УСТРОЙСТВО ГЕРМЕТИЗАЦИИ МЕЖКОЛОННОГО ПРОСТРАНСТВА Российский патент 2007 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для герметизации и разобщения межколонного пространства устья нефтегазодобывающей скважины между обсадной и эксплуатационной колоннами, а также для проведения испытания на герметичность обсадных колонн.

По патенту РФ №2234588, М. кл.7 Е21 В33/04 (опубликовано 20.08.2004) известно изобретение «Устройство для обвязки устья скважины», которое принимаем за аналог. На основе этого изобретения был разработан «Герметизатор межколонный устьевой УМГС-21-146×245 ТУ 3665-003-12058648-2004». Недостатком известного по аналогу устройства является то, что оно очень сложное по конструкции и трудоемкое по изготовлению и при монтаже на устье скважины.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности наибольшего числа существенных признаков из числа известных аналогов того же назначения является техническое решение по оборудованию обвязки обсадных колонн ОКО 21-245×168(146), разработчик НПК «Новаторнефть», изготовитель ОАО «Челябинский завод технологической оснастки».

Устройство по прототипу состоит из корпуса, муфтовой подвески, крышки, устройства для контроля давления, пакера. В корпусе устройства по прототипу на его нижнем конце выполнена внутренняя резьба обсадной трубы 245 ГОСТ 632-80, благодаря чему корпус навинчивается на переводный патрубок, который навинчен внутрь муфты кондуктора. В центральном канале корпуса выполнено гнездо для посадки муфтовой подвески эксплуатационной колонны. В одном из боковых отводов корпуса (радиальные отверстия) устанавливается пробка, в другом - устройство для контроля давления. На наружной поверхности крышки выполнены четыре паза для взаимодействия со специальным ключом (для сборки и разборки), на внутренней поверхности крышки выполнена резьба обсадной трубы 273 ГОСТ 632. Герметизация межколонного пространства осуществляется пакером, который состоит из двух металлических колец, между которыми расположен уплотнитель. Металлические кольца стягиваются болтами. Крышка закрывает пакер.

Основным недостатком известного по прототипу устройства является то, что для его сборки на скважине необходимо обеспечить довольно точную соосность эксплуатационной колонны с обсадной, что в полевых условиях очень сложно выполнить. Кроме того, недостатком данного устройства является то, что для поджатия уплотнителя необходимо снимать крышку, а также оно трудоемко в изготовлении и монтаже, т.к. имеет массу 96 кг.

Целью предлагаемого изобретения является повышение промышленной безопасности, снижение трудоемкости работ и трудозатрат в условиях работы на устье скважины и при изготовлении, а также экономия материалов в процессе изготовления и простота в эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что изменена форма корпуса, крышки и герметизирующего узла, который имеет возможность перемещения в кольцевой проточке корпуса в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, т.е. становится «плавающим». Корпус имеет только одну резьбу ОТТМ 245 для соединения с муфтой трубы обсадной колонны. Верхняя часть корпуса имеет две внутренние кольцевые проточки: одна для установки герметизирующего узла, состоящего из двух металлических клиновых колец, между которыми расположен уплотнитель трапецеидальной формы, а другая - для размещения кольцевого уплотнителя, на котором размещается нижнее металлическое кольцо герметизирующего узла. В верхней части корпуса по периметру выполнены двенадцать резьбовых отверстий М16, куда ввернуты шпильки. Крышка с двенадцатью отверстиями диаметром 17,5 мм своим выступом входит в верхнюю часть кольцевой проточки корпуса, где установлен герметизирующий узел, и при помощи гаек, навинчиваемых на шпильки, производит нажатие на верхнее металлическое клиновое кольцо, которое, в свою очередь, нажимает на герметизирующий элемент - уплотнитель, уплотняющийся по муфте эксплуатационной колонны, чем достигается надежная герметизация межколонного пространства, т.е. пространства между эксплуатационной и обсадной колоннами. При сборке уплотнительный узел центрируется по эксплуатационной колонне с помощью уплотняющего элемента, при этом точность соосности эксплуатационной и обсадной колонн не играет роли, так как наружный диаметр металлических клиновых колец гораздо меньше диаметра кольцевой проточки, в которую устанавливается герметизирующий узел, то есть герметизирующий узел вместе с эксплуатационной колонной допускает большой эксцентриситет относительно обсадной колонны (имеет возможность перемещения в выточке корпуса до занятия определенного положения в ней без нарушения герметичности межколонного пространства). Шпильки с гайками и шайбами защищены от атмосферного воздействия резиновыми колпачками, которые надеваются на каждую шпильку, смазанную консистентной смазкой. Перед спуском эксплуатационной колонны, для создания соосности ее с обсадной колонной, используется жесткий металлический центратор, который устанавливается на кольцо опорное, которое, в свою очередь, опирается на торец трубы обсадной колонны в муфте. Для контроля давления в межколонном пространстве корпус имеет два радиальных отверстия с резьбой 60 ГОСТ 633-80: одно для установки заглушки, другое - для патрубка контроля давления, в который вкручивается муфта со штуцером, краном и манометром.

Благодаря указанному выше предложенному сочетанию элементов и их конструктивному выполнению в заявленном устройстве герметизации межколонного пространства (далее - УГМП) облегчается его установка на обсадную колонну, обеспечивается жесткое соединение его с обсадной колонной, не требуется точная соосность эксплуатационной и обсадной колонн за счет применения «плавающего» герметизирующего узла и достигается надежная герметизация межколонного пространства с использованием минимального числа инструмента, что снижает трудоемкость работ и трудозатраты по герметизации устья скважины и повышает промышленную безопасность проведения таких работ на скважине.

На чертеже представлен один из возможных вариантов УГМП (продольный разрез).

УГМП содержит: корпус 1, крышку 2, герметизирующий узел (кольца клиновые металлические 3, уплотнитель 4 - кольцо из смеси резиновой), кольцо опорное 6, жесткий центратор 7, шпильки 8 с гайками 9 и шайбами 10, защитные колпачки из резины 11. Корпус 1 имеет центральное продольное проходное отверстие разных диаметров, причем одно превышающее диаметр муфты 12 (муфтовая подвеска) эксплуатационной колонны 13 и два радиальных сквозных отверстия I и II, в которых нарезана резьба 60 ГОСТ 633-80. Отверстие I предназначено для заглушки, а отверстие II - для патрубка контроля давления, в который вкручивается муфта со штуцером, краном и манометром (на чертеже детали отверстий I и II не показаны). Нижняя часть корпуса 1 имеет наружную резьбу III (резьба ОТТМ 245) для ввинчивания в муфту 14 трубы обсадной колонны 15 (муфта ОТТМ 245 ГОСТ632-80). В верхней части корпуса внутри имеются две проточки IV и V. Проточка IV предназначена для установки герметизирующего узла: металлических клиновых колец 3 с уплотнителем 4, имеющим в сечении трапецеидальную форму, из смеси резиновой, например 111-16-20-В-14 ТУ 2512-046-00152081-2003. Проточка V предназначена для установки уплотнителя 5, имеющего в сечении трапецеидальную форму, из аналогичной смеси резиновой, которым исключается возможность прохождения газов и жидкостей по нижней плоскости герметизирующего элемента (нижнее металлическое клиновое кольцо 3). В верхней части корпуса имеется двенадцать отверстий М16 для вкручивания в них шпилек 8. На шпильки 8 надевается крышка 2, которая своим выступом опирается на герметизирующий узел (верхнее металлическое клиновое кольцо 3) и при закручивании гаек 9 усилие передается крышке 2, от нее - верхнему металлическому кольцу 3 и уплотнителю 4, тем самым происходит герметизация межколонного пространства. Для того чтобы обеспечить предварительную соосность УГМП с эксплуатационной колонной 13, его составной частью является центратор жесткий 7, с кольцом опорным 6, которое опирается на торец трубы обсадной колонны 15 в муфте 14 этой колонны.

Работает УГМП следующим образом.

Опускают кольцо опорное 6 до посадки его на торец обсадной колонны 15, на него ставится жесткий центратор 7, затем опускается эксплуатационная колонна с трубами 13 и муфтой 12. Навинчивается корпус 1 со шпильками 8 на муфту 14. Устанавливается уплотнитель 5 в кольцевую проточку V. Затем опускаем герметизирующий узел (кольцо 3 - уплотнитель 4 - кольцо 3) в кольцевую проточку IV. Устанавливается крышка 2, на каждую шпильку надевается шайба 10 и гайка 9, закручиваются гайки 9, затем смазываются резьбы шпилек 8 консистентной смазкой и одеваются на шпильки 8 защитные колпачки 11, например, из полимерных материалов либо из резины. Вкручиваем заглушку в отверстие I, а патрубок контроля давления с муфтой краном и манометром в отверстие II.

Технико-экономическая или иная эффективность.

1. Значительно снижается трудоемкость установки УГМП на скважине за счет простоты его конструкции и применения «плавающего» герметизирующего узла.

2. Обеспечена возможность свободного доступа к гайкам при необходимости обжатия герметизирующих элементов по муфте эксплуатационной колонны.

3. Значительно увеличена надежность изделия за счет уменьшения общего количества деталей

4. Снижена масса до 54 кг.

5. Стоимость опытных образцов изделия 27,4 тыс. руб., что более чем в 3 раза дешевле ближайших аналогов.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, обеспечивает повышение промышленной безопасности, снижение трудоемкости работ при изготовлении, монтаже и эксплуатации и упрощение конструкции самого устройства. Устройство содержит корпус с крышкой и кольцевой проточкой в верхней части корпуса для установки герметизирующего узла с уплотнителем продольным, имеющим разные диаметры, сквозным каналом и сквозным радиальным резьбовым каналом. Устройство снабжено муфтами для подвески обсадной и эксплуатационной колон, опорным кольцом, опирающимся на торец обсадной колонны. На опорное кольцо установлен жесткий центратор для спуска на него муфтовой подвески эксплуатационной колонны для обеспечения предварительной соосности обсадной и эксплуатационной колонн. Герметизирующий узел имеет возможность перемещения в кольцевой проточке в плоскости, перпендикулярной оси корпуса. Корпус в нижней части имеет наружную резьбу ОТТМ 245 для ввинчивания в муфту трубы обсадной колонны, второй сквозной радиальный резьбовой канал и кольцевую проточку, в верхней части, для установки уплотнителя, 1 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство герметизации межколонного пространства скважины, содержащее корпус с крышкой и кольцевой проточкой в верхней части корпуса для установки герметизирующего узла с уплотнителем, продольным, имеющим разные диаметры, сквозным каналом и сквозным радиальным резьбовым каналом, отличающееся тем, что устройство снабжено муфтами для подвески обсадной и эксплуатационной колон, опорным кольцом, опирающимся на торец обсадной колонны, установленным на него жестким центратором для спуска на него муфтовой подвески эксплуатационной колонны для обеспечения предварительной соосности обсадной и эксплуатационной колонн, при этом герметизирующий узел имеет возможность перемещения в кольцевой проточке в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, корпус в нижней части имеет наружную резьбу ОТТМ 245 для ввинчивания в муфту трубы обсадной колонны, второй сквозной радиальный резьбовой канал и кольцевую проточку в верхней части для установки уплотнителя.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизирующий узел состоит из двух металлических колец клинообразной формы, между которыми расположен уплотнитель.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизирующий узел установлен на уплотнитель.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнители имеют форму трапеции и выполнены из резиновой смеси.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крышка имеет двенадцать отверстий по периметру и крепится к корпусу при помощи двенадцати шпилек, вкрученных в корпус, и гаек M16.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что шпильки защищены от атмосферного воздействия защитными колпачками.