Устройство для обвязки обсадных колонн на устье скважины (варианты)

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к колонным головкам для подвешивания и обвязки обсадных колонн и установки запорного оборудования в процессе бурения и эксплуатации скважин. На кондукторе установлен нижний корпус, имеющий отверстия под шпильки и канавку под герметизирующее кольцо. Нижний корпус имеет кольцевую коническую поверхность, контактирующую с соответствующей ей конической поверхностью, выполненной на муфте, и канавки для установки уплотняющих манжет, выполненные на боковой внутренней поверхности. В нижнем корпусе на противоположных сторонах выполнены резьбовые отверстия под отводы межколонных пространств. Муфта выполнена в виде кольца и имеет резьбу для подвески колонны обсадных труб. Верхняя часть муфты имеет пазы для сообщения отводов с межтрубным пространством. Муфта размещена внутри нижнего корпуса под верхним корпусом, который имеет два концентрических ряда отверстий: отверстия внешнего ряда выполнены сквозными под шпильки, соединяющие верхний и нижний корпуса, а отверстия внутреннего ряда выполнены глухими под шпильки, соединяющие верхний корпус, например, с фланцем фонтанной арматуры или дополнительным корпусом. Отверстия внутреннего ряда выполнены смещенными относительно отверстий внешнего ряда на половину шага. Во втором варианте между верхним корпусом и фланцем фонтанной арматуры установлен дополнительный корпус с дополнительным клиньевым трубодержателем и дополнительным отводом межтрубного пространства. Изобретение позволяет уменьшить высоту колонной обвязки, повысить удобство при монтаже и эксплуатации, а также повысить надежность и безопасность всей конструкции. Изобретение может быть использовано при различном количестве колонн труб. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к колонным головкам для подвешивания и обвязки обсадных колонн и установки запорного оборудования в процессе бурения и эксплуатации скважин.

В современной нефтегазодобывающей промышленности применяются различные конструкции устройств для обвязки обсадных колонн на устье скважины. Так, например, известна колонная головка для нефтяных и газовых скважин (Авт.св. СССР №480825, кл. Е 21 В 33/03, опубл. 15.08.75 г., бюл. №30), содержащая корпус и воротниковый фланец с размещенными в них радиально подпружиненными клиньями, при этом клинья, между которыми установлена пружина, расположены основаниями навстречу друг другу.

Недостатком данной конструкции является ее большая высота, что создает неудобства в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению является устройство для обвязки обсадных колонн на устье скважины, включающее установленный на кондукторе фланец, имеющий отверстия под шпильки и канавку под герметизирующее кольцо для фланца превентора, размещенные над ним последовательно по высоте муфты, каждая из которых имеет резьбу для подвески колонных обсадных труб, концентрично расположенных внутри друг друга, и канавки под герметизирующие кольца, и установленную на верхней муфте фонтанную арматуру с фланцем. Устройство снабжено съемными центрирующими кольцами, размещенными над каждой из муфт, а фланец, установленный на кондукторе, выполнен с дополнительными отверстиями под шпильки и с дополнительной канавкой под герметизирующее кольцо для фланца фонтанной арматуры, причем дополнительная канавка фланца, установленного на кондукторе, и верхние канавки под герметизирующие кольца муфт в процессе бурения перекрыты центрирующими кольцами (Авт.св. СССР №1395801, кл. Е 21 В 33/03, опубл. 15.05.88 г., бюл. №18).

Известное устройство имеет следующие недостатки: уплотнение, разобщающее межтрубное пространство и атмосферу, обеспечивается только прокладками, что недостаточно надежно. Отвод из межтрубного пространства расположен между шпильками, что создает неудобства при монтаже колонны и снижает надежность, так как диаметр отвода оказывается недостаточен. Кроме того, вся конструкция стянута только одним комплектом шпилек, а давление межколонных пространств суммируется, что снижает безопасность конструкции.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков с одновременным уменьшением высоты колонной обвязки и повышением удобства в обслуживании.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для обвязки обсадных колонн на устье скважины, включающем установленный на кондукторе нижний корпус, имеющий отверстия под шпильки и канавку под герметизирующее кольцо, и муфту, имеющую резьбу для подвески колонны обсадных труб, нижний корпус снабжен кольцевой конической поверхностью, взаимодействующей с соответствующей ей конической поверхностью, выполненной на муфте, и канавками для установки уплотняющих манжет, выполненными на боковой внутренней поверхности нижнего корпуса, кроме того, в последнем на противоположных сторонах выполнены резьбовые отверстия под отводы межколонных пространств, муфта выполнена в виде кольца, нижняя наружная часть которого снабжена конусной поверхностью для взаимодействия с конической поверхностью нижнего корпуса, а верхняя часть снабжена пазами для сообщения отводов с межтрубным пространством, причем муфта размещена внутри нижнего корпуса под верхним корпусом, который имеет два концентрических ряда отверстий: внешний ряд отверстий выполнен сквозным под шпильки, соединяющие верхний и нижний корпуса, а внутренний ряд отверстий выполнен глухим под шпильки, соединяющие верхний корпус, например, с фланцем фонтанной арматуры или дополнительным корпусом, причем отверстия внутреннего ряда смещены относительно отверстий внешнего ряда на половину шага. Верхний корпус может быть выполнен с уступом. Количество резьбовых и сквозных отверстий выполнено одинаковым. Между верхним корпусом и фланцем фонтанной арматуры может быть установлен дополнительный корпус, который снабжен двумя фланцами с отверстиями для соединения с верхним корпусом и фланцем фонтанной арматуры, боковым резьбовым отверстием под дополнительный отвод межколонного пространства и внутренней конической поверхностью для взаимодействия с конической поверхностью дополнительного клиньевого трубодержателя, удерживающего дополнительную колонну труб.

Сущность изобретения заключается в том, что техническая колонна подвешивается на муфту, которая устанавливается в нижний корпус и центрируется по коническим поверхностям в корпусе и на муфте, отводы межтрубного пространства между кондуктором и технической колонной и между технической колонной и эксплуатационной выполнены в виде переходников, ввернутых одним концом в корпус на резьбу НКТ, а на другом конце имеется фланец, к которому крепится задвижка. Переходники расположены на противоположных сторонах корпуса. Верхняя часть корпуса входит в нижний корпус. В случае, если по условиям нефтедобычи требуется установка дополнительной колонны труб, между верхним корпусом и фланцем фонтанной арматуры устанавливают дополнительный корпус с дополнительным клиньевым трубодержателем и дополнительным отводом межтрубного пространства.

Совокупность вышеуказанных признаков обеспечивает достижение нового технического результата, заключающегося в одновременном уменьшении высоты колонной обвязки, улучшении условий эксплуатации и повышении удобства при монтаже колонны, надежности конструкции и ее безопасности. Кроме того, изобретение может использоваться для подвески и обвязки различного числа колонн.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства для колонной обвязки с подвеской двух обсадных труб, на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 и 4 показан трубодержатель клиньевой, вид спереди и вид сверху соответственно, на фиг.5 показан кольцевой уплотнитель, на фиг.6 - манжета, на фиг.7 - вариант предлагаемого устройства при необходимости подвески дополнительной колонны.

Устройство для обвязки обсадных колонн на устье скважины включает в себя верхний корпус 1 (фиг.1, 2 и 7 ), входящий в нижний корпус 2, и муфту 3, размещенную в нижнем корпусе. В нижний корпус 2 ввернуты на резьбе НКТ переходники 9 для присоединения задвижек 7, свободные фланцы которых закрыты заглушками 11 для установки манометров (на чертежах не показаны). Нижний корпус 2 имеет отверстия под шпильки 14, которые крепятся гайками 15, и канавки под герметизирующие кольца 13. Муфта 3 и верхний корпус 1 уплотнены манжетами 12 (фиг.6). Для нагнетания смазки и спуска к каждой манжете установлены нагнетательный 10 и спускной 4 клапаны. Муфта 3 имеет резьбу для подвески колонны обсадных труб. Нижний корпус 2 снабжен в своей нижней части кольцевой конической поверхностью 8, взаимодействующей с конической поверхностью муфты 3, и канавками для установки уплотняющих манжет 22, причем канавки выполнены на боковой внутренней поверхности нижнего корпуса. В нижнем корпусе 2 выполнены на диаметрально противоположных сторонах резьбовые отверстия под отводы 9. Муфта 3 выполнена в виде кольца, нижняя наружная поверхность которого снабжена конусной частью для взаимодействия с конической поверхностью 8 нижнего корпуса. Верхняя часть муфты 3 снабжена пазами 30 для сообщения отводов 9 с межтрубным пространством. Верхний корпус 1 имеет два ряда концентрических отверстий: отверстия внешнего ряда выполнены сквозными под шпильки 14 и гайки 15, соединяющие верхний и нижний корпуса, а отверстия внутреннего ряда выполнены глухими под шпильки 16 и гайки 17, соединяющие верхний корпус с фланцем фонтанной арматуры (фиг.1) или дополнительным корпусом 31 (фиг.7).

Отверстия внешнего ряда смещены относительно отверстий внутреннего ряда на половину шага для повышения удобства при монтаже. Верхний корпус 1 имеет уступ для удобства крепления шпилек 14 и 16 и для уменьшения диаметра фланца верхнего корпуса. В верхний корпус 1 устанавливаются клиньевой трубодержатель 6 (фиг.3 и 4) и кольцевые уплотнители 5 (фиг.5). На верхний корпус устанавливается фонтанная арматура, фланец которой соединен шпильками и гайками 16 и 17 с верхним корпусом. Трубодержатель клиньевой 6 состоит из трех разъемных клиньев 21, скрепляемых двумя сухарями 22, размещенными в канавках клиньев. Сухари соединены с клиньями при помощи болтов 23. Кроме этого, к двум клиньям приварены воротники 24, соединяемые между собой болтом 25 и гайкой 26. С помощью этих устройств трубодержатель клиньевой объединяется в одно целое, что обеспечивает его установку и точное центрирование вокруг обсадной колонны 20. Конструктивно клиньевые трубодержатели выполнены так, что могут свободно проходить через кольцевое сечение между обсадной колонной и противовыбросовым оборудованием. Для облегчения монтажа трубодержателей клиньевых предусмотрены два извлекателя (на чертежах не показаны). При перемещении обсадной колонны вниз трубодержатель клиньевой автоматически плотно охватывает ее и врезается в нее своими зубьями. При цементаже колонна должна быть разгружена на клинья 21. При этом циркуляция раствора осуществляется через боковые отводы 9 колонной обвязки. При цементаже межколонного пространства до устья колонна разгружается на клинья сразу после его завершения, если не до устья - осуществляют натяжку колонны и после этого производят разгрузку на клинья. Уплотнитель кольцевой 5 предназначен для герметизации межколонного пространства и выполнен в виде самоуплотняющейся резиновой манжеты - уплотнителя 5, зажатого между двумя уплотнительными кольцами 27 (одно из них опорное, другое - нажимное). Уплотнитель с отогнутыми коническими кромками обеспечивает предварительный натяг по внутреннему диаметру на колонну 20 и по наружному диаметру к расточке, выполненной в верхнем корпусе 1 колонной обвязки. Таким образом, создается уплотнение между обсадной колонной и корпусом колонной обвязки. Давление среды в скважине способствует прижатию конических кромок уплотнителя 5 к уплотняемым поверхностям, т.е. обеспечивается эффект самоуплотнения. Конструкция колонной обвязки позволяет восстанавливать нарушенную герметичность межколонного кольцевого пространства путем закачки через нагнетательный клапан 10 специальных паст, самотвердеющих пластиков (герметиков) или консистентных смазочных материалов. Уплотнители кольцевые 5, устанавливаемые в расточках сопрягающихся фланцев колонной обвязки, помимо функций обеспечения герметизации кольцевого пространства и возможности опрессовки фланцевого соединения, позволяют разгрузить последнее от воздействия давления среды, то есть повысить надежность. Если по условиям нефтедобычи требуется установка дополнительной колонны 32, то между верхним корпусом 1 и фланцем фонтанной арматуры устанавливают дополнительный корпус 31, который имеет два фланца 33 и 34 с отверстиями для крепления дополнительного корпуса к фланцу фонтанной арматуры и верхнему корпусу соответственно. В дополнительном корпусе выполнено резьбовое отверстие для бокового отвода 7 межтрубного пространства. Дополнительный корпус 31 снабжен внутренней конической поверхностью, контактирующей с конической поверхностью дополнительного клиньевого трубодержателя 35, который, в свою очередь, удерживает дополнительную колонну труб 32.

Манжета 12 состоит из резинового уплотнителя 28 и разрезных колец 29. Разрезные кольца предназначены для предотвращения уплотнителя от выпадения, защиты его от повреждения при установке муфты 3. Манжета выполняет те же функции, что и уплотнитель кольцевой, но имеет меньшие размеры. Для увеличения надежности уплотнения манжеты дублируются.

Колонная обвязка устанавливается на устье скважины при бурении и предназначена для подвески обсадных труб, разделения межтрубного пространства и контроля среды в нем. Корпуса колонной обвязки собирают в несколько этапов.

Первый этап. После бурения под кондуктор 18, спуска кондуктора и его демонтажа, на кондуктор наворачивается нижний корпус 2 обвязки. Производится бурение под техническую колонну труб 19. Устанавливаются манжеты, уплотняющие муфту 3, в корпус обвязки. Спускается техническая колонна, к последней секции труб с помощью резьбы для подвески колоны подсоединяется муфта 3, на которую колонна подвешивается и центрируется. Производится цементаж колонны.

Второй этап. Устанавливаются уплотнения под верхний корпус, устанавливается верхний корпус 1, стягивается шпильками 14. Производится бурение под эксплуатационную колонну. Спускается эксплуатационная колонна, вокруг последней трубы собирается клиньевой трубодержатель 6, колонна сажается на клинья. Обрезается труба на расстоянии 100-110 мм от верхнего фланца. Устанавливаются кольцевые уплотнители, вворачиваются шпильки 16 в глухие резьбовые отверстия фланца верхнего корпуса, устанавливается фонтанная арматура, стягиваются гайками 17 обвязка и арматура. Монтаж устройства для обвязки обсадных колонн на устье скважины с дополнительной колонной труб и дополнительным корпусом осуществляется аналогично.

Изобретение позволяет уменьшить высоту колонной обвязки, повысить удобство при монтаже и эксплуатации, а также повысить надежность и безопасность всей конструкции. Изобретение может быть применено при различном количестве колонн труб.

Формула изобретения

1. Устройство для обвязки обсадных колонн на устье скважины, включающее установленный на кондукторе нижний корпус, имеющий отверстия под шпильки и канавку под герметизирующее кольцо, и муфту, имеющую резьбу для подвески колонны обсадных труб, отличающееся тем, что нижний корпус имеет кольцевую коническую поверхность, контактирующую с соответствующей ей конической поверхностью, выполненной на муфте, и канавки для установки уплотняющих манжет, выполненные на боковой внутренней поверхности нижнего корпуса, в последнем на противоположных сторонах выполнены резьбовые отверстия под отводы межколонных пространств, муфта выполнена в виде кольца, нижняя наружная часть которой имеет коническую поверхность для взаимодействия с конической поверхностью нижнего корпуса, а верхняя часть имеет пазы для сообщения отводов с межтрубным пространством, причем муфта размещена внутри нижнего корпуса под верхним корпусом, который имеет два концентрических ряда отверстий: отверстия внешнего ряда выполнены сквозными под шпильки, соединяющие верхний и нижний корпуса, а отверстия внутреннего ряда выполнены глухими под шпильки, соединяющие верхний корпус, например, с фланцем фонтанной арматуры или дополнительным корпусом, причем отверстия внутреннего ряда выполнены смещенными относительно отверстий внешнего ряда на половину шага.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхний корпус выполнен с уступом.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество отверстий в концентрических рядах на верхнем корпусе выполнено одинаковым.

4. Устройство для обвязки обсадных колонн на устье скважины, включающее установленный на кондукторе нижний корпус, имеющий отверстия под шпильки и канавку под герметизирующее кольцо, и муфту, имеющую резьбу для подвески колонны обсадных труб, отличающееся тем, что нижний корпус имеет кольцевую коническую поверхность, контактирующую с соответствующей ей конической поверхностью, выполненной на муфте, и канавки для установки уплотняющих манжет, выполненные на боковой внутренней поверхности нижнего корпуса, в последнем на противоположных сторонах выполнены резьбовые отверстия под отводы межколонных пространств, муфта выполнена в виде кольца, нижняя наружная часть которой имеет коническую поверхность для взаимодействия с конической поверхностью нижнего корпуса, а верхняя часть имеет пазы для сообщения отводов с межтрубным пространством, причем муфта размещена внутри нижнего корпуса под верхним корпусом, который имеет два концентрических ряда отверстий: отверстия внешнего ряда выполнены сквозными под шпильки, соединяющие верхний и нижний корпуса, а отверстия внутреннего ряда выполнены глухими под шпильки, соединяющие верхний корпус, например, с фланцем фонтанной арматуры или дополнительным корпусом, причем отверстия внутреннего ряда смещены относительно отверстий внешнего ряда на половину шага, кроме того, дополнительный корпус, размещенный между верхним корпусом и фланцем фонтанной арматуры, снабжен двумя фланцами с отверстиями для соединения с верхним корпусом и фланцем фонтанной арматуры и резьбовым отверстием под дополнительный отвод межтрубного пространства, а на внутренней поверхности дополнительного корпуса выполнена коническая поверхность, контактирующая с конической поверхностью дополнительного клиньевого трубодержателя, удерживающего дополнительную колонну труб.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7