Устройство и способ для герметизации устья скважины

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройству для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при спуско-подъемных операциях (СПО) глубинно-насосного оборудования (ГНО) в процессе их строительства и ремонта для предупреждения нефтегазоводопроявлений.

При ведении ремонтных работ на скважине существует опасность возникновения и развития газонефтеводопроявлений.

В настоящее время во время работ с НКТ для экстренной герметизации устья используется аварийная планшайба, а при работе с насосными штангами оборудования для экстренной герметизации устья нет.

При СПО колонны насосных штанг устье скважины герметизируется с помощью сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой (СУСГ). Такой процесс является длительным и трудоемким, а в экстренных условиях может привести к аварийным ситуациям.

Известен превентор (патент RU №60125, МПК Е21В 33/06, опубл. 10.01.2007), содержащий корпус и установленные в корпусе уплотнительные плашки с винтовыми приводами, причем плашки выполнены из уплотнительного материала и овальными в сечении, перпендикулярном оси винтового привода, при этом сверху и снизу плашки армированы металлическими пластинами, корпус выполнен с боковым отводом, расположенным ниже или выше плашек.

Известен превентор плашечный гидравлический двойной (RU №131797, МПК Е21В 33/06, опубл. 27.08.2013), ближайший по технической сущности к заявляемому устройству и принятый за прототип, содержащий корпус, выполненный из двух секций с верхним и нижним фланцем с двумя боковыми и с двумя торцовыми сторонами, и имеющий единый сквозной вертикальный осевой канал для спуска или подъема труб в скважину, два сквозных горизонтально расположенных плашечных канала, по одному в каждой секции, при этом в корпусе на одной из боковых сторон расположены два отверстия, закрытые круглыми глухими крышками, при этом в верхнем плашечном канале установлен трубный плашечный затвор с двумя оппозитно расположенными трубными плашками для герметизации труб по наружному диаметру и затрубного пространства, с возможностью перемещения в верхнем плашечном канале в направлении, перпендикулярном осевому каналу корпуса до крайнего открытого положения и, наоборот, до крайнего закрытого положения, причем трубная плашка состоит из корпуса трубной плашки с горизонтальным Т-образным пазом, уплотнителя трубного, уплотнителя верхнего, который соединяет с помощью вставленных в него штифтов корпус плашки и уплотнитель трубный, для перемещения трубных плашек в направлении, перпендикулярном осевому каналу корпуса, предусмотрена пара гидроцилиндров, присоединенных к противоположным сторонам верхней секции корпуса через быстроразъемные соединения, выполненных в виде мембранных клапанов.

Однако вышеуказанные устройства также сложны и требуют относительно длительного процесса герметизации.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции устройства, а также упрощение и сокращение времени процесса герметизации устья с помощью этого устройства.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности и оперативности герметизации устья скважины при СПО колонны штанг.

Также при использовании изобретения повышается надежность, увеличивается межремонтный срок эксплуатации, повышается удобство использования устройства герметизации.

Заявляемое устройство поясняется на фигуре 1.

Заявляемое устройство состоит из следующих элементов:

1 - верхняя муфта НКТ;

2 - переводник НКТ;

3 - заглушка с резьбой под штангу и резьбой под НКТ;

4 - верхнее быстроразъемное соединение (БРС) с внутренней резьбой;

5 - шарнир;

6 - укороченная штанга;

7 - нижнее быстроразъемное соединение (БРС) с внешней резьбой;

8 - приспособление свинчивания-развинчивания штанг (ПСРШ);

9 - нижняя муфта НКТ;

10 - патрубок с боковым отводом.

Герметизирующими элементами, обеспечивающими надежную герметизацию устья, являются: БРС 4, 7, шарнир 5, ПСРШ 8.

Устройство для герметизации устья скважины содержит полый корпус, состоящий из двух разъемных частей.

Укороченная штанга 6 крепится в полости корпуса при помощи резьбы.

Также укороченная штанга 6 предназначена для свинчивания устройства герметизации с колонной штанг в процессе работ по герметизации устья. Для этого укороченная штанга 6 содержит на своем нижнем конце резьбу.

Верхняя часть корпуса устройства содержит на своем верхнем конце: заглушку 3, соединенную через переводник 2 с верхней муфтой 1, а на нижнем конце - шарнир 5, над которым установлено верхнее БРС 4 с внутренней резьбой.

Нижняя часть корпуса устройства содержит на своем нижнем конце присоединенный через нижнюю муфту 9 патрубок 10 с боковым отводом, а на верхнем конце - ПСРШ 8, над которым установлено нижнее БРС 7 с внешней резьбой.

В процессе герметизации устья скважины обе части корпуса устройства надежно фиксируются друг с другом, образуя герметичное соединение посредством узла соединения, который образуют: узел БРС (состоящий из верхнего и нижнего БРС, 4, 7) и узел ПСРШ (состоящий из ПСРШ 8 и шарнира 5).

Соединение верхнего и нижнего БРС 4, 7 производят в процессе герметизации устья, т.е. верхнее БРС 4, содержащее внутреннюю резьбу, наворачивается на внешнюю резьбу нижнего БРС, образуя при этом узел БРС.

Шарнир 5 представляет собой цилиндрический герметизирующий элемент, который в нижней своей части содержит фаску с установленным в нее резиновым уплотнителем (герметизирующим кольцом) для соединения (стыковки) с нижней частью корпуса устройства в процессе его сборки.

В одном из вариантов воплощения шарнир 5 имеет вид кольцеобразного элемента.

Шарнир 5 используется от сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой (СУСГ).

ПСРШ 8 представляет собой цилиндрический элемент с внутренней конусообразной полостью, соединенный с шарниром 5 с помощью БРС, тем самым образуя прочное герметичное соединение (узел ПСРШ).

В одном из вариантов воплощения ПСРШ 8 имеет вид кольцеобразного элемента с внешними треугольными выступами.

При соединении, в процессе сборки устройства герметизации, верхнего и нижнего БРС 4, 7, а также шарнира 5 с ПСРШ 8, образованный узел ПСРШ оказывается расположенным внутри образованного узла БРС.

ПСРШ 8 содержит захват (на фигуре не показан) для удерживания колонны штанг на весу.

Заглушка 3 соединена своим верхним концом через переводник 2 с верхней муфтой 1, а нижним концом - посредством резьбы с укороченной штангой 6.

Заглушка 3 служит соединительным элементом, а также дополнительным герметизирующим элементом при герметизации устья скважины.

Муфты 1 и 9 служат соединительными элементами устройства герметизации.

Верхняя муфта 1 служит для соединения с элеватором для поднятия и установки на устье скважины устройства герметизации, соединенного с колонной штанг.

Заглушка 3 соединена с переводником 2 посредством резьбы.

Переводник 2 также соединен с верхней муфтой 1 посредством резьбы.

Нижняя муфта 9 служит для соединения нижней части корпуса с патрубком 10 посредством резьбы.

Патрубок 10 служит для установки его на устье скважины.

Боковой отвод в патрубке 10 служит для отвода выходящей фонтанирующей жидкости из скважины при герметизации устья.

На боковой отвод установлен шаровой кран для герметизации бокового отвода с целью окончательной герметизации устья.

Верхняя и нижняя муфты 1, 9 имеют внутренние диаметры 73 мм.

Переводник 2 имеет внутренний диаметр 60 мм, внешний - 73 мм.

Укороченная штанга имеет диаметр - 22 мм, длину - 0,2-0,3 м.

Длина укороченной штанги 6 намного меньше традиционной, что дает дополнительную экономию материала, уменьшает габариты устройства, а также упрощает процесс соединения устройства с имеющейся колонной штанг.

Укороченная штанга надежно закреплена в устройстве герметизации с помощью заглушки, что предотвращает обрыв колонны штанг, при этом в процессе монтажа устройства на устье не требуются дополнительные операции для ее фиксации, что делает процесс герметизации еще более эффективным.

Новым в устройстве герметизации является наличие двойного герметизирующего элемента, образованного совокупностью узла БРС и расположенного внутри него узла ПСРШ, что значительно повышает надежность герметизации устья.

Процесс сборки устройства герметизации происходит следующим образом:

- на верхний конец верхней части корпуса устанавливают заглушку 3, свинчивают заглушку с укороченной штангой 6, а верхний конец заглушки через переводник 2 соединяют с муфтой 1;

- к шарниру верхней части корпуса присоединяют верхний БРС 4;

- к верхнему концу нижней части корпуса присоединяют нижний БРС 7;

- к нижнему концу нижней части корпуса присоединяют через нижнюю муфту 9 патрубок 10 с отводом.

До начала работ по герметизации обе части устройства герметизации разомкнуты относительно друг друга.

Процесс герметизации устья с помощью устройства герметизации происходит следующим образом:

- с помощью укороченной штанги 6 свинчивают устройство герметизации с колонной штанг, находящейся в скважине;

- при этом захват ПСРШ 8 удерживает колонну штанг на весу;

- с помощью элеватора, соединенного с верхней муфтой устройства герметизации, приподнимают колонну штанг, ранее присоединенную к устройству герметизации через укороченную штангу;

- убирают захват ПСРШ 8, при этом колонна штанг приподнята и удерживается на весу элеватором через устройство герметизации;

- производят спуск колонны штанг и установку верхней части корпуса устройства герметизации на посадочное место, при этом ПСРШ 8 и шарнир 5 соединяются (стыкуются) между собой и уплотняются с помощью резинового кольца, установленного в фаску шарнира, а снаружи полученный узел ПСРШ закрепляется узлом БРС, образованным свинчиванием верхнего и нижнего БРС 4 и 7 между собой,

- закрывают шаровой кран на боковом отводе, тем самым достигается полная герметизация устья.

Образованный таким образом герметизирующий узел надежно герметизирует устье скважины.

Весь процесс герметизации занимает не более 5 мин.

В результате применения устройства для герметизации устья при СПО колонны штанг достигается:

- предупреждение выброса жидкости из скважины на начальном этапе;

- сокращение времени на герметизацию устья;

- сокращение затрат на ликвидацию последствий выброса;

- снижение производственных и экологических рисков.