Устройство для герметизации эксплуатационных и технических колонн фонтанирующих скважин Российский патент 2017 года по МПК E21B33/02 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для герметизации эксплуатационных и технических колонн газовых и нефтяных скважин при проведении работ по ликвидации открытого фонтанирования из них скважинной среды под избыточным давлением.

Известно «Устройство для заворота крана шарового на устье фонтанирующей скважины» (1), включающее элементы фиксации устройства на фонтанирующей трубе и связанную с ними плиту, на которой установлен узел совмещения осей крана шарового и фонтанирующей трубы, узел заворота крана шарового в муфту трубы, узел его управления на закрытие-открытие и гидромотор, а также размещенный под плитой узел осевого перемещения крана шарового к резьбовой части муфты, состоящий из гидроцилиндра и штока, выполненного с возможностью осевого перемещения под действием рабочей среды. Устройство предназначено для заворота крана шарового на бурильную (насосно-компрессорную) трубу при проведении работ по ликвидации открытого фонтанирования скважины.

Известная установка обладает следующими недостатками:

- устройство может быть применено только при наличии в фонтанирующей скважине колонны (бурильной или НКТ), имеющей на конце замок или муфту с неповрежденной резьбой для заворота в нее запорного устройства (шаровой кран);

- при отсутствии в скважине колонн, т.е. фонтанировании через голую техническую или эксплуатационную трубу, применение устройства потребует разработки дополнительных специальных средств и приспособлений, оснащенных муфтами с замковой или НКТ резьбами, с обеспечением надежной герметизации зоны крепления после монтажа их на устье фонтанирующей скважины;

- изготовление и монтаж подобных средств неоправданно увеличат материальные затраты, а также сроки выполнения работ по ликвидации фонтанирования скважины.

Целью изобретения является выполнение надежной герметизации проходного сечения технической (эксплуатационной) колонны фонтанирующей скважины посредством дистанционного, для обеспечения безопасности оперативного персонала, ввода и закрепления в ее устье герметизирующего узла с имеющейся возможностью последующего прекращения истечения скважинной среды путем ее перекрытия запорным органом с целью производства дальнейших аварийных работ по ликвидации фонтана.

Поставленная цель достигается устройством для герметизации эксплуатационных и технических колонн фонтанирующих скважин, включающим узел фиксации устройства на фонтанирующей колонне гидроприводного механизма наведения и совмещения осей герметизирующего устройства и фонтанирующей колонны с последующим вводом его в скважину, а также гидроприводного механизма фиксации герметизирующего устройства в стволе скважины с встроенным в него запорным органом, при котором совмещение с осью скважины и ввод в ее створ герметизирующего устройства осуществляется одним гидроцилиндром, встроенным в два сопряженных, скользящих относительно друг друга цилиндрических корпуса, в одном из которых, подвижном, на боковой поверхности выполнен продольный паз с прямолинейным и наклонным участками, обеспечивающими его последовательно вращательное и вертикальное перемещения относительно другого, неподвижного, а в верхней его части закреплена, перпендикулярно к оси, консоль с разъемным хомутом, в котором неподвижно закрепляется корпус механизма фиксации и герметизации, состоящего из двухштокового гидроцилиндра, приводом в действие одного из которых осуществляется предварительный контакт стопорящего и герметизирующего узлов с внутренней полостью колонны, а приводом в действие второго, с размещенными на его нижнем конце стопорящим и герметизирующим узлами, происходит фиксация механизма в колонне, дополнительно, посредством установленного на его верхнем конце запорного органа с приспособлением дистанционного его управления, обеспечивается перекрытие проходного сечения с целью прекращения истечения фонтанирующей среды, при этом устройство снабжено упором, обеспечивающим, за счет входящих в комплект сменных планок, выдержку необходимого одинакового расстояния положения узла фиксации устройства относительно торца устья колонны скважины при различных величинах ее диаметра.

На фиг. 1 показано устройство в сборе, установленное на колонне скважины, в наведенном состоянии механизма фиксации на ось скважины; на фиг. 2 - узел фиксации устройства на колонне; на фиг. 3 - то же, вид сверху по стрелке А фиг. 2; на фиг. 4 - гидроприводной механизм наведения и совмещения осей герметизирующего устройства и фонтанирующей трубы; на фиг. 5 - гидроприводной механизм фиксации герметизирующего устройства в стволе скважины; на фиг. 6 - положение гидроприводного механизма фиксации после ввода его в ствол колонны.

Устройство состоит (фиг. 1) из узла фиксации устройства на колонне 1 (далее по тексту - узел фиксации), закрепленного на нем гидроприводного механизма наведения и совмещения осей механизма фиксации и фонтанирующей трубы 2 (далее по тексту - механизм наведения) и соединенного с ним гидроприводного механизма фиксации герметизирующего устройства в стволе скважины 3 (далее по тексту - механизм фиксации).

Узел фиксации (фиг. 2, 3) состоит из двух разъемных хомутов 4 (левый) и 5 (правый), разнесенных на расстояние L1 между их осями. Левый хомут устройства оснащен сменными, для различных диаметров колонн, сухарями 6, обеспечивающими надежную фиксацию устройства на колонне затяжкой шпилечных соединений 7, в правом хомуте размещается и фиксируется шпилечными соединениями 8 механизм наведения 2 (фиг. 1). В исходном состоянии закрепленного на колонне устройства ось механизма наведения отведена от оси колонны на угол ϕ (фиг. 3), достаточный для производства работ по монтажу устройства на безопасном расстоянии от воздействия фонтанирующей струи. На перемычке 9 между хомутами установлен упор 10, укомплектованный сменными планками 11, обеспечивающими выставление необходимого расстояния h при различных диаметрах колони (фиг. 1).

Механизм наведения (фиг. 4) состоит из цилиндрического корпуса 12, внутри которого может перемещаться цилиндрический корпус 13, объединенные гидроцилиндром 14, шток и корпус которого зафиксированы в них пальцами 15 и 16. К верхней части корпуса 13 приварена консоль 17 с разъемным хомутом 18, в котором крепится механизм фиксации 3 (фиг. 1). На боковой поверхности корпуса 13 выполнен сквозной паз с прямолинейным участком высотой H1 и наклонным высотой Н2, длины которых обеспечивают поворот корпуса вокруг своей оси на требуемый угол ϕ (фиг. 3) и глубину ввода механизма фиксации 3 в колонну на расстояние h1 (фиг. 1) при движении штока гидроцилиндра 14 вниз.

Механизм фиксации (фиг. 5) выполнен в виде гидроцилиндра с двумя полыми штоками 19 и 20, встроенными в корпус 21, и устанавливается в разъемный хомут 18 (фиг. 4), охватывающий механизм по поверхности В. На нижнем конце штока 19 закреплены комплект уплотнительных манжет 22, опирающийся на комплект клиновых сухарей 23 с зубчатой насечкой, и подпружиненный наконечник 24, облегчающий ввод штока в ствол колонны и предохраняющий зубчатую насечку сухарей от скалывания при возникновении ударных нагрузок. На конусную резьбу в верхней части штока навинчен шаровой кран 25 с закрепленным на его корпусе устройством дистанционного управления 26 (на фигуре показан схематично) и отводной трубой 27, длиной L, обеспечивающей отвод фонтанирующей струи на безопасное расстояние от работающего оперативного персонала. Нижний торец штока 20 служит упором для комплекта уплотнительных манжет 22.

Работа с устройством для герметизации эксплуатационных и технических колонн фонтанирующих скважин производится в следующем порядке.

На колонну скважины монтируется (фиг. 1) узел фиксации 1 с закрепленным на нем механизмом наведения 2 в сборе с механизмом фиксации 3, обеспечив при этом выдержку величины расстояния h посредством входящего в комплект упора 10 со сменными планками (фиг. 2). К штуцерам Г, Д, Е, Ж, З, И гидроисполнительных механизмов, а также к штуцерам устройства дистанционного управления 26 подсоединяются рукава подачи рабочей жидкости под давлением от гидравлической насосной станции. Подачей давления в штуцер Д осуществляется приведение устройства в исходное положение, после чего подачей давления в штуцер Г происходит, при движении штока гидроцилиндра вниз, поворот механизма наведения на угол ϕ (фиг. 3) и ввод механизма фиксации 3 в ствол колонны до упора его торца Л в торец К колонны скважины (фиг 5). Затем (фиг. 6) рабочее давление подается в штуцер З, нижний шток двухштокового гидроцилиндра 20, перемещаясь при этом вниз, заставляет перемещаться сухари 23 по клиньям в радиальном направлении до контакта их с внутренней поверхностью колонны, оставаясь в таком положении за счет фиксации величины рабочего давления жидкости гидрозамком. Далее рабочее давление подается в штуцер Ж, в результате чего верхний шток 19, совершая движение вверх, заставляет сухари, за счет клиньев, внедряться в поверхность внутренней стенки колонны, разжимая при этом уплотнительные манжеты 22 в радиальном направлении, обеспечивая тем самым фиксацию устройства в колонне, а также герметизацию ее внутренней полости. После этого подачей давления рабочей жидкости в устройство дистанционного управления 26 закрывают запорный орган и, убедившись в отсутствии перетоков скважинной среды из устья колонны, выполняют аварийные работы по ликвидации возникшего фонтанирования скважины.

Источники информации

1. Патент на изобретение №2411344. «Устройство для заворота крана шарового на устье фонтанирующей скважины» от 10.02.2011 г.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для герметизации эксплуатационных и технических колонн газовых и нефтяных скважин при ликвидации открытого фонтанирования. Техническим результатом является обеспечение надежной герметизации проходного сечения технической колонны посредством дистанционного, для обеспечения безопасности оперативного персонала, ввода и закрепления в ее устье герметизирующего узла. Предложено устройство для герметизации эксплуатационных и технических колонн фонтанирующих скважин, включающее узел фиксации устройства на фонтанирующей колонне, гидроприводной механизм наведения и совмещения осей герметизирующего устройства и фонтанирующей колонны с последующим вводом его в скважину, а также гидроприводной механизм фиксации герметизирующего устройства в стволе скважины с встроенным в него запорным органом. При этом совмещение с осью скважины и ввод в ее створ герметизирующего устройства осуществляется одним гидроцилиндром, встроенным в два сопряженных цилиндрических корпуса. В одном из которых, подвижном, на боковой поверхности выполнен продольный паз с прямолинейным и наклонным участками, обеспечивающими его последовательно вращательное и вертикальное перемещения относительно другого, неподвижного, а в верхней его части закреплена, перпендикулярно к оси, консоль с разъемным хомутом, в котором неподвижно закрепляется корпус механизма фиксации и герметизации. Механизм фиксации и герметизации состоит из двухштокового гидроцилиндра, один из которых на своем нижнем конце имеет стопорящий и герметизирующий узлы и выполнен с возможностью приведением его в действие осуществлять предварительный контакт этих узлов с внутренней поверхностью колонны, а второй шток выполнен с возможностью приведением его в действие обеспечивать фиксацию устройства в колонне. При этом второй шток имеет на своем верхнем конце запорный орган с приспособлением дистанционного управления, с возможностью дополнительного обеспечения перекрытия проходного сечения, прекращения истечение фонтанирующей среды. 6 ил.

Устройство для герметизации эксплуатационных и технических колонн фонтанирующих скважин, включающее узел фиксации устройства на фонтанирующей колонне, гидроприводной механизм наведения и совмещения осей герметизирующего устройства и фонтанирующей колонны с последующим вводом его в скважину, а также гидроприводной механизм фиксации герметизирующего устройства в стволе скважины с встроенным в него запорным органом, отличающееся тем, что совмещение с осью скважины и ввод в ее створ герметизирующего устройства осуществляется одним гидроцилиндром, встроенным в два сопряженных цилиндрических корпуса, в одном из которых, подвижном, на боковой поверхности выполнен продольный паз с прямолинейным и наклонным участками, обеспечивающими его последовательно вращательное и вертикальное перемещения относительно другого, неподвижного, а в верхней его части закреплена, перпендикулярно к оси, консоль с разъемным хомутом, в котором неподвижно закрепляется корпус механизма фиксации и герметизации, состоящего из двухштокового гидроцилиндра, один из которых на своем нижнем конце имеет стопорящий и герметизирующий узлы и выполнен с возможностью приведением его в действие осуществлять предварительный контакт этих узлов с внутренней поверхностью колонны, а второй шток выполнен с возможностью приведением его в действие обеспечивать фиксацию устройства в колонне, при этом второй шток имеет на своем верхнем конце запорный орган с приспособлением дистанционного управления, с возможностью дополнительного обеспечения перекрытия проходного сечения прекращения истечение фонтанирующей среды.