Отцепное устройство хвостовика Российский патент 2023 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для цементирования хвостовика в открытом и обсаженном стволе скважины.

Известно устройство для цементирования хвостовика в скважине (патент RU №2448234, МПК Е21 В 17/06, 43/10, опубл. 20.04.2012, бюл. №11), содержащее установочную муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, клапанный узел в виде подпружиненного обратного клапана и башмак. В стенке установочной муфты выполнены радиальные отверстия, в которых установлены разрушаемые под гидравлическим давлением диафрагмы, при этом она присоединена к корпусу на левой резьбе, внутри корпуса на срезаемых винтах установлена подвесная цементировочная пробка в виде блока эластичных конических манжет с сердечником с центральным проходным каналом и посадочным седлом в верхней части под сбрасываемую с устья скважины цементировочную пробку и посадочным конусом, выполненным на нижнем упорном кольце блока конических манжет для посадки в седло стоп-кольца, установленного в стыке между нижним торцом хвостовика и верхним торцом переходника клапанного узла, в соединяющей их муфте. Способ цементирования хвостовика в скважине включает процесс монтирования устройства на устье скважины, спуск устройства и проведение цементирования.

Недостатками устройства являются:

- невозможность вращения хвостовика в процессе его спуска в заданный интервал скважины и в процессе крепления, что затрудняет его прохождение в зонах искривления ствола скважины и шламовых подушек, а также снижает качество замещения бурового раствора тампонажным в затрубном пространстве;

- отсоединение транспортировочной колонны от хвостовика осуществляется посредством разгрузки и вращения вправо на несколько оборотов, для выхода из резьбы, что делает проблематичным или даже невозможным отсоединение при малой длине хвостовика.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для цементирования хвостовика в скважине, выпускаемое ООО «НПП-Нефтехиммаш» г. Казань, которое изготавливается по ТУ 3666-032-13005298-05 («Оборудование для установки хвостовика ОУХ», руководство по эксплуатации ОУХ 00.00.000. РЭ-03, 2018 г.), содержащее корпус с верхней частью, включающей сальниковое устройство, имеющее как минимум три манжеты, верхняя манжета рабочей частью развернута вверх, а остальные манжеты рабочей частью расположены по направлению вниз, и установленной на нижней части сальникового устройства подвесной пробкой на срезаемых винтах с проходным каналом и посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку и посадочным конусом, выполненным на нижней части подвесной пробки для посадки в седло стоп-кольца, присоединенной посредством левой наружной резьбы разъединительным переходником к нижней части корпуса, включающей воронку, представляющую собой муфту с конусной направляющей поверхностью и левой внутренней резьбой.

Недостатками известного устройства являются:

- отцеп хвостовика производится за счет правого вращения по левой резьбе, что может привести к неконтролируемому отвороту выше устройства в любом из замковых соединений транспортировочной колонны;

- отсутствие возможности вращения хвостовика в процессе цементирования;

- принцип отцепа до начала цементирования с извлечением сальникового устройства из хвостовика и затем вновь спуск его внутрь хвостовика может привести к разрушению манжет сальникового устройства, что приведет к негерметичности узла отцепа в процессе цементирования и как следствие к аварийной ситуации.

Техническими задачами являются создание надежной, мало модульной и простой в применении конструкции, обеспечивающей доставку хвостовика в скважину, повышение эффективности крепления хвостовика за счет повышения качества цементной крепи, совмещения операций цементирования и вращения обсадного хвостовика, гарантированного отсоединения колонны труб от хвостовика независимо от его длины и сложности профиля ствола скважины.

Технические задачи решаются отцепным устройством хвостовика, содержащим корпус с верхней частью, включающей сальниковое устройство с как минимум тремя манжетами и установленной внутри нижней части сальникового устройства подвесной пробкой на срезаемых винтах с проходным каналом и посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку и посадочным конусом, выполненным на нижней части подвесной пробки для посадки в седло стоп-кольца, присоединенной к нижней части корпуса.

Новым является то, что верхняя часть корпуса отцепного устройства хвостовика содержит резьбовую часть с возможностью присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, а нижняя часть корпуса содержит наружную резьбу с возможностью соединения с хвостовиком, в верхней части сальникового устройства выше манжет выполнены как минимум два углубления с ограничителями по краям, расположенные друг напротив друга, в которых установлены подвижные плашки с выступом, выполненным в форме радиально скошенного флажка, толщиной, обеспечивающей возможность выдержки весовой нагрузки спускаемого в скважину хвостовика, и прижатые к ограничителям пружинами, а нижняя часть корпуса в верхней части оснащена как минимум двумя сквозными пазами с возможностью совмещения с подвижными плашками сальникового устройства.

На фиг. 1 изображено отцепное устройство хвостовика в собранном виде перед спуском в скважину.

На фиг. 2 изображен фрагмент Б.

На фиг. 3 изображен вид А-А устройства в рабочем положении.

На фиг. 4 изображен вид А-А устройства в положении после отцепа.

Отцепное устройство хвостовика (далее - устройство) содержит корпус с верхней частью 1 (фиг. 1) с верхней резьбой 2 (резьбовой частью) для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб и присоединенной к ней нижней частью 3 с наружной резьбой в нижней части для соединения с хвостовиком 4. При этом верхняя часть 1 корпуса имеет сальниковое устройство 5 с как минимум тремя манжетами, например, манжетами 6 и 7 (фиг. 1 и 2), и установленную внутри нижней части сальникового устройства 5 (фиг. 1) подвесную цементировочную пробку 8 на срезаемых винтах 9 с проходным каналом и посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку (на фиг. 1, 2, 3, 4 не показаны) и посадочным конусом (на фиг. 1, 2, 3, 4 не показан), выполненным на нижней части подвесной цементировочной пробки 8 (фиг. 1) для посадки в седло стоп-кольца 10, присоединенной к нижней части 3 корпуса. Манжета 6 (фиг. 2) верхней части корпуса 1 (фиг. 1) установлена рабочей частью - лепестками вверх, а манжеты 7 (фиг. 2, количество которых не менее 4 штук) установлены рабочей частью - лепестками вниз.

В верхней части сальникового устройства 5 (фиг. 1) выше манжет 6 и 7 выполнены как минимум два углубления 11 (фиг. 3) с ограничителями 12 по краям, расположенные друг напротив друга. В углублениях 11 установлены подвижные плашки 13 с выступом, выполненным в форме радиально скошенного флажка, одна сторона выступа радиально скошена, вторая сторона выступа - прямой формы, толщиной, обеспечивающей возможность выдержки, как минимум, весовой нагрузки спускаемого в скважину хвостовика 4 (фиг. 1), при этом подвижные плашки 13 (фиг. 3, 4) прижаты к ограничителям 12 (фиг. 3) пружинами 14. Так, например, для спуска хвостовика 4 (фиг. 1) размером 114х7,4 мм, весом 2 т необходимо установить две подвижные плашки 13 (фиг. 3) из стали толщиной не менее 10 мм (расчеты проведены на срез по пределу прочности материала по справочнику конструктора-машиностроителя Анурьева В.И.), при этом подвижные плашки 13 находятся в углублениях 11, прижатые к ограничителям 12 пружинами 14. А нижняя часть 3 корпуса в верхней части оснащена как минимум двумя сквозными пазами 15 (количество подвижных плашек 13 и сквозных пазов 15 совпадает), выполненными под заход подвижных плашек 13 верхнего корпуса 1 (фиг. 1) и с возможностью совмещения с подвижными плашками 13 (фиг. 3) сальникового устройства 5. Таким образом соединение верхней части 1 (фиг. 1) и нижней части 3 корпуса происходит за счет совмещения подвижных плашек 13 (фиг. 3, 4) верхней части 1 (фиг. 1) и сквозных пазов 15 нижней части 3 корпуса.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Хвостовик 4 с установленным стандартным башмаком (на фиг. 1-3 не показан) и стоп-кольцом 10 (фиг. 1) соединяют с нижней частью 3 корпуса устройства. Далее верхнюю часть 1 корпуса в собранном виде (с сальниковым устройством 5 и подвесной цементировочной пробкой 8) спускают внутрь нижней части 3 корпуса устройства, для этого при надавливании вручную подвижные плашки 13 (фиг. 4) заходят внутрь углублений 11 (фиг. 3), сжимая пружины 14 (фиг. 4), и остаются в сжатом состоянии, ограниченные внутренним диаметром корпуса 3 (фиг. 3). Подвижные плашки 13 должны быть установлены таким образом, чтобы при вращении корпуса 1 (фиг. 1) вправо сторона выступа прямой формы упиралась в край паза 15 (фиг. 3), а при повороте влево сторона выступа с радиальным скосом за счет наличия радиального скоса по окружности беспрепятственно могла бы зайти внутрь углубления 11, сжимая пружины 14 (фиг. 4).

Далее корпус устройства проворачивают вправо, до входа подвижных плашек 13 (фиг. 4) в сквозные пазы 15 корпуса 3 (фиг. 3), и фиксации там. Верхнюю часть 1 корпуса (фиг. 1) устройства присоединяют к нижнему концу транспортировочной колонны труб и спускают в скважину на заданную глубину. При необходимости во время спуска хвостовика 4 в скважину в интервалах посадок проводят вращение хвостовика 4 вправо через бурильный инструмент. После дохождения хвостовика 4 до проектной глубины хвостовик 4 готов к цементированию. На устье на колонну бурильных труб наворачивается цементировочный вертлюг с цементировочной пробкой. Начинают вращение всей компоновки (транспортировочная колонна вместе с хвостовиком) вправо.

Далее производят закачку расчетного объема тампонажного раствора, и продавливают его с помощью продавочной пробки (на фиг. 1-4 не показана). По достижении верхней продавочной пробки подвесной цементировочной пробки 8 (фиг. 1), установленной в кольцевом сужении верхней части 1 корпуса и зафиксированной при помощи срезаемых винтов 9, она садится в посадочное седло центрального проходного канала подвесной цементировочной пробки 8. Затем при дальнейшем увеличении гидравлического давления происходит срез винтов 9, и подвесная цементировочная пробка 8 под действием повышенного давления с продавочной пробкой начинает перемещаться вниз до посадки в стоп-кольцо 10 и получения сигнала о завершении процесса цементирования. После получения сигнала о завершении процесса цементирования вращение обсадного хвостовика 4 останавливают, и разгружают компоновку на вес хвостовика 4. После этого производят поворот влево на 0,5 оборота, при этом подвижные плашки 13 (фиг. 3), выходя из сквозных пазов 15, заходят внутрь углублений 11, сжимая пружины 14 (фиг. 4). Приподнимают транспортировочную колонну вверх, далее происходит отцеп от хвостовика 4 (фиг. 1). Затем транспортировочную колонну труб приподнимают на высоту не менее 10 м и после этого производят промывку излишков тампонажного раствора до полного выхода на устье остатков тампонажного раствора с интервала головы хвостовика 4 с одновременным расхаживанием и вращением транспортировочной колонны труб, причем промывку головы хвостовика от излишков тампонажного раствора производят как прямым способом через трубное пространство транспортировочной колонны труб, так и обратным через затрубное пространство.

Предлагаемое устройство является надежным, мало модульным и простым в применении, позволяет обеспечить вращение хвостовика при спуске его в скважину и в процессе цементирования. Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность цементирования хвостовика за счет совмещения операций цементирования и вращения обсадного хвостовика, гарантированного отсоединения колонны труб от хвостовика независимо от его длины и в любом интервале скважины с любой сложностью и направлением ствола.

Изобретение относится к отцепному устройству хвостовика. Отцепное устройство хвостовика содержит корпус с верхней частью, включающей сальниковое устройство. Внутри нижней части сальникового устройства расположена подвесная пробка на срезаемых винтах с проходным каналом и посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку. В нижней части подвесной пробки выполнен посадочный конус для посадки пробки в седло стоп-кольца. Верхняя часть корпуса отцепного устройства хвостовика содержит резьбовую часть с возможностью присоединения устройства к транспортировочной колонне труб. Нижняя часть корпуса содержит наружную резьбу с возможностью соединения с хвостовиком. В верхней части сальникового устройства выше манжет выполнены углубления с ограничителями по краям, расположенные друг напротив друга. В углублениях установлены подвижные плашки с выступом, выполненным в форме радиально скошенного флажка и прижатые к ограничителям пружинами. Нижняя часть корпуса оснащена как минимум двумя сквозными пазами с возможностью совмещения с подвижными плашками сальникового устройства. Технический результат заключается в обеспечении возможности вращения хвостовика при спуске его в скважину и в процессе цементирования, в повышении эффективности цементирования хвостовика, в возможности гарантированного отсоединения колонны труб от хвостовика независимо от его длины в любом интервале скважины. 4 ил.

Отцепное устройство хвостовика, содержащее корпус с верхней частью, включающей сальниковое устройство с как минимум тремя манжетами и установленной внутри нижней части сальникового устройства подвесной пробкой на срезаемых винтах с проходным каналом и посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку и посадочным конусом, выполненным на нижней части подвесной пробки для посадки в седло стоп-кольца, присоединенной к нижней части корпуса, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса отцепного устройства хвостовика содержит резьбовую часть с возможностью присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, а нижняя часть корпуса содержит наружную резьбу с возможностью соединения с хвостовиком, в верхней части сальникового устройства выше манжет выполнены как минимум два углубления с ограничителями по краям, расположенные друг напротив друга, в которых установлены подвижные плашки с выступом, выполненным в форме радиально скошенного флажка, толщиной, обеспечивающей возможность выдержки весовой нагрузки спускаемого в скважину хвостовика, и прижатые к ограничителям пружинами, а нижняя часть корпуса в верхней части оснащена как минимум двумя сквозными пазами с возможностью совмещения с подвижными плашками сальникового устройства.