Код документа: RU2070679C1
Изобретение относится к тюбинговым муфтам, и в частности к тюбинговым муфтам в тюбинговых цепочках, используемых для передачи электрического тока.
Известно использование тюбинговых цепочек в качестве проводника электрического тока при эксплуатации головки холодной скважины. Головку скважины изолируют от электрически проводящей секции тюбинга посредством изолирующей муфты. В то время как известная муфта удовлетворительно работает в условиях относительно низкого давления скважины, было обнаружено, что в течение процедур стимуляции, сопровождаемых высокими давлениями, может возникать миграция жидкостей в зону материала изоляции, что может привести к ее повреждениям. Более того, если высокие давления поддерживаются в течение длительного периода времени, повреждения могут возникнуть в муфте.
Задачей изобретения является обеспечение усовершенствованной изолирующей муфты, в которой изолирующий материал между металлическими соединительными муфтами защищен от контакта с жидкими средами в скважине.
Этот технический результат достигается тем, что тюбинговая муфта снабжена втулкой из непроводящего непроницаемого материала, установленной в нижнем конце внешней части муфты, прилегающей к ее стенкам, которая телескопически соединяется с нижним концом внутренней части муфты.
Между втулкой и внутренней частью муфты расположено первое уплотнение, а между втулкой и внешней частью муфты расположено второе уплотнение. Между верхним концом внутренней части и внешней части муфт размещено третье уплотнение, а зазор между частями муфты от выступов до первого и третьего уплотнения заполнено изолирующим веществом. Между внутренней и внешней частями муфты и концом втулки размещено четвертое уплотнение, а зазор между частями муфты от третьего до четвертого уплотнений заполнен изолирующим веществом в четвертой и несжимаемой форме, причем сама втулка выполнена из чистого гомополимера хлоротрифторэтилена.
На фиг.1 дано схематическое изображение, частично в вертикальной проекции и частично в разрезе, иллюстрирующее систему, в которой может быть применена муфта в соответствии с изобретением; на фиг.2 секционное изображение муфты, сконструированной в соответствии с этим изобретением; на фиг.3 вид вдоль линий 3-3 фиг. 2; на фиг.4 изображение частично в вертикальной проекции и частично в разрезе альтернативной формы этого изобретения.
На фиг.1 показана нефтяная скважина, включающая в себя обсадные трубы 1 в отверстии скважины, прикрепленные к головке скважины 2. Обычно обсадные трубы и головку скважины выполняют из электрически проводящего материала, такого как сталь. На нижнем конце обсадных труб отверстия 3 пропускают жидкость из формации в отверстие скважины.
Тюбинг, имеющий верхнюю секцию 4 и нижнюю секцию 5, подвешиваемый в обсадных трубах, транспортирует жидкую среду скважины к поверхности и наружу через трубу 6 в накопительную систему участка, в котором расположена скважина.
Верхняя и нижняя секции тюбинга соединены изолирующей муфтой 7, которая электрически изолирует две секции тюбинга друг от друга, в то же время механически связывая две секции. Верхнюю и нижнюю секции тюбинга выполняют из электрически проводящего материала, такого как обычная сталь.
Ниже изолирующей муфты 7 тюбинг 5 электрически изолируют от обсадных труб множеством изолирующих втулок 8, которые надевают снаружи на тюбинг и отделяют от обсадных труб.
На выбранной глубине, которая должна быть ниже нормального уровня массивов формации в тюбинге, выполняют электрическое соединение между обсадными трубами и тюбингом. Это электрическое соединение может иметь любую форму, такую как царапающий элемент 9, который имеет стандартную форму и включает в себя контакторы 10, которые спроектированы для проникновения в любой материал, находящийся на обсадных трубах, и таким образом контактирует с обсадными трубами для обеспечения с ними хорошего электрического контакта. Царапающий элемент и его контакты изготовлены из электрически проводящего материала и находятся в электрическом контакте с тюбингом 5 для электрического соединения тюбинга 5 с обсадными трубами 1.
На поверхности предусмотрен источник 11 энергии для нагревания тюбинга 5. Этот источник энергии имеет один вывод 12, который проходит через стенку обсадных труб соединяется с тюбингом 5 любым желаемым способом. На фиг.1 этот вывод показан соединенным с изолирующей муфтой 7.
Другой вывод 13 от источника энергии соединяется с головкой скважины в любой подходящей точке. Источник 11 может получать питание по линии 14 и 15.
Несмотря на то, что фиг.1 показывает использование муфты для откачивания нефти с парафиновым основанием, муфта этого изобретения может быть использована в любом типе установок, таких как снабжающих энергией нагреватель или мотор, или микроволновая или радиоволновая радиотрансляционная аппаратура.
Фиг.2 иллюстрирует одну форму этого изобретения. Внутренняя соединительная муфта 16 снабжена на своем верхнем конце нарезками 17 для соединения муфты сверху с тюбинговой цепочкой. Соединительная муфта имеет цилиндрическую форму и сделана из металла, такого как обычная сталь, используемая в тюбинговых муфтах. На ее внешней поверхности соединительная муфта снабжена расположением с промежутками выступами 18, которые предпочтительно являются непрерывной резьбой, для удерживания концентрически расположенной внешней соединительной муфты 19. На нижнем ее конце соединительная муфта снабжена средствами уплотнения, такими как пара 0-образных колец 20 для уплотнения с втулкой 21.
Внешняя соединительная муфта 19 выполнена из электрически проводящего материала, такого как обычная для муфты сталь, и муфта будет поддерживать тюбинговую цепочку, закрепленную с помощью нарезок 22 на нижнем конце внешней соединительной муфты.
Для подвески внешней соединительной муфты относительно внутренней соединительной муфты в соответствии с цилиндрической внешней соединительной муфты предусмотрены расположенные с промежутками выступы 23, которые взаимно соединяются с выступами 18. Как и в случае с выступами 18, эти выступы 23 предпочтительно снабжены непрерывной резьбой. Внешняя соединительная муфта длиннее, чем внутренняя соединительная муфта, а нижний конец внутренней соединительной муфты предпочтительно отделяют от нижнего конца внешней соединительной муфты в целях, обсуждаемых ниже.
Соседние с нижней резьбой 22 уплотняющие средства образуются в отверстии нижней соединительной муфты 0-образными кольцами 24 для уплотнения с втулкой 21.
Между внутренней и внешней соединительными муфтами предусмотрен изолирующий материал. Этот изолирующий материал включает в себя материал 25 между взаимно соединенными выступами. Материал 25 предусматривается для электрической изоляции между соединительными муфтами и механической прочности поддержки веса ниже муфты. Материалом является предпочтительно ароматический амин.
Изолирующий материал также включает в себя втулку 21, предпочтительно сформированную из пластического материала. Втулка 21 перекрывает пространство между нижним концом внутренней соединительной муфты и уплотняющими средствами 24 и предотвращает электрический контакт между внутренней и внешней соединительными муфтами через воду, содержащуюся в жидкости, протекающей через муфту. Уплотняющее средство 20, 24 мешают жидким средам скважины достигнуть изолирующего материала 25 в зоне взаимного соединения выступов. Так как отверстие через внутреннюю соединительную муфту и втулку должно быть тем же самым, в верхнем конце втулки выполняется противоположно направленное отверстие 26 для телескопического соединения с внутренней соединительной муфтой и взаимодействия с уплотнениями 20.
Втулка 21 должна быть изготовлена из материала, имеющего хорошие электрические свойства и проницаемость. Могут быть использованы фтороуглероды, такие как тефлон, поставляемый от Е.I.Dupont, Ньюпорт, штат Делавэр. Предпочтительно, чтобы был использован чистый гомополимер хлортрифторэтилена, такой как KEL-F 81, достижимый в получении от 3 М Сompany, 3 M Center, Сент-Пол, штат Миннесота.
Втулка 21 и первое и второе уплотнения являются не только изоляторами между двумя соединительными муфтами, они также препятствуют достижению жидкими средами из внутреннего пространства муфты эпоксидной группы. Эпоксидная группа является предпочтительно защищенной от контакта с жидкими средами скважины, которые могли бы вызвать короткое замыкание в муфте.
В процессе сборки втулка 21 запрессовывается во внешнюю соединительную муфту, пока не достигнет дна на выступе 27. Соединительные муфты свинчиваются вместе и удерживаются в желаемом относительном положении с помощью соответствующего фиксатора. Эпоксидную группу впрыскивают через отверстие 28, пока она не заполнит зубчатое пространство между двумя соединительными муфтами над уплотнением 20. Кольцо 29 создают в верхнем конце муфты удалением самой верхней части эпоксидной группы и небольшого количества металла из каждой соединительной муфты для обеспечения хороших уплотняющих поверхностей. Третьи уплотняющие средства предпочтительно краевого типа устанавливают в кольцевой выемке 29. Перед установкой уплотнения всю поверхность, определяющую кольцеобразную выемку, так же, как и уплотнение, покрывают веществом, которое предпочтительно смачивает поверхности и уплотнение, и так же хорошо заполняет любые пустоты в уплотнении, чтобы препятствовать проникновению жидкости, такой как вода, через уплотнение. Предпочтительно используют обсуждаемое ниже вещество на основе силикона.
Третьи уплотняющие средства защищают эпоксидную группу от агрессивно воздействия жидкостей в полости скважины, скажем, в процессе стимуляции. При нормальном использовании полость скважины будет заполнена непроводящей текучей средой, такой как газ или нефть.
Предпочтительно, чтобы эпоксидная группа полностью заполнила полость от втулки 21 до третьего уплотнения 30.
Кольцо 31 соединяет кабелепровод 12 питания (фиг.1) с внешней соединительной муфтой 19. Кольцо 31 снабжено внутренними нарезками 32 для соединения с нарезками 33 на верхнем конце внешней соединительной муфты. Глухое отверстие 34 предусмотрено в кольце для подключения кабелепровода питания с помощью любой желаемой соединительной техники. Горизонтальные отверстия 35 используют, вставляя в них инструменты, для навинчивания кольца на соединительную муфту.
Фиг. 4 иллюстрирует модифицированную форму этого изобретения, которая обеспечивает даже большую защиту для эпоксидной группы изолирующего материала. Муфта, по существу, та же самая, что и на фиг.1, а идентичные части обозначены одними и теми же ссылочными позициями. Единственное отличие заключается в добавлении 0-образного кольца и отверстия впрыскивания, через которое впрыскивается защитное вещество.
В варианте на фиг.4 предусмотрено отверстие 36 по внешней соединительной муфте, перекрывающей втулку 21, четвертое уплотнение образуется 0-образным кольцом 37, а пространство, определенное первыми, вторыми и четвертыми уплотняющими средствами, заполняется нетвердым несжимаемым веществом. Предпочтительно, чтобы это вещество заключалось под давлением, чтобы подпереть втулку 21 против внутреннего давления. Таким образом, если давление в отверстии через муфту возрастает, то возрастает и давление этого нетвердого вещества и не создается существенной разности поперек втулки, что защищает втулку. Нетвердое вещество не является предпочтительно единственным, которое имеет хорошие электрические характеристики, но единственным, которое преимущественно смачивает все, оно входит в соприкосновение и препятствует любой воде, которая может проникнуть в уплотнения, смачивать любую из этих поверхностей. Предпочтительным веществом является вещество на основе силикона, такое как Dow Corning 510, вязкость 500 cs от Dow Corning Company Мидленд, штат Мичиган.
В процессе сборки в варианте на фиг.4 изобретения уплотнение 37 располагают над втулкой 21 перед помещением внутренней соединительной муфты. После того, как эпоксидную группу впрыснут, отверстие 28 закрывают заглушкой 38. По желанию можно использовать 0-образное кольцо 39 для защиты от попадания жидкости снаружи. Несмотря на то, что заглушка 38 и 0-образное кольцо 39 не показаны на фиг.3, они используются в варианте изобретения на фиг.3.
После закрытия отверстия 28 муфту располагают так, чтобы ее продольная ось проходила горизонтально, а отверстие 36 открывалось вверх. В отверстии 36 закрепляют подходящий фиксатор, а зону, определяемую первым, вторым и четвертым уплотнениями, разряжают по существу до полного вакуума. Предпочтительно силиконовую жидкость затем впрыскивают под давлением, определяемым насосом Р и резервуаром силикона. Предпочтительно используют давление впрыскивания около 1000 фунтов (453 кг) для обеспечения полного заполнения зоны. Фиксатор удаляют и силиконовую позволяют достичь атмосферное давление. Затем заглушку 40, имеющую 0-образное кольцевое уплотнение 41 под ее крышкой, смазывают лаком с помощью смазочной трубки и вставляют в отверстие 36. В процессе вставки силикон будет попадать в ловушку и сжиматься, чтобы подпирать втулку 21 против внутреннего давления.
Предыдущее описание является иллюстрацией вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники очевидны изменения и модификации, которые могут быть сделаны, не выходя за рамки изобретения, которое определяется формулой изобретения.
Использование: для передачи электрического тока. Сущность изобретения: соосно расположены внутренняя и внешняя части из электpопроводящего материала, торцевые поверхности которых с одной стороны размещены в одной плоскости. На каждой части муфты выполнена резьба для соединения соответственно с верхней и нижней тюбинговыми секциями и несколько периферийных вытянутых выступов, сцепленных друг с другом. Зазор между выступами заполнен изолирующим веществом. Втулка из непроводящего и непроницаемого материала установлена в нижнем конце внешней части муфты, прилегающей к ее стенкам и телескопически соединяющуюся с нижним концом внутренней части муфты. Между втулкой и внутренней частью муфты расположено первое уплотнение, между втулкой и внешней частью муфты - второе. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.