КОЛОННАЯ ГОЛОВКА Российский патент 2000 года по МПК E21B33/04 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для обвязки и герметизации устья буровых скважин и для подвески обсадных труб.

Известна колонная головка (1), имеющая три цилиндрических корпуса с боковыми патрубками, уплотнительный узел и клиньевую подвеску. Эта конструкция головки обеспечивает герметизацию устья скважины при обвязке четырех колонн обсадных труб и возможность регулирования натяжения эксплуатационной и других обсадных колонн.

Однако при износе упругой манжеты в уплотнительном узле для ее замены необходимо снимать фонтанную арматуру и корпус. Это ухудшает ремонтопригодность известной конструкции колонной головки. Недостатком данной головки является большая высота и металлоемкость изделия.

Известна также колонная головка, предназначенная для обвязки четырех колонн обсадных труб (2). Эта головка содержит корпус и дополнительный корпус (крестовики), а также муфту (подвесной корпус). Корпуса сопрягаются с муфтой коническими внутренними и наружными поверхностями, на которых в кольцевых канавках установлены медные уплотнительные прокладки.

Однако в процессе бурения конусные поверхности легко могут повреждаться буровыми долотами. Повреждения плохо компенсируются медными уплотнительными прокладками, что ведет к потере герметичности устья скважины. Недостатком изделия является невозможность регулирования натяжения эксплуатационной колонны.

Известна конструкция колонной головки (3). Эта колонная головка содержит три корпуса с наружными и внутренними посадочными конусами, уплотнительными элементами на наружных поверхностях и две крышки в виде накидных гаек.

Эта известная конструкция колонной головки обеспечивает обвязку трех колонн труб, имеет относительно простую конструкцию и малую металлоемкость.

Однако ремонтопригодность этой конструкции остается низкой, т.к. для замены уплотнений необходима также почти полная разборка колонной головки.

Кроме того, расположенные уплотнений на цилиндрической поверхности требует точной центровки корпусов относительно друг друга, что при небольшой поверхности посадочных конусов трудно выполнимо. Перекосы корпусов при монтаже нарушат герметичность устья скважины. В процессе бурения герметизация пространства между первой и второй обсадными колоннами конструкцией этой головки не предусмотрена вообще.

Недостатком является также невозможность регулирования натяжения эксплуатационной колонны.

Известна выбранная в качестве ближайшего аналога колонная головка (4). Эта колонная головка содержит цилиндрический корпус с внутренней конусной поверхностью, крышку, патрубки, установленные в сквозных отверстиях в стенках корпуса, клиновую подвеску, выполненную в виде разрезанной на три сектора втулки с осевым каналом с частью наружной поверхности, выполненной конусной, и внутренней поверхностью с зубьями, эластичные нижнюю и верхнюю манжеты, кольцевое металлическое уплотнение и шпильки с гайками, вставленные в равномерно расположенные по окружности отверстия фланцев корпуса и крышки.

Недостатком ближайшего аналога является плохая герметичность устья скважины и низкая ремонтопригодность. Отсутствует возможность регулирования натяжения эксплуатационной колонны, низкая безопасность эксплуатации при действии различных нагрузок.

Техническим результатом изобретения является улучшение герметизации устья скважины и ремонтопригодность колонной головки, а также обеспечение возможности регулирования натяжения эксплуатационной колонны и безопасной эксплуатации при действии различных нагрузок.

Указанный технический результат достигается тем, что колонная головка, содержащая цилиндрический корпус с внутренней конусной поверхностью, крышку, патрубки, установленные в сквозных отверстиях в стенках корпуса, клиновую подвеску, выполненную в виде разрезанной на три сектора втулки с осевым каналом с частью наружной поверхности, выполненной конусной, и внутренней поверхностью с зубьями, эластичные нижнюю и верхнюю манжеты, кольцевое металлическое уплотнение и шпильки с гайками, вставленные в равномерно расположенные по окружности отверстия фланцев корпуса и крышки, снабжена грундбуксой с осевым каналом, установленной на верхнем торце крышки, муфтой, установленной внутри корпуса, колонным фланцем, ввернутым в муфту последней трубы эксплуатационной колонны, крышка имеет внутренний кольцевой выступ в верхней части, клиновая подвеска размещена внутри муфты и имеет отверстия, расположенные равномерно по окружности, на наружной цилиндрической поверхности муфты размещены манжеты и подвижная втулка, фиксированная на муфте, наружная конусная поверхность втулки сопряжена с внутренней конусной поверхностью корпуса, нижняя эластичная манжета вложена в полость между муфтой и корпусом, а на нее установлен наружный кольцевой выступ крышки, кольцевое металлическое уплотнение установлено между торцами корпуса и крышки, верхняя манжета имеет наружную конусную поверхность и вложена в полость между муфтой последней трубы эксплуатационной колонны и внутренней конусной поверхностью, выполненной в крышке, а на нее установлен наружный кольцевой выступ грундбуксы, в муфте выполнена внутренняя конусная поверхность, которая сопряжена с конусной поверхностью клиновой подвески, при этом в сквозных отверстиях, выполненных в крышке, установлены патрубки.

Совокупность этих признаков обеспечивает достижение цели. Надежная герметизация в процессе бурения межтрубного пространства кондуктора и технической колонны манжетой с подвижной втулкой происходит по цилиндрическим поверхностям корпуса и муфты, которые при бурении не повреждаются долотом. Этот эффект увеличивает наличие нижней эластичной манжеты в полости между муфтой и корпусом прижатой наружным кольцевым выступом крышки. Такое расположение позволяет при ремонте произвести ее замену.

Кольцевое металлическое уплотнение между торцами корпуса и крышки, которые стянуты шпильками с гайками, герметизирует это фланцевое соединение.

Верхняя манжета в полости между муфтой специальной эксплуатационной колонны и внутренней конусной поверхностью крышки, прижатая наружным кольцевым выступом грундбуксы, закрепленной болтами на торце крышки, обеспечивает герметизацию межтрубного пространства технической и эксплуатационной колонн и ремонтопригодность колонной головки, т.к. агрессивная среда, находящаяся в эксплуатационной колонне при технологических операциях, не имеет контакта с манжетой, а при нарушении герметичности в затрубе между технической и эксплуатационной колоннами замена верхней манжеты производится без демонтажа фонтанной арматуры.

Наличие внутренних и наружных конусных поверхностей на деталях колонной головки обеспечивает центровку технической и эксплуатационной колонны относительно корпуса и крышки, что позволяет без затруднений устанавливать в нужные полости манжеты.

Замена на последней трубе эксплуатационной колонны обычной муфты на муфту специальную позволяет регулировать натяжение эксплуатационной колонны с помощью клиновой подвески, а противовыбросовое кольцо обеспечивает безопасность эксплуатации колонной головки при действии различных нагрузок.

На чертеже показан общий вид предлагаемой колонной головки.

Колонная головка содержит цилиндрический фланцевый корпус 1 и крышку 2. В сквозных отверстиях в стенках корпуса 1 и крышки 2 установлены, например, на резьбе патрубки 3. В корпусе 1 выполнена внутренняя конусная поверхность 4. Внутри корпуса 1 установлена муфта 5 с манжетой 6 и подвижной втулкой 7, имеющей наружную конусную поверхность 8, сопряженную с внутренней конусной поверхностью 4 корпуса 1.

В полость между муфтой 5 и корпусом 1 вложена нижняя эластичная манжета 9, а на нее установлен наружный кольцевой выступ 10 крышки 2. Между корцами корпуса 1 и крышки 2 в кольцевые канавки установлено кольцевое металлическое уплотнение 11. Во фланце корпуса 1 и крышки 2 выполнены равномерно по окружности отверстия, в которые вставлены шпильки 12 с гайками 13. Верхняя манжета 14, имеющая наружную конусную поверхность 1, вложена в полость между муфтой специальной 16 эксплуатационной колонны 17 и внутренней конусной поверхностью 18 крышки 2, а на нее установлен наружный кольцевой выступ 19 грундбуксы 20, закрепленной болтами 21, ввернутыми в равномерно расположенные по окружности резьбовые отверстия на торце крышки 2.

В муфте 5 выполнена внутренняя конусная поверхность 22, которая сопряжена с конусной поверхностью 23 клиновой подвески 24, в которой по окружности равномерно расположены осевые отверстия 25, а внутренними зубьями 26 она удерживает эксплуатационную колонну 17 за муфту специальную 16. В верхней части муфты специальной 16 ввернут колонный фланец 27, а над клиновой подвеской 24 надето противовыбросовое кольцо 28.

Колонная головка монтируется следующим образом. Корпус 1 устанавливается на резьбе в муфту 29 на последней трубе 30 кондуктора. Муфта 5 с размещенными на ней манжетой 6 и подвижной втулкой 7 наворачивается на резьбе 31 на последнюю трубу технической колонны 32 и устанавливается в корпус 1, наружной конусной поверхностью 8 подвижной втулки 7, сопрягаясь с внутренней конусной поверхностью 4 корпуса 1. На последнюю трубу эксплуатационной колонны 17 на резьбе 33 наворачивают муфту специальную 16 и опускают ее в скважину на допускном патрубке (не показан). После цементажа делают натяжение эксплуатационной колонны 17, на муфту специальную 16 надевают клиновую подвеску 24, которая наружной конусной поверхностью 23 сопрягается с внутренней конусной поверхностью 22 муфты 5, а внутренними зубьями 26 удерживает муфту специальную 16.

В полость, образованную корпусом 1 и муфтой 5 укладывают нижнюю эластичную манжету 9, в кольцевую канавку - кольцевое металлическое уплотнение 11, на муфту специальную 16 надевают противовыбросовое кольцо 28.

Сверху ставят крышку 2, в равномерно расположенные по окружности отверстия вставляют шпильки 12 и затягивают гайки 13.

В полость, образованную муфтой специальной 16 и крышкой 2, укладывают верхнюю манжету 14. В ту же полость устанавливают наружный кольцевой выступ 19 грундбуксы 20, которая крепится к крышке 2 болтами 21. В муфту специальную 16 эксплуатационной колонны 17 вворачивают колонный фланец 27. В отверстия в стенках корпуса 1 и крышки 2 устанавливают патрубки 3, через которые к колонной головке могут быть присоединены, например, технологические трубопроводы, устройства для контроля и сброса давления или запорная арматура, отверстия 25 в клиновой подвеске обеспечивают циркуляцию при промывке и других технологических операциях.

Предлагаемая конструкция колонной головки обеспечивает герметичность в межтрубном пространстве кондуктора 30 и технической колонны 32 манжетой 6 с подвижной втулкой 7 по цилиндрическим поверхностям корпуса и муфты 5, которые при бурении не повреждаются долотом.

Дополнительно герметизирует сопряжение этих деталей нижняя эластичная манжета 9 в полость между муфтой 5 и корпусом 1, прижатая наружным кольцевым выступом 10 крышки 2.

Кольцевое металлическое уплотнение 11 между торцами корпуса 1 и крышки 2, которые стянуты шпильками 12 с гайками 13, герметизирует это фланцевое соединение. Верхняя манжета 14 в полости между муфтой специальной 16 и внутренней конусной поверхностью 18 крышки 2, прижатая наружным кольцевым выступом 19 грундбуксы 20, закрепленной болтами 21 на торце крышки 2, обеспечивает герметизацию межтрубного пространства технической 32 и эксплуатационной 17 колонн, и внутренняя полость эксплуатационной колонны 17 не имеет сообщения с этим межтрубным пространством. При ремонте замена нижней эластичной манжеты 9 при необходимости возможна при демонтаже фонтанной арматуры, а верхней манжеты 14 без демонтажа арматуры.

Замена на последней трубе эксплуатационной колонны 17 обычной муфты на муфту специальную 16 позволяет регулировать натяжение эксплуатационной колонны с помощью клиновой подвески 24.

Противовыбросовое кольцо 28 обеспечивает безопасность эксплуатации колонной головки при действии различных нагрузок.

Предлагаемая конструкция колонной головки может быть изготовлена и смонтирована на устье скважины теми же средствами, что и известные конструкции колонных головок. Это в совокупности с положительным эффектом свидетельствует о промышленной пригодности предлагаемого изобретения.

Источники информации
1. Бухаленко Е.И., Бухаленко В.Е. Оборудование и инструмент для ремонта скважин. - М.: Недра, 1991, с.3, рис.1.1.

2. Шульга В.Г., Бухаленко Е.И. Устьевое оборудование нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1979, с.18, рис.14.

3. Авторское свидетельство СССР N 1693229, E 21 B 33/03, 14.07.89.

4. Абдулаев Ю.Г. и др. Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования фонтанных и нагнетательных скважин. Справочник рабочего. - М.: Недра, 1989, с. 26-43.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для герметизации устья скважины. Головка содержит корпус и крышку с патрубками. На наружной цилиндрической поверхности муфты внутри корпуса размещена манжета с подвижной втулкой. В полости между муфтой и корпусом размещена нижняя манжета. На нее установлен наружный кольцевой выступ крышки. В полости между муфтой и внутренней конусной поверхностью крышки размещена верхняя манжета. На нее установлен наружный кольцевой выступ грундбуксы. Грундбукса закреплена болтами на торце крышки. Между торцами корпуса и крышки уложено кольцевое металлическое уплотнение. В равномерно расположенные по окружности отверстия фланцев корпуса и крышки вставлены шпильки с гайками. Внутри муфты размещена клиновая подвеска с осевым каналом и отверстиями. Конусной поверхностью клиновая подвеска сопряжена с внутренней поверхностью муфты. Зубьями, находящимися в осевом канале, клиновая подвеска удерживает эксплуатационную колонну за ее муфту. Над клиновой подвеской в верхней части муфты установлено противовыбросовое кольцо и в эту муфту ввернут колонный фланец. Комбинированное уплотнение в сопряжении корпуса с муфтой повышает герметичность головки. Расположение грундбуксы на торце крышки обеспечивает замену манжеты без демонтажа фонтанной арматуры, улучшая ее ремонтопригодность. Перемещая клиновую подвеску по муфте можно регулировать натяжение эксплуатационной колонны. Противовыбросовое кольцо и соединение корпуса и крышки шпильками с гайками обеспечивают безопасность эксплуатации головки при различных давлениях. 1 ил.

Колонная головка, содержащая цилиндрический корпус с внутренней конусной поверхностью, крышку, патрубки, установленные в сквозных отверстиях в стенках корпуса, клиновую подвеску, выполненную в виде разрезанной на три сектора втулки с осевым каналом с частью наружной поверхности, выполненной конусной, и внутренней поверхностью с зубьями, эластичные нижнюю и верхнюю манжеты, кольцевое металлическое уплотнение и шпильки с гайками, вставленные в равномерно расположенные по окружности отверстия фланцев корпуса и крышки, отличающаяся тем, что она снабжена грундбуксой с осевым каналом, установленной на верхнем торце крышки, муфтой, установленной внутри корпуса, колонным фланцем, ввернутым в муфту последней трубы эксплуатационной колонны, крышка имеет внутренний кольцевой выступ в верхней части, клиновая подвеска размещена внутри муфты и имеет отверстия, расположенные равномерно по окружности, на наружной цилиндрической поверхности муфты размещены манжета и подвижная втулка, фиксированная на муфте, наружная конусная поверхность втулки сопряжена с внутренней конусной поверхностью корпуса, нижняя эластичная манжета вложена в полость между муфтой и корпусом, а на нее установлен наружный кольцевой выступ крышки, кольцевое металлическое уплотнение установлено между торцами корпуса и крышки, верхняя манжета имеет наружную конусную поверхность и вложена в полость между
муфтой последней трубы эксплуатационной колонны и внутренней конусной поверхностью, выполненной в крышке, а на нее установлен наружный кольцевой выступ грундбуксы, в муфте выполнена внутренняя конусная поверхность, которая сопряжена с конусной поверхностью клиновой подвески, при этом в сквозных отверстиях, выполненных в крышке, установлены патрубки.