Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для крепления этих скважин хвостовиками обсадных колонн. Включает составной корпус с уплотнительным и якорным узлом, толкателем уплотнительного узла, воронкой, связанной с толкателем, транспортировочную колонну и ствол с выдвижными кулачками, соединенный с транспортировочной колонной, при этом корпус в нижней части соединен с хвостовиком. Ствол выполнен с радиальным отверстием, перекрытым промежуточной втулкой с посадочным седлом, связанной со стволом срезным элементом, и содержит разрезную подпружиненную цангу с зацепами на ее лепестках под соответствующие выступы верхней части корпуса. При этом в кольцевой полости, образованной между стволом и верхней частью корпуса, помещена профилированная втулка, связанная со стволом срезным элементом и взаимодействующая с лепестками цанги. Профилированная втулка имеет возможность осевого перемещения, при гидравлической связи полости ствола через его радиальное отверстие с кольцевой полостью, для освобождения цанги от связи с верхней частью корпуса, что обеспечивает разъединение ствола с корпусом. После разъединения предоставляется возможность передачи на верхний торец воронки веса транспортировочной колонны через выдвижные кулачки ствола для приведения в рабочее положение уплотнительного узла. Повышает надежность работы устройства в скважине за счет исключения возможности преждевременного срабатывания уплотнительного узла. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для крепления этих скважин хвостовиками обсадных колонн.

Известно устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус, связанные с ним транспортировочную колонну, разъединитель, уплотнительный узел и якорь [см., например, RU 2171366, 27.07.2001].

Недостатком данного устройства является вероятность преждевременного срабатывания уплотнительного узла в случае возникновения непредвиденного повышения давления в колонне. В этом случае возникает аварийная ситуация, т.к. приведенный в действие уплотнительный узел перекрывает затрубное кольцевое пространство. В результате этого не может быть осуществлена циркуляция жидкости через колонну с вытеснением ее в заколонное пространство, необходимая, например, для промывки колонны при ее спуске или цементировании этой колонны.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства в скважине за счет исключения возможности преждевременного срабатывания уплотнительного узла.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для установки хвостовика обсадной колонны включает составной корпус в виде верхней его части с выступами, уплотнительным узлом, толкателем уплотнительного узла и воронкой, жестко соединенной с толкателем, средней части корпуса с якорным узлом и нижней части корпуса, соединенной с собственно хвостовиком, транспортировочную колонну и ствол, соединенный с транспортировочной колонной, выполненный с выдвижными кулачками, по меньшей мере двумя, в верхней части, перекрытыми в транспортном положении устройства воронкой, и радиальным отверстием, по меньшей мере одним, - в нижней части, перекрытым промежуточной втулкой с посадочным седлом, связанной со стволом срезным элементом, по меньшей мере одним, и содержащий разрезную подпружиненную цангу с карманами в ее теле и зацепами на ее лепестках под соответствующие выступы верхней части корпуса, связывающую ствол с верхней частью корпуса, которые образуют между собой кольцевую полость, где помещена профилированная втулка, связанная со стволом срезным элементом, по меньшей мере одним, взаимодействующая с лепестками разрезной подпружиненной цанги и имеющая возможность ее осевого перемещения, при гидравлической связи полости ствола с кольцевой полостью через радиальное отверстие ствола, для освобождения разрезной подпружиненной цанги от связи с верхней частью корпуса, разъединения ствола с составным корпусом и обеспечения возможности передачи на верхний торец воронки веса транспортировочной колонны через выдвижные кулачки ствола для приведения в рабочее положение уплотнительного узла.

Кроме того:

ствол в нижней части имеет уширение в виде проставочного кольца и ограничительную втулку, превышающую по длине проставочное кольцо и связанную с ним по его наружной боковой поверхности, при этом радиальное отверстие выполнено в проставочном кольце, от которого по его длине выполнен продольный канал между проставочным кольцом и ограничительной втулкой до нижнего торца профилированной втулки, которая помещена на проставочном кольце и взаимодействует в нижней части с боковой поверхностью ограничительной втулки, а промежуточная втулка выполнена ступенчатой под проставочное кольцо, помещена в этом кольце и связана срезным элементом с ограничительной втулкой. Этот вариант выполнения ствола способствует повышению надежности работы ствола, его отсоединению от хвостовика и обеспечению независимых условий для приведения в действие уплотнительного узла. Кроме того, такое выполнение ствола дополнительно обеспечивает упрощение монтажа устройства за счет разделения ствола на составные элементы (фиг.1 и 2);

ствол в нижней части имеет уширение в виде проставочного кольца, которое выполнено с расточкой в верхней части по внутренней боковой поверхности, где помещена профилированная втулка ее нижней частью, при этом промежуточная втулка помещена в проставочном кольце и связана с ним срезным элементом, который выполнен полым, полость которого выполняет в рабочем положении устройства функцию радиального отверстия, от которого по длине проставочного кольца выполнен продольно-поперечный канал до нижнего торца профилированной втулки. Этот вариант обеспечивает аналогичный результат, что и предыдущий, но при большем упрощении устройства (фиг.3 и 4);

уплотнительный узел выполнен в виде верхних и нижних уплотнительных манжет и помещенной между ними подвижной в осевом направлении втулкой, выполненной с возможностью взаимодействия с упомянутыми уплотнительными манжетами. Такое выполнение уплотнительного узла, кроме заявленного технического результата, обеспечивает повышение герметичности устройства (фиг.1-4);

промежуточная втулка с посадочным седлом под верхнюю секцию разделительной пробки содержит нижнюю секцию разделительной пробки. Такое выполнение промежуточной втулки, кроме заявленного технического результата, обеспечивает повышение качества крепления хвостовика за счет более оптимальной технологии цементирования (фиг.1-4);

якорный узел имеет конусные выступы и плашки, помещенные на средней части составного корпуса, выполненной с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, против которого помещена втулка-гидротолкатель, связанная с плашками. Такое выполнение якорного узла, кроме заявленного технического результата, обеспечивает повышение надежности заякоривания устройства, необходимого для надежной работы уплотнительного узла (фиг.1-4);

верхняя часть составного корпуса выполнена с проставочным кольцом в верхней части, один торец которого имеет выступы под карманы в теле разрезной подпружиненной цанги, а другой торец образует выступ под зацепы лепестков разрезной подпружиненной цанги. Такое выполнение корпуса, кроме заявленного технического результата, обеспечивает упрощение его монтажа (фиг.1-4).

Изобретение иллюстрируют чертежи, где:

на фиг.1 изображено устройство по варианту 1 в транспортном положении;

на фиг.2 - узел А фиг.1;

на фиг.3 - устройство по варианту 2 в транспортном положении;

на фиг.4 - узел Б фиг.3.

Устройство для установки хвостовика обсадной колонны включает (фиг.1 и 2) составной корпус в виде верхней его части 1, средней части 2 и нижней части 3. Верхняя часть составного корпуса 1 выполнена с выступами 4 (верхними торцевыми) и 5 (нижним кольцевым). В оптимальном случае верхняя часть составного корпуса 1 выполнена с проставочным кольцом 6, которое имеет и образует вышеупомянутые выступы. Кроме того, верхняя часть составного корпуса имеет уплотнительный узел. В предпочтительном варианте этот узел выполнен в виде верхних 7 и нижних 8 уплотнительных манжет. Не исключено выполнение этого узла иным образом, например, в виде одной уплотнительной манжеты. На этой же верхней части 1 составного корпуса имеется средство передачи механического воздействия на уплотнительный узел - толкатель 9 уплотнительного узла (далее толкатель) - и воронка 10, жестко соединенная с толкателем 9. Средняя часть составного корпуса 2 имеет якорный узел. Этот узел может быть выполнен, например, в виде конусных выступов 11 и плашек 12. Плашки 12 посредством винтов 13 и планок 14 жестко связаны с втулкой-гидротолкателем 15, помещенным против радиального отверстия 16, по меньшей мере одного, средней части 2 корпуса. Нижняя часть 3 корпуса соединена с собственно колонной труб хвостовика 17. Для установки хвостовика 17 служит транспортировочная колонна 18 и ствол 19, соединенный с транспортировочной колонной 18. Ствол 19 выполнен с выдвижными (подпружиненными) кулачками 20, по меньшей мере двумя, в верхней части, перекрытыми в транспортном положении устройства воронкой 10, и радиальным отверстием 21, по меньшей мере одним, в нижней части, перекрытым промежуточной втулкой 22 с посадочным седлом, связанной со стволом срезным элементом 23, по меньшей мере одним, разрезной подпружиненной цангой 24 с карманами 25 в ее теле и зацепами 26 на ее лепестках под соответствующие выступы 5 верхней части корпуса, связывающей эту часть корпуса со стволом 19. Верхняя часть корпуса 1 образует со стволом 19 кольцевую полость 27, где помещена профилированная втулка 28, связанная со стволом 19 срезным элементом 20, по меньшей мере одним. При этом профилированная втулка 28 фиксирует зацепы 26 лепестков разрезной подпружиненной цанги 24 за соответствующий выступ 5 верхней части составного корпуса 1. Кроме того, профилированная втулка 28 имеет возможность осевого перемещения при гидравлической связи полости ствола 19 с кольцевой полостью 27 через радиальное отверстие 21 ствола 19 (при открытии радиального отверстия 21 ствола 19 в результате перемещения промежуточной втулки 22). При осевом перемещении профилированной втулки 28 происходит освобождение разрезной подпружиненной цанги 24 с выводом ее зацепов 26 из зацепления с верхней частью 1 корпуса. Происходит отсоединение ствола 19 с транспортировочной колонной 18, профилированной втулкой 28 от составного корпуса 1-3 и воронки 10. Этим обеспечена возможность передачи на воронку 10 (ее верхний торец) веса транспортировочной колонны 18 через выдвижные кулачки 20 для приведения в рабочее положение уплотнительного узла - уплотнительных манжет 7, 8.

Кроме того, ствол в нижней части может иметь уширение, например, в виде проставочного кольца 29 с резьбой 30 для его присоединения к верхней части ствола 19 и ограничительную втулку 31, превышающую по длине проставочное кольцо и связанную с ним тоже резьбой по его наружной боковой поверхности. При этом радиальное отверстие 21 может быть выполнено именно в проставочном кольце 29. От радиального отверстия 21 может быть выполнен по длине проставочного кольца 29 продольный канал 32 (между проставочным кольцом 29 и ограничительным кольцом 31) до нижнего торца профилированной втулки 28. В резьбовой части этот канал может быть выполнен в виде прорези. Профилированная втулка 28 помещена, например, на проставочном кольце 29 и взаимодействует в нижней части с боковой поверхностью ограничительной втулки 31. При этом промежуточная втулка 22 выполнена, например, ступенчатой, помещена в проставочном кольце 29 (обеспечивает равнопроходное сечение ствола) и связана срезным элементом 23 с ограничительной втулкой 31.

По другому варианту (фиг.3 и 4) ствол в нижней части может иметь уширение, например, в виде проставочного кольца 29, которое может быть выполнено с расточкой в верхней части, где помещена профилированная втулка 28 ее нижней частью. При этом промежуточная втулка 22 может быть помещена в проставочном кольце 29 и связана с ним срезным элементом 23, который может быть выполнен полым. В рабочем положении устройства (после срезки полого срезного элемента) полость срезного элемента выполняет функцию радиального отверстия 21, от которого по длине проставочного кольца 29 выполнен продольно-поперечный канал 32 до нижнего торца профилированной втулки 28.

Промежуточная втулка 22, выполненная с посадочным седлом 33 под верхнюю секцию разделительной пробки (не показана), может содержать нижнюю секцию 34 разделительной пробки (для повышения качества цементирования хвостовика). При отсутствии необходимости цементирования хвостовика достаточно использовать только одну разделительную пробку или бросовый элемент под посадочное седло 33 для открытия радиального отверстия 21 и приведения в действие устройства.

Дополнительно отмечается наличие следующих узлов и элементов устройства:

толкатель 9 зафиксирован на верхней части корпуса 1 срезным элементом 35 и имеет разрезной фиксатор 36 ее конечного положения. Внутренняя поверхность фиксатора 36 конечного положения толкателя 9 выполнена с резьбой и взаимодействует с наружной резьбовой поверхностью, выполненной на верхней части 1 составного корпуса 1;

верхние 7 и нижние 8 уплотнительные манжеты оборудованы торцевыми защитными кольцами 39;

проставочное кольцо 6 верхней части 1 составного корпуса связано с этой частью корпуса левой резьбой 40;

ограничительная втулка 31 связана с проставочным кольцом 29 резьбой 41 (фиг.1 и 2);

на транспортировочной колонне 18 помещено защитное кольцо 42 в зоне верхнего торца воронки 10;

на промежуточной втулке 22 установлен фиксатор 43, а в ограничительной втулке 31 - кольцевая канавка 44 для фиксации промежуточной втулки 22 (фиг.1 и 2);

поз.45 обозначена пружина для кулачков 20;

для оптимизации работы уплотнительных манжет предусмотрена подвижная втулка 46, размещенная между упомянутыми манжетами;

к промежуточной втулке 22 может быть подсоединен проставочный патрубок 47, с помощью которого и муфты 48 может быть присоединено посадочное седло 33 с помощью срезного элемента 49 (фиг.1 и 2);

в составе якоря может быть предусмотрен кожух 50, жестко соединенный с гидротолкателем и закрепленный на нижней части составного корпуса срезным элементом 51.

Устройство работает следующим образом.

После спуска хвостовика 17 на заданную глубину, промывки скважины и закачки в нее расчетного объема тампонажного раствора в транспортировочную колонну 18 пускают верхнюю секцию разделительной пробки (на фиг.1 и 2 не показана), которая, соединяясь с нижней секцией 34, срезает сначала срезной элемент 23, перемещает промежуточную втулку 22, которая открывает радиальное отверстие 21. При этом фиксатор 43, взаимодействуя с канавкой 44, предотвращает обратное перемещение промежуточной втулки 22. Повышением давления срезают срезной элемент 49 и соединенные секции разделительной пробки, перемещаясь, вытесняют тампонажный раствор в заколонное пространство.

При выполнении устройства по варианту, показанному на фиг.3 и 4. Последовательность операций та же, только с перемещением промежуточной втулки 22 срезается полый элемент, полость которого выполняет функцию радиального отверстия 21.

По окончании процесса цементирования в колонне повышают давление, которое через радиальное отверстие 16 средней части 2 корпуса передают на втулку-гидротолкатель 15. Происходят срез элемента 51 и перемещение плашек 12 якорного узла до их взаимодействия с внутренней поверхностью предыдущей колонны, т.е. происходит заякоривание устройства. Проверку срабатывания якорного узла осуществляют путем снятия избыточного давления в транспортировочной колонне 18 и ее разгрузки. После проверки работоспособности якорных плашек 12 вновь поднимают давление до заданной величины, которое через радиальное отверстие 21, продольные каналы 32 передают на торцевую поверхность профилированной втулки 28. Этим срезают элемент 20 и профилированная втулка 28 перемещается, освобождая разрезную пружинную цангу 24. Таким образом, происходит разъединение ствола 19 с транспортировочной колонной 18 от составного корпуса 1-3 с хвостовиком 17. Транспортировочную колонну 18 со стволом 19 приподнимают до выхода нажимных кулачков 20 из воронки 10. Производят срезку верхней пачки тампонажного раствора путем интенсивной промывки. Затем транспортировочную колонну 18 разгружают. При этом вес от разгрузки транспортировочной колонны 18 через нажимные кулачки 20 передают на верхнюю торцевую поверхность воронки 10, которая, срезая элемент 35, перемещает толкатель 9, который сжимает уплотнительные манжеты и приводит их в рабочее положение. При этом фиксатор 36 исключает возможность возврата толкателя 9 после подъема транспортировочной колонны 18 со стволом 19.

В случае выполнения устройства про варианту, показанному на фиг.3 и 4, после установки якорного узла и проверки его работоспособности поднимают давление в транспортировочной колонне 18 до заданной величины, которое через радиальное отверстие 21, продольно-радиальный канал 32 передается на торцевую поверхность профилированной втулки 28. При этом срезается элемент 20 и профилированная втулка 28 перемещается, освобождая разрезную пружинную цангу 24.

1. Устройство для установки хвостовика обсадной колонны, включающее составной корпус в виде верхней его части с выступами, уплотнительным узлом, толкателем уплотнительного узла и воронкой, жестко соединенной с толкателем, средней части корпуса с якорным узлом и нижней части корпуса, соединенной с собственно хвостовиком, транспортировочную колонну и ствол, соединенный с транспортировочной колонной, выполненный с выдвижными кулачками, по меньшей мере двумя, в верхней части, перекрытыми в транспортном положении устройства воронкой, и радиальным отверстием, по меньшей мере одним, - в нижней части, перекрытым промежуточной втулкой с посадочным седлом, связанной со стволом срезным элементом, по меньшей мере одним, и содержащий разрезную подпружиненную цангу с карманами в ее теле и зацепами на ее лепестках под соответствующие выступы верхней части корпуса, связывающую ствол с верхней частью корпуса, которые образуют между собой кольцевую полость, где помещена профилированная втулка, связанная со стволом срезным элементом, по меньшей мере одним, взаимодействующая с лепестками разрезной подпружиненной цанги и имеющая возможность ее осевого перемещения, при гидравлической связи полости ствола с кольцевой полостью через радиальное отверстие ствола, для освобождения разрезной подпружиненной цанги от связи с верхней частью корпуса, разъединения ствола с составным корпусом и обеспечения возможности передачи на верхний торец воронки веса транспортировочной колонны через выдвижные кулачки ствола для приведения в рабочее положение уплотнительного узла.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ствол в нижней части имеет уширение в виде проставочного кольца и ограничительную втулку, превышающую по длине проставочное кольцо и связанную с ним по его наружной боковой поверхности, при этом радиальное отверстие выполнено в проставочном кольце, от которого по его длине образован продольный канал до нижнего торца профилированной втулки, которая помещена на проставочном кольце и взаимодействует в нижней части с боковой поверхностью ограничительной втулки, а промежуточная втулка выполнена ступенчатой под проставочное кольцо, помещена в этом кольце и связана срезным элементом с ограничительной втулкой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ствол в нижней части имеет уширение в виде проставочного кольца, которое выполнено с расточкой в верхней части по внутренней боковой поверхности, где помещена профилированная втулка ее нижней частью, при этом промежуточная втулка помещена в проставочном кольце и связана с ним срезным элементом, который выполнен полым, полость которого в рабочем положении устройства выполняет функцию радиального отверстия, от которого по длине проставочного кольца выполнен продольно-поперечный канал до нижнего торца профилированной втулки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный узел выполнен в виде верхних и нижних уплотнительных манжет и помещенной между ними подвижной в осевом направлении втулкой, выполненной с возможностью взаимодействия с упомянутыми уплотнительными манжетами, а средство передачи механического воздействия на уплотнительный узел выполнено в виде втулки-толкателя.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что промежуточная втулка выполнена с посадочным седлом под верхнюю секцию разделительной пробки и содержит нижнюю секцию разделительной пробки.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что якорь имеет конусные выступы и плашки, помещенные на средней части корпуса, выполненной с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, против которого помещена втулка-гидротолкатель, связанная с плашками.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя часть составного корпуса выполнена с проставочным кольцом в верхней части, один торец которого имеет выступы под карманы в теле разрезной подпружиненной цанги, а другой торец образует выступ под зацепы лепестков разрезной подпружиненной цанги.