Оборудование устья скважины
Область использования: в горной промышленности для обвязки верхних концов двух смежных обсадных колонн, выступающих над устьем скважины, с целью подвески, герметизации межтрубного пространства между ними и контроля давления в межтрубном пространстве в процессе бурения и эксплуатации скважин. Технический результат: повышение надежности, экономия времени при монтаже, упрощение конструкции оборудования, снижение технологичности, усиление герметизации межтрубного пространства. Сущность: оборудование содержит цилиндрический фланцевый корпус с внутренним посадочным конусом и боковыми отводами с установленными в них патрубками, и крышку с внутренним кольцевым выступом в верхней части и с осевым каналом и конусной поверхностью. В полости между корпусом и эксплуатационной колонной размещены опора, установленная наружным посадочным конусом на внутреннем посадочном конусе корпуса, нижняя манжета и толкатель. Толкатель выполнен с кольцевым выступом для сопряжения с кольцевым пазом нижней манжеты. Опора выполнена с кольцевым пазом на верхней поверхности. В полости между крышкой и муфтой, соединяющей колонный фланец и эксплуатационную колонну, над толкателем размещены прижим, верхняя манжета с наружной конусной поверхностью, сопрягаемой с конусной поверхностью осевого канала крышки, и нажимное кольцо. В кольцевых канавках, имеющихся в сопрягаемых поверхностях корпуса и крышки, уложено кольцевое металлическое уплотнение. Шпильки с гайками вставлены в отверстия, равномерно расположенные по окружности во фланце корпуса и в крышке.
Полезная модель относится к горной промышленности и может быть применена для обвязки верхних концов двух смежных обсадных колонн, выступающих над устьем скважины, с целью подвески, герметизации межтрубного пространства между ними и контроля давления в межтрубном пространстве.
Известна колонная головка (см. Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти. Учебник для вузов. М. Недра, 1983, с.280). Эта колонная головка содержит фланцевый цилиндрический корпус с внутренним конусным выступом и боковыми отверстиями с установленными в них патрубками, крышку с центральным осевым каналом, шпильки с гайками вставленные в отверстия, равномерно расположенные по окружности фланца корпуса и крышки, уплотнительные элементы.
В данной конструкции недостаточно надежны уплотнительные элементы, вследствие чего возможна разгерметизация межтрубного пространства при повреждениях внутренней конусной поверхности корпуса в процессе бурения при спуско-подъемных операциях бурильной колонны. К недостаткам также относится необходимость демонтажа фонтанной арматуры, расположенной поверх колонной головки, с целью устранения полученных повреждений, что снижает ремонтопригодность конструкции в целом.
Известна колонная головка (см. патент RU 2348791 С2, МПК Е21В 33/03, опубл. 10.03.2009), выбранная в качестве наиболее близкого аналога. Колонная головка содержит цилиндрический фланцевый корпус с внутренней конусной поверхностью и боковыми отверстиями с установленными в них патрубками. Внутри корпуса установлен переводник, выполненный в средней части с наружным кольцевым выступом, под которым размещена нижняя эластичная манжета, и ступенью, под которой размещен центратор, часть наружной поверхности которого выполнена конусной для сопряжения с внутренней конусной поверхностью корпуса. Сверху корпуса устанавливается крышка, имеющая центральный осевой канал с конусной поверхностью и кольцевой выступ в верхней части, под которым последовательно размещены нажимное кольцо, верхняя эластичная манжета, сопряженная наружной конусной поверхностью с конусной поверхностью крышки, и опорное кольцо. В сопрягаемых поверхностях фланца корпуса и крышки выполнены канавки для установки кольцевого металлического уплотнения. В отверстия, равномерно расположенные по окружности фланца корпуса и крышки, вставлены шпильки с гайками.
Такая колонная головка обеспечивает высокую степень герметизации межтрубного пространства между кондуктором и эксплуатационной колонной. Однако применяемый в этой конструкции переводник является деталью, несущей основную нагрузку от веса эксплуатационной колонны. Переводник металлоемок и сложен технологически в изготовлении (требует термообработки, ультразвуковой диагностики, контроля резьб). Кроме того, данная конструкция колонной головки не исчерпывает возможностей дальнейшего повышения герметизации межтрубного пространства.
Техническим результатом предложенной полезной модели является повышение надежности, экономия времени при монтаже, упрощение конструкции оборудования, улучшение технологичности конструкции, усиление герметизации межтрубного пространства.
Указанный технический результат достигается использованием совокупности признаков, общих с признаками прототипа, таких как: цилиндрический фланцевый корпус с патрубками в боковых отводах и с внутренним посадочным конусом; крышка, выполненная с осевым каналом, конусной поверхностью и внутренним кольцевым выступом в верхней ее части, под которым последовательно размещены нажимное кольцо, верхняя манжета, сопряженная наружной конусной поверхностью с конусной поверхностью осевого канала крышки, и прижим; установленные в корпусе нижняя манжета и опора с наружным посадочным конусом для сопряжения с внутренним посадочным конусом корпуса; кольцевое металлическое уплотнение, уложенное в кольцевых канавках, имеющихся в сопрягаемых поверхностях корпуса и крышки; шпильки с гайками, вставленные в отверстия, равномерно расположенные по окружности фланца корпуса и крышки,
и отличительных от прототипа признаков, таких как:
размещение опоры и нижней манжеты в полости между корпусом и эксплуатационной колонной; размещение прижима, верхней манжеты и нажимного кольца в полости между крышкой и муфтой, соединяющей эксплуатационную колонну и колонный фланец; размещение над нижней манжетой толкателя, который в смонтированной сборке оборудования сопрягается верхней поверхностью с прижимом и торцом муфты; выполнение на нижней поверхности толкателя кольцевого выступа для сопряжения его с кольцевым пазом, имеющемся в нижней манжете; выполнение кольцевого паза на верхней поверхности опоры.
Размещением нижнего комбинированного уплотнения (опоры, нижней эластичной манжеты и толкателя) в полости между корпусом и эксплуатационной колонной, а верхнего комбинированного уплотнения (прижима, верхней эластичной манжеты и нажимного кольца) в полости между крышкой и стандартной соединительной муфтой достигаются следующие преимущества: отпадает необходимость в использовании переводника как такового, что повышает надежность работы оборудования, снижает металлоемкость и улучшает технологичность конструкции; исключаются вмешательство в эксплуатационную колонну, которая в предложенной конструкции стандартно вворачивается в соединительную муфту без применения переводника, и лишние резьбовые соединения (переводник - соединительная муфта эксплуатационной колонны), что существенно повышает надежность работы оборудования и экономит время при монтаже.
Применяемый в предложенной конструкции толкатель, который незначителен по размерам и прост в изготовлении, выполняет в совокупности со стандартной соединительной муфтой те же функции, что и сложный, металлоемкий переводник в колонной головке по прототипу.
Выполнение кольцевого выступа на нижнем торце толкателя и кольцевых пазов на верхних торцах опоры и нижней манжеты обеспечивает усиление герметизации межтрубного пространства.
Предложенная полезная модель поясняется чертежом.
Оборудование устья скважины в сборе содержит цилиндрический фланцевый корпус 1, в боковых отводах которого установлены патрубки 2 и 3, предназначенные, соответственно, для проведения технологических операций с помощью крана (не показан) и для контроля давления в межколонном пространстве с помощью манометра (не показан). На фланцевой поверхности корпуса 1 установлена крышка 4 с внутренним кольцевым выступом в верхней части, под которым выполнен осевой канал с конусной поверхностью. В полости между крышкой 4 и соединительной муфтой 5 эксплуатационной колонны 6 последовательно сверху вниз размещены нажимное кольцо 7, верхняя манжета 8, выполненная из эластичного материала и имеющая наружную конусную поверхность, и прижим 9. В полости между корпусом 1 и верхней (последней) трубой эксплуатационной колонны 6 последовательно сверху вниз размещены толкатель 10, имеющий на нижнем торце кольцевой выступ, нижняя манжета 11, выполненная из эластичного материала и имеющая на верхнем торце кольцевой паз, и опора 12, имеющая на верхнем торце кольцевой паз. Опора 12 выполнена с наружным посадочным конусом, которым установлена на внутреннем посадочном конусе корпуса 1. В опоре 12 имеется радиальное резьбовое отверстие, в котором установлен стопорный винт 13. В кольцевых канавках торцевых сопрягаемых поверхностей корпуса 1 и крышки 4 уложено кольцевое металлическое уплотнение 14. Шпильки 15 с гайками 16 вставлены в отверстия, которые равномерно расположены по окружности фланца корпуса 1 и крышки 4.
Предложенное оборудование устья скважины работает следующим образом.
Корпус 1 посредством резьбового соединения вворачивают в кондуктор 17 и производят бурильные работы.
После окончания бурильных работ производят дальнейший монтаж оборудования. На верхнюю (последнюю) трубу эксплуатационной колонны 6 последовательно устанавливают толкатель 10, нижнюю манжету 11 и опору 12. Подводят данную сборку к муфте 5 и фиксируют с помощью стопорного винта 13. Под действием веса эксплуатационной колонны 6 муфта 5 упирается нижним торцом в толкатель 10, в результате чего эластичная нижняя манжета 12 упруго деформируется, плотно заполняя полость между корпусом 1 и эксплуатационной колонной 6, а посадочные конусы опоры 12 и корпуса 1 плотно сопрягаются, герметизируя межколонное пространство.
В муфту 5 эксплуатационной колонны 6 вворачивают предохранитель (не показан) и продолжают бурение под хвостовик.
По окончании бурения на муфту 5 поверх толкателя 10 последовательно устанавливают прижим 9, верхнюю манжету 8, нажимное кольцо 7. В кольцевую канавку, имеющуюся на фланцевой поверхности корпуса 1, укладывают уплотнительное металлическое кольцо 14 и затем ставят крышку 4. После установки шпилек 15 в отверстия, выполненные во фланце корпуса 1 и в крышке 4, и затяжки гаек 16 происходят вторичная герметизация межтрубного пространства вследствие упругой деформации верхней манжеты 8 и плотного сопряжения прижима 9 и толкателя 10 и герметизация фланцевого соединения корпуса 1 и крышки 4 посредством кольцевого металлического уплотнения 14.
Монтаж предложенного оборудования завершают вворачиванием в муфту 5 эксплуатационной колонны 6 колонного фланца 18.
Оборудование устья скважины, содержащее цилиндрический фланцевый корпус, выполненный с внутренним посадочным конусом и боковыми отводами для установки патрубков, опору, установленную наружным посадочным конусом на внутреннем посадочном конусе корпуса, и нижнюю манжету, установленную над опорой, прижим, верхнюю манжету с наружной конусной поверхностью и нажимное кольцо, последовательно установленные вдоль осевого канала крышки, выполненной с внутренней конусной поверхностью и внутренним кольцевым выступом в верхней части, кольцевое металлическое уплотнение, уложенное в кольцевых канавках сопрягаемых поверхностей фланца корпуса и крышки, и шпильки с гайками, вставленные в отверстия, равномерно расположенные по окружности во фланце корпуса и в крышке, отличающееся тем, что опора и нижняя манжета размещены в полости между корпусом и эксплуатационной колонной, прижим, верхняя манжета и нажимное кольцо размещены в полости между крышкой и муфтой, соединяющей эксплуатационную колонну и колонный фланец, над нижней манжетой размещен толкатель, который установлен для сопряжения верхней поверхностью с прижимом и торцом муфты, а на нижней поверхности имеет кольцевой выступ для сопряжения с кольцевым пазом нижней манжеты, при этом на верхней поверхности опоры выполнен кольцевой паз.
