RU2234588C1 - Устройство для обвязки устья скважины - Google Patents

Abstract

Предназначено преимущественно для герметизации межколонного пространства устья нефтегазодобывающих скважин, находящихся в эксплуатации. Устройство содержит корпус с внутренним продольным сквозным каналом разных диаметров и со сквозным радиальным каналом и размещенными внутри корпуса герметизирующими элементами и элементами захвата. Корпус выполнен из верхней и нижней втулок, соединенных между собой накидной гайкой, под которую на верхнем конце нижней втулки выполнена наружная резьба, а у верхней втулки - наружный буртик. На верхнем конце верхней втулки выполнена наружная резьба для навинчивания крышки, а внутри втулки - кольцевая проточка с внутренним верхним уступом. В проточке размещен верхний герметизирующий элемент с распорными кольцами. С нижнего конца внутри верхней втулки выполнен цилиндрический канал под наружный диаметр кондуктора скважины с внутренним нижним уступом под верхний торец кондуктора. Нижний конец верхней втулки выполнен с возможностью вхождения его в кольцевую проточку нижней втулки, в которой размещен нижний герметизирующий элемент. Внутренний продольный сквозной канал нижней втулки корпуса выполнен под наружный диаметр кондуктора скважины. Сквозной радиальный канал выполнен в теле верхней втулки под внутренним верхним уступом кольцевой проточки. Элементы захвата выполнены в теле нижней части нижней втулки корпуса в виде наклонно расположенных снаружи внутрь к продольной оси втулки не менее трех по ее окружности цилиндрических каналов, нижние открытые концы которых выведены во внутренний продольный канал нижней втулки. В наклонные цилиндрические каналы заведены подпружиненные сверху шарики, нижние открытые концы каналов с шариками перекрыты кольцом, которое закреплено на нижнем торце нижней втулки. Производят предварительную сборку устройства без сжатия верхнего и нижнего герметизирующих элементов, затем внутренним продольным сквозным каналом заводят устройство через верхний конец эксплуатационной колонны, надевают его на кондуктор и производят посадку устройства внутренним уступом на верхний торец кондуктора. Поджатием накидной гайки и навинчиванием крышки до конца обеспечивается жесткое крепление устройства на кондукторе элементами захвата и герметизация межколонного пространства устья скважины. Повышается промышленная безопасность проведения работ на устьях скважин при их герметизации за счет полного исключения сварочных работ, снижается трудоемкость работ и трудозатраты при герметизации устья скважины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначается для герметизации межколонного кольцевого пространства устья нефтегазодобывающей скважины между кондуктором и эксплуатационной колонной. Изобретение может быть использовано преимущественно на скважинах, находящихся в эксплуатации.

По патенту РФ №2002030, М.Кл.⁵ Е 21 В 33/00, Е 21 В 33/03 (заявлено 22.05.92, опубликовано 30.10.93, Бюл. №39-40) известно изобретение под названием “Устройство для герметизации межтрубного пространства скважины”, которое принимаем за аналог.

Устройство по аналогу включает в себя связанный с внутренней колонной труб конический корпус с буртом на верхнем основании, самоуплотняющуюся манжету, установленную в межтрубном пространстве на внутренней колонне труб с возможностью упора ее в бурт конического корпуса, и винтовую пружину сжатия, установленную на корпусе между буртом и самоуплотняющейся манжетой. При этом ниже манжеты во внутренней колонне выполнено сквозное радиальное отверстие.

Недостатком известного по аналогу устройства является то, что для герметизации межтрубного пространства скважины во внутренней колонне труб необходимо выполнить сквозное радиальное отверстие, а процесс герметизации межтрубного пространства может быть осуществлен только при создании повышенного давления в колонне внутренних труб, что имеет ограниченное использование при эксплуатации скважин.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности наибольшего числа существенных признаков из числа известных аналогов того же назначения, по нашему мнению, является техническое решение по оборудованию обвязки обсадных колонн типа ОКК 1, сведения о котором опубликованы в книге автора Г.М.Гульянц “Справочное пособие по противовыбросовому оборудованию скважин”. - М.: Недра, 1983 г., с.26-29.

Устройство по прототипу представляет собой колонную головку и содержит корпус с внутренним продольным сквозным каналом разных диаметров и со сквозным радиальным каналом и размещенными внутри корпуса герметизирующими элементами и элементами захвата. В корпусе устройства по прототипу на его нижнем конце выполнена внутренняя резьба, которой корпус навинчивается на наружную резьбу, специально выполняемую на верхнем конце кондуктора.

Недостатком известного по прототипу устройства является то, что для его использования требуется выполнение наружной резьбы на верхнем конце кондуктора и обязательное проведение сварочных работ на устье скважины. Например, по техническим условиям является обязательным и необходимым произвести приварку торца эксплуатационной колонны к фланцу головки - см., например, с.26 указанной выше книги автора Г.М.Гульянц.

Проведение сварочных работ на скважинах, находящихся в эксплуатации, требует значительных трудозатрат на подготовительные работы по обеспечению безопасности работающего персонала, так как необходимо отключить от скважины продуктивный пласт, произвести очистку площадки и устья скважины от нефтепродуктов, принять меры по оказанию помощи работающему на скважине персоналу в случае возникновения опасных ситуаций (необходимо присутствие на скважине при проведении сварочных работ медицинских работников, передвижной пароустановки и пожарной машины).

Кроме того, на скважинах, находящихся в эксплуатации, указанные работы осложняются проведением дополнительных работ. Так, на практике повсеместно при таких работах на кондуктор устанавливают фальш-муфту и обваривают ее изнутри и снаружи, что также увеличивает трудоемкость работ и трудозатраты.

Целью предлагаемого изобретения является достижение нового технического результата, а именно:

- повышение промышленной безопасности проведения работ на устьях нефтегазодобывающих скважин при герметизации межколонного пространства между кондуктором и эксплуатационной колонной скважины за счет полного исключения сварочных работ;

- снижение трудоемкости работ и трудозатрат в условиях работы на устье скважины.

Указанная цель предлагаемого изобретения достигается тем, что в известное устройство для обвязки устья скважины, включающее корпус с внутренним продольным сквозным каналом разных диаметров и со сквозным радиальным каналом и размещенными внутри корпуса герметизирующими элементами и элементами захвата, согласно заявляемому изобретению нами введены новые конструктивные элементы, изменена связь между элементами, предложено другое их взаимное расположение и изменена форма выполнения элементов, а именно: корпус выполнен из верхней и нижней втулок, соединенных между собой накидной гайкой, под которую на верхнем конце нижней втулки выполнена наружная резьба, а у верхней втулки - наружный буртик, с верхнего конца у верхней втулки снаружи выполнена резьба для навинчивания крышки, а внутри втулки - кольцевая проточка с внутренним верхним уступом, в проточке размещен верхний герметизирующий элемент с распорными кольцами, с нижнего конца внутри верхней втулки выполнен цилиндрический канал под наружный диаметр кондуктора скважины с внутренним нижним уступом под верхний торец кондуктора, нижний конец верхней втулки выполнен с возможностью вхождения его в кольцевую проточку нижней втулки, в которой размещен нижний герметизирующий элемент, внутренний продольный сквозной канал нижней втулки корпуса выполнен под наружный диаметр кондуктора скважины, сквозной радиальный канал выполнен в теле верхней втулки под внутренним верхним уступом кольцевой проточки, элементы захвата выполнены в теле нижней части нижней втулки корпуса в виде наклонно расположенных снаружи внутрь к продольной оси втулки не менее трех по ее окружности цилиндрических каналов, нижние открытые концы которых выведены во внутренний продольный канал нижней втулки, в наклонные цилиндрические каналы заведены подпружиненные сверху шарики, нижние открытые концы наклонных цилиндрических каналов с шариками перекрыты кольцом, которое закреплено на нижнем торце нижней втулки.

А также тем, что:

- верхний герметизирующий элемент выполнен, например, в виде манжеты;

- нижний герметизирующий элемент выполнен, например, в виде уплотняющих манжет.

Указанные выше новые существенные конструктивные признаки заявляемого устройства являются отличительными признаками от известного по прототипу устройства.

В настоящее время из общедоступных источников научно-технической и патентной информации нам не известны устройства для обвязки устья скважины, которые вместе с известными существенными признаками содержали бы в себе предложенную нами новую совокупность существенных конструктивных признаков, как в заявляемом устройстве.

В совокупности известные и новые отличительные существенные признаки устройства обеспечивают заявляемому изобретению при его использовании достижение нового технического результата, указанного в цели изобретения.

Так, благодаря тому, что корпус устройства выполнен из двух втулок, соединяемых между собой по их продольной оси накидной гайкой, вместе с предложенным выполнением внутренних диаметров втулок по отношению друг к другу и по отношению к наружному диаметру кондуктора, при выполнении внутри верхней втулки внутреннего нижнего уступа под верхний торец кондуктора, обеспечивается возможность после предварительной сборки устройства внутренним продольным каналом заводить устройство через верхний конец эксплуатационной колонны, свободно надевать его на кондуктор и производить посадку устройства внутренним нижним уступом верхней втулки на верхний торец кондуктора.

Выполнение в теле нижней части нижней втулки корпуса наклонно расположенных снаружи внутрь к продольной оси втулки не менее трех по ее окружности цилиндрических каналов, нижние открытые концы которых выведены во внутренний продольный канал, а в каналы заведены подпружиненные сверху шарики, формирует элементы, выполняющие функцию захвата кондуктора скважины заявляемым устройством, предотвращая вращение и осевое перемещение устройства вверх по кондуктору в случае возникновения давления в межколонном пространстве, например, при нарушении целостности эксплуатационной колонны или при проведении работ по опрессовке кондуктора.

Благодаря выполнению у верхней втулки корпуса устройства на верхнем конце наружной резьбы для навинчивания крышки, а внутри втулки - кольцевой проточки с внутренним верхним уступом при размещении в проточке верхнего герметизирующего элемента с распорными кольцами обеспечивается возможность производить герметизацию межколонного пространства выше кондуктора между внутренней поверхностью верхней втулки и наружной поверхностью эксплуатационной колонны путем навинчивания крышки, что снижает трудоемкость работ.

Выполнение нижнего конца верхней втулки с возможностью вхождения его в кольцевую проточку верхней части нижней втулки, в которой размещен нижний герметизирующий элемент, обеспечивает возможность производить герметизацию между наружной поверхностью кондуктора и внутренней поверхностью верхней втулки путем окончательного навинчивания накидной гайки и ее поджатия после посадки устройства на кондуктор.

Благодаря указанному выше предложенному нами сочетанию элементов и их конструктивному выполнению в заявляемом устройстве облегчается его установка на кондуктор, обеспечивается жесткое соединение устройства с кондуктором и достигается надежная герметизация межколонного пространства без выполнения каких-либо сварочных работ и без выполнения на верхнем конце кондуктора наружной резьбы для навинчивания на нее корпуса устройства, как в прототипе, что снижает трудоемкость работ и трудозатраты по герметизации устья скважины и повышает промышленную безопасность проведения таких работ на скважине.

На чертеже представлен один из возможных вариантов устройства для обвязки устья скважины (продольный разрез).

Устройство содержит корпус, выполненный из верхней 1 и нижней 2 втулок ступенчатой формы, соединяемых между собой по продольной оси накидной гайкой 3, под которую на верхнем конце нижней втулки 2 выполнена наружная резьба 4, а у верхней втулки - наружный буртик 5. С верхнего конца у верхней втулки 1 снаружи выполнена резьба 6, на которую навинчивается крышка 7. Внутри втулки 1 с верхнего ее конца выполнена кольцевая проточка 8 и кольцевой канал 9, образуя внутренний верхний уступ 10, где размещен верхний герметизирующий элемент 11 с распорными кольцами 12. Под внутренним верхним уступом 10 в теле верхней втулки 1 выполнен сквозной радиальный канал 13 для соединения кольцевого канала 9 и межколонного пространства 14 через патрубок 15 и запорный орган 16 с манометром давления 17. С нижнего конца внутри верхней втулки 1 выполнен цилиндрический канал 18 под наружный диаметр кондуктора 19 скважины с внутренним нижним уступом 20 под верхний торец кондуктора 19. Нижний конец 21 верхней втулки 1 выполнен с возможностью вхождения его в кольцевую проточку 22 нижней втулки 2, в которой размещен нижний герметизирующий элемент 23. Внутренний продольный сквозной канал 24 нижней втулки 2 корпуса выполнен также под наружный диаметр кондуктора 19. В теле нижней части нижней втулки 2 размещены элементы захвата кондуктора, которые выполнены в виде наклонно расположенных снаружи внутрь к продольной оси втулки не менее трех по ее окружности цилиндрических каналов 25, нижние открытые концы которых выведены во внутренний продольный канал 24. В каналы 25 заведены подпружиненные сверху пружинами 26 шарики 27. Нижние открытые концы наклонных цилиндрических каналов 25 с шариками 27 перекрыты кольцом 28, которое закреплено на нижнем торце нижней втулки 2.

Работает заявляемое устройство следующим образом. Верхний торец кондуктора, при необходимости, обрезают на расчетном уровне.

Затем производят предварительную сборку предложенного устройства, согласно которой в наклонные цилиндрические каналы 25 заводят пружины 26 и шарики 27, которые снизу перекрывают кольцом 28. Устанавливают в кольцевую проточку 22 нижней втулки 2 нижний герметизирующий элемент 23 и на нижнюю втулку 2 соосно ставят сверху верхнюю втулку 1, предварительно стягивая обе втулки накидной гайкой 3, но без сжатия нижнего герметизирующего элемента 23.

Предварительно собранное устройство внутренним продольным сквозным каналом 24 нижней втулки 2 заводят через верхний конец эксплуатационной колонны 29, надевают устройство на кондуктор 19 и производят посадку устройства внутренним нижним уступом 20 верхней втулки 1 на верхний торец кондуктора 19. Затем производят окончательное навинчивание накидной гайки 3 и ее поджатие, в результате чего шариковыми элементами захвата устройство жестко закрепляется на кондукторе 19, обеспечивая полное предотвращение вращения устройства и его осевое перемещение вверх по кондуктору 19 в случае возникновения в межколонном пространстве 14 скважины давления при одновременном обеспечении уплотнения нижнего герметизирующего элемента 23.

После этого в кольцевую проточку 8 верхней втулки 1 устанавливают верхний герметизирующий элемент 11 с распорными кольцами 12 и по резьбе 6 на верхний конец верхней втулки 1 корпуса устройства навинчивают крышку 7, в результате чего осуществляется уплотнение верхнего герметизирующего элемента 11.

Окончательное поджатие накидной гайки 3 и окончание навинчивания крышки 7 на верхний конец втулки 1 после посадки устройства на кондуктор 19 завершают работы по герметизации межколонного пространства устья скважины между кондуктором и эксплуатационной колонной.

Опытные образцы устройства прошли многократные стендовые и промысловые испытания, подтвердив достижение поставленных целей изобретения и обеспечив соответствие действующим требованиям правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности, утвержденных Постановлением Госгортехнадзора России №24 от 9 апреля 1998 г.

Claims (3)

1. Устройство для обвязки устья скважины, включающее корпус с внутренним продольным сквозным каналом разных диаметров и со сквозным радиальным каналом и размещенными внутри корпуса герметизирующими элементами и элементами захвата, отличающееся тем, что корпус выполнен из верхней и нижней втулок, соединенных между собой накидной гайкой, под которую на верхнем конце нижней втулки выполнена наружная резьба, а у верхней втулки - наружный буртик, с верхнего конца у верхней втулки снаружи выполнена резьба для навинчивания крышки, а внутри втулки - кольцевая проточка с внутренним верхним уступом, в проточке размещен верхний герметизирующий элемент с распорными кольцами, с нижнего конца внутри верхней втулки выполнен цилиндрический канал под наружный диаметр кондуктора скважины с внутренним нижним уступом под верхний торец кондуктора, нижний конец верхней втулки выполнен с возможностью вхождения его в кольцевую проточку нижней втулки, в которой размещен нижний герметизирующий элемент, внутренний продольный сквозной канал нижней втулки корпуса выполнен под наружный диаметр кондуктора скважины, сквозной радиальный канал выполнен в теле верхней втулки под внутренним верхним уступом кольцевой проточки, элементы захвата выполнены в теле нижней части нижней втулки корпуса в виде наклонно расположенных снаружи внутрь к продольной оси втулки не менее трех по ее окружности цилиндрических каналов, нижние открытые концы которых выведены во внутренний продольный канал нижней втулки, в наклонные цилиндрические каналы заведены подпружиненные сверху шарики, нижние открытые концы наклонных цилиндрических каналов с шариками перекрыты кольцом, которое закреплено на нижнем торце нижней втулки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний герметизирующий элемент выполнен, например, в виде манжеты.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что нижний герметизирующий элемент выполнен, например, в виде уплотняющих манжет.