УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕССОВКИ КОЛОННЫ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ

Устройство относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для опрессовки колонны труб в скважине.
Перед проведением работ, связанных с закачками технологических жидкостей в пласт, и при проведении гидравлического разрыва пласта (ГРП) возникает необходимость в проверке герметичности колонны технологических насосно-компрессорных труб (НКТ), спущенных в скважину, так как одним из условий успешного проведения работ является герметичность колонны технологических насосно-компрессорных труб, спущенных в скважину. Величина давления при производстве работ по ГРП достигает 60 МПа.
Известны различные устройства для опрессовки колонны насосно-компрессорных труб, отличающиеся конструктивными особенностями (например: RU 49890 U1, 10.12.2005, RU 103131 U1, 27.03.2011).
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является решение RU 2278944 C1, 27.06.2006, в котором раскрыто устройство для опрессовки колонны труб в скважине, включающее корпус и затвор, установленный в нем. При этом корпус снабжен внутренней цилиндрической расточкой, а затвор выполнен в виде центрального стержня с каналом, выполненного в виде размещенных сверху вниз ловильного седла, цилиндрической части, узкой цилиндрической части и упора. На цилиндрической части центрального стержня с возможностью ограниченного упором перемещения вниз установлена полая втулка с радиальными окнами внизу, которая сверху снабжена самоуплотняющейся манжетой, пропускающей жидкость снизу вверх, и зафиксирована в транспортном положении относительно центрального стержня срезным элементом, герметично перекрывая канал, объединяющий при извлечении затвора пространство над и под самоуплотняющейся манжетой. В радиальные окна полой втулки установлены плашки с возможностью радиального перемещения внутрь и с возможностью взаимодействия в рабочем положении с внутренней цилиндрической расточкой корпуса и цилиндрической частью центрального стержня, а при извлечении затвора - с возможностью взаимодействия с узкой цилиндрической частью центрального стержня и выхода из взаимодействия с внутренней цилиндрической расточкой корпуса.
Недостатками вышеуказанных решений является невысокая надежность конструкции, высокая трудоемкость при изготовлении и обслуживании.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в устранении вышеуказанных недостатков.
Технический результат - упрощение сборки и эксплуатации устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для опрессовки колонны труб в скважине содержит посадочное седло с внутренней цилиндрической расточкой и установленную в нем опрессовочную пробку, причем опрессовочная пробка состоит из уплотнительного устройства с центральным каналом, соединенным с разгрузочными отверстиями, снабженного пакетом шевронных уплотнений, и разгрузочного клапана с ловильной шейкой, выполненного с возможностью осевого перемещения по направляющей, соединенной с уплотнительным устройством, для открытия/закрытия разгрузочных отверстий.
В закрытом положении разгрузочный клапан удерживается посредством срезного штифта, соединенного с направляющей.
Уплотнительное устройство имеет верхний, средний и нижний участки, причем диаметр верхнего участка меньше диаметра среднего участка, а нижний участок выполнен ступенчатым.
Направляющая выполнена в виде стержня с головкой, имеющей поверхность, в которую упирается ловильная шейка при извлечении опрессовочной пробки.
Направляющая соединена с верхним участком уплотнительного устройства.
Разгрузочные отверстия выполнены в верхнем участке уплотнительного устройства и представляют собой радиальные отверстия.
Разгрузочный клапан выполнен в виде втулки с центральным сквозным отверстием для направляющей и с цилиндрической выемкой для размещения в ней верхнего участка уплотнительного устройства.
Пакет шевронных уплотнений представляет собой набор уплотнительных элементов, состоящий из шевронных манжет, опорного кольца, подвижного нажимного кольца и гайки.
Нажимное кольцо выполнено с возможностью осевого перемещения и имеет с одной стороны поверхность, повторяющую поверхность манжеты, а с другой стороны - профиль, соответствующий профилю упорного торца седла.
Упорный торец седла имеет профилированную поверхность с отрицательным углом φ=15-20° для осуществления центровки нажимного кольца и реализации уплотнения типа металл-металл, а также фаску, образованную углом α=15°, для облегчения прохождения и посадки нажимного кольца уплотнительного устройства.
Далее полезная модель поясняется чертежами.
Фиг. 1 - устройство для опрессовки колонны труб в скважине в продольном разрезе (разгрузочные отверстия закрыты разгрузочным клапаном);
Фиг. 2 - устройство для опрессовки колонны труб в скважине в продольном разрезе (разгрузочные отверстия открыты);
Фиг. 3 - увеличено показана нижняя часть уплотнительного устройства опрессовочной пробки;
Фиг. 4 - увеличено показаны углы и зазоры нижнего уплотнительного устройства опрессовочной пробки.
Устройство для опрессовки колонны труб в скважине содержит посадочное седло (1) с внутренней цилиндрической расточкой и установленную в нем опрессовочную пробку. Опрессовочная пробка состоит из уплотнительного устройства (2) с центральным каналом (3), соединенным с разгрузочными отверстиями (4), снабженного пакетом шевронных уплотнений, и разгрузочного клапана (5) с ловильной шейкой (6), выполненного с возможностью осевого перемещения по направляющей (7), соединенной с уплотнительным устройством (2), для открытия/закрытия разгрузочных отверстий (4). В закрытом положении разгрузочный клапан удерживается посредством срезного штифта (8), соединенного с направляющей (7). Ловильная шейка (6) предназначена для захвата и извлечения опрессовочной пробки с помощью канатной техники.
Уплотнительное устройство (2) имеет верхний (9), средний (10) и нижний участки (11), причем диаметр верхнего участка меньше диаметра среднего участка, а нижний участок выполнен ступенчатым.
Направляющая (7) выполнена в виде стержня с головкой (12), имеющей поверхность (13), в которую упирается ловильная шейка (6) при извлечении опрессовочной пробки.
Разгрузочный клапан выполнен в виде втулки с центральным сквозным отверстием для направляющей (7) и с цилиндрической выемкой (14) для размещения в ней верхнего участка (9) уплотнительного устройства.
Пакет шевронных уплотнений представляет собой набор уплотнительных элементов, состоящий из шевронных манжет (15), опорного кольца (16), подвижного нажимного кольца (17) и гайки (18).
Нажимное кольцо (17) благодаря зазору A выполнено с возможностью осевого перемещения и имеет с одной стороны поверхность, повторяющую поверхность манжеты, а с другой стороны - профиль, соответствующий профилю упорного торца седла (1).
Упорный торец седла (1) имеет профилированную поверхность с отрицательным углом φ=15-20° для осуществления центровки нажимного кольца и реализации уплотнения типа металл-металл, а также фаску, образованную углом α=15°, для облегчения прохождения и посадки нажимного кольца (17) уплотнительного устройства.
c
нкт
c
нкт
Посадочное седло (1) представляет из себя переходник с внутренней цилиндрической расточкой. Условный проход посадочного седла d зависит от внутреннего диаметра используемой НКТ d, при этом отношение d/dсоставляет величину не менее 0,835.
Контакт разгрузочного клапана (5) с цилиндрической выемкой (14) герметизирован с помощью O-образных резиновых колец (19).
В качестве уплотнительных элементов в конструкции опрессовочной пробки могут быть использованы О-образные кольца и шевронные уплотнения стандартных размеров (ГОСТ 9833-73 и ГОСТ 22704-77 соответственно).
Срезной штифт (8) позволяет предотвратить самопроизвольное открытие разгрузочного клапана (5) и фиксировать его открытие по скачку веса на индикаторе глубинной канатной техники в момент извлечения опрессовочной пробки.
Устройство для опрессовки колонны труб в скважине работает следующим образом.
Посадочное седло (1) устанавливается заблаговременно в состав колонны технологических насосно-компрессорных труб (20) в составе забойного оборудования (например, компановке пакера) во время его спуска в скважину и остается в составе колонны в качестве муфты. Ниже посадочного седла (1) при производстве работ по ГРП устанавливается технологический пакер или иное скважинное оборудование (21).
Методом сброса с устья скважины доставляют опресовочную пробку к месту установки посадочного седла (1). В случае необходимости производят циркуляцию раствором жидкости с помощью насосного агрегата.
Опресовочная пробка при посадке в седло (1) упирается подвижным нажимным кольцом (17) в ответную часть седла (1), имеющую специальный профиль.
Нажимное кольцо (17) в результате осевого перемещения воздействует на шевронные манжеты (15), входящие в состав нижнего уплотнительного устройства (11) при этом возникающее на губках манжет контактное давление разжимает их, обеспечивая поджим манжет к поверхности посадочного седла (1).
Производят набор давления опрессовки в трубное пространство технологических НКТ с помощью насосного агрегата. Давление опресовки составляет 60 МПа, время выдержки 30 минут. При этом нажимное кольцо (17), перемещаясь, поджимает пакет шевронных манжет (15). Чем выше давление опрессовки, тем с большим усилием опресовочная пробка воздействует на упорный торец седла (1) и тем с большим усилием поджимается пакет уплотнений.
После опрессовки в колонну НКТ с помощью канатной техники (глубинных лебедок) спускают стандартный ловильный инструмент (на Фиг. 1, 2 не показано) на канате и залавливают опресовочную пробку за ловильную шейку (6). Прикладываемое усилие по извлечению опресовочной пробки воздействует на срезной штифт (8), разрушая (срезая) его, в результате чего разгрузочный клапан (5), перемещаясь по направляющей (7), открывает сообщение пространства выше уплотнительного устройства (2) опресовочной пробки и ниже его, снижая при этом силу, действующую на опресовочную пробку от статического давление столба жидкости. Оператор глубинной лебедки с помощью индикатора нагрузки способен зафиксировать момент раскрытия разгрузочного клапана (5), после которого дается выдержка 60 минут для выравнивания давления, затем опресовочная пробка извлекается.
c
нкт
Устройство имеет более надежную конструкцию по сравнению с аналогами, низкую трудоемкость в изготовлении и обслуживании, при этом обеспечивается максимально возможная величина внутреннего диаметра посадочного седла, которая определяется отношением d/d≥0,835 для НКТ различных типоразмеров.
Благодаря предлагаемой конструкции устройства не требуется выполнение предварительного натяга по наружному диаметру уплотнительного устройства опрессовочной пробки при ее монтаже в посадочное седло, а осевой поджим пакета шевронных уплотнений возможен после монтажа опрессовочной пробки в посадочное седло, что обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации устройства.