Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ГЕРМЕТИЗАЦИИ МЕЖКОЛОННОГО ПРОСТРАНСТВА НА УСТЬЕ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для герметизации и разобщения межколонного пространства на устье скважины.

Известно устройство для герметизации межколонного пространства на устье скважины (Патент РФ №2502859, МПК Е21B 33/03, опубл. 27.12.2013), включающее

- цилиндрический корпус с фланцем на верхнем торце, внутренней кольцевой расточкой в верхней части, центральным осевым и радиальными каналами под боковые патрубки и наружной присоединительной резьбой в нижней части для соединения с муфтой наружной обсадной колонны,

- опорное кольцо с уступом, установленное в верхней муфте наружной обсадной колонны с опорой на торец ее верхней обсадной трубы,

- центратор внутренней обсадной колонны в виде втулки со ступенчатой наружной и цилиндрической внутренней поверхностями и со сквозными осевыми каналами, взаимодействующий с уступом опорного кольца,

- узел герметизации, размещенный во внутренней кольцевой расточке корпуса и взаимодействующий с муфтой внутренней обсадной колонны,

- и верхний фланец, ответный фланцу корпуса, взаимодействующий с узлом герметизации,

- причем диаметр отверстия опорного кольца меньше диаметра открытого ствола скважины, пробуренного под внутреннюю обсадную колонну, и больше наружного диаметра муфт, соединяющих трубы внутренней обсадной колонны.

Недостатком известного устройства, выбранного в качестве аналога, является высокая трудоемкость и затраты при монтаже на устье скважины, что обусловлено применением в его конструкции опорного кольца, устанавливаемого в верхней муфте наружной обсадной колонны с опорой на торец ее верхней обсадной трубы перед спуском внутренней обсадной колонны. А так как последняя является эксплуатационной, предназначенной для перекрытия и разобщения продуктивных горизонтов, то ее спуск будет осуществляться в продуктивный пласт, вскрытый бурением. Поэтому в соответствии с правилами промышленной безопасности для предотвращения открытого нефтегазового фонтана перед бурением ствола скважины под эксплуатационную колонну на фланец корпуса известного устройства должна быть установлена компоновка противовыбросового оборудования (далее - ПВО).

Следовательно, для установки опорного кольца перед спуском внутренней обсадной колонны ствол скважины необходимо предварительно заполнить утяжеленным буровым раствором для обеспечения противодавления на продуктивный пласт, затем необходимо демонтировать компоновку ПВО, после чего вставить опорное кольцо в верхнюю муфту наружной обсадной колонны на торец верхней трубы и вновь установить компоновку ПВО на устье скважины, чтобы предотвратить возможность возникновения открытого нефтегазового фонтана в процессе спуска эксплуатационной колонны.

Совокупность этих операций существенно повышает трудоемкость и увеличивает затраты на монтаж известного устройства, что является его недостатком.

Известно устройство герметизации межколонного пространства (Патент РФ №2311525, МПК Е21B 33/03, опубл. 27.11.2007), включающее

- цилиндрический корпус с фланцем на верхнем торце, внутренней кольцевой расточкой в верхней части, центральным осевым и радиальными каналами под боковые патрубки и наружной присоединительной резьбой в нижней части для соединения с муфтой наружной обсадной колонны,

- опорное кольцо с уступом, установленное в верхней муфте наружной обсадной колонны с опорой на торец ее верхней обсадной трубы,

- центратор внутренней обсадной колонны в виде втулки со ступенчатой наружной и цилиндрической внутренней поверхностями и со сквозными осевыми каналами, взаимодействующий с уступом опорного кольца,

- узел герметизации, размещенный во внутренней кольцевой расточке корпуса и взаимодействующий с муфтой внутренней обсадной колонны,

- и верхний фланец, ответный фланцу корпуса, взаимодействующий с узлом герметизации,

- причем диаметр отверстия опорного кольца больше диаметра открытого ствола скважины, пробуренного под внутреннюю обсадную колонну.

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, благодаря тому, что диаметр отверстия опорного кольца больше диаметра открытого ствола скважины, пробуренного под внутреннюю обсадную колонну, лишено недостатков, присущих аналогу. Это обусловлено тем, что установка опорного кольца в верхнюю муфту наружной обсадной колонны на торец верхней трубы осуществляется перед монтажом компоновки ПВО, устанавливаемой перед началом бурения ствола скважины под эксплуатационную колонну. Поэтому перед спуском последней отсутствует необходимость демонтажа и последующего монтажа компоновки ПВО для установки опорного кольца, что снижает трудоемкость и затраты при монтаже известного устройства на устье скважины по сравнению с аналогом.

Однако известное устройство обладает недостаточной эксплуатационной надежностью ввиду того, что установка опорного кольца перед началом бурения ствола скважины под эксплуатационную колонну влечет за собой неизбежный износ поверхности его отверстия и, как следствие, увеличение диаметра отверстия, что обусловлено механическим воздействием (трение и ударные нагрузки) от труб и замков бурильной колонны при спуско-подъемных операциях, а также трением от вращения ведущей трубы (квадрата) при роторном способе бурения. Кроме того, поверхность отверстия будет подвергаться интенсивному абразивному износу от воздействия потока бурового раствора при его циркуляции с забоя на поверхность, поскольку в составе бурового раствора будет находиться шлам, обладающий абразивными свойствами, особенно при бурении в интервалах, сложенных песчаниками.

Суммарное воздействие этих процессов может привести к значительному износу поверхности отверстия и увеличению его диаметра до величины, при которой у кольца будет отсутствовать опорный торец для центратора, вследствие чего подвеска эксплуатационной колонны в известном устройстве будет невозможна. Для устранения таких последствий необходимо выполнение комплекса трудоемких операций, включающих демонтаж компоновки ПВО, вывинчивание корпуса известного устройства из муфты наружной обсадной колонны, извлечение изношенного кольца и установка нового с перехватом спущенной эксплуатационной колонны элеваторами или слайдером, после чего необходимо вновь собрать известное устройство и установить компоновку ПВО. Более негативные последствия возможны в случае, когда наружный диаметр центратора будет лишь незначительно (на доли миллиметра) больше диаметра отверстия опорного кольца, увеличенного в результате износа. Тогда при разгрузке эксплуатационной колонны массой в несколько десятков тонн на опорное кольцо контактные напряжения при взаимодействии торцов опорного кольца и центратора могут превысить допустимые, и последний вследствие пластической деформации отверстия опорного кольца может провалиться через него, что может привести к «полету» эксплуатационной колонны на забой скважины.

Совокупность таких последствий существенно снижает эксплуатационную надежность работы известного устройства.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышении эксплуатационной надежности известного устройства герметизации межколонного пространства на устье скважины за счет устранения износа опорного кольца, что обеспечит надежность подвески внутренней обсадной колонны, а также в снижении затрат при монтаже и вводе устройства в эксплуатацию.

Для обеспечения этого технического результата в известном устройстве герметизации межколонного пространства на устье скважины, содержащем

- цилиндрический корпус с фланцем на верхнем торце, внутренней кольцевой расточкой в верхней части, центральным осевым и радиальными каналами под боковые патрубки и наружной присоединительной резьбой в нижней части,

- опорный уступ с расточкой, расположенный под корпусом,

- центратор внутренней обсадной колонны в виде цилиндрической втулки со сквозными осевыми каналами, взаимодействующий с опорным уступом,

- узел герметизации, размещенный во внутренней кольцевой расточке корпуса и взаимодействующий с муфтой внутренней обсадной колонны,

- и верхний фланец, ответный фланцу корпуса, взаимодействующий с узлом герметизации,

- причем величина диаметра расточки Dру опорного уступа больше величины внутреннего диаметра Dвнк наружной обсадной колонны,

СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ

- дополнительно содержит переводник, в верхней части соединенный с корпусом,

- и патрубок, соединенный с нижней частью переводника и муфтой наружной обсадной колонны,

- опорный уступ с расточкой расположен в переводнике над патрубком,

- диаметр отверстия Dоп которого удовлетворяет соотношению

Dру>Dоп>Dвнк,

где

Dру - диаметр расточки опорного уступа;

Dоп - диаметр отверстия патрубка;

Dвнк - внутренний диаметр верхней трубы наружной обсадной колонны.

На чертеже изображено в разрезе заявляемое «Устройство для герметизации межколонного пространства на устье скважины» (далее - устройство).

Заявляемое устройство содержит цилиндрический корпус 1 с фланцем 2 на верхнем торце, внутренней кольцевой расточкой 3 в верхней части, центральным осевым 4 и радиальными 5 каналами под боковые патрубки (не показаны) и наружной присоединительной резьбой 6 в нижней части. В расточке 3 размещен узел герметизации 7, взаимодействующий с муфтой 8 внутренней обсадной колонны 9. К фланцу 2 крепежными элементами 10 присоединен верхний фланец 11, взаимодействующий с узлом герметизации 7. Корпус 1 резьбой 6 соединен с переводником 12, в котором выполнен опорный уступ 13 с расточкой 14, расположенный под корпусом 1. С опорным уступом 13 взаимодействует центратор 15 внутренней обсадной колонны 9, выполненный в виде цилиндрической втулки со сквозными осевыми каналами 16. Между центратором 15 и муфтой 8 на верхней трубе 17 внутренней обсадной колонны 9 установлена распорная втулка 18. Соединение переводника 12 с муфтой 19 верхней трубы 20 наружной обсадной колонны 21 осуществляется патрубком 22. Между диаметром Dру расточки 14 опорного уступа 13, диаметром Dоп проходного отверстия 23 патрубка 22 и внутренним диаметром Dвнк проходного отверстия 24 верхней трубы 20 наружной обсадной колонны 21 выдержано соотношение: Dру>Dоп>Dвнк.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

После спуска и крепления наружной обсадной колонны 21 с муфтой 19 верхней трубы 20 путем свинчивания соединяют патрубок 22, с которым путем свинчивания соединяют переводник 12. На переводник 12 монтируют компоновку ПВО (не показана). Затем производят бурение ствола скважины под внутреннюю обсадную колонну 9.

В процессе спуско-подъемных операций компоновка бурильной колонны с долотом (не показана) будет оказывать механическое воздействие в виде трения и ударных нагрузок от труб и замков бурильной колонны, а также в виде трения от вращения ведущей трубы (квадрата) при роторном способе бурения. Вследствие механического воздействия внутренние поверхности проходных отверстий устьевого оборудования при контакте с элементами компоновки бурильной колонны будут подвергаться износу. Однако благодаря соотношению Dру>Dоп>Dвнк это воздействие в основном будет восприниматься внутренней поверхностью проходного отверстия 24 верхней трубы 20 наружной обсадной колонны 21 и лишь в некоторой степени поверхностью 25 проходного отверстия 23 патрубка 22.

Поскольку диаметр расточки 14 опорного уступа 13 больше как диаметра проходного отверстия 24 верхней трубы 20 наружной обсадной колонны 21, так и диаметра проходного отверстия 23 патрубка 22, поверхность 26 расточки 14 не будет контактировать с элементами компоновки бурильной колонны и не будет подвергаться износу, благодаря чему диаметр Dру расточки 14 опорного уступа 13 не будет увеличиваться и, следовательно, торец опорного уступа 13 сохранит свои конструктивные размеры. Тем самым, по сравнению с прототипом, где поверхность отверстия опорного кольца, контактируя с элементами компоновки бурильной колонны, будет подвергаться износу, что может привести к полному отсутствию опорного уступа и невозможности подвески внутренней обсадной колонны, отсутствие износа опорного уступа 13 в заявляемом устройстве повышает его эксплуатационную надежность и гарантированно обеспечивает подвеску внутренней обсадной колонны 9.

После бурения требуемого интервала ствола скважины осуществляется спуск внутренней обсадной колонны 9, в конце спуска которой перед свинчиванием верхней трубы 17 на ней устанавливается распорная втулка 18 и центратор 15. Производят спуск и разгрузку внутренней обсадной колонны 9 до контакта центратора 15 с опорным уступом 13 и ее цементирование, после чего демонтируют компоновку ПВО, корпус 1 путем свинчивания соединяют с переводником 12, устанавливают во внутреннюю кольцевую расточку 3 узел герметизации 7 и закрепляют его путем поджима фланцем 11 и крепежными элементами 10 до взаимодействия с муфтой 8 внутренней обсадной колонны 9.

Таким образом, благодаря конструктивным особенностям элементов заявляемого устройства обеспечивается:

- минимизация временных и материальных затрат при монтаже и вводе его в эксплуатацию по сравнению с аналогом. Это обусловлено дополнительным оснащением заявляемого устройства переводником, в котором выполнен опорный уступ, благодаря чему отсутствует необходимость операций по демонтажу компоновки ПВО для установки опорного кольца и последующему монтажу компоновки ПВО, которые необходимо осуществлять для сборки аналога на устье скважины;

- повышение эксплуатационной надежности его работы по сравнению с прототипом. Это обусловлено отсутствием износа опорного уступа благодаря тому, что в заявляемом устройстве диаметр отверстия патрубка Dоп удовлетворяет соотношению

Dру>Dоп>Dвнк,

где

Dру - диаметр расточки опорного уступа;

Dоп - диаметр отверстия патрубка;

Dвнк - внутренний диаметр верхней трубы наружной обсадной колонны.

Совокупность перечисленных обстоятельств обеспечивает снижение затрат и повышение надежности работы при эксплуатации заявляемого устройства для герметизации межколонного пространства на устье скважины.