ОБВЯЗКА КОЛОННАЯ КЛИНЬЕВАЯ ТЕРМОСТОЙКАЯ И УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ НЕЕ Российский патент 2023 года по МПК E21B33/04 F16J15/00 F16L23/00 

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, для обвязки устья паронагнетательных скважин и применяется для подвески обсадных колонн, разобщения межколонных пространств, контроля давления в них, герметизации трубного и затрубного пространства скважин.

Известна головка колонная термостойкая, содержащая два разъемных корпуса: верхний и нижний. На нижнем корпусе установлены кольца, эластичные манжеты, грундбукса. Элементы соединения выполнены в виде крепежных элементов, которые служат для уплотнения уплотняемого элемента - эксплуатационной колонны эластичными манжетами. Эксплуатационная колонна соединена с верхним корпусом. (Патент RU 2234587 C1 на изобретение «ГОЛОВКА КОЛОННАЯ ТЕРМОСТОЙКАЯ». – МПК: E21B 33/04 - 20.08.2004).

Недостатками известной головки колонной термостойкой являются: отсутствие удерживающих клиньев, наличие только одного уплотнительного узла, который уплотняет только эксплуатационную колонну и поджимается только верхним фланцем, недостаточная надежность герметизации устья скважины.

Анализ технических решений показал, что известна колонная головка, являющаяся наиболее близким техническим решением обвязки колонной клиньевой термостойкой в соответствии с изобретением. Колонная головка содержит корпус и крышку с патрубками. На наружной цилиндрической поверхности муфты внутри корпуса размещена манжета с подвижной втулкой. В полости между муфтой и корпусом размещена нижняя манжета. На нее установлен наружный кольцевой выступ крышки. В полости между муфтой и внутренней конусной поверхностью крышки размещена верхняя манжета. На нее установлен наружный кольцевой выступ грундбуксы. Грундбукса закреплена болтами на торце крышки. Между торцами корпуса и крышки уложено кольцевое металлическое уплотнение. В равномерно расположенные по окружности отверстия фланцев корпуса и крышки вставлены шпильки с гайками. Внутри муфты размещена клиновая подвеска с осевым каналом и отверстиями. Конусной поверхностью клиновая подвеска сопряжена с внутренней поверхностью муфты. Зубьями, находящимися в осевом канале, клиновая подвеска удерживает эксплуатационную колонну за ее муфту. Над клиновой подвеской в верхней части муфты установлено противовыбросовое кольцо и в эту муфту ввернут колонный фланец. (Патент RU 2146000 C1 на изобретение «КОЛОННАЯ ГОЛОВКА». – МПК E21B 33/04 - 27.02.2000).

Недостатком ближайшего аналога является отсутствие термостойкости. Также при установке обвязки на старые обсадные трубы, имеющие деформации, не удастся обеспечить герметичное соединение.

Известна головка для посадки обсадной колонны, содержащая цилиндрический корпус с двумя фланцами, посадочное седло с внутренней конусной посадочной поверхностью, клиньевую подвеску и уплотнительный узел. Седло выполнено с продольными обводными прорезями для подачи газа или масла к выходным патрубкам в боковой стенке корпуса. Опорное кольцо снабжено центральным выступающим фланцем. Уплотнительный узел состоит из двух колец, положенных на опорное кольцо. Внутреннее кольцо уплотнительного узла находится в контакте с трубой эксплуатационной колонны. Внешнее кольцо уплотнительного узла находится в контакте с корпусом. Опорная втулка установлена над уплотнительным узлом. В опорную втулку ввернуты установочные винты, имеющие возможность перемещения вниз с целью одновременной регулировки уплотнительного узла, тем самым доуплотняя его. (Патент US 2471658 на изобретение «Casing landing head». МПК E21B33/04 – 31.05.1949).

Недостатком известной головки для посадки обсадной колонны является отсутствие термостойкости, невозможность раздельного поджатия уплотнительных элементов к корпусу и к трубе эксплуатационной колонны, что приводит к прямой зависимости от исполнительного размера трубы эксплуатационной колонны и потере герметичности устья скважины вследствие образования зазоров между уплотнительным элементом и трубой эксплуатационной колонны.

Анализ технических решений показал, что известна головка обсадной колонны, являющаяся наиболее близким техническим решением уплотнительного узла в соответствии с изобретением. Головка обсадной колонны содержит нижний однофланцевый корпус, верхний двухфланцевый корпус. Трубный адаптер, установленный на верхний двухфланцевый корпус. Клиньевая подвеска, установленная в нижнем корпусе. Между каждой парой фланцев находится кольцевой деформируемый элемент уплотнительного кольца. Верхний узел уплотнения расположен в верхнем корпусе. Нижний узел уплотнения включает внутреннее и внешнее уплотнительные кольца, установленные на опорное кольцо. Опорное кольцо расположено над клиньевой подвеской и прижимается нажимным кольцом. Опорное кольцо снабжено центральным выступающим фланцем и двумя посадочными коническими поверхностями по бокам. Нажимное кольцо снабжено двумя зависимыми выступами, расположенными симметрично относительно центрального выступающего фланца на опорном кольце. Внутреннее уплотнительное кольцо нижнего уплотнения находится в контакте с трубой эксплуатационной колонны. Внешнее кольцо нижнего уплотнения находится в контакте с корпусом Стопорные винты с гайками ввернуты в равномерно расположенные по окружности отверстия фланцев верхнего и нижнего корпусов и упираются в конические поверхности уплотнительного и нажимного колец. Стопорные винты используются для сжатия верхнего узла уплотнения регулировки герметичности нижнего уплотнительного узла. (Патент US 2617485 на изобретение «Casing head». МПК E21B33/04 – 11.11.1952).

Недостатком ближайшего аналога является одновременное поджатие уплотнительных элементов к корпусу и к трубе эксплуатационной колонны в процессе эксплуатации колонной головки, что приводит к прямой зависимости от исполнительного размера трубы эксплуатационной колонны и потере герметичности устья скважины вследствие образования зазоров между уплотнительным элементом и трубой эксплуатационной колонны.

Задачей группы изобретений является повышение надежности герметизации трубного и затрубного пространства скважин.

Технический результат, достигаемый в процессе решения указанной задачи, заключается в следующем:

- исключение образования зазоров между уплотнительным элементом и трубой эксплуатационной колонны независимо от исполнительного размера последней;

- возможность устранения потери герметичности;

- возможность работы уплотнительного узла в условиях высокого давления.

Технический результат достигается тем, что обвязка колонная клиньевая термостойкая содержит цилиндрический корпус с внутренней конусной поверхностью, крышку, клиньевую подвеску, грундбуксу с осевым каналом, установленную на верхнем торце крышки, колонный фланец, дополнительно содержит нагнетательные и разгрузочные клапаны, ввернутые в сквозные отверстия во фланцах корпуса и крышки, верхнее уплотнение, на которое установлен наружный кольцевой выступ грундбуксы, расположенное между трубой эксплуатационной колонны и крышкой, антиэкструзионные профилированные металлические кольца по торцам верхнего уплотнения со стороны трубы эксплуатационной колонны, уплотнительный узел, расположенный над клиньевой подвеской.

Уплотнительный узел обвязки колонной клиньевой термостойкой, расположенный над клиньевой подвеской, выполнен из термостойкого материала и содержит внутренний и внешний уплотнительные элементы. Внутренний уплотнительный элемент находится в контакте с трубой эксплуатационной колонны. По торцам внутреннего уплотнительного элемента со стороны трубы эксплуатационной колонны уложены антиэкструзионные профилированные металлические кольца, препятствующие его выдавливанию в зазор из уплотнительного узла при действии давления скважинной среды. Внешний уплотнительный элемент обеспечивает герметизацию корпуса обвязки колонной клиньевой термостойкой. Опорное кольцо снабжено центральным выступающим фланцем и двумя посадочными коническими поверхностями, на которые установлены внутренний и внешний уплотнительные элементы. Два нажимных кольца расположены соосно и снабжены каждое зависимыми выступами, симметричными относительно центрального выступающего фланца на опорном кольце. Сдавливающее усилие на внутренний и внешний уплотнительные элементы каждого отдельного нажимного кольца регулируется независимо друг от друга фиксирующими средствами крепления.

Совокупность этих признаков обеспечивает достижение технического результата.

На основании вышеизложенного и проведенных патентных исследований можно сделать вывод, что нами не выявлены технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие со всеми отличительными признаками заявляемого технического решения.

Из этого следует, что техническое решение явным образом не следует из известного уровня техники, из чего можно сделать вывод, что группа изобретений отвечает критерию «изобретательский уровень».

Техническая сущность, конструкция и принцип действия обвязки колонной клиньевой термостойкой и уплотнительного узла поясняются нижеследующими чертежами:

Фигура 1 – обвязка колонная клиньевая термостойкая.

Фигура 2 – уплотнительный узел.

Фигура 3 – взаимное расположение нажимных колец и средств крепления.

Обвязка колонная клиньевая термостойкая состоит из корпуса 1, крышки 2, фланца адаптерного 3, подвески клиньевой 4, фланец глухой 12. Кольцевое металлическое уплотнение 5 установлено между фланцами корпуса 1 и крышки 2, которые стянуты шпильками с гайками 8,9, и обеспечивает герметизацию данного соединения.

Верхнее уплотнение 11 установлено между крышкой 2 и трубой эксплуатационной колонны и поджимается наружным кольцевым выступом грундбуксы 6, фиксированной шпильками и гайками 13, 14. По торцам верхнего уплотнения уложены антиэкструзионные профилированные металлические кольца 24. Уплотнительный узел 7 установлен над клиньевой подвеской 4. В сквозных отверстиях фланцев корпуса 1 и крышки 2 установлены нагнетательные и разгрузочные клапаны 22, 23.

Обвязка колонная клиньевая термостойкая работает следующим образом:

Обвязка колонная клиньевая термостойкая монтируется на устье скважины.

На боковых отводах корпуса 1 через кольцевые металлические уплотнения 10 устанавливают устройства для контроля и сброса давления или запорная арматура.

Конструктивно подвеска клиньевая 4 выполнена так, что могут свободно проходить через кольцевое сечение между обсадной колонной и противовыбросовым оборудованием. При перемещении обсадной колонны подвеска клиньевая 4 автоматически плотно охватывает и врезается в нее своими зубьями. С целью цементирования колонна может быть разгружена на подвеску клиньевую 4. При этом циркуляция осуществляется через боковые отводы обвязки колонной термостойкой.

Уплотнительный узел включает в себя опорное кольцо 16, внутренний уплотнительный элемент 17 и наружный уплотнительный элемент 18, средства крепления 19, нажимные кольца 20, 21. По торцам внутреннего уплотнительного элемента уложены антиэкструзионные профилированные металлические кольца 25.

Уплотнительный узел работает следующим образом:

За счет деформации внутреннего уплотнительного элемента 17 и внешнего уплотнительного элемента 18 в процессе предварительного поджатия при монтаже колонной обвязки на скважине уплотнение осуществляется со стороны эксплуатационной колонны и корпуса обвязки 1. Антиэкструзионные профилированные металлические кольца 25 препятствуют выдавливанию внутреннего уплотнительного элемента в зазор из уплотнительного узла при действии давления скважинной среды.

Конические кромки способствуют поджатию к уплотняемым поверхностям, обеспечивая эффект самоуплотнения.

За счет независимой регулировки сдавливающих усилий нажимных колец 20, 21 посредством средств крепления 19 осуществляется поджатие уплотнительных элементов с различным усилием в процессе эксплуатации. Появляется возможность герметизации устья скважины независимо от исполнительного размера трубы эксплуатационной колонны.

Изобретение относится к обвязке колонной клиньевой термостойкой. Техническим результатом является повышение термостойкости, исключение образования зазоров между уплотнительным элементом и трубой эксплуатационной колонны независимо от исполнительного размера последней, возможность устранения потери герметичности. Обвязка колонная клиньевая термостойкая включает корпус и крышку. Также включает клиньевую подвеску, сопряженную с внутренней конусной поверхностью корпуса. Также включает грундбуксу закрепленную болтами на торце крышки. Между торцами корпуса и крышки уложено кольцевое металлическое уплотнение. Также обвязка включает нагнетательные и разгрузочные клапаны, ввернутые в сквозные отверстия корпуса и крышки. Также включает верхнее уплотнение, установленное между трубой эксплуатационной колонны и крышкой. По торцам верхнего уплотнения со стороны трубы эксплуатационной колонны уложены антиэкструзионные профилированные металлические кольца. Наружный кольцевой выступ грундбуксы установлен на верхнее уплотнение. Уплотнительный узел, расположенный над клиновой подвеской, содержит внутренний и внешний уплотнительные элементы. Внутренний уплотнительный элемент находится в контакте с трубой эксплуатационной колонны. По торцам внутреннего уплотнительного элемента со стороны трубы эксплуатационной колонны уложены антиэкструзионные профилированные металлические кольца, препятствующие его выдавливанию в зазор из уплотнительного узла при действии давления скважинной среды. Внешний уплотнительный элемент находится в контакте с корпусом обвязки колонной клиньевой термостойкой. Опорное кольцо снабжено центральным выступающим фланцем и двумя посадочными коническими поверхностями, на которые установлены внутренний и внешний уплотнительные элементы. Два нажимных кольца расположены соосно, снабжены каждое зависимыми выступами, симметричными относительно центрального выступающего фланца на опорном кольце, находятся в зацеплении и независимо фиксированы средствами крепления. Кроме того, сдавливающее усилие на внутренний и внешний уплотнительные элементы каждого отдельного нажимного кольца регулируется независимо друг от друга фиксирующими средствами крепления. 3 ил.

Обвязка колонная клиньевая термостойкая, включающая цилиндрический корпус с внутренней конусной поверхностью, крышку, клиньевую подвеску, грундбуксу с осевым каналом, установленную на верхнем торце крышки, колонный фланец, кольцевые металлические уплотнения, антиэкструзионные профилированные металлические кольца по торцам верхнего уплотнения со стороны трубы эксплуатационной колонны, верхнее уплотнение, расположенное между трубой эксплуатационной колонны и крышкой, на которое установлен наружный кольцевой выступ грундбуксы, отличающаяся тем, что содержит нагнетательные и разгрузочные клапаны, ввернутые в сквозные отверстия во фланцах корпуса и крышки, уплотнительный узел обвязки колонной клиньевой термостойкой, расположенный над клиньевой подвеской, включающий внутренний и внешний уплотнительные элементы, установленные на опорное кольцо, при этом внутренний уплотнительный элемент находится в контакте с трубой эксплуатационной колонны, а внешний уплотнительный элемент находится в контакте с корпусом обвязки колонной клиньевой термостойкой, опорное кольцо, снабженное центральным выступающим фланцем и двумя посадочными коническими поверхностями, уплотнительные элементы выполнены из термостойкого материала и установлены с возможностью раздельной регулировки сдавливающих усилий посредством средств крепления, содержит антиэкструзионные профилированные металлические кольца, уложенные по торцам внутреннего уплотнительного элемента со стороны трубы эксплуатационной колонны, препятствующие его выдавливанию в зазор из уплотнительного узла при действии давления скважинной среды, два нажимных кольца, расположенных соосно, снабженных каждое зависимыми выступами, симметричными относительно центрального выступающего фланца на опорном кольце, находящихся в зацеплении и независимо фиксированных средствами крепления.