НАДВОДНАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ГОЛОВКА Российский патент 2020 года по МПК E21B33/35 E21B34/04 E21B21/10 

Область применения, к которой относится изобретение

Циркуляционная головка применяется для подводной добычи углеводородов в системе доступа в скважину, операций сервисного обслуживания скважин с применением самоподъемной плавучей буровой установки, полупогружной буровой установки, буровых судов или стационарных платформ.

Уровень техники, к которому относится изобретение

Надводная циркуляционная головка входит в состав комплекта системы подводной добычи и предназначена для использования в составе системы доступа в скважину. Одна из главных функций надводной циркуляционной головки промывка скважинного оборудования технологическими жидкостями, подача которых осуществляется через линию дросселирования надводной циркуляционной головки.

Кроме того, надводная циркуляционная головка применяется при некоторых операциях технического обслуживания скважин, в том числе:

- спуск и извлечение внутрискважинных инструментов при проведении геофизического исследования скважин, а также для планового осмотра внутрискважинного оборудования;

- осуществление перекрытия линии глушения и дросселирования в случае возникновения экстренной ситуации.

Таким образом, надводная циркуляционная головка может быть использована в качестве замены надводной фонтанной арматуры, используемой при осуществлении операций заканчивания скважины. Однако надводная фонтанная арматура включает в себя множество задвижек, которые требуется промывать после использования раствора для глушения скважины; имеет сложную и громоздкую конструкцию, что усложняет как ее изготовление, так и ее последующую эксплуатацию и техническое обслуживание.

Из уровня техники известны системы заканчивания скважины, системы промывки скважины. Обычно такие операции осуществляют с использованием фонтанной арматуры. В частности, из источника ЕР 1276955, опубл. 22.01.2003, известна система заканчивания скважин, включает в себя фонтанную арматуру, установленную на корпусе устье скважины, трубную подвеску, установленную в корпусе фонтанной арматуры или устья скважины, причем корпус устья скважины установлен на обсадной колонне колонны насосно-компрессорных труб; причем при использовании кольцевое пространство, образованное между насосно-компрессорными трубами и обсадной колонной, служит в качестве эксплуатационного канала. Обслуживание скважины осуществляется через колонну насосно-компрессорных труб, то есть центральная колонна насосно-компрессорных труб, подвешенная к подвеске, выполняет функцию, которую традиционно выполняет кольцевое пространство.

К недостатку технического решения согласно ЕР 1276955 можно отнести сложность конструкции фонтанной арматуры, задействованной в предлагаемой системе и возможность повреждения оборудования фонтанной арматуры при прохождении твердых частиц в случае промывки.

Источник ЕР 1276955 можно считать ближайшим аналогом.

Кроме того, из источника US 2657016, опубл. 27.10.1953, известна система бурения, благодаря которой становится возможным формировать и перемещать к поверхности земли последовательность образцов керна, постепенно и непрерывно, а также бурить, поддерживая при этом поток циркулирующей жидкости.

К общим недостаткам предлагаемых технических решений относится сложность конструкции, сложность обслуживания

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является устранение недостатков технических решений уровня техники.

Раскрытие

Поставленная задача решена благодаря тому, что предлагаемая надводная циркуляционная головка содержит: грузонесущий корпус, имеющий центральный канал, и от которого отходит соединительный патрубок для соединения с элеватором, установленный выступающим относительно грузонесущего корпуса соосно центральному каналу; и выкидной трубопровод линии глушения, отходящий от грузонесущего корпуса перпендикулярно центральному каналу; шиберную задвижку линии глушения с автоматом аварийного закрытия и установленным в ней датчиком давления, установленную выступающей относительно грузонесущего корпуса перпендикулярно центральному каналу; переходник для соединения с райзером, установленный выступающим относительно грузонесущего корпуса соосно центральному каналу и противоположно соединительному патрубку; узел сдвоенной запорной арматуры, расположенный противоположно шиберной задвижке линии глушения; манометр и панель управления, размещенные на грузонесущем корпусе; а также трубную обвязку для подачи гидравлической жидкости в шиберную задвижку и узел сдвоенной запорной арматуры.

В предлагаемой надводной циркуляционной головке первая часть выкидного трубопровода может от грузонесущего корпуса перпендикулярно центральному каналу, а вторая часть выкидного трубопровода может проходить под углом 90° относительно первой части выкидного трубопровода и параллельно шиберной задвижке линии глушения.

В предлагаемой надводной циркуляционной головке третья часть выкидного трубопровода может проходить под углом 90° относительно первой части выкидного трубопровода и параллельно центральному каналу.

Предлагаемая надводная циркуляционная головка может быть выполнена с возможностью установки в транспортировочную раму.

В контексте настоящего описания слова «первый», «второй» и т.д. используются в виде прилагательных исключительно для того, чтобы отличать существительные, к которым они относятся, друг от друга, а не для целей описания какой-либо конкретной связи между этими существительными.

Техническим результатом является упрощение конструкции оборудования для процедур промывки скважины, заканчивания скважины и проведения испытаний. Дополнительно благодаря упрощению конструкции обеспечено снижение рисков возникновения аварийных ситуаций и уменьшение утечек скважинного флюида в морскую воду.

Чертежи

Далее следует подробное описание предлагаемого изобретения со ссылками на чертежи, на которых:

на Фиг. 1 схематично изображена надводная циркуляционная головка;

на Фиг. 2 схематично изображена надводная циркуляционная головка согласно предлагаемому изобретению в продольном сечении вдоль центрального канала;

на Фиг. 3 схематично изображена надводная циркуляционная головка согласно предлагаемому изобретению с сечением по шиберной задвижке;

на Фиг. 4 схематично изображена надводная циркуляционная головка согласно предлагаемому изобретению с установленной на ней защитной рамой.

Осуществление изобретения

Предлагаемая надводная циркуляционная головка 1 (см. Фиг. 1) имеет корпус 2, являющийся грузонесущей конструкцией, воспринимающей нагрузки от другого оборудования системы доступа в скважину, и включающей в себя следующие конструктивные элементы: соединительный патрубок 3 для соединения с элеватором (элеватор не показан на чертежах) верхнего привода буровой платформы или судна; выкидной трубопровод 4 линии глушения; шиберная задвижка 5 линии глушения с автоматом аварийного закрытия; соединительный переходник 6 для соединения с райзером (райзер не показан на чертежах); узел 7 сдвоенной запорной арматуры; трубная обвязка 8; манометр 9 и панель 10 управления, размещенные на грузонесущем корпусе 2.

Патрубок 3 для соединения с элеватором обеспечивает осуществление беспрепятственного прохода внутрискважинного инструмента и выполнен с возможностью соединения с элеватором буровой платформы или судна, патрубок 3 закрыт крышкой 11.

На Фиг. 2 видно, что в корпусе 2 проходит центральный канал 12, соосный с каналом 13 соединительного патрубка 3 и с соединительным каналом 14 в соединительном переходнике 6.

Выкидной трубопровод 4 линии глушения предназначен для глушения эксплуатационного ствола скважины путем закачки в ствол скважины технологической жидкости для глушения. Канал 15 выкидного трубопровода 4 линии глушения сообщается с центральным каналом 12 корпуса 2.

Первая часть выкидного трубопровода 4 проходит от грузонесущего корпуса 2 перпендикулярно центральному каналу 12, а вторая часть выкидного трубопровода 4 проходит под углом 90° относительно первой части выкидного трубопровода 4 и параллельно шиберной задвижке 5 линии глушения, а третья часть выкидного трубопровода 4 может проходить под углом 90° относительно первой части выкидного трубопровода 4 и параллельно центральному каналу 12 (см. Фиг. 1, 3).

Шиберная задвижка 5 линии глушения имеет автомат аварийного закрытия и установленный в ней датчик давления (на чертежах не показан). Шиберная задвижка 5 установлена выступающей относительно грузонесущего корпуса 2 перпендикулярно центральному каналу 12.

Шиберная задвижка 5 линии глушения позволяет производить управление центральным каналом 12 дистанционно с пульта управления, а также в шиберной задвижке 5 предусмотрена ответная часть, обеспечивающая возможность проводить механическое управление ее открытием и закрытием при помощи гидравлических и/или механических инструментов. Примеры шиберной задвижки 5 с автоматом аварийного закрытия известны из уровня техники, в частности из источника GB 206342, опубл.03.06.1981, МПК F16K 3/0254. Шиберная задвижка 5 более наглядно изображена на Фиг. 3.

Соединительный переходник 6 предназначен для соединения с райзером (райзер на чертежах не показан).

Узел 7 сдвоенной запорной арматуры предназначен для использования во время проведения испытаний самой надводной циркуляционной головки 1 и обеспечивает контроль давления в центральном канале надводной циркуляционной головки, в частности, позволяет сбросить давление.

Основная функция трубной обвязки 8 это подача гидравлической жидкости в гидравлические элементы оборудования: шиберную задвижку 5, узел 7 сдвоенной запорной арматуры от панели управления 10.

Трубная обвязка 8 соединяет датчики давления, установленные в шиберной задвижке 5, и в узле 7 сдвоенной запорной арматуры с монометром 9.

Внутреннее пространство эксплуатационного ствола герметизировано от воздействия окружающей среды уплотнительным узлом, который также осуществляет функции второго уплотнительного барьера затрубного пространства.

В предлагаемой надводной циркуляционной головке использованы уплотнения 16 «металл по металлу», выполненные из никелевого сплава в форме колец. Следует понимать, что на чертежах позицией 16 обозначены все уплотнения в форме колец, поскольку такие уплотнения являются однотипными. Материал уплотнений имеет устойчивость к взрывной декомпрессии, твердости и устойчивости к старению в условиях воздействия пластового флюида и ингибиторов. В качестве армирующего противоэкструзионного средства в уплотнениях использованы витые спиральные пружины из аустенитной антикоррозионной стали.

Принцип работы надводной циркуляционной головки заключается в следующем. Выкидной трубопровод 4 линии глушения присоединяют к рукаву промысловой станции буровой установки. Для обеспечения циркуляции осуществляют подачу циркуляционной жидкости через выкидной трубопровод 4 линии глушения в центральный канал через соединительный переходник 6 в райзер.

При возникновении экстренной ситуации, например, в случае отсутствия выхода технологической промывочной жидкости при промывке скважины, сработает автомат аварийного закрытия шиберной задвижки 5, благодаря чему будет осуществлено экстренное закрытие линии глушения. В случае, если произошла потеря электропитания системы управления, а, следовательно гидравлического сигнала, также благодаря автомату аварийного закрытия шиберной задвижки 5 произойдет экстренное закрытие линии глушения.

Предлагаемая надводная циркуляционная головка 1 может быть снабжена защитной рамой 17, обеспечивающей возможность перегрузки надводной циркуляционной головки 1 при помощи стандартных кранов и такелажной оснастки, а также обеспечивающей возможность перегрузки и транспортировки надводной циркуляционной головки 1 вилочным погрузчиком. Такая защитная рама 17 может быть снабжена однопозиционными проушинами 18 и многопозиционными проушинами 19 (см. Фиг. 4). Конструкция защитной рамы 17 такова, что обеспечивает возможность перевода надводной циркуляционной головки 1 в вертикальное положение и обратно. Защитная рама 17 также содержит транспортировочные заглушки (на чертежах не показаны), предназначенные для защиты торцевых поверхностей и уплотнений надводной циркуляционной головки 1, а также для герметизации ее внутренних каналов.

Шиберная задвижка 5 содержит удлинитель 20 с диском 21 на его конце, вынесенный за пределы рамы для обеспечения доступа инструментов для механического управления шиберной задвижкой 5. Рама 17 содержит индикатор 22 для определения положения задвижки, а именно «открыто/закрыто» за счет изменения положения диска 21 над индикатором 22.

Кроме того, предпочтительно, на внутренние поверхности надводной циркуляционной головки 1, контактирующие с CO₂ и H₂S, нанесен коррозионностойкий сплав на основе никеля. Для уменьшения коэффициента трения, снижения износа и исключения появления задиров при работе надводной циркуляционной головки на ее высоконагруженные поверхности, в частности, поверхности соединительного патрубка 3 для соединения с элеватором, наносят покрытие на основе политетрафторэтилена (PTFE). Для снижения трения и дополнительной коррозионной защиты в резьбовых соединениях надводной циркуляционной головки применяется специальное резьбовое покрытие на основе PTFE. Резьбовыми поверхности, в частности, поверхности под шпильки. На защитную раму 17 нанесено эпоксидное покрытие, например, желтого или иного светлого цвета для обеспечения лучшей видимости надводной циркуляционной головки 1 при ее подвесе в буровой вышке на элеваторе верхнего привода буровой установки.

Следует понимать, что предлагаемое изобретение ограничено только объемом формулы изобретения. Модификации и улучшения вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения без выхода за рамки формулы изобретения очевидны специалистам в данной области техники. Настоящее описание представлено только в качестве примера и не накладывает никаких ограничений на объем охраны предлагаемого изобретения. Таким образом, объем охраны предлагаемого изобретения ограничен только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для подводной добычи углеводородов в системе доступа в скважину, операций сервисного обслуживания скважин с применением самоподъемной плавучей буровой установки, полупогружной буровой установки, буровых судов или стационарных платформ. Надводная циркуляционная головка содержит грузонесущий корпус с центральным каналом и отходящим от него патрубком для соединения с элеватором. Патрубок установлен выступающим относительно грузонесущего корпуса соосно центральному каналу. Выкидной трубопровод линии глушения отходит от грузонесущего корпуса перпендикулярно центральному каналу. Шиберная задвижка линии глушения с автоматом аварийного закрытия и установленным в ней датчиком давления установлена выступающей относительно грузонесущего корпуса перпендикулярно центральному каналу. Переходник для соединения с райзером установлен выступающим относительно грузонесущего корпуса соосно центральному каналу и противоположно соединительному патрубку. Узел сдвоенной запорной арматуры расположен противоположно шиберной задвижке линии глушения. Манометр и панель управления, размещены на грузонесущем корпусе. Трубная обвязка предназначена для подачи гидравлической жидкости в шиберную задвижку и узел сдвоенной запорной арматуры. Достигается технический результат – повышение надежности и безопасности работы в морских условиях - за счет упрощения конструкции и снижения рисков возникновения аварийных ситуаций, в частности утечек скважинного флюида в морскую воду. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Надводная циркуляционная головка, содержащая: грузонесущий корпус, имеющий центральный канал, и от которого отходит соединительный патрубок для соединения с элеватором, установленный выступающим относительно грузонесущего корпуса соосно центральному каналу; и

выкидной трубопровод линии глушения, отходящий от грузонесущего корпуса перпендикулярно центральному каналу;

шиберную задвижку линии глушения с автоматом аварийного закрытия и установленным в ней датчиком давления, установленную выступающей относительно грузонесущего корпуса перпендикулярно центральному каналу;

переходник для соединения с райзером, установленный выступающим относительно грузонесущего корпуса соосно центральному каналу и противоположно соединительному патрубку;

узел сдвоенной запорной арматуры, расположенный противоположно шиберной задвижке линии глушения;

манометр и панель управления, размещенные на грузонесущем корпусе;

а также трубную обвязку для подачи гидравлической жидкости в шиберную задвижку и узел сдвоенной запорной арматуры.

2. Надводная циркуляционная головка по п. 1, отличающаяся тем, что первая часть выкидного трубопровода отходит от грузонесущего корпуса перпендикулярно центральному каналу, а вторая часть выкидного трубопровода проходит под углом 90° относительно первой части выкидного трубопровода и параллельно шиберной задвижке линии глушения.

3. Надводная циркуляционная головка по п. 2, отличающаяся тем, что третья часть выкидного трубопровода проходит под углом 90° относительно первой части выкидного трубопровода и параллельно центральному каналу.

4. Надводная циркуляционная головка по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью установки в транспортировочную раму.