Патент на изобретение №2258126

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВЕСКИ И ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПОТАЙНОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при сооружении гидрогеологических скважин, а также при креплении интервалов водозаборных скважин потайными обсадными колоннами ниже первичных обсадных колонн. Устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны состоит из оголовника потайной и распорного механизма первичной обсадных колонн, пакерующих элементов, пружинных разрезных колец и переводника. Внешняя поверхность оголовника потайной обсадной колонны выполнена цилиндрической в верхней части и имеет левую резьбу с крупным шагом и конической, обращенной к забою скважины в нижней части. Точка пересечения образующих конической поверхности нижней части лежит на оси скважины. Распорный механизм первичной обсадной колонны выполнен в виде башмака, внутренняя поверхность которого выполнена с двумя коническими поверхностями, вершины которых обращены в разные стороны. Соприкасающиеся поверхности оголовника потайной и башмака первичной обсадных колонн имеют конусность 8-10°. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства и технологии подвески и герметизации, повышение надежности его работы и снижение материальных затрат. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при сооружении гидрогеологических скважин, а также при креплении интервалов водозаборных скважин потайными обсадными колоннами ниже первичных обсадных колонн.

Известно устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны, включающее корпус с уплотнительным элементом на наружной поверхности, расположенную под уплотнительным элементом опорную втулку, связанную срезным элементом с корпусом, и установленный под опорной втулкой узел подвески в виде кожуха с конической расточкой в верхней части, образующего с корпусом кольцевую полость, и установленного в ней кольцевого поршня и клиновидных плашек, связанных с ним упругими цанговыми консолями [1].

Недостатком описанного устройства является ненадежное крепление подвески потайной колонны и низкая надежность работы устройства в целом.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для подвески и герметизации потайной колонны, состоящее из оголовника потайной и распорного механизма первичной обсадных колонн, пакерующих элементов, пружинных разрезных колец и переводника. Распорный механизм выполнен в виде плашечно-поршневого узла, соединенного цангой с клиновидными плашками, и уплотнительно-нажимного узла со шлицевым соединением в виде вала [2].

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции из-за наличия нескольких узлов, связанных срезными элементами и приводимых в действие давлением промывочной жидкости с различными строго регламентированными параметрами, сложность технологии подвески и герметизации.

Необходимо отметить и то обстоятельство, что вышеописанные конструкции устройств для подвески и герметизации потайной колонны, состоящие из большого количества элементов, сложны в изготовлении, требуют высокой точности и специального оборудования, которое имеется только на специализированных заводах, что в конечном итоге значительно удорожает их стоимость и может быть оправдано при проходке глубоких нефтяных скважин с высокой стоимостью метра бурения. В условиях водозаборных скважин небольшой глубины применение таких устройств нецелесообразно.

Техническим эффектом, ожидаемым от реализации настоящего изобретения, является упрощение конструкции устройства и технологии подвески и герметизации, повышение надежности его работы и снижение материальных затрат.

Указанный технический эффект достигается тем, что в устройстве для подвески и герметизации потайной обсадной колонны, состоящем из оголовника потайной и распорного механизма первичной обсадных колонн, пакерующих элементов, пружинных разрезных колец и переводника, внешняя поверхность оголовника потайной обсадной колонны выполнена цилиндрической в верхней части и имеет левую резьбу с крупным шагом и конической, обращенной к забою скважины в нижней части, при этом точка пересечения образующих конической поверхности нижней части лежит на оси скважины, а распорный механизм первичной обсадной колонны выполнен в виде башмака, внутренняя поверхность которого выполнена с двумя коническими поверхностями, вершины которых обращены в разные стороны, при этом соприкасающиеся поверхности оголовника потайной и башмака первичной обсадных колонн имеют конусность 8-10°.

Указанный технический эффект достигается и тем, что на соприкасающейся с конической поверхностью оголовника потайной обсадной колонны внутренней поверхности башмака первичной колонны выполнены по крайней мере один шлицевой паз и кольцевая проточка с установленным в ней подпружиненным разрезным кольцом, а также тем, что на цилиндрической части оголовника потайной колонны имеется кольцевая проточка под уплотнительные элементы, а на конической поверхности – кольцевая проточка под пружинное разрезное кольцо, причем в нижней части конической поверхности имеется по крайней мере один паз для установки в нем фиксирующего элемента, и еще тем, что в кольцевой проточке на потайной обсадной колонне установлено пружинное разрезное кольцо для установки фиксирующего элемента в рабочее положение.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен разрез устройства перед производством операции по подвеске и герметизации потайной колонны, на фиг.2 изображен разрез устройства по А-А в транспортном положении, на фиг.3 изображен продольный разрез устройства в рабочем положении, на фиг.4 изображен разрез устройства по Б-Б в рабочем положении.

Устройство для подвески и герметизации потайной колонны (см. фиг.1) состоит из оголовника 1, потайной колонны 2, жестко соединенных между собой резьбой. Оголовник 1 с переводником 3 соединен левой замковой резьбой с крупным шагом 4. Внешняя поверхность верхней части оголовника 1 выполнена цилиндрической. На цилиндрической поверхности оголовника 1 выполнена кольцевая проточка 5, в которой размещены уплотнительные элементы 6. Внешняя поверхность нижней части оголовника 1, обращенная к забою скважины, выполнена конической. Точка пересечения образующих конической поверхности лежит на оси скважины. На конической поверхности оголовника 1 выполнена кольцевая проточка 7 под пружинное разрезное кольцо 8. В нижней части конической поверхности оголовника 1 профрезерован паз, в котором на оси 9 смонтирован фиксатор 10, который опирается на пружинное разрезное кольцо 11, размещенное в кольцевой проточке на потайной колонне 2. Распорный механизм выполнен в виде башмака 12, который жестко соединен с первичной колонной 13. Внутренняя поверхность башмака 12 первичной обсадной колонны выполнена с двумя коническими поверхностями, вершины которых обращены в разные стороны. Соприкасающиеся поверхности оголовника 1 потайной и башмака 12 первичной обсадных колонн имеют конусность 8-10°.

Конусность соприкасающихся поверхностей определена опытным путем. При угле конусности менее 8° на ограниченном линейном расстоянии, на которое опускается потайная колонна 2, пружинное разрезное кольцо 8 не совмещается с кольцевой проточкой 14 на башмаке 12 первичной колонны. Из-за этого отсутствует деформация уплотнительных элементов 6, а следовательно, и герметизация оголовника 1 с башмаком 12 будет недостаточной.

Увеличение угла конусности более 10° влечет за собой увеличение поперечных размеров башмака 12 и уменьшение его проходного сечения. В результате чего возникнет необходимость ведения дальнейшего бурения породоразрушающим инструментом заниженного диаметра и спускания потайной колонны тоже уменьшенного диаметра, что нежелательно, т.к. это отрицательно скажется на дебите скважины.

В средней части верхней конической поверхности башмака 12, имеющей конусность аналогичную конусности нижней части оголовника 1, выполнена кольцевая проточка 14 и по крайней мере один шлицевой паз 15. Нижняя часть башмака 12 выполнена конусной с вершиной, лежащей на оси скважины и направленной к ее устью. Из фиг.2 видно, что при несовпадении фиксатора 10 со шлицевым пазом 15 пружинное кольцо находится в сжатом состоянии, а фиксатор 10 упирается в коническую поверхность башмака. Переводник 3 жестко сопряжен с бурильной колонной 16 при помощи правой стандартной замковой резьбы. Оголовник 1 с переводником 3 связан срезным элементом 17.

Устройство работает следующим образом: перед спуском в скважину первичной колонны 13 на ее нижнем конце монтируется башмак 12 с двумя коническими поверхностями, верхняя из которых помимо основного своего назначении удерживать и герметизировать потайную колонну способствует беспрепятственному прохождению породоразрушающего инструмента при спуске его на забой скважины для бурения ниже башмака первичной колонны. Нижняя коническая поверхность башмака 12 также служит для свободного прохода породоразрушающего инструмента, но при подъеме бурового снаряда.

Перед спуском потайной колонны 2 на ее верхнем конце монтируется оголовник 1, в кольцевой проточке 5 которого, расположенной на цилиндрической поверхности, устанавливают уплотнительные элементы 6, а на конической поверхности – пружинное разрезное кольцо 8 в кольцевой проточке 7. В оголовник 1 заворачивают переводник 3 с левой резьбой с крупным шагом 4 и фиксируют от возможного самопроизвольного разворота их при спуске потайной колонны в скважину срезным элементом 17, выполненным в виде штифта. Переводник 3 сочленен с бурильной колонной 16 при помощи правой стандартной замковой резьбы.

Потайная колонна 2 опускается в скважину до упора верхней грани кольцевой проточки 5 в башмак 12, у которого внутренний диаметр основания конической поверхности несколько меньше диаметра цилиндрической части оголовника 1. При таком положении оголовника уплотнительные элементы 6 входят в коническую поверхность башмака и, деформируясь, герметизируют оголовник 1 с башмаком 12. Кроме того, плотное сочленение конических поверхностей оголовника 1 и башмака 12 тоже способствует их герметизации. В таком положении устройства (см. фиг.3) пружинное разрезное кольцо 8 сопрягается с кольцевой проточкой 14 на конической поверхности башмака 12 и, распрямляясь, удерживает оголовник 1 и потайную 2 колонну от возможного перемещения в вертикальном направлении.

Далее, если фиксатор 10 оказался не напротив шлицевого паза 15 на конической поверхности башмака (см. фиг.2), производят медленное вращение бурильной колонны вправо до совмещения фиксатора 10 со шлицевым пазом 12. При их совмещении фиксатор 10 выталкивается пружинным разрезным кольцом 11, находящимся в кольцевой проточке потайной колонны 2, в шлицевой паз 15. После этого вращение бурильной колонны прекращают. На этом подвеска и герметизация потайной колонны с башмаком первичной колонны завершается.

Для освобождения переводника 3 от оголовника 1 производится вращение бурильной колонны 16 вправо и при определенной нагрузке срезается штифт 17.

Прочность штифта 17 на срез выбирается значительно меньшей, чем прочность узла фиксации. При дальнейшем вращении вправо бурильная колонна 16 легко отсоединяется от оголовника 1 и поднимается на устье скважины.

Таким образом, техническое решение подвески и герметизации потайной колонны по описанному выше изобретению обладает следующими преимуществами перед известными:

1. Максимально упрощена конструкция при достаточной надежности подвески и герметизации затрубного пространства между потайной и первичной обсадными колоннами.

2. Упрощена технология установки и привода в рабочее положение устройства.

3. Отсутствие сложных конструктивных элементов не требует необходимости изготовления их на специализированных промышленных предприятиях и дает возможность производства их в небольших механических мастерских, что значительно снижает стоимость производства данных работ на скважине.

Источники информации

1. Патент РФ №21740630, кл. Е 21 В 33/14, 33/12 от 21.09.1992 г.

2. Патент РФ №22206713, кл. Е 21 В 33/14, 17/06 от 11.07.2003 г.

Формула изобретения

1. Устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны, состоящее из оголовника потайной и распорного механизма первичной обсадных колонн, пакерующих элементов, пружинных разрезных колец и переводника, отличающееся тем, что внешняя поверхность оголовника потайной обсадной колонны выполнена цилиндрической в верхней части и имеет левую резьбу с крупным шагом и конической, обращенной к забою скважины, в нижней части, при этом точка пересечения образующих конической поверхности нижней части лежит на оси скважины, а распорный механизм первичной обсадной колонны выполнен в виде башмака, внутренняя поверхность которого имеет две конические поверхности, вершины которых обращены в разные стороны, причем соприкасающиеся поверхности оголовника потайной и башмака первичной обсадных колонн имеют конусность 8-10°.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на соприкасающейся с конической поверхностью оголовника потайной обсадной колонны внутренней поверхности башмака первичной колонны выполнены по крайней мере один шлицевой паз и кольцевая проточка с установленным в ней подпружиненным разрезным кольцом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на цилиндрической части оголовника потайной колонны имеется кольцевая проточка под уплотнительные элементы, а на конической поверхности – кольцевая проточка под пружинное разрезное кольцо, причем в нижней части конической поверхности имеется по крайней мере один паз для установки в нем фиксирующего элемента.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в кольцевой проточке на потайной обсадной колонне установлено пружинное разрезное кольцо для установки фиксирующего элемента в рабочее положение.

РИСУНКИ