арматуру от области повышенного давления в нагнетательной линии и предохраняя ее от разрушающего воздействия (Фиг. 3).
Далее сверху в центральный проходной канал 6 втулки 2 устанавливается фильтр 15. Резьба 16, выполненная на внешней поверхности корпусе 3, являясь наружной, предоставляет одновременно свободный доступ оператору для соединения устройства с нагнетательной линией и к инициирующей гайке 8 и фильтру 15, что создает удобные условия для надежного монтажа и обеспечивает эффективную защиту скважинного оборудования.
При подаче рабочей жидкости под давлением в центральный канал 6 устройства механические частицы, размер которых равен или превышает диаметр сопла струйного насоса, задерживаются в фильтре 15. Очищенная жидкость поступает в скважину по НКТ 18, на которых установлено скважинное оборудование, содержащее струйный насос с эжектором. Фильтр установлен в верхней части втулки 2, продольные глухие пазы которой увеличивают ее жесткость, создавая благоприятные условия для фильтра при нахождении устройства в рабочем режиме. Кроме того, такое расположение фильтра удобно для его извлечения и очистки и последующего монтажа.