УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЪЕДИНЕНИЯ И ЗАЦЕПЛЕНИЯ КОЛОННЫ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ
TUBING ENGAGEMENT AND DISENGAGEMENT DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к нефтепромысловой технике и может быть использовано для разъединения и последующего подвижного и герметичного зацепления колонны насосно-компрессорных труб со скважинным оборудованием.
Известно разъединяющее устройство Шарифова [Патент РФ №2203386, МПК E21B 33/12, опубликован 27.04.2003], включающее корпус, ствол, упор с радиальными каналами, цангу с окнами под лепестки, гильзу с фиксатором и втулкой со срезными винтами и наконечник, выполненный в виде башмака повторного ввода.
Разъединение колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) осуществляется избыточным давлением внутри ствола с помощью дополнительно спускаемого на канате ударного ясса или опрессовочного клапана в гильзу, срезающую фиксатор. Для зацепления с колонной труб разъединяющее устройство Шарифова необходимо извлекать из скважины и заменять срезной винт. Это устройство имеет малый ход скользящего герметичного соединения, не позволяющего полностью скомпенсировать перемещение колонны НКТ из-за изменения термобарического состояния скважины.
Известно устройство для разъединения колонны труб (прототип) [Патент РФ №2460868, МПК E21B 23/06, E21B 17/06, опубликован 10.09.2012], включающее корпус со сквозными радиальными отверстиями, перекрываемые переходником, полый шток, сбрасываемый шар, перфорированную втулку с радиальными отверстиями, в которые вставлены срезные элементы, фиксирующие полый поршень, причем верхний торец перфорированной втулки является упором для фиксатора, имеющего проточку в штоке, между корпусом и штоком размещено шевронное уплотнение, нижний конец штока закреплен на переводнике, муфта и переводник подвижно сочленены шлицевым соединением.
В данном прототипе разъединение также осуществляется подачей затрубного избыточного давления или с помощью сброшенного шара в полый поршень и подачи внутритрубного давления со срезанием стопорных элементов. Для повторного зацепления устройства необходимо извлекать устройство из скважины, заменять срезные элементы и вновь спускать в скважину. Таким образом, прототип обладает теми же недостатками, что и аналог.
Целью предлагаемого технического решения является устранение вышеуказанного недостатка.
Эта цель достигается тем, что предлагаемое устройство для разъединения и зацепления колонны НКТ снабжено гидромеханическим приводом, состоящим из двух кольцевых камер, образованных между управляющим штоком и кожухом, реверсивным поршнем между ними, выполненным в виде выступа на управляющем штоке, переставляемой герметизирующей втулкой, перекрывающей по очереди два сквозных канала в кожухе, расположенными напротив кольцевыми камерами, двумя сквозными каналами в реверсивном поршне, поочередно закрываемыми пробкой на герметичной резьбе, двухсторонней цангой, установленной между управляющим штоком и верхним корпусом, сухарями, размещенными в окнах верхнего корпуса, подвижным шлицевым соединением между верхним и нижним корпусами, переходной втулкой между верхним корпусом и рабочим штоком, герметизирующим шевронным уплотнением, размещенным в переходнике, между нижним корпусом и трубой с ниппельным окончанием, в которой размещен рабочий шток, подвижным седлом для сбрасываемого шара, выполненного в виде втулки с боковыми окнами для слива жидкости под шар после срезания срезных винтов и скольжения втулки до упора внутри гильзы, закрепленной на верхнем корпусе.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для разъединения и зацепления колонны НКТ в разрезе: 1 - верхний корпус; 2 - нижний корпус; 3 - шлицевое соединение; 4 - переставляемая герметизирующая втулка; 5 - проточка; 6 - двухсторонняя цанга; 7 - сухарь; 8 - управляющий шток; 9 - кольцевой реверсивный поршень; 10 - верхний стопорный винт; 11, 12 - верхняя и нижняя кольцевые камеры; 13 - переводник; 14 - труба с ниппелем; 15 - рабочий шток; 16 - стыковочная муфта; 17, 18 - верхний и нижний сквозные каналы в кольцевом реверсивном поршне; 19, 20 - верхний и нижний сквозные каналы в кожухе; 21 - резиновые уплотнения; 22 - срезной винт; 23 - нижний стопорный винт; 24 - кожух; 25 - переставляемая пробка с герметичной резьбой; 26 - переходник; 27 - шевронные манжеты; 28 - переходная муфта; 29 - сбрасываемый шар; 30 - подвижное седло; 31 - гильза.
т (раз)
зт (зац)
На фиг. 2 показан узел гидропривода устройства разъединения и зацепления НКТ воздействием соответственно трубного и затрубного давления (первый вариант): 4 - переставляемая герметизирующая втулка; 8 - управляющий шток; 9 - кольцевой реверсивный поршень; 10 - верхний стопорный винт; 11 - верхняя кольцевая камера; 12 - нижняя кольцевая камера; 17, 18 - верхний и нижний сквозные каналы в верхнем полом штоке; 19, 20 - верхний и нижний сквозные каналы в кожухе; 21 - резиновые уплотнения; 24 - кожух; 25 - переставляемая пробка с герметичной резьбой. Стрелками Р и Р показаны направления подачи трубного и затрубного давлений соответственно для разъединения и зацепления колонны НКТ.
зт (раз)
т (зац)
На фиг. 3 показан второй вариант сборки гидропривода в положении при разъединении и зацеплении НКТ воздействием соответственно затрубного и трубного давления: 4 - переставляемая герметизирующая втулка; 8 - управляющий шток; 9 - кольцевой реверсивный поршень; 10 - верхний стопорный винт; 11, 12 - верхняя и нижняя кольцевые камеры; 17, 18 - верхний и нижний сквозные каналы в верхнем полом штоке; 19, 20 - верхний и нижний сквозные каналы в кожухе; 21 - резиновые уплотнения; 24 - кожух; 25- переставляемая пробка с герметичной резьбой. Стрелками Р и Р показаны направления подачи затрубного и трубного давлений соответственно для разъединения и зацепления колонны НКТ.
На фиг. 4 показан третий вариант сборки с узлом сбрасываемого шара с подвижным седлом для разъединения НКТ: 29 - сбрасываемый шар; 30 - подвижное седло; 31 - гильза; 21 - резиновые уплотнения; 22 - срезной винт; 23 - нижний стопорный винт.
На фиг. 5 показано подвижное седло 30 в виде втулки с окнами.
Предлагаемое устройство для разъединения и зацепления колонны НКТ (фиг. 1) состоит из верхнего 1 и нижнего корпуса 2, сочлененных подвижным шлицевым соединением 3, проточки 5 для сухарей 7, управляющего штока 8 и выступа на нем, выполняющего функцию кольцевого реверсивного поршня 9, верхних стопорных винтов 10, фиксирующих резьбовое соединение переводника 13 с кожухом 24 (не менее 5-ти штук), двухсторонней цанги 6, на которую опирается управляющий шток 8 своим выступом, и сухарей 7 (не менее 3-х штук), расположенных в окнах корпуса 1 по его периметру. Верхний корпус 1 своим нижним концом подвижно сочленяется с нижним корпусом 2 подвижным шлицевым соединением 3. Рабочий шток 15 скользит в трубе 14 с ниппельным окончанием, уплотняется резиновыми шевронными манжетами 27, установленными в переходнике 26 (не менее 15 штук). Труба 14 может достигать длины 10 м и стыкуется с переходником 26 через стыковочную муфту 16. Рабочий шток 15 сочленяется с верхним корпусом 1 с помощью переходной муфты 28, зафиксированной нижними стопорными винтами 23 (не менее 3-х штук).
Гидромеханический привод состоит из гидропривода (фиг. 2) и исполнительного механизма, показанного на фиг. 1. Гидропривод состоит из двух кольцевых камер 11 и 12, образованных между управляющим штоком 8 и кожухом 24, кольцевого реверсивного поршня 9 между ними, выполненного в виде выступа на управляющем штоке 8, переставляемой герметизирующей втулки 4, перекрывающей по очереди два сквозных канала верхнего 19 и нижнего 20 в кожухе 24, расположенных напротив кольцевых камер - верхней 11 и нижней 12, двух сквозных каналов 17 и 18 в реверсивном поршне 9, поочередно закрываемых переставляемой пробкой 25 с герметичной резьбой. Все элементы гидропривода герметизируются резиновыми уплотнениями 21. Исполнительный механизм (фиг. 1) состоит из управляющего штока 8, двухсторонней цанги 6, которая удерживает управляющий шток 8 за выступ на его внешней поверхности и сухарей 7 (не менее 3-х штук). Под действием трубного давления в верхнюю кольцевую камеру 11 управляющий шток 8 перемещается вниз и своим выступом заставляет сработать цангу 6. Освободившись от сдерживающего сопротивления двухсторонней цанги 6, управляющий шток 8 продолжает движение вниз до положения сухарей 7 против проточки 5, а двухсторонняя цанга 6, сойдя с выступа, садится в свою проточку над выступом на управляющем штоке 8. При натяжении колонны НКТ усилием не менее 2-х тонн верхний корпус 1 выходит из подвижного шлицевого соединения 3 с нижним корпусом 2, выталкивая при этом сухари 7 в проточку 5.
Второй вариант сборки устройства для разъединения колонны НКТ (фиг. 3) состоит из тех же деталей, что приведены на (фиг. 2). Но в отличие от первого варианта, в котором разъединение - зацепление НКТ осуществляется воздействием соответственно трубного - затрубного давления, во втором варианте наоборот - воздействием соответственно затрубного - трубного давления. Для чего переставляемая герметизирующая втулка 4 с верхнего сквозного канала 19 в кожухе 24 переставлена на нижний сквозной канал 20 в том же кожухе, а пробка 25 с герметичной резьбой переставлена из сквозного канала 18 в сквозной канал 17.
Третий вариант с узлом подвижного седла 30 для сбрасываемого шара 29 (фиг. 4) состоит из втулки с боковыми окнами (фиг. 5), зафиксированной в гильзе 31 срезными винтами 22. Их количество определяется гидродавлением на шар. Гильза 31 опирается на переходную муфту 28, соединяющую верхний корпус 1 с нижним полым штоком 15, зафиксированным от раскручивания нижними стопорными винтами 23 (не менее 3-х штук). Подвижное седло 30 и гильза 31 загерметизированы резиновыми уплотнениями 21.
Устройство для разъединения и зацепления колонны НКТ работает следующим образом.
т (раз)
зт (зац)
Устройство (фиг. 1) в сборке по первому или второму варианту, состыкованное переводником 13 с колонной НКТ, спускается в скважину и зацепляется с якорно-пакерным оборудованием и вставным штанговым глубинным насосом (ШГН), установленными ранее. При необходимости разъединения колонны НКТ для ремонта устройства или перехода в режим компенсатора осевого перемещения колонны НКТ с сохранением ее герметичности с помощью шевронного уплотнения 27 подают гидравлическое давление 5-7 МПа в трубное Р пространство. Для зацепления подается такое же давление 5-7 МПа в затрубное Р пространство.
зт (раз)
т (зац)
т (раз)
Второй вариант - если спущено в скважину только якорно-пакерное оборудование и трубное давление создавать нельзя. Тогда разъединение осуществляют подачей затрубного давления Р. Если спущен ШГН, то зацепление осуществляют подачей трубного Р. Если по каким-либо причинам нежелательно или невозможно создание в скважине как затрубного давления выше якорно-пакерного оборудования, так и в НКТ, то разъединение колонны НКТ осуществляют по третьему варианту. Он отличается от первого лишь сбросом шара 29 и воздействием трубного давления Р. При этом сбрасываемый шар 29 (фиг. 4) садится в подвижное седло 30 и вместе с ним перемещается в гильзе 31 до упора в переходную муфту 28, предварительно срезав винты 22. Внутренняя проточка гильза 31 образует с окнами в подвижном седле 30 гидравлический канал для стока жидкости из колонны НКТ во время подъема устройства на поверхность.
т (раз)
зт (зац)
зт (раз)
т (зац)
В обоих вариантах (фиг. 2 и фиг. 3) при разъединении-зацеплении колонны НКТ гидропривод с исполнительным механизмом приводится в действие реверсивным поршнем 9. В первом варианте разъединение осуществляется подачей трубного давления Р в кольцевую камеру 11 над реверсивным поршнем 9. При этом поршень 9 перемещается с управляющим штоком 8 вниз до упора в выступ на нижней части верхнего корпуса 1 на величину h. Зацепление осуществляется подачей затрубного давления Р в кольцевую камеру 12 под реверсивный поршень 9 и возвращением управляющим штока 8 вверх на ту же величину h. Во втором варианте наоборот, разъединение НКТ осуществляют подачей затрубного давления Р, а зацепление - подачей трубного Р.
Срабатывание исполнительного механизма (двухсторонней цанги 6 и сухарей 7) при разъединении колонны НКТ происходит при перемещении управляющего штока 8 вниз до упора. Затем натяжением колонны НКТ с усилием не менее 2-х тонн выталкиваются сухари 7 в проточку 5 и верхний корпус 1 выходит из шлицевого соединения 3 с нижним корпусом 2. Разъединившись с нижним корпусом 2, устройство переходит в режим работы компенсатора осевых перемещений. При необходимости верхняя часть устройства в составе переводника 13 с верхним корпусом 1, гидропривода, исполнительного механизма, шарового узла, переходной муфты 28 и рабочего штока 15 может быть поднята на поверхность для профилактики или ремонта, а нижняя часть в составе нижнего корпуса 2, переходника 26 с шевронным уплотнением 27, стыковочной муфты 16 и трубы с ниппельным окончанием 14 остается в скважине. Зацепление осуществляется разгрузкой веса колонны НКТ и плавно создаваемого усилия давления на устройство не менее 2-х тонн, в результате которого состыковывают верхний 1 и нижний 2 корпусы устройства с помощью шлицевого соединения 3. Затем подачей затрубного давления в кольцевую камеру 12 под реверсивный поршень 9, который перемещает управляемый шток 8 обратно вверх. При этом двухсторонняя цанга 6 садится в нижнюю проточку, а сухари 7 выталкиваются из проточки 5 и возвращаются в проточку нижнего корпуса 2, ограничивая подвижность шлицевого соединения 3. Операции по разъединению-зацеплению колонны НКТ можно проводить многократно в скважине без подъема устройства на поверхность. Аналогичные операции по разъединению-зацеплению НКТ в скважине можно проводить устройством и во втором варианте. Всегда при разъединении колонны НКТ устройство сразу переходит в режим компенсации осевых перемещений рабочего штока 15 в трубе 11, загерметизированной резиновым шевронным уплотнением 27. В обоих вариантах сборки устройства оно свободно пропускает через себя штанги ШГН, геофизические приборы, ловильный и другой инструмент для ремонта скважины, снятия и переустановки якорно-пакерного оборудования.
Технический эффект: гидромеханический привод устройства обеспечивает многократные операции разъединения-зацепления колонны НКТ в скважине без подъема на поверхность. Сборки устройства в двух вариантах позволяют выбрать для каждой скважины режим разъединения-зацепления колонны НКТ подачей трубного или затрубного давления, а также пропускать через себя ремонтный инструмент и геофизические приборы. Обеспечивает режим компенсации осевых перемещений колонны НКТ до 10 м без нарушения герметичности соединения.