Результат интеллектуальной деятельности: ГОЛОВКА КОЛОННАЯ РАЗЪЕМНАЯ ЗАКЛИНИВАЮЩАЯСЯ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геолого-разведочной отраслям промышленности и предназначено для наведения противовыбросового (запорного) оборудования при открытом фонтанировании скважин в случаях отсутствия на устье колонной головки или базового фланца.

Известна конструкция фланца разъемного типа ФР, предназначенного для установки на обсадную колонну устья фонтанирующей скважины с целью восстановления базы для наведения запорного оборудования с последующей герметизацией образованного фланцевого соединения [1]. Фланец состоит из двух полуфланцев с вкладышами, резинового уплотнителя и катушки нажимной. Установка фланца осуществляется в следующей последовательности. Полуфланцы с закрепленными в них вкладышами устанавливаются на хомут монтажный, смонтированный ранее на обсадной колонне; в конусную проточку полуфланцев устанавливается резиновый уплотнитель и полуфланцы стягиваются друг с другом при помощи болтовых соединений. Катушка нажимная наводится на устье фонтанирующей скважины вместе с запорным оборудованием.

Однако приведенная конструкция фланца разъемного обладает следующими недостатками:
- допускаемые отклонения наружного диаметра составляют ±1% для обсадных труб диаметрами до 219 мм включительно и ±1,25% для труб диаметрами более 219 мм [2] , поэтому вкладыши полуфланцев, выполненные в виде двух цилиндрических полувтулок с внутренним диаметром, равным номинальному наружному диаметру охватываемой или обсадной трубы, при реальном наружном диаметре обсадной колонны, отличном от номинального, охватывают ее не полностью, а частично: при меньшем - средней частью, при большем - краями. Кроме того, в практике, часто имеет место отклонение формы поперечного сечения трубы (овальность), при котором разность между большим и меньшим размерами по диаметру доходит до нескольких мм. Приведенные факторы являются основными причинами ненадежного сцепления вкладышей с обсадной колонной, чрезмерного возрастания (сверх допустимых) удельных контактных давлений на зубья вкладышей при стягивании полуфланцев друг с другом и, как следствие, их выкрашивания;
- рабочая поверхность резинового уплотнителя после монтажа полуфланцев на обсадной колонне только на одну треть по высоте скрыта в их конической проточке, остальная же его часть, по которой происходит уплотнение, остается снаружи и в процессе наведения запорного оборудования подвергается интенсивному воздействию высокоскоростных потоков скважинной среды, а также открытого пламени при горящей фонтанирующей струе, что приводит к повреждению уплотнительной поверхности и нарушению герметичности образовываемого фланцевого соединения;
- между полуфланцами конструктивно заложен определенный зазор для обеспечения надежного стягивания их друг с другом при монтаже на колонне. При отклонении ее наружного диаметра от номинального и поэтому неполном контакте поверхностей трубы и вкладышей, о чем сказано выше, для обеспечения соединения полуфланцев затягиваются с повышенными крутящими моментами, что приводит к необратимой деформации щек полуфланцев, а зачастую и к их поломке. Стягивая болтами полуфланцы, необходимо также во избежание перекоса монтажа и, как следствие, отклонения расположения фланцевых шпилечных отверстий от номинального вести постоянный контроль за равномерностью величин зазоров между щеками полу фланцев, что в условиях открытого фонтанирования довольно затруднительно;
- наведение запорного оборудования на устье фонтанирующей скважины, оборудованной фланцем разъемным, производится только канатной оснасткой [3] с применением нескольких единиц грузоподъемных и тяговых силовых механизмов. При этом требуется высокая степень согласованности в действиях оперативного персонала при выполнении отдельных операций наведения и присутствие ответственных исполнителей работ в непосредственной близости от устья. Существующая постоянная угроза воспламенения фонтанирующей струи газа при наведении, а также необходимость обязательного ее поджигания при наличии в составе скважинной среды высокотоксичного сероводорода характеризует операцию наведения как наиболее опасную в процессе ликвидации фонтана, так как канатная оснастка является самым слабым звеном применяемого комплекса оборудования из-за низкой стойкости стальных канатов к воздействию высоких температур. Произвести дистанционное наведение гидроприводными устройствами (гидронатаскивателями) не представляется возможным из-за нерешенной в имеющихся конструкциях фланцев разъемных проблемы совмещения шпилечных отверстий образовываемого фланцевого соединения.

Целью изобретения является обеспечение надежного сцепления фланца разъемного с обсадной колонной на устье фонтанирующей скважины; герметичность фланцевого соединения, образованного после наведения на фланец разъемный запорного оборудования; повышение безопасности оперативного персонала за счет сокращения времени пребывания в опасной зоне при монтаже фланца разъемного на устье и применения гидроприводных устройств с дистанционным управлением процесса наведения запорного оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что в головке колонной разъемной заклинивающейся (ГКРЗ), включающей катушку нажимную и фланец разъемный, состоящий из двух полуфланцев с вкладышами и резиновым уплотнителем, выполненным с возможностью установки на хомут установочный:
- в корпусах полуфланцев выполнены прямоугольные наклонные пазы, при этом фланец разъемный выполнен с возможностью беззазорной установки своих полуфланцев на обсадной колонне и зацепления с колонной, имеющей отклонения наружного диаметра от номинального и овальную форму;
- вкладыши фланца разъемного выполнены раздельными и клиновыми, расположены в прямоугольных наклонных пазах корпусов полуфланцев попарно и установлены с возможностью вхождения в зацепление с колонной под действием клина при его принудительном радиальном перемещении до заклинивания вкладышей в зазоре между трубой колонны и корпусом фланца разъемного;
- хомут установочный имеет выдвижные планки с регулировочными болтами, выполненными с возможностью центрирования фланца разъемного относительно оси колонны;
- резиновый уплотнитель фланца разъемного заглублен в выполненную в нем цилиндрическую ступенчатую проточку;
- нижняя часть катушки нажимной выполнена резьбовой с навинченным на нее нижнем фланцем, имеющим возможность проворота вокруг оси для совмещения шпилечных отверстий образовываемого фланцевого соединения.

Конструкция предлагаемой ГКРЗ приведена ниже.

ГКРЗ состоит из хомута установочного, фланца разъемного и катушки нажимной.

Хомут установочный выполнен из двух идентичных полухомутов 1, стягиваемых друг с другом на колонне диаметром "Д" двумя поворотными откидными болтовыми соединениями 2; конструкция хомута обеспечивает перпендикулярность базовой площадки "А" к образующей поверхности колонны, а наличие выдвижных планок 3 - центровку фланца разъемного относительно центральной оси колонны болтами 4.

Фланец разъемный состоит из двух идентичных полуфланцев 5, во внутренней полости которых в прямоугольных наклонных пазах закреплены болтами 6 нижний и верхний вкладыши 7, в стык которых упирается расположенный в цилиндрическом углублении (гнезде) клин 8, перемещение которого в радиальном направлении осуществляется винтом 9 со шпилькой 10. Полуфланцы стягиваются друг с другом болтовыми соединениями 11. В верхней части фланца разъемного в цилиндрической проточке установлен резиновый уплотнитель 12, ступенчатая форма сечения которого препятствует выдуванию его из фланца при действии струи скважинной среды при наведении.

Нижняя часть катушки нажимной 14 выполнена резьбовой с навинченным на нее нижним фланцем 13, имеющим возможность проворота вокруг оси для совмещения шпилечных отверстий образовываемого фланцевого соединения.

Фланцевое соединение нажимной катушки и фланца разъемного стягивается шпильками 15 и болтами 16 с обеспечением герметичности по линии стыка резинового герметизатора и конической проточки в нижней части корпуса нажимной катушки.

Порядок работы с ГКРЗ следующий.

На оголовок обсадной колонны скважины монтируется хомут установочный на определенном расстоянии "Н" от торца трубы до верхней базовой площадки "А", на которую устанавливают полуфланцы. На трубу предварительно надевают разрезанный в одном месте по косой линии резиновый уплотнитель и совмещают его по высоте с проточкой в полуфланцах, которые затем стягивают болтами до плотного соединения друг с другом. Штифты, запрессованные в привалочные плоскости полуфланцев, обеспечивают их точное взаимное расположение на колонне.

Регулировочными болтами на выдвижных планках хомута установочного центрируют фланец разъемный относительно центральной оси колонны и вывинчивают болты, крепящие вкладыши в прямоугольных наклонных пазах корпусов полуфланцев; при заворачивании винтов со шпильками происходит принудительное радиальное перемещение клиньев, под действием которых происходит заклинивание вкладышей в зазоре между трубой колонны и корпусом фланца разъемного. Затянуть попарно противоположные винты гаечным ключом с максимально возможным усилием без применения удлинительных рычагов, после чего фланец разъемный готов к наведению на него запорного оборудования.

Нажимная катушка верхним фланцем крепится к противовыбросовому или запорному оборудованию и наводится на фланец разъемный до посадки его нижней частью на резиновый уплотнитель и закрепляется, после совмещения шпилечных отверстий, до прекращения утечек скважинной среды.

Источники информации
1. Справочник "Оборудование и инструмент для предупреждения и ликвидации фонтанов". - М.:Недра, 1966, с. 171, "Фланец разъемный типа ФР".

2. ГОСТ 632-80 "Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия". С. 9, п. 1.4.

3. Справочник "Оборудование и инструмент для предупреждения и ликвидации фонтанов". - М. : Недра, 1966, с. 147... 150, "Канатные оснастки для смены противовыбросового оборудования на устье фонтанирующей скважины".