УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ КОМПОНОВКИ ЗОНЫ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2021 года по МПК E21B33/03 E21B33/35 E21B33/43 

Настоящее изобретение относится к компоновке зоны устья скважины, и конкретнее к системе и способу, относящимся к устройству фонтанной арматуры на устьевом оборудовании скважины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устьевое оборудование скважины и фонтанная арматура (так называемые фонтанное устьевое оборудование или АФК) широко применяют в добыче нефти. Указанные узлы являются определяющими безопасность компонентами, которые работают с текучими средами под очень высокими давлениями в тяжелых условиях. Их надежность и эксплуатационная безопасность являются основополагающими, поскольку любое повреждение или отказ может иметь весьма серьезные последствия для окружающей среды, здоровья и безопасность, а также экономические последствия.

Существует конкретная проблема во время монтажа или демонтажа, где очень важным является достижение правильного позиционирования компонентов, стыковки соединителей и скрепления частей друг с другом. Во многих случаях, отсутствует прямой доступ к таким компонентам или соединителям для проверки или вмешательства оператора, например при монтаже подводных АФК. По указанной причине требуются улучшенные способы и системы для устьевого оборудования скважины и фонтанной арматуры, для обеспечения их герметичности и эксплуатационной безопасности, а также минимизации риска отказа.

Документы, которые могут быть полезными для понимания уровня техники, включают в себя патентные публикации US6039120A; US2002/0062964A1; AU199735509A; US9464497B; US8286717B; US8851194B; US8997883B; US7559366B; US8746352B; US8393400B; и US3800869A.

Настоящее изобретение, таким образом, решает задачу обеспечения компоновки зоны устья скважины, дающей преимущества относительно известных решений и методик в вышеупомянутой или других областях.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В варианте осуществления обеспечена компоновка зоны устья скважины, содержащая фонтанную арматуру расположенную на устьевом оборудовании скважины, причем фонтанная арматура имеет изолирующую муфту, компоновка зоны устья скважины дополнительно содержит держатель уплотнения по меньшей мере с одним уплотнением, причем держатель уплотнения расположен между устьевым оборудованием скважины и изолирующей муфтой.

В варианте осуществления уплотнение выполнено в уплотнительной взаимосвязи с внутренним сквозным каналом устьевого оборудования скважины и боковой поверхностью стенки изолирующей муфты.

В варианте осуществления изолирующая муфта содержит коническую секцию.

В варианте осуществления несущая поверхность обеспечена в устьевом оборудовании скважины, причем несущая поверхность выполнена с возможностью предотвращать перемещение держателя уплотнения в продольном направлении внутреннего сквозного канала. Несущая поверхность может быть частью устройства подвески обсадной колонны, выполненного в устьевом оборудовании скважины.

В варианте осуществления компоновка зоны устья скважины дополнительно содержит замковый узел, причем замковый узел закреплен в сквозном канале и выполнен с возможностью предотвращать перемещение держателя уплотнения в продольном направлении внутреннего сквозного канала.

В варианте осуществления устьевое оборудование скважины является подводным устьевым оборудованием скважины.

В варианте осуществления обеспечен способ установки фонтанной арматуры на устьевое оборудование скважины, содержащий этапы, на которых: устанавливают держатель уплотнения во внутреннем сквозном канале устьевого оборудования скважины и позиционируют фонтанную арматуру на устьевое оборудование скважины так, чтобы привести изолирующую муфту в уплотнительное взаимодействие с держателем уплотнения, при этом

этап, на котором устанавливают держатель уплотнения во внутреннем сквозном канале, выполняют до этапа, на котором позиционируют фонтанную арматуру на устьевое оборудование скважины.

В варианте осуществления способ содержит этап, на котором приводят в действие уплотнение в держателе уплотнения.

В варианте осуществления этап, на котором приводят в действие уплотнение, содержит приведение уплотнения в зацепление с конической секцией изолирующей муфты.

В варианте осуществления этап, на котором устанавливают держатель уплотнения во внутреннем сквозном канале, содержит позиционирование держателя уплотнения в упор с несущей поверхностью в устьевом оборудовании скважины, причем несущая поверхность выполнена с возможностью предотвращать перемещение держателя уплотнения в продольном направлении внутреннего сквозного канала. Несущая поверхность может быть частью устройства подвески обсадной колонны, выполненного в устьевом оборудовании скважины.

В варианте осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором устанавливают замковый узел в устьевом оборудовании скважины, при этом замковый узел закрепляют во внутреннем сквозном канале и выполняют с возможностью предотвращать перемещение держателя уплотнения в продольном направлении внутреннего сквозного канала.

В варианте осуществления устьевое оборудование скважины является подводным устьевым оборудованием скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показаны части компоновки зоны устья скважины варианта осуществления.

На фиг. 2 показаны детали некоторых компонентов вариантов осуществления фиг. 1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

При монтаже фонтанной арматуры (АФК) на устьевое оборудование скважины фонтанную арматуру обычно обеспечивают изолирующей муфтой, прикрепленной к АФК, которая зацепляет канал устьевого оборудования скважины при соединении. Изолирующая муфта или сквозной канал устьевого оборудования скважины (проходное отверстие), имеет уплотнения для создания уплотнения между изолирующей муфтой и устьевым оборудованием скважины при соединении. В указанных процессах, любые неточности во время установки или неправильная стыковка частей могут создавать проблемы, например, повреждение уплотнения или далекое от оптимального активирование уплотнения, когда фонтанную арматуру устанавливают на устьевое оборудование скважины.

Как показано на фиг. 1 и 2, в варианте осуществления обеспечена компоновка 100 зоны устья скважины, содержащая устьевое оборудование 1 скважины с фонтанной арматурой 2, расположенной не нем. Фонтанная арматура 2 имеет изолирующую муфту 3. Компоновка 100 зоны устья скважины дополнительно имеет независимый держатель 10 уплотнения по меньшей мере с одним уплотнением 11. Держатель 10 уплотнения может быть установлен на устьевое оборудование 1 скважины до посадки фонтанной арматуры 2 и изолирующей муфты 3. После посадки фонтанной арматуры 2, по меньшей мере часть держателя 10 уплотнения должна занимать позицию между внутренним сквозным каналом 4 устьевого оборудования 1 скважины и изолирующей муфтой 3 в уплотнительной взаимосвязи с обеими позициями, внутренним сквозным каналом 4 и боковой поверхностью стенки 12 изолирующей муфты 3.

Как лучше всего видно на фиг. 2, изолирующая муфта 3 может быть выполнена с конической секцией 3a на своем переднем (нижнем) конце. Данное уменьшает риск неправильной установки, и может применятьcя для содействия активированию уплотнения 11.

Держатель 10 уплотнения на его нижней части 14 поддерживает несущая поверхность 5a в устьевом оборудовании 1 скважины. Несущая поверхность 5a может быть перпендикулярной к продольному направлению внутреннего сквозного канала 4 или проходить под углом к данному направлению. Сквозной канал 4 является в общем вертикальным, когда устьевое оборудование 1 скважины смонтировано в нужном положении. Несущая поверхность 5a выполнена с возможностью предотвращать перемещение вниз держателя 10 уплотнения в продольном (аксиальном) направлении внутреннего сквозного канала 4. В показанном варианте осуществления, несущая поверхность 5a является частью устройства 5 подвески обсадной колонны, выполненного в устьевом оборудовании 1 скважины, т.е. расположена на нем. Несущая поверхность 5a может, вместе с тем, быть расположена на другом компоненте устьевого оборудования скважины, или на самом устьевом оборудовании 1 скважины.

Над уплотнением 11 может применятьcя поддерживающее кольцо 13 для удержания уплотнения 11 на месте и равномерного распределения аксиальной нагрузки на уплотнение 11.

На своей верхней стороне держатель 10 уплотнения можно фиксировать замковым узлом 6, таким как клиновой фиксатор. Замковый узел 6 закреплен в сквозном канале 4 для предотвращения перемещения вверх держателя 10 уплотнения в продольном (аксиальном) направлении внутреннего сквозного канала 4. Альтернативно, держатель 10 уплотнения может быть закреплен напрямую к устьевому оборудованию 1 скважины для исключения аксиального перемещения в обоих направлениях, например, посредством подходящего соединения между поддерживающим кольцом 13 и замковым узлом 6.

В варианте осуществления обеспечен способ установки фонтанной арматуры 2 на устьевое оборудование 1 скважины, содержащий этапы, на которых устанавливают держатель 10 уплотнения во внутреннем сквозном канале 4 устьевого оборудования 1 скважины и затем позиционируют фонтанную арматуру 2 на устьевое оборудование 1 скважины так, чтобы привести изолирующую муфту 3 в уплотнительное взаимодействие с держателем 10 уплотнения.

Держатель 10 уплотнения и уплотнение 11 могут быть сконструированы такими, что уплотнение 11 приводится в действие после сцепления с изолирующей муфтой 3. Коническая секция 3a изолирующей муфты 3 может быть выполнена с возможностью содействия приведению в действие уплотнения 11 и, таким образом, улучшения показателей работы уплотнения и уменьшению риска контакта между уплотнением 11 и внутренним профилем устьевого оборудования 1 скважины в процессе установки. Коническая секция 3a при этом обеспечивает переходный профиль, который должен расширять уплотнение 11 постепенно, без повреждения уплотнения 11 во время расширения. Расширение обеспечивает более прочное сцепление уплотнения (более высокую контактную силу).

В вариантах осуществления, описанных выше, держатель 10 уплотнения может, таким образом, быть заранее установлен оснасткой на устьевое оборудование 1 скважины с нижним стыком, обращенным к устройству 5 подвески обсадной колонны (или другому компоненту в устьевом оборудовании 1 скважины) и верхним стыком, блокированным на профиле внутреннего диаметра устьевого оборудования 1 скважины (в сквозном канале 4) с помощью например, клинового фиксатора. Для подводного устьевого оборудования скважины такую установку можно, например, выполнять, применяя подводный аппарат дистанционного управления (ROV) с подходящей оснасткой. Уплотнение 11 может при этом быть надежно установлено без столкновения с профилем внутреннего диаметра устьевого оборудования скважины и с меньшим риском для повреждения уплотнения 11. Когда изолирующую муфту 3 устанавливают, уплотнение 11 должно расширяться давлением от наружной стенки 12 изолирующей муфты 3, и уплотнение 11 должно быть приведено в действие до нужного контактного давления, обеспечивающего прочное уплотнительное устройство между фонтанной арматурой 2 и устьевым оборудованием 1 скважины.

В вариантах осуществления, описанных в данном документе, ограничения и риск, связанные с посадочными операциями, могут, таким образом, быть уменьшены. Указанное может содействовать уменьшению операционных расходов и времени монтажа, а также улучшить герметичность и безопасность устьевого оборудования скважины.

В показанном варианте осуществления, держатель 10 уплотнения состоит из четырех частей: нижняя часть 14, уплотнение 11, поддерживающее кольцо 13 и замковый узел 6. Данные индивидуальные части могут быть установлены вместе (например, предварительно собранными до установки) или, альтернативно, одна или несколько частей могут быть установлены одна за другой в сквозном канале 4 устьевого оборудования 1 скважины. Замковый узел 6 может быть или не быть частью держателя 10 уплотнения; данный узел может быть отдельной частью и/или может быть интегральной частью изолирующей муфты 3, выполняющей функцию удержания держателя 10 уплотнения.

Уплотнение 11 может быть выполнено, например, из металла или полимерного материала. Подходящими материалами могут, например, являться гидрированный бутадиен–нитрильный каучук (HNBR), ПЭЭК, бронзовый сплав, титан, титановый сплав или комбинация указанного. Другие части держателя 10 уплотнения могут быть выполнены, например, из низколегированной стали, титанового сплава или титана.

В некоторых приложениях варианты осуществления настоящего изобретения дают возможность заменить уплотнение 11 между устьевым оборудованием 1 скважины и фонтанной арматурой 2 (изолирующей муфтой 3) без обязательного подъема из скважины фонтанной арматуры 2. Данное может, например, являться преимуществом в подводном устройстве, т.e. подводном устьевом оборудовании 1 скважины, поскольку может не требоваться подъем на поверхность фонтанной арматуры 2 для выполнения данной операции. В таком случае можно освободить фонтанную арматуру 2 от устьевого оборудования 1 скважины, переместить фонтанную арматуру 2 на небольшое расстояние (подняв вверх и/или убрав вбок) и заменить держатель 10 уплотнения, например, применяя ROV. Затем фонтанную арматуру 2 можно повторно установить на устьевое оборудование 1 скважины. При этом значительно уменьшается время, требуемое для данной операции, и можно также обеспечить более частую замену уплотнения 11 для улучшения системы безопасности и герметичности.

При применении в данном описании и формуле изобретения термины "содержит" и "содержащий" и их вариации означают, что указанные элементы, этапы или целые числа включены в состав. Термины не следует интерпретировать, как исключающие присутствие других элементов, этапов или компонентов.

Признаки, раскрытые в приведенном выше описании, или следующей формуле изобретения или прилагаемых чертежах, представляют в конкретных формах или терминах средство для выполнения раскрытой функции, или способ, или процесс для достижения раскрытого результата, надлежащим образом, отдельный признак или любую комбинацию таких признаков можно использовать для реализации изобретения в его разных формах.

Настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными в данном документе, определяющей является прилагаемая формула изобретения.

Группа изобретений относится к компоновке зоны устья скважины и к способу установки фонтанной арматуры на устьевое оборудование скважины. Компоновка зоны устья скважины содержит фонтанную арматуру с изолирующей муфтой, держатель уплотнения по меньшей мере с одним уплотнением. Держатель уплотнения поддерживается устьевым оборудованием скважины и расположен между устьевым оборудованием скважины и изолирующей муфтой, так что уплотнение располагается в уплотнительной взаимосвязи с внутренним сквозным каналом устьевого оборудования скважины и боковой поверхностью стенки изолирующей муфты. Технический результат заключается в обеспечении герметичности и эксплуатационной безопасности компоновки, а также минимизации риска ее отказа. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Компоновка (100) зоны устья скважины, содержащая фонтанную арматуру (2), расположенную на устьевом оборудовании (1) скважины, причем фонтанная арматура (2) имеет изолирующую муфту (3), причем компоновка (100) зоны устья скважины дополнительно содержит держатель (10) уплотнения по меньшей мере с одним уплотнением (11), причем держатель (10) уплотнения поддерживается устьевым оборудованием (1) скважины и расположен между устьевым оборудованием (1) скважины и изолирующей муфтой (3), так что уплотнение (11) располагается в уплотнительной взаимосвязи с внутренним сквозным каналом (4) устьевого оборудования (1) скважины и боковой поверхностью стенки (12) изолирующей муфты (3).

2. Компоновка (100) зоны устья скважины по п. 1, в которой изолирующая муфта (3) содержит коническую секцию (3a).

3. Компоновка (100) зоны устья скважины по любому из предыдущих пунктов, содержащая несущую поверхность (5a) в устьевом оборудовании (1) скважины, причем несущая поверхность (5a) выполнена с возможностью предотвращать перемещение держателя (10) уплотнения в продольном направлении внутреннего сквозного канала (4).

4. Компоновка (100) зоны устья скважины по предыдущему пункту, в которой несущая поверхность (5a) является частью устройства (5) подвески обсадной колонны, выполненного в устьевом оборудовании (1) скважины.

5. Компоновка (100) зоны устья скважины по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая замковый узел (6), причем замковый узел (6) закреплен в сквозном канале (4) и выполнен с возможностью предотвращать перемещение держателя (10) уплотнения в продольном направлении внутреннего сквозного канала (4).

6. Компоновка (100) зоны устья скважины по любому из предыдущих пунктов, причем устьевое оборудование (1) скважины является подводным устьевым оборудованием скважины.

7. Способ установки фонтанной арматуры (2) на устьевое оборудование (1) скважины, содержащий этапы, на которых:

устанавливают держатель (10) уплотнения во внутреннем сквозном канале (4) устьевого оборудования (1) скважины, так что уплотнение (11) зацеплено с внутренним сквозным каналом (4) устьевого оборудования (1) скважины, и

позиционируют фонтанную арматуру (2) на устьевом оборудовании (1) скважины так, чтобы привести изолирующую муфту (3) в уплотнительное взаимодействие с уплотнением (11) держателя (10) уплотнения,

при этом этап, на котором устанавливают держатель (10) уплотнения во внутреннем сквозном канале (4), выполняют до этапа, на котором позиционируют фонтанную арматуру (2) на устьевом оборудовании (1) скважины.

8. Способ по предыдущему пункту, способ содержит этап, на котором приводят в действие уплотнение (11) в держателе (10) уплотнения.

9. Способ по предыдущему пункту, в котором на этапе, на котором приводят в действие уплотнение (11), приводят уплотнение (11) в зацепление с конической секцией (3a) изолирующей муфты (3).

10. Способ по любому из пп. 7–9, в котором на этапе, на котором устанавливают держатель (10) уплотнения во внутреннем сквозном канале (4), позиционируют держатель (10) уплотнения в упор с несущей поверхностью (5a) в устьевом оборудовании (1) скважины, причем несущая поверхность (5a) выполнена с возможностью предотвращать перемещение держателя (10) уплотнения в продольном направлении внутреннего сквозного канала (4).

11. Способ по предыдущему пункту, в котором несущая поверхность (5a) является частью устройства (5) подвески обсадной колонны, выполненного в устьевом оборудовании (1) скважины.

12. Способ по любому из пп. 7–11, дополнительно содержащий этап, на котором устанавливают замковый узел (6) в устьевом оборудовании (1) скважины, при этом замковый узел (6) закрепляют во внутреннем сквозном канале (4) и выполняют с возможностью предотвращать перемещение держателя (10) уплотнения в продольном направлении внутреннего сквозного канала (4).

13. Способ по любому из пп. 7–12, в котором устьевое оборудование (1) скважины является подводным устьевым оборудованием скважины.