Результат интеллектуальной деятельности: ОБОРУДОВАНИЕ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПОДВЕСКОЙ ТРУБ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устьевому оборудованию скважин для одновременно-раздельной эксплуатации двух объектов.

Известна устьевая двухствольная арматура, включающая трубодержатель первого ряда труб, выполненный в виде диска с отверстиями для крепления к устью скважины, с двумя каналами, один из которых оснащен верхней и нижней резьбами, и трубодержатель второго ряда труб с верхней и нижней резьбами, выполненный в виде полой втулки с возможностью герметичной фиксации непосредственно во втором канале трубодержателя первого ряда труб, при этом, по крайней мере, одна из осей верхних резьб трубодержателей смещена или отклонена относительно соответствующей оси нижней резьбы во внешнюю сторону и на трубодержателе первого ряда труб сверху по периметру выполнены выборки над частью отверстий (патент РФ №2305747, МПК Е21В 33/03, опубл. 10.09.2007, бюл. №25).

Однако известное устройство имеет следующие недостатки:

во-первых, для практического использования устройства его необходимо дополнительно оснастить отводами, запорными устройствами и одним или несколькими устьевыми сальниками - «елкой», что достаточно сложно и трудоемко из-за необходимости поочередной последовательной сборки вышеназванных элементов «елки» для каждого ряда труб в связи с малым межосевым расстоянием, а также ведет к чрезмерному увеличению высоты арматуры, что, в свою очередь, ведет к сложностям и небезопасности обслуживания арматуры, сложностям при монтаже наземного оборудования (станков-качалок);

во-вторых, арматура с использованием устройства, включающая тройники, сальники и запорные устройства, имеет недостаточную надежность из-за большого количества соединений, работающих под давлением;

в-третьих, монтаж устройства на скважинах с большой вероятностью выбросов скважинной среды невозможно осуществить из-за невозможности установки противовыбросового оборудования при спуске второго ряда труб без специальных переводников, причем их использование усложняет процесс монтажа;

в-четвертых, при монтаже устройства происходит чрезмерное растяжение труб, особенно короткого ряда труб, связанное с необходимостью оставить ряд труб в скважине в натянутом состоянии для гарантированной фиксации низа ряда труб; чтобы подвесить ряд труб в таком состоянии в трубодержателе необходимо предварительно подвесить трубы за муфту на элеваторе, соответственно дополнительно натянуть на длину муфты с патрубком. Чрезмерное растяжение рядов труб приводит к остаточным деформациям в трубах, а при неприятном стечении обстоятельств - к обрыву ряда труб.

Наиболее близким по техническому решению является оборудование устья скважины с параллельной подвеской труб, включающее трубодержатель первого ряда труб, трубодержатель второго ряда труб с фланцами, катушку с фланцами, уплотнительный ниппель, при этом с целью осуществления возможности подвески всех возможных сочетаний труб без изгиба их, верхний фланец катушки размещен эксцентрично относительно оси катушки, а нижний фланец трубодержателя второго ряда труб эксцентрично относительно оси трубодержателя второго ряда труб (а.с. СССР №375369, МПК Е21В 33/03, опубл. 23.03.1973, бюл. №16).

Недостатками известного технического решения являются:

во-первых, наличие катушки, приводящее к дополнительным затратам времени на ее монтаж, снижению надежности устьевого оборудования в общем из-за лишних соединений, работающих под давлением;

во-вторых, отсутствие каналов для сообщения с внутрискважинным пространством, что ограничивает эксплуатационные возможности оборудования (спуск глубинных приборов в скважину, определение уровня скважинной среды в скважине и др.) или требует дополнительного оснащения устройством для сообщения с внутрискважинным пространством, что, в свою очередь, приводит к дополнительному снижению надежности, увеличивает габариты и металлоемкость;

в-третьих, расположение трубодержателя первого ряда труб внутри катушки приводит к чрезмерному растяжению первого ряда труб при спускоподъемных работах с трубами в случае необходимости оставить первый ряд труб в скважине в натянутом состоянии для гарантированной фиксации низа колонны, например для посадки пакера.

Известные решения имеют большую металлоемкость и габариты, особенно высоту, сложны в изготовлении и не в полной мере решают поставленные задачи.

Технической задачей изобретения является исключение возникновения остаточных деформаций в трубах первого и второго рядов труб, путем уменьшения величины растяжения труб при спускоподъемных работах с трубами до допускаемых величин для материала труб, снижение материальных затрат за счет упрощения изготовления оборудования устья скважины с параллельной подвеской труб, расширение эксплуатационных возможностей оборудования за счет обеспечения безопасного спуска параллельных колонн труб на скважинах с большой вероятностью выбросов скважинной среды и повышение ее надежности за счет упрощения конструкции, сокращения количества соединений, работающих под давлением, при одновременном снижении металлоемкости и габаритных размеров.

Поставленная задача решается оборудованием устья скважины с параллельной подвеской труб, включающим колонный фланец, трубодержатель первого ряда труб с уплотнительным ниппелем, трубодержатель второго ряда труб с боковыми каналами, сообщенными с соответствующими трубами.

Новым является то, что колонный фланец оснащен снаружи одним или несколькими отводами, сообщенными с внутренним пространством фланца, и выполнен с возможностью жесткого и герметичного взаимодействия с трубодержателем первого ряда, который герметично и жестко соединен с трубодержателем второго ряда.

Новым является также то, что трубодержатель второго ряда труб снабжен продольным отверстием с пробкой, не сообщающимся с трубами, при этом трубодержатель первого ряда труб оснащен каналом для сообщения этого отверстия со скважиной.

Новым является также то, что трубодержатели первого и/или второго ряда труб снизу оснащены технологическими переходниками.

На фиг.1 изображена схема оборудования устья скважины с параллельной подвеской труб; на фиг.2 - разрез А-А.

Оборудование устья скважины с параллельной подвеской труб включает колонный фланец 1 (фиг.1), трубодержатель первого ряда труб 2 с уплотнительным ниппелем 3, трубодержатель второго ряда труб 4 с боковыми каналами 5, сообщенными с соответствующими трубами 6 и 7. Колонный фланец 1 (фиг.2) оснащен снаружи одним или несколькими отводами 8, сообщенными с внутренним пространством 9 фланца 1, и выполнен с возможностью жесткого и герметичного взаимодействия с трубодержателем первого ряда труб 2, который герметично и жестко соединен с трубодержателем второго ряда 4.

Трубодержатель второго ряда труб 4 (фиг.2) может быть снабжен продольным отверстием 10 с пробкой 11, не сообщающимся с трубами 6 (фиг.1) и 7, при этом трубодержатель первого ряда труб 2 (фиг.2) оснащен каналом 12 для сообщения отверстия 10 со скважиной 13.

Первый 6 (фиг.1) и второй 7 ряды труб присоединяют непосредственно к трубодержателям первого 2 и второго 4 рядов труб соответственно. В зависимости от размера резьбы труб первого 6 и второго 7 рядов, а также от способа монтажа используемого скважинного оборудования для фиксации низа труб, например необходимости натяжения одного или обоих рядов труб для посадки пакера (не показан), трубодержатели первого 2 и/или второго 4 ряда труб снизу могут быть оснащены технологическими переходниками 14 и 15 с ниппельной и муфтовой резьбами соответственно.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

На устье скважины 13 (фиг.1) монтируют колонный фланец 1. Один из отводов 8 (фиг.2) колонного фланца 1 присоединяют к наземному трубопроводу системы сбора скважинной продукции (не показан) для отвода скважинной среды в случае выброса или фонтанирования. Непосредственно на колонный фланец 1 (фиг.1) герметично через уплотнительную прокладку 16 устанавливают превентор (не показан) и закрепляют шпилечными соединениями 17. В скважину спускают первый ряд труб 6 со скважинным оборудованием для герметичной фиксации низа труб, например, с пакером, и другим оборудованием (не показаны). После посадки пакера на необходимой глубине первый ряд труб 6 подвешивают за верхнюю муфту (не показана), используя элеватор (не показан). К муфте присоединяют трубодержатель первого ряда труб 2 с завернутым к нижней резьбе сквозного канала 18 подгоночным патрубком (не показан), далее, жестко и герметично через уплотнительную прокладку 16 устанавливают трубодержатель 2 на колонный фланец 1, предварительно убрав элеватор. В случае использования первого ряда труб 6 с резьбой, отличной от резьбы в канале 18 трубодержателя первого ряда труб 2, или при необходимости натяжения первого ряда труб 6, используют технологический переходник 14. В этих случаях на верхнюю часть первого ряда труб 6 наворачивают муфтовой резьбой технологический переходник 14. После посадки пакера на необходимой глубине первый ряд труб 6 подвешивают в натянутом состоянии за переходник 14 на колонном фланце 1, используя элеватор, предварительно сняв превентор. К переходнику 14 присоединяют трубодержатель первого ряда труб 2 нижней резьбой сквозного канала 18, затем снимают элеватор, жестко и герметично через уплотнительную прокладку 16 устанавливают трубодержатель в колонный фланец 1. Устанавливают превентор на трубодержатель первого ряда труб 2. Спускают второй ряд труб 7 со скважинным оборудованием для фиксации низа труб и другим оборудованием (не показан) через канал 19 трубодержателя первого ряда труб 2. После фиксации низа второго ряда труб 7 на необходимой глубине второй ряд труб 7 подвешивают за верхнюю муфту второго ряда труб 7 (не показана), используя элеватор. Убирают превентор. Присоединяют уплотнительный ниппель 3 к верхней резьбе сквозного канала 18 трубодержателя первого ряда труб 2. К муфте присоединяют трубодержатель второго ряда труб 4 с завернутым к нижней резьбе сквозного канала 20 подгоночным патрубком (не показан), жестко и герметично через уплотнительную прокладку 21 устанавливают трубодержатель 4 на трубодержатель первого ряда труб 2, предварительно убрав элеватор, совместив соответствующий канал 22 трубодержателя второго ряда труб 4 с уплотнительным ниппелем 3, и закрепляют шпилечными соединениями 17. В случае использования второго ряда труб 7 с резьбой, отличной от резьбы в канале 20 трубодержателя второго ряда труб 4 или при необходимости натяжения второго ряда труб 7, используют технологический переходник 15. В этих случаях на верхнюю часть второго ряда труб 7 наворачивают муфтовой резьбой переходник 15. После спуска и фиксации второго ряда труб 7 его подвешивают в натянутом состоянии за переходник 15 на трубодержателе первого ряда труб 2 с помощью элеватора, предварительно сняв превентор. Присоединяют уплотнительный ниппель 3 к верхней резьбе сквозного канала 18 трубодержателя первого ряда труб 2 и трубодержатель второго ряда труб 4 нижней резьбой сквозного канала 20 к переходнику 15 второго ряда труб 7. Жестко и герметично через уплотнительную прокладку 21 устанавливают трубодержатель второго ряда труб 4 на трубодержатель первого ряда труб 2, совместив соответствующий канал 22 трубодержателя второго ряда труб 4 с уплотнительным ниппелем 3, и закрепляют шпилечными соединениями 17.

При необходимости периодического спуска глубинных приборов, например манометра, термометра и др. (не показаны), в скважину 13 (фиг.2) трубодержатель второго ряда труб 4 снабжают продольным отверстием 10, герметично закрытым пробкой 11 для исключения выхода скважинной среды и загрязнения атмосферы, и трубодержатель первого ряда труб 2 - каналом 12.

Для сброса давления внутри оборудования устья скважины с параллельной подвеской труб, например для ремонта оборудования, используют один из отводов 8 (фиг.2), сообщенных с внутренним пространством 9 колонного фланца 1, а другой - используют для определения уровня среды в скважине, присоединив к нему прибор, например эхолот (не показан).

Для спуска и подъема второго ряда труб 7 (фиг.1) трубодержатель первого ряда труб 2 оснащают каналом для спуска второго ряда труб 7 в виде сквозного отверстия 19 максимально возможного размера для получения наибольшего зазора для второго ряда труб 7.

С целью максимального снижения высоты оборудования боковые каналы 5 (фиг.1) трубодержателя второго ряда труб 4 расположены на одном горизонтальном уровне, что приводит к снижению затрат на обустройство устья скважины и облегчит обслуживание наземного оборудования из-за расположения наземных трубопроводов также на одном уровне.

Предложенное техническое решение позволяет установить непосредственно на колонный фланец 1 (фиг.1) превентор при спускоподъемных операциях с первым рядом труб 6 и на трубодержатель первого ряда труб 2 при спускоподъемных операциях со вторым рядом труб 7, что позволяет уменьшить выбросы скважинной среды из скважины 12 за счет оперативного перекрытия превентором устья скважины и отвода скважинной среды в случае выброса или фонтанирования, обезопасить и облегчить работу обслуживающего персонала.

Предложенное решение позволяет производить одновременную добычу и раздельный подъем скважинной среды из обоих объектов скважины через оба ряда труб 6 и 7 (фиг.1), добычу скважинной среды из одного объекта скважины через один ряд труб 6 или 7 и закачку различных сред, например пластовой воды, через другой ряд труб 7 или 6 в другой объект скважины, а также одновременную и раздельную закачку через оба ряда труб 6 и 7 в оба объекта скважины.

В зависимости от способа эксплуатации скважины различается оснащение трубодержателя второго ряда труб 4 (фиг.1). Так, в случае добычи из обоих объектов на трубах первого 6 и второго 7 рядов спускают скважинное оборудование установок штангового глубинного насоса (не показан), поэтому на трубодержатель второго ряда труб 4 с верхнего торца к каналам 20 и 22 присоединяют устьевые сальники для уплотнения штоков установок (не показаны). В случае закачки в оба объекта на трубодержатель второго ряда труб 4 с верхнего торца к каналам 20 и 22 присоединяют запорные устройства (не показаны) для использования лубрикатора (не показан), применяемого для исследований внутри рядов труб 6 и 7 при работающей скважине, например, спуска глубинного расходомера и др. (не показаны). В случае добычи с одного объекта и закачки в другой к одному каналу 20 или 22, трубодержателя 4 присоединяют устьевой сальник, а к другому 22 или 20 - запорное устройство.

Спроектированная на основе предлагаемого технического решения оборудование устья скважины с параллельной подвеской труб для оснащения скважины, например, с условным диаметром эксплуатационной колонны 168 мм, позволяет спустить в скважину и параллельно расположить в ней два ряда труб с условным диаметром 60 мм. Высота арматуры с установленными сальниками для герметизации штоков установок глубинных штанговых насосов составила не более 1210 мм, что в 1,6 раз меньше, чем у аналога (патент РФ №2305747).

Существенно уменьшилась величина растяжения труб при спускоподъемных работах в 1,4 раза по сравнению с аналогом (патент РФ №2305747), причем величина деформаций растяжения труб не превышает допускаемых для насосно-компрессорных труб класса «Д» по ГОСТ 633-80 с условным диаметром 48 мм и толщиной стенки 4 мм.

Благодаря использованию предлагаемого устройства исключаются остаточные деформации в трубах первого и второго рядов труб из-за растяжения труб при спускоподъемных работах с трубами в пределах допускаемых величин, снижаются материальные затраты за счет упрощения изготовления оборудования устья скважины с параллельной подвеской труб, расширяются эксплуатационные возможности оборудования за счет обеспечения безопасного спуска параллельных колонн труб на скважинах с большой вероятностью выбросов скважинной среды и повышается его надежность за счет упрощения конструкции, сокращения количества соединений, работающих под давлением, при этом одновременно снижается металлоемкость и габаритные размеры.