Держатель колонны труб
Держатель колонны труб относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использован при креплении скважин, для проведения работ в ранее пробуренных скважинах с бурением второго ствола, а также для удержания потайной колонны в стволе скважины под башмаком эксплуатационной колонны. Содержит ствол, соединенный с верхним и нижним переводниками, и кожух, образующие кольцевую полость, в которой расположен поршень, опирающийся на конус. При этом конус выполнен с углом от 4 до 12° к оси держателя, под конусом расположена раздвижная цанга, выполненная из упругих консолей и плашек с зубцами. На нижнем переводнике жестко установлен стопор с прорезями, в которые после срабатывания держателя входят упругие консоли цанги. Повышается надежность работы держателя колонны труб за счет того, что конус, преобразуя осевое усилие в радиальное, воздействует на плашки раздвижной цанги, которая остается на месте в предварительном зацеплении с внутренней стенкой колонны. А глубина проникновения зубцов плашки цанги в металл обсадных труб увеличивается прямо пропорционально осевому усилию от веса колонны. 2 ил.
Держатель колонны труб относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использован при креплении скважин, при проведения работ в ранее пробуренных скважинах с бурением второго ствола, а также для удержания потайной колонны в стволе скважины под башмаком эксплуатационной колонны.
Известно «Устройство для подвески потайных обсадных колонн», SU №1578316, Е21В 33/14, 43/10, от 04.07.88, опубл. 15.07.90 содержащее корпус со сквозными прорезями и несущий ствол со сквозными прорезями. Последние расположены напротив сквозных прорезей корпуса. На несущем стволе установлена подвижная втулка. Устройство также содержит узел разъединения с левой гайкой. На корпусе расположены плашки, связанные с втулкой, имеющей проточку, поджатой пружиной и зафиксированной подвижной втулкой. Для удержания плашек в исходном положении служит замок, расположенный в сквозных прорезях корпуса в проточке втулки. Замок выполнен в виде рычагов, размещенных на осях в прорезях несущего ствола.
Подвижная втулка имеет входящие и сквозные прорези несущего ствола, штифты, взаимодействующие с рычагами замка при его срабатывании. Для подвешивания потайной колонны необходимо перемещение устройства вниз. При этом плашки врезаются во внутреннюю поверхность трубы промежуточной колонны, и масса потайной колонны передается от муфты на корпус, плашки и промежуточную колонну. Изобретение обеспечивает крепление глубоких скважин в малых межколонных зазорах, управление технологическими операциями при выключении замка, цементировании потайной колонны и пакеровке.
Наиболее близким по технической сути является «Устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны» по патенту RU №2206713 С1, Е21В 33/14, Е21В 17/06, от 16.10.2001, опубл. 2003.06.20, содержащее полый корпус, плашечно-поршневой узел и уплотнительно-нажимной узел. Плашечно-поршневой узел содержит полый поршень, который установлен в кожухе и соединен цангой с клиновидными плашками. Клиновидные плашки выполнены с возможностью перемещения по конусообразной опорной поверхности. Прямоугольный выступ полого корпуса уплотнительно-нажимного узла имеет цилиндрическую проточку, имеющую уклон в сторону основания проточки к ее внешней боковой поверхности, равный 1/25-1/50".
И у аналога, и у прототипа при больших зенитных углах ствола скважины и при незначительной площади поршня, воздействующего на конус, затруднено продвижение клиновидных плашек с зубцами по конической поверхности в зазор между корпусом устройства и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства для удержания потайной колонны в необходимом интервале без разгрузки на забой, или цементный мост, с повышением надежности работы устройства.
Задача решена за счет того, что держатель колонны труб содержит ствол, соединенный с верхним и нижним переводниками, и кожух, образующие кольцевую полость, в которой расположен поршень, опирающийся на конус, при этом конус выполнен с углом от 4 до 12° к оси держателя, под конусом расположена раздвижная цанга, выполненная из упругих консолей и плашек с зубцами, твердость поверхности которых выбрана большей, чем твердость материала колонны; на нижнем переводнике жестко установлен стопор с прорезями, в которые после срабатывания держателя входят упругие консоли цанги.
Выполнение конуса с углом от 4 до 12° к оси держателя и расположение на стволе под конусом раздвижной цанги, выполненной из упругих консолей, и плашек с зубцами, твердость поверхности которых выбрана большей, чем твердость материала колонны, позволяет удерживать потайную колонну в необходимом интервале в скважине за счет радиального расширения цанги, которая внедряется зубцами плашек во внутреннюю стенку обсадной колонны и удерживается в подвешенном состоянии.
При постепенной разгрузке веса спускаемой колонны на конус, который воздействует на раздвижную цангу, удерживаемую зубцами на одном месте в предварительном зацеплении с внутренней стенкой колонны, он раздвигает плашки радиально до необходимого размера. С увеличением осевой нагрузки происходит более глубокое проникновение зубцов плашек цанги в стенку эксплуатационной колонны, удержание подвешенной спускаемой колонны от осевого перемещения и фиксирование ее в этом положении без установки цементного моста или разгрузки колонны на забой.
Выполнение конуса под углом от 4 до 12° к оси держателя при расширении цанги создает эффект клина и увеличивает радиальные усилия от осевой нагрузки. Зубцы внедряются в металл труб, и цанга стопорится с одной стороны зубцами плашек, вошедших в металл обсадной колонны, с другой стороны конусом и поршнем, зафиксированными стопорящими кольцами на стволе устройства. Глубина проникновения зубцов плашки цанги в металл обсадных труб увеличивается прямо пропорционально осевому усилию от веса колонны.
Выполнение поверхности зубцов плашек, твердость поверхности которых выбрана большей, чем твердость материала колонны, позволяет зубцам более глубоко проникнуть в стенку эксплуатационной колонны за счет ее меньшей твердости.
Размещение на нижнем переводнике стопора с прорезями, в которые после срабатывания держателя входят упругие консоли цанги, позволяет исключить вращение спускаемой колонны при проведении работ по разъединению спускаемой и несущей колонны и разбуриванию внутренних деталей, спущенных в скважину устройств, при введении скважины в эксплуатацию.
На чертежах изображен держатель колонны труб: на фиг.1 - до срабатывания, на фиг.2 - после срабатывания.
На фиг.1 и 2 изображены верхний переводник 1, ствол 2, кожух 3, поршень 4, конус 5, раздвижная цанга 6, нижний переводник 7, срезные винты 8, стопорное кольцо 9, радиальные отверстия 10, кольцевая полость 11, плашка 12 с зубцами, консоль 13 плашки, эксплуатационная колонна 14, зубцы 15 ствола, соединительные винты 16, резьба 17 ствола, стопор 18, прорези 19, спускаемая колонна 20.
Держатель колонны труб выполнен следующим образом.
Устройство устанавливают внутри эксплуатационной колонны 14, соединяя верхний 1 переводник с верхней частью спускаемой колонны.
Ствол 2 с зубцами 15 под стопорное кольцо 9 и кожух 3 установлены концентрично между собой с образованием кольцевой полости 11 и связаны с верхним переводником 1 соединительными винтами 16.
На стволе 2 друг под другом с возможностью осевого перемещения установлены поршень 4, связанный срезными винтами 8 с кожухом 3, и выполненный под углом от 4 до 12° к оси держателя конус 5, в теле которого установлено стопорное кольцо 9.
Выполнение конуса менее 4° не позволяет расклинивать раздвижную цангу при малом ходе поршня, а выполнение конуса более 12° требует значительного увеличения осевого усилия для внедрения конуса, что при малой площади поршня затруднительно.
Под конусом 5 на стволе 2 расположена раздвижная цанга 6, выполненная из упругих консолей 13 и плашек 12 с зубцами, твердость поверхности которых выбрана большей, чем твердость материала колонны, например от 55 до 65 HRCэ единиц по Роквелу. Цанга 6 опирается на нижний переводник 7, но не соединена ни со стволом, ни с поверхностью конуса, ни с нижним переводником.
Ствол 2 при помощи резьбы 17 соединен с нижним 7 переводником, соединенным со спускаемой колонной 20, имеет радиальные отверстия 10, расположенные над поршнем 4.
На нижнем переводнике 7 жестко установлен стопор 18 с прорезями 19, в которые после срабатывания держателя входят упругие консоли 13 цанги 6.
Держатель колонны труб работает следующим образом.
После установки спускаемой колонны 20 в заданном интервале эксплуатационной колонны спускаемую колонну 20 герметизируют, давление в ней поднимают, воздействуя на торец поршня 4 через радиальные отверстия 10 в стволе 2, до срезки винтов 8. Поршень 4 проталкивает конус 5, который, преобразуя осевое усилие в радиальное, раздвигает упругие консоли 13 с плашками 12 раздвижной цанги 6 в радиальном направлении. Зубцы плашек 12, поверхность которых имеет твердость, большую, чем материал колонны, внедряются во внутреннюю стенку эксплуатационной колонны 14.
Упругие консоли 13 размещаются в прорезях 19 стопора 18, жестко связанного с нижним 7 переводником, и препятствуют вращению спускаемой колонны 20 при проведении работ по разъединению спускаемой и несущей колонны и разбуриванию внутренних деталей, спущенных в скважину устройств, при введении скважины в эксплуатацию.
После фиксации конуса 5 от обратного хода стопорным кольцом 9 и зубцами 15 ствола 2 для полного внедрения зубцов цанги 6 в металл труб эксплуатационной колонны 14 производят постепенную нагрузку веса спускаемой колонны 20 на конус 5, раздвигающий цангу 6, которая увеличивается в диаметре до необходимого размера.
Увеличение осевой нагрузки приводит к глубокому проникновению зубцов плашек 12 цанги 6 во внутреннюю стенку колонны 14, за счет этого спускаемую колонну 20 подвешивают и удерживают ее от осевого перемещения без установки цементного моста или разгрузки колонны на забой.
Технический эффект заключается в повышении надежности работы держателя колонны труб при герметизации трубного пространства и удержании потайной колонны в необходимом интервале без разгрузки на забой, или цементный мост, за счет того, что конус в держателе выполнен с углом от 4 до 12° к оси держателя, под которым на стенках ствола расположена выполненная из плашек с зубцами и упругими консолями раздвижная цанга, не связанная с поверхностью конуса и нижнего переводника, и с повышением нагрузки от веса колонны, конус, преобразуя осевое усилие в радиальное, воздействует на плашки раздвижной цанги, остающейся на месте в предварительном зацеплении с внутренней стенкой колонны, и глубина проникновения зубцов плашки цанги в металл обсадных труб увеличивается прямо пропорционально осевому усилию от веса колонны.
Держатель колонны труб, содержащий ствол, соединенный с верхним и нижним переводниками, и кожух, образующие кольцевую полость, в которой расположен поршень, опирающийся на конус, отличающийся тем, что конус выполнен с углом от 4 до 12° к оси держателя, под конусом расположена раздвижная цанга, выполненная из упругих консолей и плашек с зубцами, твердость поверхности которых выбрана большей, чем твердость материала колонны, на нижнем переводнике жестко установлен стопор с прорезями, в которые, после срабатывания держателя, входят упругие консоли цанги.
