PL235533B1

PL235533B1 - Lower part of the Christmas tree and the treatment head assembly for the gas deposit fracturing treatment

Info

Publication number: PL235533B1
Application number: PL421056A
Authority: PL
Inventors: Rafał Wiśniowski; Jan Artymiuk; Andrzej Tomkowicz
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie; Pgnig Tech Spolka Akcyjna
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2023-03-13
Also published as: PL421056A1

Abstract

Zespół składa się z dolnej części głowicy eksploatacyjnej o szczególnej konstrukcji, łącznika dolnego głowicy zabiegowej (4) oraz tulei ochronnej (2) stanowiącej elementem głowicy zabiegowej, przy czym dolna część głowicy eksploatacyjnej posiada korpus, wewnątrz którego znajduje się wieszak rur wydobywczych oraz uszczelnienie rur wydobywczych, gdzie wieszak rur wydobywczych posadowiony jest na trzpieniach: podtrzymujących i dodatkowo zabezpieczony trzpieniami zabezpieczającymi, natomiast łącznik, mający postać kołnierza, znajdujący się w dolnej części głowicy zabiegowej (4), łączący zasuwę awaryjną głowicy zabiegowej z dolną częścią głowicy eksploatacyjnej posiada uszczelnienie połączenia z górną częścią tulei ochronnej, zapewniający szczelność w przypadku ciśnienia do 15 000 psi, przy czym tuleja ochronna (2), będąca częścią głowicy zabiegowej (4) posiada korpus rurowy, którego ściana ulega niewielkiemu poszerzeniu w górnej części tworząc uskok, przy zachowaniu jednolitego przekroju wewnętrznego, a wymiar średnicy zewnętrznej tulei jest mniejszy od wymiaru średnicy wewnętrznej części dolnej głowicy eksploatacyjnej.The assembly consists of the lower part of the mining head with a special design, the lower connector of the treatment head (4) and the protective sleeve (2) constituting an element of the treatment head, with the lower part of the mining head having a body inside which there is a hanger for the mining pipes and a seal for the mining pipes , where the hanger of the mining pipes is placed on supporting pins and additionally secured with safety pins, while the connector, in the form of a collar, located in the lower part of the treatment head (4), connecting the emergency valve of the treatment head with the lower part of the mining head, has a sealed connection with the upper part of the protective sleeve, ensuring tightness in the case of pressure up to 15,000 psi, where the protective sleeve (2), which is part of the treatment head (4), has a tubular body, the wall of which is slightly widened in the upper part, creating an offset, while maintaining a uniform internal cross-section, and the dimension of the outer diameter of the sleeve is smaller than the dimension of the inner diameter of the lower part of the operating head.

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół składający się z dolnej części głowicy eksploatacyjnej i głowicy zabiegowej wykorzystywanych w procesie szczelinowania złoża gazu.The subject of the invention is an assembly consisting of the lower part of the exploitation head and the treatment head used in the process of fracturing the gas field.

Tradycyjne rozwiązania konstrukcyjne w zakresie instalacji do przeprowadzania zabiegów szczelinowania zakładają przeprowadzenie przewidzianych czynności zarówno poprzez samą głowicę zabiegową, jak również poprzez dolny korpus głowicy eksploatacyjnej. Schemat taki wymusza zastosowanie dolnego korpusu głowicy eksploatacyjnej przystosowanego do ciśnień panujących podczas zabiegów szczelinowania. Ciśnienie zabiegu szczelinowania jest znacząco wyższe od ciśnień panujących na etapie eksploatacji złoża. Ciśnienie robocze całej głowicy eksploatacyjnej wynosi do 5 000 psi, natomiast ciśnienie robocze głowicy zabiegowej wynosi do 15 000 psi, a więc jest trzykrotnie wyższe.Traditional design solutions in the field of installations for fracturing treatments assume that the intended activities are performed both through the treatment head itself and through the lower body of the operating head. Such a scheme requires the use of the lower body of the operating head adapted to the pressures prevailing during fracturing treatments. The pressure of the fracturing treatment is significantly higher than the pressures prevailing at the stage of exploitation of the deposit. The operating pressure of the entire operating head is up to 5,000 psi, while the operating pressure of the treatment head is up to 15,000 psi, which is three times higher.

Konstrukcja głowicy zabiegowej powinna zapewnić możliwie łatwy i szybki sposób przyłączenia przewodów służących do podawania cieczy szczelinującej. Aby zapewnić pełną funkcjonalność konstrukcji głowicy zabiegowej należy zapewnić odpowiedni przelot, właściwe maksymalne ciśnienie robocze sprzętu, materiały użyte do budowy instalacji powinny być odporne na media stosowane przy zabiegach szczelinowania ponadto konstrukcja powinna zapewnić możliwie szybki montaż oraz demontaż.The design of the treatment head should provide the easiest and quickest way to connect the lines used to deliver the fracturing fluid. To ensure full functionality of the treatment head structure, it is necessary to provide an appropriate passage, appropriate maximum operating pressure of the equipment, materials used in the construction of the installation should be resistant to the media used in fracturing treatments, moreover, the structure should ensure the fastest possible assembly and disassembly.

Po zakończeniu szczelinowania i wywołaniu produkcji głowica zabiegowa jest demontowana, a na jej miejsce montowana jest górna część głowicy eksploatacyjnej. Proces ten wydłuża prace demontażowo-montażowe. Najlepiej byłoby wszystkie czynności tak szczelinowania jak i eksploatacji wykonać jednym sprzętem zamontowanym na otworze/odwiercie. Na podstawie prac studialnych dotychczasowych rozwiązań więźb rurowych, głowic eksploatacyjnych i zabiegowych, przystąpiono do prac nad rozwiązaniem kompleksowym, które pozwoliłoby na przeprowadzenie szczelinowania, wywołania produkcji i wydobycia gazu z pokładów łupkowych jednym zestawem uzbrojenia na otworze/odwiercie, co jest celem niniejszego rozwiązania.After the fracturing process is completed and production is started, the treatment head is disassembled and in its place the upper part of the operating head is installed. This process extends the disassembly and assembly work. It would be best to carry out all fracking and operation activities with one piece of equipment mounted on the well / borehole. Based on the studies of the existing solutions for pipe framing, exploitation and treatment heads, work was started on a comprehensive solution that would allow fracking, production and extraction of gas from shale deposits with one set of reinforcement at the well / borehole, which is the purpose of this solution.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że zespół składa się z dolnej części głowicy eksploatacyjnej o szczególnej konstrukcji, łącznika dolnego głowicy zabiegowej oraz tulei ochronnej stanowiącej element głowicy zabiegowej. Dolna część głowicy posiada korpus, wewnątrz którego znajduje się co najmniej jeden wieszak rur wydobywczych oraz uszczelnienie rur wydobywczych. Wieszak rur wydobywczych posadowiony jest na trzpieniach podtrzymujących i dodatkowo zabezpieczony trzpieniami zabezpieczającymi. Łącznik, mający postać kołnierza, znajdujący się w dolnej części głowicy zabiegowej, łączący zasuwę awaryjną głowicy zabiegowej z dolną częścią głowicy eksploatacyjnej posiada uszczelnienie połączenia z górną częścią tulei ochronnej, zapewniający szczelność w przypadku ciśnienia do 15 000 psi. Tuleja ochronna, będąca częścią głowicy zabiegowej posiada korpus rurowy, którego ściana ulega niewielkiemu poszerzeniu w górnej części tworząc uskok, przy zachowaniu jednolitego przekroju wewnętrznego oraz dwa zderzaki rozmieszczone na jej obwodzie. Wymiar średnicy zewnętrznej tulei jest mniejszy od wymiaru średnicy wewnętrznej części dolnej głowicy eksploatacyjnej.The essence of the solution according to the invention consists in the fact that the assembly consists of the lower part of the operating head with a specific structure, the lower connector of the treatment head and a protective sleeve being an element of the treatment head. The lower part of the head has a body inside which there is at least one extraction pipe hanger and a extraction pipe seal. The hanger of mining pipes is placed on supporting pins and additionally secured with securing pins. The flanged connector on the lower part of the treatment head connecting the emergency slide of the treatment head to the lower part of the operating head has a seal with the upper part of the protective sleeve, ensuring a pressure tightness up to 15,000 psi. The protective sleeve, which is a part of the treatment head, has a tubular body, the wall of which is slightly widened in the upper part, creating a step, while maintaining a uniform internal cross-section, and two bumpers arranged on its circumference. The dimension of the outer diameter of the sleeve is smaller than the dimension of the inner diameter of the lower operating head.

Korzystnie każdy trzpień umieszczony jest w tulei dławika i zabezpieczony pierścieniem dociskowym oraz uszczelką trzpienia, a szyja wieszaka rur wydobywczych posiada uszczelnienie dla wykonania testów szczelności bezpośrednio po montażu.Preferably, each mandrel is placed in the gland sleeve and secured with a pressure ring and mandrel gasket, and the neck of the hanger of the extraction pipes is sealed for leakage tests immediately after assembly.

Korzystnie tuleja ochronna jest zabezpieczona od dołu podwójnym uszczelnieniem, znajdującym się w dolnej części głowicy eksploatacyjnej.Preferably, the protective sleeve is secured from below with a double seal at the bottom of the operating head.

Korzystnie trzpienie podtrzymujące i zabezpieczające stanowią zabezpieczenie dla tulei ochronnej głowicy zabiegowej posadowionej wewnątrz dolnej części głowicy eksploatacyjnej.Preferably, the support and securing bolts secure the protection sleeve of the treatment head mounted inside the lower part of the operating head.

Korzystnie tuleja ochronna wyposażona jest w pierścienie podtrzymujące z uszczelkami.Preferably, the protective sleeve is provided with supporting rings with seals.

Główną zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że konstrukcja wszystkich części zespołu obniża znacznie koszty produkcji samej głowicy eksploatacyjnej przy zachowaniu niezbędnej funkcjonalności, jaką jest możliwość przeprowadzenia zabiegów pod ciśnieniem do 15 000 psi. Konstrukcja głowicy zabiegowej, a zwłaszcza obecność tulei izolującej oraz łącznika zapewnia możliwie łatwy i szybki sposób przyłączenia przewodów służących do podawania cieczy szczelinującej poprzez odpowiedni rodzaj przyłącza. Aby zapewnić pełną funkcjonalność zespołu zapewniono odpowiedni przelot, właściwe maksymalne ciśnienie robocze sprzętu, a materiały założone do budowy są odporne na media stosowane przy zabiegach szczelinowania, zabezpieczając korpus głowicy eksploatacyjnej przed działaniem erozyjnym cieczy przez niego przepływającej.The main advantage of the solution according to the invention is that the design of all parts of the assembly significantly reduces the production costs of the operating head itself while maintaining the necessary functionality, which is the ability to perform treatments under pressure up to 15,000 psi. The design of the treatment head, and in particular the presence of an insulating sleeve and a connector, provide the easiest and quickest way to connect the lines used to deliver the fracturing fluid through the appropriate type of connection. In order to ensure the full functionality of the unit, an appropriate passage, appropriate maximum operating pressure of the equipment has been provided, and the materials used for construction are resistant to the media used in fracturing treatments, protecting the body of the operating head against the erosive action of the liquid flowing through it.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest przykładem wykonania zilustrowanym rysunkiem, gdzie Fig. 1 stanowi widok z boku głowicy zabiegowej z tuleją, Fig. 2 - przekrój w płaszczyźnie pionowej dolnejThe subject of the invention is explained by an exemplary embodiment illustrated in the drawing, where Fig. 1 is a side view of the treatment head with a sleeve, Fig. 2 - a cross section in the lower vertical plane

PL 235 533 B1 części głowicy zabiegowej, Fig. 3 - przekrój w powiększeniu trzpieni podtrzymujących i zabezpieczających, Fig. 4 - przekrój pionowy tulei ochronnej i widok z góry tulei ochronnej, Fig. 5 - stanowi z lewej strony wzdłużnej osi symetrii urządzenia jego widok, natomiast z prawej strony częściowo przekrój w płaszczyźnie pionowej i częściowo widok.Fig. 3 - enlarged section of the supporting and securing pins, Fig. 4 - vertical section of the protective sleeve and top view of the protective sleeve, Fig. 5 - is its view on the left side of the longitudinal symmetry axis of the device, while on the right, partially a section in the vertical plane and partially a view.

Zespół składa się z dolnej części 1 głowicy eksploatacyjnej, łącznika dolnego głowicy zabiegowej 3 oraz tulei ochronnej 2 stanowiącej element głowicy zabiegowej 4. Dolna część głowicy posiada korpus 5, wewnątrz którego znajduje wieszak rur wydobywczych 6 oraz uszczelnienie rur wydobywczych 7. Wieszak rur wydobywczych 7 posadowiony jest na trzpieniach podtrzymujących 8 i dodatkowo zabezpieczony trzpieniami zabezpieczającymi 9. Łącznik 3, mający postać kołnierza, znajdujący się w dolnej części głowicy zabiegowej 4, łączący zasuwę awaryjną głowicy zabiegowej z dolną częścią głowicy eksploatacyjnej posiada uszczelnienie 10 połączenia z górną częścią tulei ochronnej 2, zapewniający szczelność w przypadku ciśnienia do 15 000 psi. Tuleja ochronna 2, będąca częścią głowicy zabiegowej 4 posiada korpus rurowy, którego ściana ulega niewielkiemu poszerzeniu w górnej części tworząc uskok, przy zachowaniu jednolitego przekroju wewnętrznego oraz dwa zderzaki rozmieszczone na jej obwodzie. Wymiar średnicy zewnętrznej tulei 2 jest mniejszy od wymiaru średnicy wewnętrznej części dolnej głowicy eksploatacyjnej 1. Tuleja ochronna 2 jest zabezpieczona od dołu podwójnym uszczelnieniem 14, znajdującym się w dolnej części głowicy eksploatacyjnej 1.The assembly consists of the lower part 1 of the operating head, the lower connector of the treatment head 3 and the protective sleeve 2 which is an element of the treatment head 4. The lower part of the head has a body 5, inside which there is a hanger for extraction pipes 6 and a sealing for extraction pipes 7. A hanger for extraction pipes 7 is placed is on the supporting pins 8 and additionally secured with securing pins 9. The flanged connector 3 located in the lower part of the treatment head 4, connecting the emergency slide of the treatment head with the lower part of the operating head, has a seal 10 for connection with the upper part of the protective sleeve 2, ensuring Leak-proof up to 15,000 psi. The protective sleeve 2, being part of the treatment head 4, has a tubular body, the wall of which is slightly widened in the upper part, creating a step, while maintaining a uniform internal cross-section, and two bumpers arranged on its circumference. The dimension of the outer diameter of the sleeve 2 is smaller than the dimension of the inner diameter of the lower operating head 1. The protective sleeve 2 is secured from below with a double seal 14, located in the lower part of the operating head 1.

Każdy trzpień 8, 9 umieszczony jest w tulei dławika 11 i zabezpieczony pierścieniem dociskowym 12 oraz uszczelką trzpienia 13, a szyja wieszaka rur wydobywczych posiada uszczelnienie dla wykonania testów szczelności bezpośrednio po montażu.Each spindle 8, 9 is placed in the gland bushing 11 and secured by a pressure ring 12 and a spindle seal 13, and the neck of the hanger of extraction pipes is sealed for leakage tests immediately after assembly.

Korzystnie trzpienie podtrzymujące 8 i zabezpieczające 9 stanowią zabezpieczenie dla tulei ochronnej 2 głowicy zabiegowej 4 posadowionej wewnątrz dolnej części głowicy eksploatacyjnej 1.Preferably, the supporting 8 and securing bolts 9 protect the protective sleeve 2 of the treatment head 4 mounted inside the lower part of the operating head 1.

Korzystnie tuleja ochronna 2 wyposażona jest w pierścienie 15 podtrzymujące z uszczelkami 16. Głowicę zabiegową 4 mocuje się na czas zabiegów szczelinowania poprzez łącznik dolny 2 na dolnej części głowicy eksploatacyjnej 1 umieszczając tuleję ochronną 2 wewnątrz dolnej części głowicy eksploatacyjnej 1 i zabezpieczając ją we właściwej pozycji poprzez podwójne uszczelnienie 14 znajdujące się w dolnej części głowicy eksploatacyjnej 1 oraz trzpienie blokujące 8, 9, będące częścią dolnej części głowicy eksploatacyjnej 1.Preferably, the protective sleeve 2 is equipped with supporting rings 15 with gaskets 16. The treatment head 4 is attached during the fracturing operations through the lower connector 2 on the lower part of the operating head 1, placing the protective sleeve 2 inside the lower part of the operating head 1 and securing it in the correct position by double seal 14 located in the lower part of the operating head 1 and locking pins 8, 9, which are part of the lower part of the operating head 1.

Konstrukcja zespołu umożliwia podanie ciśnienia równoważącego do przestrzeni pomiędzy tuleją ochronną, posadowioną wewnątrz dolnej części głowicy eksploatacyjnej, a korpus tej głowicy, do ciśnienia równego 5 000 psi, zmniejszając tym samym naprężenia w tulei ochronnej, wewnątrz której ciśnienie może wynosić maksymalnie 15 000 psi. Podanie ciśnienia równoważącego pozwala dodatkowo w razie potrzeby użyć materiału o mniejszej wytrzymałości do budowy samej tulei.The design of the assembly allows the balancing pressure to be applied to the space between the protective sleeve, located inside the lower part of the operating head, and the body of the head, to a pressure of 5,000 psi, thus reducing the stress in the protective sleeve, inside which the pressure may be up to 15,000 psi. The provision of the balancing pressure also allows, if necessary, to use material with a lower strength for the construction of the sleeve itself.

Claims

1. The assembly of the lower part of the operating head and the treatment head for the treatment of gas fracturing, consisting of the lower part of the operating head and the treatment head, characterized in that the lower part of the operating head (1) is connected via the lower connector (3) of the treatment head (4) and a protective sleeve constituting an element of the treatment head with this head, the lower part of the operating head (1) having a body (5), inside which there is a hanger for extraction pipes (6) and a sealing for extraction pipes (7), where the hanger for extraction pipes (7) is ) is mounted on the supporting bolts (8) and additionally secured with securing bolts (9), while the flanged connector (3) is located in the lower part of the treatment head (4), connecting the emergency bolt of the treatment head with the lower part of the operating head it has a seal (10) for connection with the upper part of the protective sleeve (2), ensuring tightness under pressure up to 15,000 psi, while the protective sleeve (2), which is part of the treatment head (4), has a tubular body, the wall of which is slightly widened in the upper part, creating a step, maintaining a uniform internal cross-section, and two bumpers (17) arranged on its perimeter a, the dimension of the outer diameter of the sleeve is smaller than the dimension of the inner diameter of the lower part of the operating head (1).

2. The assembly according to p. The method of claim 1, characterized in that each spindle (8, 9) is placed in the gland bushing (11) and secured with a pressure ring (12) and a spindle seal (13),

PL 235 533 Β1 and the neck of the hanger for extraction pipes (7) is sealed for leak testing immediately after assembly.

3. The assembly according to p. A device as claimed in claim 1, characterized in that the protective sleeve (2) is secured from below with a double seal located in the lower part of the operating head (1).

4. The assembly according to p. The method as claimed in claim 1, characterized in that the supporting (8) and securing bolts (9) protect the protective sleeve (2) of the treatment head (4) mounted inside the lower part of the operating head (1).

5. The assembly according to p. A device according to claim 1, characterized in that the protective sleeve (2) is provided with supporting rings (15) with seals (16).