РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ "РОНС" Российский патент 2009 года по МПК E21B17/06 E21B17/08 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для разъединения резьбовых соединений бурильных, обсадных и других труб при креплении скважин секциями обсадных колонн (хвостовиков), и повышение надежности работы устройства в случае аварийного разъединения.

Известен разъединитель (а.с. №857439, МПК 7 Е21В 33/14, опубл. 23.08.81 г.), включающий корпус с радиально-выполненными отверстиями, перекрытыми втулками, муфту-воронку, шаровой замок и патрубок.

Основным недостатком является то, что открытие шарового замка и разъединение бурильной колонны с хвостовиком осуществляется с помощью 2-х сбрасываемых с поверхности шаров.

Наиболее близким по техническому решению является разъединитель, содержащий транспортировочный переводник, выполненный с возможностью размещения в нем запорного элемента, установленный внутри основной воронки, соединенный с ней посредством ряда шаровых замков и имеющий средства соединения с бурильными трубами с одной стороны и с хвостовиком с другой стороны (патент РФ №2296206, МПК 7 Е21В 33/14, 27.03.07 г.).

Недостатком является то, что открытие шарового замка и разъединение бурильной колонны с хвостовиком осуществляется с помощью продавочной пробки, что требует проведения дополнительных технологических операций. Момент освобождения продавочной пробки в цементировочной головке и закачка происходит «после продавки в объеме 0,5 расчетного объема промывной колонны». Указанный момент освобождения продавочной пробки, на наш взгляд, неверен и приведет к перекачке цементного раствора и «оголению башмака хвостовика».

Также недостатком указанных разъединителей является то, что снятие защиты шарового замка (при прохождении продавочной пробки сдвигается втулка и совмещаются пазы с шарами) происходит в процессе цементирования до его окончания, что сопряжено с опасностью преждевременного разъединения бур. колонны с хвостовиком и падением последнего на забой. Имея в виду, что цементирование хвостовиков, в основном, происходит в приподнятом над забоем положении (башмак находится 2-5 м от забоя), то данный недостаток значительный.

Немаловажным недостатком является то, что у разъединителей, имеющих левое резьбовое соединение, периодически возникает проблема невозможности его отворота (разъединения) в скважине, что приводит к авариям и затратам на их ликвидацию. Считается, что подобное происходит из-за гидродинамических напряжений, возникающих в левом резьбовом соединении, вследствие образования значительного, по величине, крутящего момента, приводящего к «докреплению» левого резьбового соединения в процессе спуска колонны-хвостовика, гидравлических и температурных воздействий в скважине, кривизны ствола и др. Дополнительные напряжения в левом резьбовом соединении возникают, также непосредственно при отвороте бурильной колонны от хвостовика бурильная колонна при отвороте по левой резьбе «выворачивается» вверх, при этом бурильная колонна «стоит на месте». На практике для снятия вышеуказанных напряжений пользуются приемом поиска «нейтрального сечения» в зоне расположения разъединителя путем разгрузки бурильной колонны до величины собственного веса, последующего отворота и разъединения. Однако из-за больших погрешностей контрольно-измерительных приборов (КИП), различных других факторов, таких как наличия сил трения-сопротивления колонны-хвостовика об открытый ствол, определить точную величину разгрузки по индикатору веса не всегда удается. (Неточность или погрешность при расчетах на 1% дает ошибку в определении веса бурильной колонны в пределах от 0…300 кг.)

Таким образом, возникла проблема в надежности срабатывания разъединительных устройств и их не высокие функциональные возможности.

Задачей изобретения является решение вышеуказанных проблем путем повышения надежности устройства, расширения области применения и функциональных возможностей.

Указанная задача достигается тем, что в известном разъединителе «РОНС», содержащем транспортный переводник, выполненный с возможностью размещения в нем запорных элементов, установленный внутри корпуса устройства, соединенный с ней посредством запорных элементов и имеющий средства соединения с бурильными трубами с одной стороны и с хвостовиком с другой стороны посредством левого резьбового соединения, втулку, выполненную с проточкой, соответствующей ряду запорных элементов, и закрепленную с помощью срезных винтов внутри транспортного переводника с возможностью фиксации запорных элементов, согласно изобретению корпус выполнен с внутренней круговой проточкой под запорные элементы с возможностью свободного вращения транспортного переводника относительно корпуса, а внутренняя круговая проточка корпуса выполнена с возможностью ограниченного, шириной проточки, продольного перемещения транспортного переводника относительно корпуса, перемещение транспортного переводника относительно корпуса вниз производится путем разгрузки части веса бурильных труб в пределах допустимой нагрузки на установленные срезные винты, перемещение транспортного переводника с закрепленной на ней упорной втулкой ограничено выступом в нижней части корпуса - упором, верхняя часть корпуса и ответная часть транспортного переводника выполнена в виде кулачков, передача крутящего момента бурильным трубам колонны, через транспортный переводник, к корпусу разъединителя осуществляется посредством кулачкового соединения при вращательно-поступательном движении вниз транспортного переводника, срез срезных винтов разъединителя происходит при превышении значения допустимой нагрузки на срезные винты, фиксирующие упорную втулку, путем разгрузки части веса бурильных труб, срабатывание запорных элементов и открытие промывочных отверстий, после среза винтов, происходит при крайнем нижнем положении транспортного переводника и упорной втулки, при совмещении проточки упорной втулки с запорными элементами, снятие напряжений в левом резьбовом соединении воронки - достижение «нейтрального сечения» обеспечивается глубиной паза кулачкового зацепления, соответствующего длине резьбы левого резьбового соединения в воронке.

Название разработанного устройства разъединителя «РОНС» является условным и не имеет сходства с названием и конструктивными особенностями аналогичных устройств, применяемых в области бурения. В настоящее время устройство изготовлено и находится на стадии внедрения.

Буквы в названии разъединителя «РОНС» обозначают: Р - разъединитель, О - обеспечение, Н - нейтрального, С - сечения.

На фиг.1 представлен продольный разрез разъединителя «РОНС» в транспортном положении. С целью упрощения чертежа уплотнительные элементы не показаны. На фиг.2 показано поперечное сечение запорного элемента разъединителя. На фиг.3 представлена схема установки разъединителя в компоновке при спуске и цементировании хвостовика.

Разъединитель «РОНС» содержит:

1 - транспортный переводник; 2 - корпус; 3 - запорные элементы; 4 - упорная втулка, 5 - срезной винт, 6 - проточка, 7, 8 - промывочные отверстия, 9 - круговая проточка, 10 - левое резьбовое соединение, 11 - верхние кулачки, 12 - нижние кулачки, 13 - упругий элемент, 14 - бурильные трубы, 15 - воронка с левым резьбовым соединением, 16 - подвеска хвостовика (включающая пакер и якорь), 17 - хвостовик.

Работа разъединителя «РОНС» осуществляется следующим образом.

После спуска хвостовика оснащенного необходимой технологической оснасткой устанавливают устройство подвески хвостовика 16, включающее в себя пакер и якорь с закрепленной в верхней части воронкой 15 с левым резьбовым соединением. На воронку 15 с левым резьбовым соединением наворачивают разъединитель «РОНС» с ответной левой резьбой. Далее спуск хвостовика продолжается на бурильных трубах.

Процесс спуска и цементирования хвостовика производится с применением 2-х продавочных пробок: верхней - глухой под бурильные трубы, и нижней - с продольным отверстием под колонну-хвостовик, закрепленной на срезных винтах внутри устройства подвески хвостовика 16. В процессе продавки цементного раствора верхняя пробка доходит и садится в седло нижней продавочной пробки, при этом наблюдается рост внутритрубного давления (на 3,0…4,0 МПа) и происходит срез винтов, фиксирующих нижнюю пробку. Далее пробки двигаются спарено внутри хвостовика до «стоп»-кольца. С целью фиксации хвостовика 17 в подвешенном состоянии, производится пакерование и заякоривание подвески хвостовика с помощью пакера и якоря 16 подвески хвостовика.

Разъединение хвостовика от бурильных труб производится в следующей последовательности:

1) Создают правое вращение бурильной колонне путем включения ротора буровой установки, при этом происходит вращение транспортного переводника 1, соединенного с бурильной колонной, относительно неподвижного корпуса 2 разъединителя;

2) Движением вниз медленно разгружают бурильную колонну до зацепления верхних кулачков 11 с нижними кулачками 12 разъединителя и передачи крутящего момента бурильной колонны через транспортный переводник 1 корпусу 2 разъединителя и его отворота от воронки 15 по левому резьбовому соединению. Отворот корпуса 2 разъединителя происходит с одновременным продольным перемещением его вверх, относительно неподвижного транспортного переводника 1, и при постоянном зацеплении верхних кулачков 11 и нижних кулачков 12. Глубина паза кулачкового зацепления соответствует длине резьбы левого резьбового соединения воронки 15, что обеспечивает свободное перемещение корпуса 2 разъединителя и снятие возможных напряжений в левом резьбовом соединении;

3) После разъединения производится промывка скважины через отвернутое левое резьбовое соединение 10 и полный подъем бурильных труб 14. В скважине остается подвеска хвостовика 16 с воронкой 15.

Аварийное разъединение разъединителя «РОНС» предусмотрено в качестве страховки от невозможности отворота по левому резьбовому соединению 10 в воронке 15 подвески хвостовика 16 от бурильных труб 14 и производится следующим образом.

Разгружают часть веса бурильных труб 14 на подвеску хвостовика 16 до достижения критических значений нагрузок на срезные винты. При этом происходит перемещение транспортного переводника 1 совместно с упорной втулкой 4 до упора в нижней части корпуса 2 устройства и срез срезных винтов 5. Такому крайнему нижнему положению транспортного переводника 1 соответствует совмещение запорных элементов 3 с проточкой 6 упорной втулки 4 и промывочных отверстий 7,8. При совмещении положений запорных элементов 3 с проточкой 6 упорной втулки 4 запорные элементы 3 под действием сил упругих элементов 13 выдавливаются в свободную полость упорной втулки 4, тем самым, освобождая транспортный переводник 1 от корпуса 2 разъединителя.

После аварийного разъединения в скважине остается подвеска хвостовика 16, воронка 15 и корпус 2 разъединителя с внутренним проходным сечением, обеспечивающим проведение заключительных работ в скважине.

Таким образом, существенным отличием в разъединителе «РОНС» является то, что корпус выполнен с внутренней круговой проточкой под запорные элементы с возможностью свободного вращения транспортного переводника относительно корпуса разъединителя, круговая проточка корпуса выполнена с возможностью ограниченного шириной проточки продольного перемещения транспортного переводника относительно корпуса разъединителя, перемещение транспортного переводника относительно корпуса вниз производится путем разгрузки части веса бурильных труб в пределах допустимой нагрузки на установленные срезные винты, перемещение транспортного переводника с закрепленной на ней упорной втулкой ограничено выступом в нижней части корпуса разъединителя - упором, верхняя часть корпуса и ответная часть транспортного переводника выполнена в виде кулачков, передача крутящего момента бурильным трубам через транспортный переводник к корпусу разъединителя осуществляется посредством кулачкового соединения путем вращательно-поступательного движения вниз транспортного переводника, срез винтов разъединителя происходит при превышении значения допустимой нагрузки на срезные винты, фиксирующие упорную втулку, путем разгрузки части веса в бурильных труб, срабатывание запорных элементов и открытие промывочных отверстий после среза винтов происходит при крайнем нижнем положении транспортного переводника и упорной втулки, снятие напряжений в левом резьбовом соединении воронки - достижение «нейтрального сечения», обеспечивается глубиной паза кулачкового зацепления, соответствующего длине резьбы левого резьбового соединения в воронке.

Предлагаемый разъединитель «РОНС» является простым по конструкции и надежным в эксплуатации.

Источники информации

1. ЦНИЛ производственного объединения «Оренбургнефть». Разъединитель. / А.с. №857439. // Бюлл. изобр. №31, 1981.

2. Закрытое акционерное общество «Нефтемашвнедрение». Разъединитель. / А.с. №2296206. // Опубл. 27.03.2007.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для разъединения резьбовых соединений бурильных, обсадных и других труб при креплении скважин секциями обсадных колонн. Техническим результатом является повышение надежности разъединителя, расширение области применения и функциональных возможностей. Разъединитель содержит корпус, связанный посредством левого резьбового соединения с воронкой, транспортный переводник, связанный с бурильными трубами, установленный в корпусе и зафиксированный относительно него посредством запорных элементов, упорную втулку, выполненную с проточкой под запорный элемент и закрепленную с помощью срезных винтов внутри транспортного переводника. При этом корпус выполнен с внутренней круговой проточкой под запорные элементы с возможностью свободного вращения транспортного переводника и его продольного перемещения, ограниченного шириной упомянутой проточки, относительно корпуса разъединителя. В нижней части корпуса выполнен выступ в виде упора для ограничения перемещения транспортного переводника с закрепленной в нем упорной втулкой, а верхняя часть корпуса и ответная часть транспортного переводника выполнены в виде кулачкового соединения для передачи крутящего момента от бурильных труб через транспортный переводник корпусу разъединителя. Причем для обеспечения свободного перемещения корпуса разъединителя и снятия возможных напряжений в резьбовом соединении глубина паза в упомянутом кулачковом соединении соответствует длине левого резьбового соединения корпуса с воронкой. 3 ил.

Разъединитель, содержащий корпус, связанный посредством левого резьбового соединения с воронкой, транспортный переводник, связанный с бурильными трубами, установленный в корпусе и зафиксированный относительно него посредством запорных элементов, упорную втулку, выполненную с проточкой под запорный элемент и закрепленную с помощью срезных винтов внутри транспортного переводника, отличающийся тем, что корпус выполнен с внутренней круговой проточкой под запорные элементы с возможностью свободного вращения транспортного переводника и его продольного перемещения, ограниченного шириной упомянутой проточки, относительно корпуса разъединителя, при этом в нижней части корпуса выполнен выступ в виде упора для ограничения перемещения транспортного переводника с закрепленной в нем упорной втулкой, а верхняя часть корпуса и ответная часть транспортного переводника выполнены в виде кулачкового соединения для передачи крутящего момента от бурильных труб через транспортный переводник корпусу разъединителя, при этом для обеспечения свободного перемещения корпуса разъединителя и снятия возможных напряжений в резьбовом соединении глубина паза в упомянутом кулачковом соединении соответствует длине левого резьбового соединения корпуса с воронкой.