RU2258126C1

RU2258126C1 - Tail casing pipe hanging and sealing device

Info

Publication number: RU2258126C1
Application number: RU2005101701/03A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Сердюк (RU); Н.И. Сердюк; А.Е. Кравченко (RU); А.Е. Кравченко; В.Ю. Бебенин (RU); В.Ю. Бебенин; С.И. Минаков (RU); С.И. Минаков; Б.В. Шибанов (RU); Б.В. Шибанов; В.И. Черкасов (RU); В.И. Черкасов
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2005-08-10

Abstract

FIELD: mining industry, namely means to seal or pack boreholes or wells, particularly for constructing water wells and for consolidating water-supply well intervals with tail casing pipes under primary casing pipes.

SUBSTANCE: device has tail casing pipe head and gripper system of primary casing pipe, packing members, circlips and sub. Upper part of outer head surface is cylindrical and has left-handed thread. Lower part thereof facing well bottom is conical. Intersection point of conical surface generators lays on well axis. Gripper system of primary casing pipe is formed as a shoe having inner surface defined by two conical surfaces with apexes extending in opposite directions. Adjoining surfaces of tail casing pipe head and casing shoe have 8-10° cone angles.

EFFECT: simplified structure and improved manufacturability, increased reliability and reduced material consumption.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при сооружении гидрогеологических скважин, а также при креплении интервалов водозаборных скважин потайными обсадными колоннами ниже первичных обсадных колонн.The invention relates to the field of mining and can be used in the construction of hydrogeological wells, as well as in fixing intervals of water wells with casing casing below the primary casing.

Известно устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны, включающее корпус с уплотнительным элементом на наружной поверхности, расположенную под уплотнительным элементом опорную втулку, связанную срезным элементом с корпусом, и установленный под опорной втулкой узел подвески в виде кожуха с конической расточкой в верхней части, образующего с корпусом кольцевую полость, и установленного в ней кольцевого поршня и клиновидных плашек, связанных с ним упругими цанговыми консолями [1].A device for suspending and sealing a countersunk casing is known, including a housing with a sealing element on the outer surface, a supporting sleeve located under the sealing element, connected by a shear element to the housing, and a suspension unit mounted under the supporting sleeve in the form of a casing with a conical bore in the upper part forming with the body of the annular cavity, and installed in it an annular piston and wedge-shaped dies connected with it by elastic collet consoles [1].

Недостатком описанного устройства является ненадежное крепление подвески потайной колонны и низкая надежность работы устройства в целом.The disadvantage of the described device is the unreliable fastening of the suspension of the countersunk column and the low reliability of the device as a whole.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для подвески и герметизации потайной колонны, состоящее из оголовника потайной и распорного механизма первичной обсадных колонн, пакерующих элементов, пружинных разрезных колец и переводника. Распорный механизм выполнен в виде плашечно-поршневого узла, соединенного цангой с клиновидными плашками, и уплотнительно-нажимного узла со шлицевым соединением в виде вала [2].The closest in technical essence and the achieved result is a device for suspension and sealing of a collar, consisting of a headband of a countersunk and spacer mechanism of the primary casing, packer elements, spring split rings and sub. The spacer mechanism is made in the form of a piston-piston unit connected by a collet with wedge-shaped dies, and a sealing-pressure unit with a spline connection in the form of a shaft [2].

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции из-за наличия нескольких узлов, связанных срезными элементами и приводимых в действие давлением промывочной жидкости с различными строго регламентированными параметрами, сложность технологии подвески и герметизации.The disadvantage of this technical solution is the design complexity due to the presence of several nodes connected by shear elements and driven by pressure of the washing liquid with various strictly regulated parameters, the complexity of the suspension and sealing technology.

Необходимо отметить и то обстоятельство, что вышеописанные конструкции устройств для подвески и герметизации потайной колонны, состоящие из большого количества элементов, сложны в изготовлении, требуют высокой точности и специального оборудования, которое имеется только на специализированных заводах, что в конечном итоге значительно удорожает их стоимость и может быть оправдано при проходке глубоких нефтяных скважин с высокой стоимостью метра бурения. В условиях водозаборных скважин небольшой глубины применение таких устройств нецелесообразно.It should be noted that the above-described constructions of devices for hanging and sealing a countersunk column, consisting of a large number of elements, are difficult to manufacture, require high precision and special equipment that is available only at specialized factories, which ultimately significantly increases their cost and can be justified when driving deep oil wells with a high cost of a meter of drilling. In conditions of small water wells, the use of such devices is impractical.

Техническим эффектом, ожидаемым от реализации настоящего изобретения, является упрощение конструкции устройства и технологии подвески и герметизации, повышение надежности его работы и снижение материальных затрат.The technical effect expected from the implementation of the present invention is to simplify the design of the device and the technology of suspension and sealing, increase the reliability of its operation and reduce material costs.

Указанный технический эффект достигается тем, что в устройстве для подвески и герметизации потайной обсадной колонны, состоящем из оголовника потайной и распорного механизма первичной обсадных колонн, пакерующих элементов, пружинных разрезных колец и переводника, внешняя поверхность оголовника потайной обсадной колонны выполнена цилиндрической в верхней части и имеет левую резьбу с крупным шагом и конической, обращенной к забою скважины в нижней части, при этом точка пересечения образующих конической поверхности нижней части лежит на оси скважины, а распорный механизм первичной обсадной колонны выполнен в виде башмака, внутренняя поверхность которого выполнена с двумя коническими поверхностями, вершины которых обращены в разные стороны, при этом соприкасающиеся поверхности оголовника потайной и башмака первичной обсадных колонн имеют конусность 8-10°.The specified technical effect is achieved by the fact that in the device for hanging and sealing a countersunk casing, consisting of a headband of a countersunk head and a spacer mechanism of the primary casing, packers, spring split rings and an adapter, the outer surface of the head of the countersunk casing is cylindrical in the upper part and has left-hand thread with a large step and a conical one, facing the bottom of the well in the lower part, while the intersection point of the generators of the conical surface of the lower part and the axis of the well, and the spacer mechanism of the primary casing string, is made in the form of a shoe, the inner surface of which is made with two conical surfaces, the tops of which are turned in different directions, while the contacting surfaces of the countersunk head and the shoe of the primary casing string have a taper of 8-10 °.

Указанный технический эффект достигается и тем, что на соприкасающейся с конической поверхностью оголовника потайной обсадной колонны внутренней поверхности башмака первичной колонны выполнены по крайней мере один шлицевой паз и кольцевая проточка с установленным в ней подпружиненным разрезным кольцом, а также тем, что на цилиндрической части оголовника потайной колонны имеется кольцевая проточка под уплотнительные элементы, а на конической поверхности - кольцевая проточка под пружинное разрезное кольцо, причем в нижней части конической поверхности имеется по крайней мере один паз для установки в нем фиксирующего элемента, и еще тем, что в кольцевой проточке на потайной обсадной колонне установлено пружинное разрезное кольцо для установки фиксирующего элемента в рабочее положение.The indicated technical effect is also achieved by the fact that at least one spline groove and an annular groove with a spring-loaded split ring installed in it, as well as that on the cylindrical part of the head of the headband, are made on a countersunk casing in contact with the conical surface of the headband of the inner surface of the shoe of the primary string. the columns have an annular groove under the sealing elements, and on the conical surface there is an annular groove under the spring split ring, and in the lower part of the conical tion surface has at least one recess for mounting therein of the locking element, and by the fact that the annular groove in the casing installed countersunk split ring spring for setting the locking member in operating position.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен разрез устройства перед производством операции по подвеске и герметизации потайной колонны, на фиг.2 изображен разрез устройства по А-А в транспортном положении, на фиг.3 изображен продольный разрез устройства в рабочем положении, на фиг.4 изображен разрез устройства по Б-Б в рабочем положении.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a section of a device before performing a suspension and sealing operation on a countersunk column, Fig. 2 shows a section of a device along AA in a transport position, Fig. 3 shows a longitudinal section of a device in a working position, figure 4 shows a section of the device on BB in the working position.

Устройство для подвески и герметизации потайной колонны (см. фиг.1) состоит из оголовника 1, потайной колонны 2, жестко соединенных между собой резьбой. Оголовник 1 с переводником 3 соединен левой замковой резьбой с крупным шагом 4. Внешняя поверхность верхней части оголовника 1 выполнена цилиндрической. На цилиндрической поверхности оголовника 1 выполнена кольцевая проточка 5, в которой размещены уплотнительные элементы 6. Внешняя поверхность нижней части оголовника 1, обращенная к забою скважины, выполнена конической. Точка пересечения образующих конической поверхности лежит на оси скважины. На конической поверхности оголовника 1 выполнена кольцевая проточка 7 под пружинное разрезное кольцо 8. В нижней части конической поверхности оголовника 1 профрезерован паз, в котором на оси 9 смонтирован фиксатор 10, который опирается на пружинное разрезное кольцо 11, размещенное в кольцевой проточке на потайной колонне 2. Распорный механизм выполнен в виде башмака 12, который жестко соединен с первичной колонной 13. Внутренняя поверхность башмака 12 первичной обсадной колонны выполнена с двумя коническими поверхностями, вершины которых обращены в разные стороны. Соприкасающиеся поверхности оголовника 1 потайной и башмака 12 первичной обсадных колонн имеют конусность 8-10°.A device for suspending and sealing a countersunk column (see FIG. 1) consists of a headband 1, a countersunk column 2, rigidly interconnected by a thread. Golovinnik 1 with a sub 3 is connected by a left locking thread with a large pitch 4. The outer surface of the upper part of the headband 1 is made cylindrical. An annular groove 5 is made on the cylindrical surface of the head-end 1, in which the sealing elements 6 are placed. The outer surface of the lower part of the head-end 1, facing the bottom of the well, is conical. The intersection point of the generators of the conical surface lies on the axis of the well. An annular groove 7 is made on the conical surface of the ogolovin 1 under a spring split ring 8. In the lower part of the conical surface of the ogolovin 1, a groove is milled in which a latch 10 is mounted on the axis 9, which rests on the spring split ring 11 located in the annular groove on the countersink 2 The spacer mechanism is made in the form of a shoe 12, which is rigidly connected to the primary string 13. The inner surface of the shoe 12 of the primary casing string is made with two conical surfaces, the tops of which are reversed yen in different directions. The contacting surfaces of the head end 1 of the countersunk and shoe 12 of the primary casing string have a taper of 8-10 °.

Конусность соприкасающихся поверхностей определена опытным путем. При угле конусности менее 8° на ограниченном линейном расстоянии, на которое опускается потайная колонна 2, пружинное разрезное кольцо 8 не совмещается с кольцевой проточкой 14 на башмаке 12 первичной колонны. Из-за этого отсутствует деформация уплотнительных элементов 6, а следовательно, и герметизация оголовника 1 с башмаком 12 будет недостаточной.The taper of the contacting surfaces is determined empirically. When the taper angle is less than 8 ° at a limited linear distance by which the countersinking column 2 falls, the spring split ring 8 does not fit with the annular groove 14 on the shoe 12 of the primary column. Because of this, there is no deformation of the sealing elements 6, and therefore, the sealing of the headband 1 with the shoe 12 will be insufficient.

Увеличение угла конусности более 10° влечет за собой увеличение поперечных размеров башмака 12 и уменьшение его проходного сечения. В результате чего возникнет необходимость ведения дальнейшего бурения породоразрушающим инструментом заниженного диаметра и спускания потайной колонны тоже уменьшенного диаметра, что нежелательно, т.к. это отрицательно скажется на дебите скважины.An increase in the taper angle of more than 10 ° entails an increase in the transverse dimensions of the shoe 12 and a decrease in its bore. As a result, there will be a need for further drilling with a rock cutting tool of underestimated diameter and lowering the countersunk column also of reduced diameter, which is undesirable, because this will adversely affect the flow rate of the well.

В средней части верхней конической поверхности башмака 12, имеющей конусность аналогичную конусности нижней части оголовника 1, выполнена кольцевая проточка 14 и по крайней мере один шлицевой паз 15. Нижняя часть башмака 12 выполнена конусной с вершиной, лежащей на оси скважины и направленной к ее устью. Из фиг.2 видно, что при несовпадении фиксатора 10 со шлицевым пазом 15 пружинное кольцо находится в сжатом состоянии, а фиксатор 10 упирается в коническую поверхность башмака. Переводник 3 жестко сопряжен с бурильной колонной 16 при помощи правой стандартной замковой резьбы. Оголовник 1 с переводником 3 связан срезным элементом 17.An annular groove 14 and at least one slotted groove 15 are made in the middle part of the upper conical surface of the shoe 12, having a taper similar to the taper of the lower part of the headband 1. The lower part of the shoe 12 is made conical with a vertex lying on the axis of the well and directed towards its mouth. Figure 2 shows that if the latch 10 does not coincide with the spline groove 15, the spring ring is in a compressed state, and the latch 10 abuts against the conical surface of the shoe. The sub 3 is rigidly coupled to the drill string 16 using the right standard locking thread. Golovinnik 1 with sub 3 is connected by a shear element 17.

Устройство работает следующим образом: перед спуском в скважину первичной колонны 13 на ее нижнем конце монтируется башмак 12 с двумя коническими поверхностями, верхняя из которых помимо основного своего назначении удерживать и герметизировать потайную колонну способствует беспрепятственному прохождению породоразрушающего инструмента при спуске его на забой скважины для бурения ниже башмака первичной колонны. Нижняя коническая поверхность башмака 12 также служит для свободного прохода породоразрушающего инструмента, но при подъеме бурового снаряда.The device operates as follows: before lowering the primary string 13 into the well, a shoe 12 with two conical surfaces is mounted at its lower end, the upper of which, in addition to its main purpose, to hold and seal the countersunk string facilitates the unhindered passage of the rock cutting tool while lowering it to the bottom of the well for drilling below shoe of the primary column. The lower conical surface of the shoe 12 also serves for free passage of the rock cutting tool, but when lifting the drill.

Перед спуском потайной колонны 2 на ее верхнем конце монтируется оголовник 1, в кольцевой проточке 5 которого, расположенной на цилиндрической поверхности, устанавливают уплотнительные элементы 6, а на конической поверхности - пружинное разрезное кольцо 8 в кольцевой проточке 7. В оголовник 1 заворачивают переводник 3 с левой резьбой с крупным шагом 4 и фиксируют от возможного самопроизвольного разворота их при спуске потайной колонны в скважину срезным элементом 17, выполненным в виде штифта. Переводник 3 сочленен с бурильной колонной 16 при помощи правой стандартной замковой резьбы.Before lowering the countersunk column 2, headband 1 is mounted on its upper end, in the annular groove 5 of which, located on the cylindrical surface, sealing elements 6 are installed, and on the conical surface, a spring split ring 8 in the annular groove 7. A sub 3 is wrapped in the headband 1 left-handed thread with a large step of 4 and fix them from a possible spontaneous turn them when lowering the countersunk column into the well with a shear element 17, made in the form of a pin. The sub 3 is articulated with the drill string 16 using the right standard locking thread.

Потайная колонна 2 опускается в скважину до упора верхней грани кольцевой проточки 5 в башмак 12, у которого внутренний диаметр основания конической поверхности несколько меньше диаметра цилиндрической части оголовника 1. При таком положении оголовника уплотнительные элементы 6 входят в коническую поверхность башмака и, деформируясь, герметизируют оголовник 1 с башмаком 12. Кроме того, плотное сочленение конических поверхностей оголовника 1 и башмака 12 тоже способствует их герметизации. В таком положении устройства (см. фиг.3) пружинное разрезное кольцо 8 сопрягается с кольцевой проточкой 14 на конической поверхности башмака 12 и, распрямляясь, удерживает оголовник 1 и потайную 2 колонну от возможного перемещения в вертикальном направлении.The countersunk column 2 is lowered into the well against the upper edge of the annular groove 5 into the shoe 12, in which the inner diameter of the base of the conical surface is slightly smaller than the diameter of the cylindrical part of the headband 1. With this position of the headband, the sealing elements 6 enter the conical surface of the shoe and deform, seal the headband 1 with shoe 12. In addition, the tight joint of the conical surfaces of the headband 1 and shoe 12 also contributes to their sealing. In this position of the device (see Fig. 3), the spring split ring 8 mates with the annular groove 14 on the conical surface of the shoe 12 and, while straightening, holds the headband 1 and countersunk 2 column from possible movement in the vertical direction.

Далее, если фиксатор 10 оказался не напротив шлицевого паза 15 на конической поверхности башмака (см. фиг.2), производят медленное вращение бурильной колонны вправо до совмещения фиксатора 10 со шлицевым пазом 12. При их совмещении фиксатор 10 выталкивается пружинным разрезным кольцом 11, находящимся в кольцевой проточке потайной колонны 2, в шлицевой паз 15. После этого вращение бурильной колонны прекращают. На этом подвеска и герметизация потайной колонны с башмаком первичной колонны завершается.Further, if the latch 10 was not opposite the splined groove 15 on the conical surface of the shoe (see Fig. 2), the drill string is slowly rotated to the right until the latch 10 is aligned with the spline groove 12. When combined, the latch 10 is pushed out by a spring split ring 11 located in the annular groove of the countersunk string 2, in the spline groove 15. After that, the rotation of the drill string is stopped. This completes the suspension and sealing of the secret column with the shoe of the primary column.

Для освобождения переводника 3 от оголовника 1 производится вращение бурильной колонны 16 вправо и при определенной нагрузке срезается штифт 17.To release the sub 3 from the headband 1, the drill string 16 is rotated to the right and the pin 17 is cut off at a certain load.

Прочность штифта 17 на срез выбирается значительно меньшей, чем прочность узла фиксации. При дальнейшем вращении вправо бурильная колонна 16 легко отсоединяется от оголовника 1 и поднимается на устье скважины.The shear strength of the pin 17 is selected significantly less than the strength of the fixing unit. With further rotation to the right, the drill string 16 is easily disconnected from the headband 1 and rises at the wellhead.

Таким образом, техническое решение подвески и герметизации потайной колонны по описанному выше изобретению обладает следующими преимуществами перед известными:Thus, the technical solution for suspension and sealing of a countersunk column according to the invention described above has the following advantages over the known:

1. Максимально упрощена конструкция при достаточной надежности подвески и герметизации затрубного пространства между потайной и первичной обсадными колоннами.1. The design is maximally simplified with sufficient reliability of the suspension and sealing of the annulus between the countersunk and primary casing strings.

2. Упрощена технология установки и привода в рабочее положение устройства.2. Simplified installation and drive technology in the operating position of the device.

3. Отсутствие сложных конструктивных элементов не требует необходимости изготовления их на специализированных промышленных предприятиях и дает возможность производства их в небольших механических мастерских, что значительно снижает стоимость производства данных работ на скважине.3. The absence of complex structural elements does not require the need to manufacture them at specialized industrial enterprises and makes it possible to produce them in small mechanical workshops, which significantly reduces the cost of producing these works at the well.

Источники информацииSources of information

1. Патент РФ №21740630, кл. Е 21 В 33/14, 33/12 от 21.09.1992 г.1. RF patent No. 21740630, class. E 21 B 33/14, 33/12 of 09/21/1992

2. Патент РФ №22206713, кл. Е 21 В 33/14, 17/06 от 11.07.2003 г.2. RF patent No. 22206713, class. E 21 B 33/14, 17/06 dated 07/11/2003

Claims

1. A device for suspending and sealing a collar of casing, consisting of a headband of a collar and spacer mechanism of the primary casing, packer elements, spring split rings and an adapter, characterized in that the outer surface of the head of the collar of casing is cylindrical in the upper part and has a left-hand thread with a large step and a conic, facing the bottom of the well, in the lower part, while the intersection point of the generators of the conical surface of the lower part lies on the axis of the well, and the The mechanism of the primary casing string is made in the form of a shoe, the inner surface of which has two conical surfaces, the vertices of which are turned in different directions, the contacting surfaces of the countersunk head and the shoe of the primary casing string have a taper of 8-10 °.

2. The device according to claim 1, characterized in that at least one spline groove and an annular groove with a spring-loaded split ring installed in it are made on a countersunk casing contacting the conical surface of the head of the inner surface of the shoe of the primary string.

3. The device according to claim 1, characterized in that on the cylindrical part of the head of the countersunk column there is an annular groove for the sealing elements, and on the conical surface there is an annular groove for the spring split ring, and at least one groove for the bottom of the conical surface installation of a fixing element therein.

4. The device according to claim 1, characterized in that in the annular groove on a countersunk casing, a spring split ring is installed to install the locking element in the working position.