Устройство перекрытия забоя скважины при подбалансном бурении и открывающее устройство для его перевода в открытое состояние

(2009.01), 21 34/06 (2009.01), 21 34/08 (2009.01), 21 43/10 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ имеющимися во внутренней полости верхнего фиттинга и на наружной поверхности внутреннего цилиндра, и внутренней поверхностью верхнего наружного цилиндра гидравлическая камера (12) образована нижней частью выступа внутреннего цилиндра и внутренней поверхностью верхнего наружного цилиндра на верхнем конце верхнего наружного цилиндра имеются продольные каналы,два из которых гидравлически сообщаются соответственно с гидравлической камерой (11) и гидравлической камерой (12) между нижней частью верхнего наружного цилиндра и внутренним цилиндром образовано кольцевое пространство,которое сообщается с имеющимся в верхнем наружном цилиндре каналом и сообщается с кольцевым пространством, образованным верхним наружным цилиндром и клапанным узлом. Если оператор захочет открыть или закрыть перекрывающее устройство, ему достаточно осуществить прокачку через одну или другую трубу. Когда перекрывающее устройство находится в закрытом состоянии и не может быть открыто гидравлическим давлением с поверхности земли,устройство перекрытия забоя скважины может быть открыто и зафиксировано в открытом состоянии с помощью специального открывающего устройства.(73) ДРИЛЛИНГ ТЕКНОЛОДЖИ РИСРЧ ИНСТИТЬЮТ КСИНЖИАНЬ ПЕТРОЛЕУМ АДМИНИСТРЕЙШН БЮРО(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич(54) УСТРОЙСТВО ПЕРЕКРЫТИЯ ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ ПРИ ПОДБАЛАНСНОМ БУРЕНИИ И ОТКРЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ПЕРЕВОДА В ОТКРЫТОЕ СОСТОЯНИЕ(57) Настоящее изобретение относится к гидравлически управляемым подбалансным устройствам перекрытия забоя скважины, где гидравлическая камера (11) образована выступами, 22839 Настоящее изобретение относится к устройствам перекрытия ствола скважины, используемым при бурении и заканчивании подбалансных скважин, т.е скважин с отрицательным дифференциальным давлением в системе скважина-пласт, в частности,к подбалансным устройствам перекрытия забоя скважины и открывающим устройствам для их перевода в открытое состояние, используемым при бурении и завершении скважин на нефтяных и газовых месторождениях. В последнее время быстро внедряется технология подбалансного бурения. В частности,это относится к подбалансным устройствам перекрытия забоя скважины, применение которых позволяет успешно выполнять весь процесс подбалансного бурения. Устройства перекрытия скважины, такие как подбалансные устройства перекрытия забоя скважины, полностью выполняют функции разделения флюидов, находящихся над забоем скважины, от флюидов, находящихся под ним, при любом положении цилиндрических промежуточных обсадных труб, обеспечивающих выполнение спускоподъемных операций и работу всех скважинных труб в подбалансном режиме, и эффективно снижают разрушение нефтесодержащего слоя в результате обеспечения контроля над скважиной, используя утяжеленный буровой раствор для уравновешивания давления в забое скважины при его нарушении во время выполнения спускоподъемных операций и работы всех скважинных трубопроводов в подбалансном режиме. Однако оборудование перекрытия забоя скважины для работы в подбалансном режиме несовершенно. С одной стороны, во время использования устройств перекрытия забоя скважины в подбалансном режиме после того, как заслонка устройства длительное время находилась в закрытом состоянии, в результате проникновения газа в пласт создается отрицательное давление. Избыточное отрицательное давление под заслонкой может привести к разрушению заслонки, и чем больше время нахождения заслонки в закрытом состоянии, тем выше отрицательное давление. С другой стороны, оператор на поверхности земли не имеет возможности знать величину отрицательного давления под заслонкой, поэтому он не может управлять напрямую давлением в забое скважины,что может привести к скрытым нарушениям в работе переключателей положения заслонки подбалансного устройства перекрытия забоя скважины. Неправильная же работа переключателей может привести к разрушению заслонки. Кроме того, во время открывания или закрывания подбалансного устройства перекрытия забоя скважины оператор не может знать, открыта ли заслонка. Если бурение начинается, когда заслонка не полностью открыта, она также может поломаться. Следовательно, заслонка устройства перекрытия скважины не сможет открыться, когда подбалансное оборудование перекрытия забоя скважины, в частности, подбалансное устройство перекрытия забоя скважины,неправильно 2 функционирует под управлением гидравлической системы. В таких случаях для того, чтобы открыть заслонку и зафиксировать ее в постоянно открытом состоянии, требуется наличие соответствующего открывающего устройства. В патенте 2091284 (65 5/00, 1997 год) описан скважинный клапан-отсекатель, который содержит верхний фиттинг, внутренний цилиндр,верхний наружный цилиндр, нижний наружный цилиндр, клапанный узел и нижний фиттинг, на внутренней поверхности верхнего наружного цилиндра вырезаны ступеньки. Клапанный узел расположен внутри кольцевого пространства,образованного верхним наружным цилиндром,нижним наружным цилиндром и внутренним цилиндром. На наружной поверхности внутреннего цилиндра имеются выступы, и между верхним наружным цилиндром и внутренним цилиндром обеспечивается подвижная посадка. Гидравлическая камера образована нижней частью выступов на внутреннем цилиндре и внутренней полостью верхнего наружного цилиндра. На верхнем конце верхнего наружного цилиндра имеются продольные каналы, к которым подсоединена гидравлическая управляющая система, два из этих каналов гидравлически сообщаются с камерой и гидравлической камерой. Из патента 1049652 (Е 21 В 23/00, 1983 год) известно устройство для фиксации оборудования в колонне обсадных труб, которое включает гидравлический якорь. Задачей настоящего изобретения является создание гидравлически управляемого подбалансного устройства перекрытия забоя скважины. Такое устройство позволяет полностью разделить флюиды над забойной зоной от флюидов,находящихся под ней, при любом положении промежуточной обсадной трубы и обеспечивает проведение спускоподъемных операций и работу всех скважинных труб в подбалансном режиме, а также снижает разрушение нефтесодержащего пласта в результате обеспечения контроля над скважиной за счет использования давления утяжеленного бурового раствора для уравновешивания давления в забое скважины при его изменении во время выполнения спускоподъемных операций и работы всех скважинных труб в подбалансном режиме. Более того,когда гидравлическое давление на поверхности земли недостаточно для перевода подбалансного устройства перекрытия забоя скважины в открытое состояние, подбалансное устройство перекрытия забоя скважины может быть открыто и зафиксировано в постоянно открытом состоянии с помощью специального открывающего устройства. Применение подбалансного устройства перекрытия забоя скважины по настоящему изобретению также дает возможность определять давление в забое, в результате чего можно осуществлять его мониторинг во время выполнения операций по бурению. 22839 Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается подбалансное устройство перекрытия забоя скважины, которое включает верхний фиттинг, внутренний цилиндр, верхний наружный цилиндр, нижний наружный цилиндр,клапанный узел и нижний фиттинг, в котором на внутренней поверхности верхнего наружного цилиндра вырезаны ступеньки, клапанный узел размещается в пределах кольцевого пространства,образованного верхним наружным цилиндром,нижним наружным цилиндром и внутренним цилиндром на внутренней камере верхнего фиттинга и на наружной поверхности внутреннего цилиндра сделаны выступы, чтобы наружный цилиндр и внутренний цилиндр были посажены с зазором гидравлическую камеру (11), которая образована между выступами во внутренней камере верхнего фиттинга на наружной поверхности внутреннего цилиндра и внутренней поверхности верхнего наружного цилиндра гидравлическую камеру (12), которая образована между нижней частью выступов во внутреннем цилиндре и внутренней камерой верхнего наружного цилиндра продольных каналов, находящихся на верхнем конце верхнего наружного цилиндра гидравлическую управляющую систему,подсоединенную к каналам через трубы, два из этих каналов гидравлически связаны соответственно с камерой (11) и гидравлической камерой (12) кольцевое пространство, образованное между нижней частью верхнего наружного цилиндра и внутреннего цилиндра, это кольцевое пространство гидравлически связано с каналом, расположенным на верхнем наружном цилиндре, и гидравлически связано с кольцевым пространством, образованным верхним наружным цилиндром и клапанным узлом. Подбалансное устройство перекрытия забоя скважины по настоящему изобретению также включает фиксирующую втулку и срезной штифт,где фиксирующая втулка установлена во внутренней камере нижнего фиттинга ступеньки,выполненные на внутренней поверхности нижнего фиттинга и нижнюю концевую поверхность фиксирующей втулки,расположенную на ступеньке, находящейся на внутренней поверхности нижнего фиттинга нижний фиттинг, соединенный с фиксирующей втулкой с помощью срезного штифта обратные зацепы, выполненные на наружной поверхности верхнего конца фиксирующей втулки и на внутренней поверхности нижнего фиттинга наружный диаметр фиксирующей втулки меньше, чем внутренний диаметр клапанного узла. Подбалансное устройство перекрытия забоя скважины по настоящему изобретению снабжено также открывающим устройством для перевода его в открытое состояние, которое включает корпус,пружинный блок,гидравлический якорь,эластичную мембрану, тройник и направляющую головку, в котором на наружной части корпуса имеются ступеньки пружинный блок и гидравлический якорь прикреплены соответственно к верхней и к средней части корпуса, имеется эластичная мембрана, закрывающая наружную поверхность нижней части корпуса, выступ,расположенный на средней части наружной поверхности эластичной мембраны,прямые прорези, выполненные равномерно по окружности через всю длину выступа выступ, находящийся в середине наружной поверхности эластичной мембраны, сопряженный с прорезью, имеющейся непосредственно на устройстве перекрытия забоя скважины по настоящему изобретению тройник,установленный на нижней части внутренней камеры корпуса направляющая головка, установленная на нижней части корпуса. Преимущества настоящего изобретения заключаются в следующем если во время использования перекрывающего устройства оператор захочет открыть перекрывающее устройство, находящееся в закрытом положении,ему достаточно лишь выполнить прокачку с помощью одной из труб. Давление через одну из двух вспомогательных труб передается в гидравлическую камеру 11 через верхний наружный цилиндр 3 и толкает внутренний цилиндр 2,сообщая ему движение вниз цилиндр 2, в свою очередь, толкает заслонку на клапанном узле 5 и переводит ее в открытое положение. Если оператор хочет закрыть устройство перекрытия, ему достаточно выполнить прокачку, используя другую трубу. Давление с помощью этой вспомогательной трубы передается в гидравлическую камеру 12 через имеющиеся в верхнем наружном цилиндре 2 каналы и толкает внутренний цилиндр 2, сообщая ему движение вверх. Заслонка в клапанном узле 5 закрывается под действием вспомогательной пружины. Когда перекрывающее устройство закрыто,давление в забойной области скважины может быть измерено через каналы 10 на верхнем наружном цилиндре 3. Когда устройство перекрытия забоя скважины находится в закрытом состоянии и не может быть открыто гидравлическим давлением с поверхности земли, устройство перекрытия забоя скважины может быть открыто и зафиксировано в открытом положении с помощью специального открывающего устройства для перевода его в открытое состояние. На фиг. 1 представлено частичное сечение подбалансного устройства перекрытия забоя скважины согласно настоящему изобретению На фиг. 2 представлено частичное сечение открывающего устройства для перевода подбалансного устройства перекрытия забоя скважины по настоящему изобретению в открытое состояние. Ниже дается подробное описание предпочтительного воплощения настоящего изобретения со ссылкой на указанные рисунки. На фиг. 1 представлено сечение подбалансного устройства перекрытия забоя скважины, которое гидравлически управляется давлением в забойной зоне скважины. Устройство включает верхний фиттинг 1, внутренний цилиндр 2, верхний наружный цилиндр 3, нижний наружный цилиндр 4,3 22839 клапанный узел 5 и нижний фиттинг 6. Верхний фиттинг 1 и верхний наружный цилиндр 3, верхний наружный цилиндр 3 и нижний наружный цилиндр 4, а также нижний наружный цилиндр 4 и нижний фиттинг 6 соединены друг с другом с помощью винтовой резьбы или другим подобным образом. На внутренней поверхности верхнего наружного цилиндра 3 имеются ступеньки. Внутри кольцевого пространства, образованного верхним наружным цилиндром 3, нижним наружным цилиндром 4 и внутренним цилиндром 2, находится клапанный узел 5, который закрывает наружную поверхность внутреннего цилиндра 2 и размещен на ступенчатом вырезе на внутренней поверхности нижнего наружного цилиндра 4. Во внутренней полости верхнего фиттинга 1 и на наружной поверхности внутреннего цилиндра 2 имеются два выступа. На этих выступах могут помещаться уплотнительные кольца. Между верхним наружным цилиндром 3 и внутренним цилиндром 2 обеспечивается подвижная посадка. Гидравлическая камера 11 образована выступами во внутренней полости верхнего фиттинга 1 и на наружной поверхности внутреннего цилиндра 2 и внутренней поверхностью наружного цилиндра 3 гидравлическая камера 12 образована между нижней частью выступа на внутреннем цилиндре 2 и внутренней полостью верхнего наружного цилиндра 3. На верхнем конце верхнего наружного цилиндра 3 имеется несколько продольных каналов. Гидравлическая управляющая система гидравлически сообщается с каналами через трубы. Два из этих каналов гидравлически сообщаются соответственно с гидравлической камерой 11 и гидравлической камерой 12. Между нижней частью верхнего наружного цилиндра 3 и внутренним цилиндром 2 образовано кольцевое пространство. Это кольцевое пространство сообщается с каналом 10 в верхнем наружном цилиндре 3 и сообщается с кольцевым пространством, образованным верхним наружным цилиндром 3 и клапанным узлом 5. Подбалансное устройство перекрытия забоя скважины фиг.1 содержит также срезную шпильку 7 и фиксирующую втулку 8. Фиксирующая втулка 8 вставляется во внутреннюю полость нижнего фиттинга 6. На наружной поверхности верхнего конца фиксирующей втулки 8 и внутренней поверхности нижнего фиттинга 6 имеются обратные зацепы. На нижнем фиттинге 6 также сделаны ступеньки. Нижняя концевая поверхность фиксирующей втулки 8 размещается на внутренней поверхности нижнего фиттинга 6. Нижний фиттинг 6 соединяется с фиксирующей втулкой 8 с помощью срезной шпильки 7. Наружный диаметр фиксирующей втулки 8 немного меньше внутреннего диаметра клапанного узла 5. Прежде чем опускать промежуточную обсадную трубу, к ней присоединяют перекрывающее устройство. К кольцевому пространству между перекрывающим устройством и цилиндром предварительной стадии бурения подводятся две вспомогательные трубы. Если оператор захочет открыть перекрывающее устройство, которое 4 находилось до этого в закрытом состоянии, ему достаточно осуществить прокачку через одну из труб. Давление предается через одну из двух вспомогательных труб в гидравлическую камеру 11 через верхний наружный цилиндр 3 и толкает внутренний цилиндр 2, вызывая его движение вниз,в свою очередь, внутренний цилиндр 2 будет толкать заслонку на клапанном узле 5, переводя ее в открытое состояние. Если оператор захочет закрыть перекрывающее устройство, ему достаточно выполнить прокачку, используя другую трубу. Давление с помощью этой вспомогательной трубы передается в гидравлическую камеру 12 через имеющиеся в верхнем наружном цилиндре 2 каналы и толкает внутренний цилиндр 2, вызывая его движение вверх. Заслонка на клапанном узле 5 закрывается под действием вспомогательной пружины. Когда перекрывающее устройство закрыто, каналы на верхнем наружном цилиндре 3 гидравлически сообщаются с кольцевым пространством, образованным между нижней частью верхнего наружного цилиндра 3 и внутренним цилиндром 2, а упомянутое кольцевое пространство гидравлически соединяется с кольцевым пространством, образованным между верхним наружным цилиндром 3 и клапанным узлом 5, так что давление в забойной области скважины может быть измерено через канал 10 на верхнем наружном цилиндре 3. На фиг.2 показано открывающее устройство для перевода устройства перекрытия забоя скважины по настоящему изобретению в открытое состояние. Открывающее устройство содержит корпус 13,пружинный блок 14, гидравлический якорь 15,эластичную мембрану 16, тройник 17 и направляющую головку 18. Направляющая головка 18 присоединена к одному концу корпуса 13 с помощью резьбового соединения или другим подобным образом. Наружная поверхность корпуса 13 снабжена ступеньками. Пружинный блок 14 и гидравлический якорь 15 крепятся соответственно к верхней и средней части корпуса 13 с помощью болтов. Эластичная мембрана 16 закрывает наружную поверхность нижней части корпуса 13. На средней части наружной поверхности эластичной мембраны 16 имеется выступ. Вдоль окружности, через всю длину выступа равномерно расположено определенное количество щелей. Площадка, расположенная на середине наружной поверхности эластичной мембраны 16, может сопрягаться с прорезью, расположенной напротив в устройстве перекрытия забоя скважины. Тройник 17 установлен на нижней части внутренней полости корпуса 13. Устройство перекрытия соединяется с промежуточной обсадной трубой заранее, перед ее опусканием. Когда устройство перекрытия забоя скважины закрыто и не может быть открыто давлением с поверхности земли, может быть задействовано открывающее устройство для перевода устройства перекрытия забоя скважины в открытое состояние. При работе открывающего устройства эластичная мембрана 16 и пружинный 22839 блок 14 сжимаются, и открывающее устройство входит во внутреннюю полость устройства перекрытия забоя скважины. Нижний конец направляющей головки переводит заслонку устройства перекрытия забоя скважины в открытое состояние. Когда выступ эластичной мембраны 16 входит в прорези во внутренней полости устройства перекрытия забоя скважины, насос открыт для повышения в нем давления, и лапы гидравлического якоря выходят наружу, удерживаясь на внутренней полости фиксирующей втулки 8 в устройстве перекрытия забоя скважины. Затем открывающее устройство движется вверх вместе с фиксирующей втулкой 8. Срезная шпилька 7 срезается. Затем фиксирующая втулка 8 входит во внутреннюю полость клапанного узла 5. Фиксирующая втулка 8 может двигаться только в направлении вверх из-за наличия обратных зацепов, имеющихся на наружной поверхности фиксирующей втулки 8 и внутренней поверхности нижнего фиттинга 6. Поэтому устройство перекрытия забоя скважины фиксируется и остается в постоянно открытом состоянии. Если насос остановлен, начинают действовать анкерные лапы гидравлического якоря до тех пор, пока открывающее устройство не будет извлечено наружу. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидравлически управляемое подбалансное устройство перекрытия забоя скважины,включающее верхний фиттинг (1), внутренний цилиндр (2), верхний наружный цилиндр (3),нижний наружный цилиндр (4), клапанный узел (5) и нижний фиттинг (6),на внутренней поверхности верхнего наружного цилиндра (3) вырезаны ступеньки клапанный узел (5) расположен внутри кольцевого пространства, образованного верхним наружным цилиндром (3), нижним наружным цилиндром (4) и внутренним цилиндром (2) на наружной поверхности внутреннего цилиндра(2) имеются выступы, и между верхним наружным цилиндром (3) и внутренним цилиндром (2) обеспечивается подвижная посадка гидравлическая камера (12) образована нижней частью выступов на внутреннем цилиндре (2) и внутренней полостью верхнего наружного цилиндра(3) на верхнем конце верхнего наружного цилиндра(3) имеются продольные каналы к каналам подсоединена гидравлическая управляющая система, два из этих каналов гидравлически сообщаются с камерой (11) и гидравлической камерой (12). отличающееся тем, что во внутренней полости верхнего фиттинга (1) имеются выступы, гидравлическая камера(11) образована выступами, имеющимися во внутренней полости верхнего фиттинга (1) и на наружной поверхности внутреннего цилиндра(2),и внутренней поверхностью наружного цилиндра (3) между нижней частью верхнего наружного цилиндра (3) и внутренним цилиндром (2) образовано кольцевое пространство, это кольцевое пространство сообщается с каналом,расположенным в верхнем наружном цилиндре (3),и сообщается с кольцевым пространством,образованным верхним наружным цилиндром (3) и клапанным узлом (5). 2. Подбалансное устройство перекрытия забоя скважины по п.1, отличающееся тем, что содержит также фиксирующую втулку (8) и срезную шпильку(8) вставлена во внутреннюю полость нижнего фиттинга (6) на внутренней поверхности нижнего фиттинга(6) сделаны ступеньки, и нижняя концевая поверхность фиксирующей втулки (8) расположена на внутренней поверхности нижнего фиттинга (6) нижний фиттинг (6) соединяется с фиксирующей втулкой (8) с помощью срезной шпильки (7) на наружной поверхности верхнего конца фиксирующей втулки (8) и внутренней поверхности нижнего фиттинга (6) имеются обратные зацепы наружный диаметр фиксирующей втулки (8) меньше внутреннего диаметра клапанного узла (5). 3. Открывающее устройство для перевода устройства перекрытия забоя скважины по п.2 в открытое состояние, включающее гидравлический якорь (15), отличающееся тем, что открывающее устройство также включает корпус(13),пружинный блок (14), эластичную мембрану (16),тройник (17) и направляющую головку (18), в котором наружная поверхность корпуса (13) снабжена ступеньками пружинный блок (14) и гидравлический якорь(15) крепятся соответственно на верхней и на средней части корпуса (13) эластичная мембрана (16) закрывает наружную поверхность нижней части корпуса (13), на средней части наружной поверхности эластичной мембраны(16) имеется выступ вдоль окружности, по всей длине выступа равномерно расположены щели выступ, расположенный на середине наружной поверхности эластичной мембраны (16), сопряжен с прорезями, расположенными непосредственно в устройстве перекрытия забоя скважины по п.2 тройник (17) установлен на нижней части внутренней полости корпуса (13) направляющая головка (18) установлена на концевой части корпуса (13).