Универсальная колонная головка для обвязки обсадных колонн на устье скважины

 

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано при капитальном ремонте и при бурении новых нефтегазовых скважин. Устройство содержит наружную и внутреннюю колонные головки для соединения с обсадными колоннами, элементы уплотнения в кольцевом зазоре, каналы циркуляции жидкости, выполненные в стенке наружной колонной головки. Внутренняя колонная головка имеет мелкомодульные зубья, пересекаемые поперечными канавками, для взаимодействия с ответными мелкомодульными зубьями на торце вкладыша фиксации колонны. Торец установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в кольцевой канавке, выполненной в стенке наружной колонной головки и пересекающей каналы циркуляции жидкости. Вкладыш фиксации колонны имеет сферическую поверхность на регулировочном винте. Винт герметично соединен через резьбовые элементы и цилиндрическое отверстие с пробкой. Пробка установлена в радиальном резьбовом отверстии, выполненном в стенке наружной колонной головки и совмещенном с кольцевой канавкой. Изобретение позволяет исключить раскручивание труб эксплуатационной колонны и обеспечить контроль герметичности в зазоре между внутренней и наружной колонными головками. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано при капитальном ремонте и при бурении новых нефтегазовых скважин.

Известны оборудования для обвязки обсадных колонн на устье скважины, включающие последовательно и концентрично размещенные над кондуктором корпуса колонных головок (2) - (10).

Недостатком известных видов оборудования является сложность монтажа уплотнения для герметизации затрубного пространства, так как после разгрузки эксплуатационная колонна часто оказывается смещенной относительно оси кондуктора.

Проверку герметичности уплотнения необходимо выполнять гидравлическим давлением, подаваемым в затрубное пространство, что приводит к дополнительному нагружению обсадных колонн и не исключена их разгерметизация в процессе испытания.

Кроме выше изложенного, разгрузка эксплуатационных колонн в оборудовании (2) - (10) на клинья не даст возможности обеспечения более точной величины натяжения колонн из-за их проскальзывания в клиньях.

Известно оборудование для обвязки обсадных колонн на устье скважины, содержащее элементы уплотнения в кольцевом зазоре, посадочные корпуса, пазы для циркуляции раствора (1).

Недостатком известного оборудования является невозможность произвести перенатяжку эксплуатационной колонны из-за наличия посадочных конусов, что приводит к разгерметизации колонны в процессе эксплуатации.

Исключается возможность демонтажа оборудования (1) после цементирования колонн в процессе ремонта скважины.

Кроме этого, при развинчивании допускного патрубка после разгрузки эксплуатационной колонны на посадочные конуса, раскручивается не зацементированная часть колонны, что приводит к развинчиванию резьбовых соединений колонны в скважине и их разгерметизации.

Решение технической задачи достигается тем, что для обеспечения расчетного усилия натяжения эксплуатационной колонны после цементирования, возможности изменения осевого натяжения эксплуатационной колонны в процессе эксплуатации, демонтажа и монтажа колонной головки в процессе ремонта скважины внутренняя колонная головка имеет мелкомодульные зубья, пересекаемые поперечными канавками, для взаимодействия с ответными мелкомодульными зубьями на торце вкладыша фиксации колонны, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в кольцевой канавке, выполненной в стенке наружной колонной головки и пересекающей каналы циркуляции жидкости, при этом вкладыш фиксации колонны имеет сферическую поверхность для взаимодействия с ответной сферической поверхностью на регулировочном винте, герметично соединенным через резьбовые элементы и цилиндрическое отверстие с пробкой, установленной в радиальном резьбовом отверстии, выполненном в стенке наружной колонной головки и совмещенным с кольцевой канавкой.

Для контроля герметичности между внутренней и наружной колонными головками при освоении и эксплуатации скважины элементы уплотнения выполнены двойными с промежуточным кольцом, образующим с наружной и внутренней колонными головками кольцевые канавки, соединенные между собой радиальными отверстиями, причем элементы уплотнения взаимодействуют с нижним нажимным кольцом через болты и опорные элементы, выполненные в виде секторов и установленные в кольцевой выточке наружной колонной головки над двойными элементами уплотнения.

Для повышения герметичности соединения внутренней колонной головки с эксплуатационной колонной в соединительной муфте, соединяющей внутреннюю колонную головку с эксплуатационной колонной, на цилиндрической выточке выполнена кольцевая канавка для установки эластичного уплотнения, взаимодействующего с кольцевой поверхностью резьбового соединения.

На фиг. 1 изображена универсальная колонная головка для обвязки обсадных колонн на устье скважины; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1 - расположение вкладыша фиксации колонны в процессе бурения, промывки и цементирования скважины; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1 - двойные элементы уплотнения для герметизации зазора между наружной и внутренней колонными головками; на фиг. 4 вид В на фиг. 1 - расположение опорных секторов.

Универсальная колонная головка для обвязки обсадных колонн на устье скважины содержит: наружную колонную головку 1, внутреннюю колонную головку 2, каналы циркуляции жидкости 3, вкладыш фиксации колонны 4, уплотнительное кольцо 5, резьбовую пробку 6, регулировочный винт 7, сферические поверхности 8, мелкомодульные зубья 9,
поперечные канавки 10,
нижнее нажимное кольцо 11,
двойные элементы уплотнения 12,
кольцевые канавки 13,
промежуточное кольцо 14,
кольцевую выточку 15,
опорные сектора 16,
болты 17,
стопорное кольцо 18,
допускной патрубок 19,
кольцевую выточку в стенке наружной колонной головки 20,
соединительную муфту 21,
кольцевую канавку на цилиндрической выточке муфты 22,
эластичные уплотнения 23,
радиальные отверстия 24.

В статическом положении элементы универсальной колонной головки для обвязки обсадных колонн на устье скважины взаимодействуют следующим образом.

В корпус наружной колонной головки 1 вставляется внутренняя колонная головка 2 и фиксируется вкладышем фиксации колонны 4 через мелкомодульные зубья 9 и поперечные канавки 10.

Перемещение вкладыша фиксации колонны в кольцевой выточке 20, выполненной в стенке наружной колонной головки, осуществляется вращением регулировочного винта 7 с уплотнительным кольцом 5 в резьбовой пробке 6.

В зазор между наружной и внутренней колонными головками в собранном виде устанавливаются двойные элементы уплотнения 12, содержащие нижнее нажимное кольцо 11, промежуточное кольцо 14, болты 17.

Опорные сектора 16 вставляются в кольцевую выточку 15 через болты 17 и фиксируются стопорным кольцом 18.

В процессе бурения скважины наружную колонную головку 1 соединяют через резьбовые элементы с кондуктором.

На наружную колонную головку 1 устанавливают противовыбросовое оборудование.

Бурение под эксплуатационную колонну выполняется согласно фиг. 2 - вкладыш фиксации колонны 4 в процессе бурения, промывки и цементирования утоплен в кольцевую выточку 20 и не препятствует прохождению бурового инструмента.

После окончания бурения эксплуатационную колонну опускают в скважину.

Внутреннюю колонную головку 2 через соединительную муфту 21 с кольцевой канавкой 22 и с эластичным уплотнением 23 соединяют с последней трубой эксплуатационной колонны и посредством допускного патрубка 19 спускают в скважину.

При промывке и цементировании скважины циркуляция раствора осуществляется через каналы циркуляции жидкости 3, выполненные в стенке наружной колонной головки.

После окончания цементирования затрубного пространства талевой системой буровой установки эксплутационную колонну нагружают (поднимают) расчетным усилием натяжения и разгружают (опускают) на расчетную величину.

Вкладышем фиксации колонны 4, перемещаемым регулировочным винтом 7 через сферические поверхности 8, эксплуатационная колонна через мелкомодульные зубья 9 и поперечные канавки 10 фиксируется от смещения по оси скважины и вращения.

При необходимости, дополнительные вкладыши фиксации колонны 4 могут быть установлены по окружности в кольцевой выточке 20.

После разгрузки, фиксации эксплуатационной колонны и снятия нагрузки с талевой системы буровой установки противовыбросовое оборудование демонтируется.

При свинчивании допускного патрубка 19 мелкомодульные зубья 9, пересекаемые поперечными канавками 10 внутренней колонной головкой 2 и вкладыша фиксации колонны 4 в результате взаимодействия исключают раскручивание эксплуатационной колонны.

В зазор между внутренней и наружной колонными головками в собранном виде устанавливаются двойные элементы уплотнения 12, содержащие нижнее нажимное кольцо 11, промежуточное кольцо 14 и болты 17.

Опорные сектора 16 через болты 17 вставляются в кольцевую выточку 15 и фиксируются стопорным кольцом 18.

Ввинчиванием болтов 17 в нижнее нажимное кольцо 11 двойные элементы уплотнения 12 между кольцом 11 и промежуточным кольцом 14, между промежуточным кольцом 14 и опорными секторами 16 разжимаются, заполняют канавки, образованные пересечением мелкомодульных зубьев 9 и поперечных канавок 10, герметизируют зазор между наружной и внутренней колонными головками.

Проверка герметичности двойных элементов уплотнения выполняется через технологическое отверстие в стенке наружной колонной головки 1, через которое подают гидравлическое давление в кольцевые канавки 13 между наружной и внутренней колонными головками и промежуточным кольцом 14, соединенные между собой радиальными отверстими 24, и оценивают герметичность двойных элементов уплотнения (герметичность зазора между наружной и внутренней колонными головками).

То есть проверка герметичности выполняется без воздействия давления 21 МПа и выше на обсадные колонны.

Для выполнения перенатяжки эксплуатационной колонны демонтируют устьевое оборудование, двойные элементы уплотнения, колонну натягивают расчетным усилием, вкладыш фиксации колонны выводят из зацепления с внутренней колонной головкой, корректируют величину натяжения колонны и разгружают на расчетную величину. Вкладышем фиксации колонны фиксируют эксплуатационную колонну через мелкомодульные зубья и поперечные канавки.

Наличие эластичного уплотнения 23 в кольцевой канавке 22 на цилиндрической выточке соединительной муфты 21 обеспечивает повышение герметичности резьбового соединения внутренней колонной головки с эксплуатационной колонной.

Такие соединения могут быть использованы на всех резьбовых соединениях обсадных колонн и насосно-компрессорных труб.

Для выполнения демонтажа универсальной колонной головки для обвязки обсадных колонн на устье скважины демонтируют устьевое оборудование, двойные элементы уплотнения, колонну натягивают с расчетным усилием, вкладыш фиксации колонны выводят из зацепления с внутренней колонной головкой, свинчивают с кондуктора наружную колонную головку и свинчивают внутреннюю колонную головку с эксплуатационной колонны.

Предложенные новые технические решения универсальной колонной головки для обвязки обсадных колонн на устье скважины отличаются от известных технических решений новизной, так как обеспечивают расчетные усилия натяжения эксплуатационных колонн после цементирования, перенатяжку колонны в процессе эксплуатации скважины и возможность демонтажа и монтажа колонной головки в процессе ремонта скважины.

Исключается раскручивание труб эксплуатационной колонны с последующим рассоединением в скважине при отвинчивании допускного патрубка.

Обеспечивается контроль герметичности в зазоре между внутренней и наружной колонными головками при освоении и эксплуатации скважины без воздействия гидравлического давления на обсадные колонны.

Повышается герметичность резьбовых соединений обсадных колонн и насосно-компрессорных труб нефтегазовых скважин в целом.

В настоящее время в связи с заинтересованностью специалистов в повышении герметичности резьбовых соединений насосно-компрессорных труб ведется подготовка соединительных муфт насосно-компрессорных труб для проведения испытаний на месторождениях как Западной Сибири, так и на месторождениях Европейской части Российской Федерации.

По своему уровню технические решения универсальной колонной головки для обвязки обсадных колонн на устье скважины не имеют аналогов как в Российской Федерации, так и за рубежом, ремонтопригодна, конкурентоспособна, найдет широкое применение в промышленности и обеспечит положительный технико-экономически эффект.

Источники информации
1. Патент РФ N 1693229, Мкл. E 21 B 33/03, 1993 г.

2. Г. М. Гульянц. Справочник пособия по противовыбросовому оборудованию скважин. М.: Недра, 1983 г., стр. 37-38, УДК 622.245.7 (088.8).

3. С.Г. Скрипник. Каталог нефтяного оборудования, средств автоматизации приборов и спецматериалов. Том 1. "ВНИИОНГ", 1993 г., стр. 138-139, УДК 622/24-276:(681,5 550.83+692/4+23).

4. ТУ 26-16-183-85. Колонные головки.

5. ТУ 26-02-579.74. Колонные головки.

6. В. Н. Василевский, А.И. Петров. Техника и технология определения параметров скважин и пластов. Справочник. М.: Недра, 1983 г., стр. 37-38.

7. К.В. Иогансен. Спутник буровика. Справочник. М.: Недра, 1990 г., стр. 151-153, стр. 241-243. УДК 622.24(031).

8. ТУ 26-16-134-81. Колонные головки.

9. ТУ 26-02-278-76. Колонные головки.

10. ТУ 26-16-133-81. Колонные голвоки.

Формула изобретения

1. Универсальная колонная головка для обвязки обсадных колонн на устье скважины, содержащая наружную и внутреннюю колонные головки для соединения с обсадными колоннами, элементы уплотнения в кольцевом зазоре, каналы циркуляции жидкости, выполненные в стенке наружной колонной головки, отличающаяся тем, что внутренняя колонная головка имеет мелкомодульные зубья, пересекаемые поперечными канавками, для взаимодействия с ответными мелкомодульными зубьями на торце вкладыша фиксации колонны, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в кольцевой канавке, выполненной в стенке наружной колонной головки и пересекающей каналы циркуляции жидкости, при этом вкладыш фиксации колонны имеет сферическую поверхность для взаимодействия с ответной сферической поверхностью на регулировочном винте, герметично соединенном через резьбовые элементы и цилиндрическое отверстие с пробкой, установленной в радиальном резьбовом отверстии, выполненном в стенке наружной колонной головки и совмещенном с кольцевой канавкой.

2. Универсальная колонная головка по п.1, отличающаяся тем, что элементы уплотнения выполнены двойными с промежуточным кольцом, образующим с наружной и внутренней колонными головками кольцевые канавки, соединенные между собой радиальными отверстиями, причем элементы уплотнения взаимодействуют с нижним нажимным кольцом через болты и опорные элементы, выполненные в виде секторов и установленные в кольцевой выточке наружной колонной головки над двойными элементами уплотнения.

3. Универсальная колонная головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в соединительной муфте, соединяющей внутреннюю колонную головку с эксплуатационной колонной, на цилиндрической выточке выполнена кольцевая канавка для установки эластичного уплотнения, взаимодействующего с кольцевой поверхностью резьбового соединения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4