Разъемное соединение колонны напорных труб в скважине журавлева

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам, входящим в компоновку напорной колонны труб, и служит для соединения в скважине. Применяется в бурении, эксплуатации и капитальном ремонте скважин, в частности при установке мостов большой мощности под давлением. Обеспечивает расширение технологических возможностей устройства при увеличении его надежности. Соединение содержит муфту и ниппель с цанговым захватом на нижнем конце, фиксируемые с помощью сочленения паза и выступа. Муфта выполнена цилиндрической. Ниппель выполнен с резьбой для крепления разъемного соединения к колонне напорных труб и герметизирующим уплотнителем. К нижней части муфты при помощи резьбового соединения крепится хвостовик. В нижней части ниппеля расположена скользящая предохранительная втулка с посадочным седлом под шаровой клапан. Разъемное соединение снабжено штифтом для передачи крутящего момента на хвостовик, натяжной гайкой для фиксации ниппеля относительно корпуса муфты, срезным кольцом и уплотнителем для фиксации и герметизации скользящей втулки относительно рабочей части цангового захвата ниппеля. 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам, входящим в компоновку напорной колонны труб, и служит для соединения в скважине. Наибольшее применение найдет в бурении, эксплуатации и капитальном ремонте скважин, в частности при установке мостов большой мощности под давлением.

Известно устройство для разъединения труб в скважине по авторскому свидетельству А.С. СССР №972044. Устройство содержит корпус, патрубок для соединения со спускаемыми трубами, связанный с корпусом срезными штифтами, снабжено шаровым затвором с хвостовиком, установленным эксцентрично относительно оси корпуса и жестко связанным с ним. При этом в корпусе выполнена калиброванная проточка, хвостовик связан с корпусом резьбовым соединением, а шаровой затвор и хвостовик выполняли из разбуриваемого материала.

Основными недостатками известного устройства являются:

- ограниченная область применения, так как для разъема напорных труб необходима разгрузка (посадка) всей колонны с упором на забой. Это не позволяет произвести разъем труб на любой заданной высоте в скважине.

Помимо прочего его нельзя включить в компоновку бурильной колонны, так как конструкцией не предусмотрена передача крутящего момента на хвостовик, а при осевой нагрузке на долото во время бурения будет происходить самопроизвольное разъединение труб;

- ненадежность работы устройства, особенно при большом весе хвостовика и возможном прихвате инструмента при нащупывании забоя (состоящего из вязких полужидких образований), обусловленная самопроизвольной срезкой штифтов.

Известно устройство по А.С. СССР №1113503 «Разъемное соединение элементов бурового става», включающее муфту, выполненную из концентрически расположенных наружной и внутренней частей, образующих кольцевой зазор и ниппель, установленный в кольцевом зазоре муфты, имеющей расточку, торцовая поверхность которой сопрягается с торцовой поверхностью внутренней части муфты, на наружной поверхности соединения расположена предохранительная втулка, наружная часть муфты выполнена в виде цанги, рабочие поверхности которой взаимодействуют с проточкой, выполненной в ниппеле, при этом торцовая поверхность расточки ниппеля в рабочем положении сопрягается с торцовой поверхностью внутренней части муфты с натягом.

Основными недостатками устройства являются ограниченная область применения и ненадежность в работе, обусловленные:

отсутствием возможности разъединения колонны труб без перемещения ограничительной втулки, что не позволяет его использование в компоновках напорная колонна - хвостовик;

отсутствием герметичности и узла передачи крутящего момента, что не позволяет использовать его в бурильной колонне.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство по А.С. СССР №348716 «Соединение буровых штанг». Данное устройство служит для соединения и разъединения буровых штанг при их монтаже и демонтаже в скважине. Оно образовано конической муфтой на одной из буровых штанг и входящим в нее коническим хвостовиком - ниппелем на другой, имеющим на конце разрезную цангу, обжимаемую на части длины конической муфтой, фиксируемых путем сочленения паза и выступа, при этом выступ расположен на наружной стороне цанги и размещен за пределами муфты в полости штанги.

Основными недостатками этого устройства являются:

- ограниченная область применения. Это обусловлено тем, что при большом весе хвостовика - ниппеля, превышаемом упругость цангового захвата, происходит самопроизвольный разъем колонны напорных труб;

- ненадежность работы устройства. Это, например, проявляется при создании внутри колонны большого давления в случае закупорки выходного отверстия долота во время бурения. При этом самопроизвольное разъединение труб происходит за счет выталкивающих сил поршневого эффекта. Самопроизвольное разъединение происходит и в случае прихвата инструмента на забое обрушившейся горной породой. При передаче крутящего момента хвостовику при недостаточной осевой нагрузке происходят холостые провороты из-за отсутствия фиксатора (штифта). Помимо этого, присутствуют потери гидравлической энергии промывочной (рабочей) жидкости из-за отсутствия в конструкции сальниковых уплотнителей, обеспечивающих герметичность соединения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей устройства при увеличении его надежности.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в разъемном соединении колонны напорных труб в скважине, содержащем муфту и ниппель с цанговым захватом на нижнем конце, фиксируемых с помощью сочленения паза и выступа, муфта выполнена цилиндрической, ниппель выполнен с резьбой для крепления разъемного соединения к колонне напорных труб и герметизирующим уплотнителем, к нижней части корпуса муфты при помощи резьбового соединения крепится хвостовик, в нижней части ниппеля расположена скользящая предохранительная втулка с посадочным седлом под шаровой клапан, разъемное соединение снабжено штифтом для передачи крутящего момента на хвостовик, натяжной гайкой для фиксации ниппеля относительно корпуса муфты, срезным кольцом и уплотнителем для фиксации и герметизации скользящей втулки относительно рабочей части цангового захвата ниппеля.

На чертежах изображено разъемное соединение колонны напорных труб в скважине:

на фиг.1 - вертикальный разрез,

на фиг.2 - разрез по плоскости А-А.

Устройство состоит из цилиндрической муфты 1, ниппеля 2, скользящей втулки 3, уплотнителя 4, срезного кольца 5, шарового клапана 6, штифта 7, уплотнителя 8 и натяжной гайки 9.

Ниппель 2 посредством резьбового соединения крепится к колонне напорных труб 10, а к нижней части корпуса муфты 1 при помощи резьбового соединения крепится хвостовик 11.

Нижняя часть ниппеля 2 выполнена в виде фигурного цангового захвата для соединения и удержания муфты 1 с хвостовиком 11 на весу. Скользящая втулка 3 служит для предотвращения самопроизвольного разъединения между муфтой 1 и ниппелем 2, удерживая цанговый захват в рабочем положении. Срезное кольцо 5 и уплотнители 4 служат для надежного удержания втулки 3 напротив рабочей части цангового захвата, предотвращая ее самопроизвольное передвижение вниз. Помимо этого уплотнители 4 обеспечивают герметичность между скользящей втулкой 3 и внутренней образующей ниппеля 2.

Уплотнители 8 обеспечивают герметичность соединения. Штифт 7 позволяет передавать крутящий момент на хвостовик 11, предотвращая холостые провороты ниппеля 2 в корпусе муфты 1. Гайка 9 обеспечивает натяг и препятствует осевому перемещению ниппеля 2 в корпусе муфты 1.

Устройство работает следующим образом.

Собранное устройство включают в компоновку напорной колонны (бурильные трубы, насосно-компрессорные трубы (НКТ) и пр. др.) между оставляемым в скважине хвостовиком и остальными трубами.

При необходимости отсоединения хвостовика 11 от остальных труб, например, при аварийном прихвате инструмента на забое обрушившейся породой, тампонажных работах или по иным причинам в ходе выполнения каких-либо технологических операций, достаточно в напорную колонну 10 бросить шаровой клапан 6, довести его до посадки в седло скользящей втулки 3, поднять давление внутри колонны 10, превышающее удерживающее усилие срезного кольца 5 (давление рассчитывается или определяется практическим путем), и выдавить скользящую втулку 3 вниз из цангового захвата. После падения скользящей втулки 3 вместе с шаровым клапаном 6 в нижнюю часть корпуса муфты 1, о чем судят по резкому падению давления на устье, производят натяг напорной колонны 10, при котором цанговый захват ниппеля 2 сжимается и происходит разъединение напорной колонны 10 с ниппелем 2 от корпуса муфты 1 с хвостовиком 11, которые остаются в скважине. После этого производится подъем напорной колонны труб на поверхность.

Пример конкретного использования 1

В эксплуатационной скважине для временной консервации и изоляции нижележащих продуктивных горизонтов от разрабатываемых верхних требовалось установить и оставить в стволе пакерующее устройство на глубине 3500 м. После сборки и проверки на работоспособность на поверхности соединения напорной колонны с проходным сечением скользящей втулки 53 мм было жестко закреплено между пакерной сборкой и напорной колонной из 89 мм НКТ. После спуска труб в скважину и запакеровки в НКТ бросили шаровой клапан диаметром 56 мм и выждали 1 час для его дохождения и посадки на седло скользящей втулки. Затем агрегатом ЦА-320 подняли давление в НКТ до 8,0 МПа и продавили из цангового захвата вниз корпуса муфты скользящую втулку с шаровым клапаном. Перемещение скользящей втулки вниз фиксировалось резким падением давления на устье до 3,0 МПа. Затем произвели натяг колонны НКТ с усилием, превышающим вес подвески (66,5 т) на 1,5 т (68 т), в результате чего произошел разъем напорной колонны НКТ от хвостовика, что зафиксировалось на диаграмме индикатора веса. После этого произвели подъем НКТ без всяких осложнений.

Пример 2

Устройство с проходным сечением скользящей втулки 47 мм было использовано в компоновке низа бурильной колонны с установкой его между утяжеленными бурильными трубами (УБТ) и бурильными трубами (БТ) с минимальным проходным сечением 65 мм. В процессе бурения при проходке неустойчивых песчано-глинистых отложений триаса, при забое 2693 м произошел прихват инструмента (долота и нижней сборки) обрушившейся горной породой. Попытки извлечения колонны напорных труб (БТ) путем расхаживания инструмента (с натягом труб до 10-15 т) и промывкой различными реагентами не дали положительных результатов, и было принято решение о проведении разъема колонны БТ от УБТ и нижней компоновки, включая долото. Для этого в БТ бросили шаровой клапан диаметром 50 мм и продавили его насосным агрегатом до посадки в седло скользящей втулки. Затем подняли давление в колонне БТ до 10,0 МПа, чем срезали срезное кольцо и продавили скользящую муфту и шаровой клапан из цангового захвата вниз, о чем судили по падению давления на устье до 0,05 МПа.

Отсоединение колонны БТ от УБТ и хвостовика, по показаниям индикатора веса, произошло при натяге около 1,0 т, превышающем вес колонны БТ. Подъем БТ произвели без всяких осложнений. После установки цементного моста выше оставшихся в скважине УБТ, забурились вторым стволом и продолжили проходку до проектной глубины.

Использование предлагаемого устройства дает следующие преимущества:

- расширяется область применения, так как для разъема труб не требуется разгрузка (насадка) всей колонны с упором на забой. И разъем труб в скважине можно производить на любой заданной высоте.

В пределах прочностных характеристик используемого материала для труб и соединения напорной колонны нет ограничения по нагрузке и весу хвостовика. Герметичность устройства позволяет использовать его в технологических схемах, работающих длительное время под избыточным давлением. Помимо прочего, устройство можно использовать в компоновке бурильной колонны труб, что резко сократит затраты на аварийные работы по ликвидации заклинивания и прихватов инструмента.

При необходимости в компоновку напорной колонны можно устанавливать несколько разъемных соединений, причем проходное сечение скользящих втулок должно увеличиваться снизу вверх.

- повышается надежность работы устройства, так как конструкцией исключено самопроизвольное разъединение. Исключены холостые провороты при передаче крутящего момента и потери гидравлической энергии за счет герметизации узла соединения.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устройства обусловлен гарантией снижения риска аварийных ситуаций и снижения затрат на аварийные работы.

Экономический эффект с учетом прогнозного технологического риска для скважины глубиной 4100-4200 м составит от 500 до 800 тыс. руб.

Разъемное соединение колонны напорных труб в скважине, содержащее муфту и ниппель с цанговым захватом на нижнем конце, фиксируемых с помощью сочленения паза и выступа, отличающееся тем, что муфта выполнена цилиндрической, ниппель выполнен с резьбой для крепления разъемного соединения к колонне напорных труб и герметизирующим уплотнителем, к нижней части муфты при помощи резьбового соединения крепится хвостовик, в нижней части ниппеля расположена скользящая предохранительная втулка с посадочным седлом под шаровой клапан, разъемное соединение снабжено штифтом для передачи крутящего момента на хвостовик, натяжной гайкой для фиксации ниппеля относительно корпуса муфты, срезным кольцом и уплотнителем для фиксации и герметизации скользящей втулки относительно рабочей части цангового захвата ниппеля.