устройство (варианты) и способ для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны

Формула изобретения

1. Устройство для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, трубы или труб, содержащее корпус, поршневой узел, расположенный в корпусе, соединенный с обсадной колонной, трубой или трубами, содержащий верхний шток и нижний шток и способный подниматься посредством накачивания жидкости в корпус под поршневой узел, и по меньшей мере один опорный узел для поддержания поршневого узла.

2. Устройство по п.1, в котором поршневой узел содержит верхнюю поршневую секцию и нижнюю поршневую секцию.

3. Устройство по п.1, в котором корпус содержит верхний корпус и нижний корпус.

4. Устройство по п.1, в котором корпус содержит верхний уступ и нижний уступ.

5. Устройство по п.4, в котором поршневой узел способен перемещаться в диапазоне, ограниченном верхним уступом и нижним уступом.

6. Устройство по п.1, в котором опорный узел содержит опорную пластину, опорный поршень и опорный шток, соединяющий опорную пластину с опорным поршнем.

7. Устройство по п.6, в котором опорная пластина приспособлена устанавливаться для удерживания поршневого узла.

8. Устройство для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, трубы или труб, содержащее верхний корпус, нижний корпус, расположенный ниже верхнего корпуса, и поршневой узел, расположенный в верхнем корпусе и нижнем корпусе, соединенный с обсадной колонной, трубой или трубами, содержащий верхнюю поршневую секцию и нижнюю поршневую секцию, расположенную ниже верхней поршневой секции, и способный вертикально перемещаться посредством накачивания жидкости в нижний корпус под нижнюю поршневую секцию или верхний корпус над верхней поршневой секцией.

9. Устройство по п.8, которое дополнительно содержит по меньшей мере один опорный узел.

10. Устройство по п.9, в котором опорный узел содержит опорную пластину, опорный поршень и опорный шток, соединяющий опорную пластину с опорным поршнем.

11. Устройство по п.10, в котором опорная пластина приспособлена устанавливаться для удерживания поршневого узла.

12. Устройство по п.8, в котором корпус содержит верхний уступ и нижний уступ.

13. Устройство по п.12, в котором поршневой узел способен перемещаться в диапазоне, ограниченном верхним уступом и нижним уступом.

14. Устройство по п.8, в котором поршневой узел дополнительно содержит верхний шток и нижний шток.

15. Устройство для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, трубы или труб, содержащее корпус и поршневой узел, расположенный в корпусе, соединенный с обсадной колонной, трубой или трубами, содержащий верхнюю поршневую секцию и нижнюю поршневую секцию, расположенную ниже верхней поршневой секции, и способный подниматься посредством накачивания жидкости в корпус под поршневой узел, и по меньшей мере один опорный узел для поддержания поршневого узла.

16. Устройство по п.15, в котором корпус содержит верхний корпус и нижний корпус.

17. Устройство по п.15, в котором корпус содержит верхний уступ и нижний уступ.

18. Устройство по п.17, в котором поршневой узел способен перемещаться в диапазоне, ограниченном верхним уступом и нижним уступом.

19. Устройство по п.15, в котором поршневой узел дополнительно содержит верхний шток и нижний шток.

20. Устройство по п.15, в котором опорный узел содержит опорную пластину, опорный поршень и опорный шток, соединяющий опорную пластину с опорным поршнем.

21. Устройство по п.20, в котором опорная пластина приспособлена устанавливаться для удерживания поршневого узла.

22. Способ удерживания и перемещения обсадной колонны в стволе скважины, содержащий следующие операции: перемещение в камере поршневого узла, соединенного с обсадной колонной и содержащего верхнюю и нижнюю поршневые секции; удерживание поршневого узла опорными пластинами, способными взаимодействовать с поршневым узлом; манипулирование инструментом на нижнем конце обсадной колонны посредством действия поршневого узла.

23. Способ по п.22, в котором манипулирование инструментом на нижнем конце обсадной колонны выполняют посредством подъема поршневого узла.

24. Способ по п.22, в котором манипулирование инструментом на нижнем конце обсадной колонны выполняют посредством опускания поршневого узла.

25. Способ по п.23, содержащий накачивание жидкости в камеру, вызывающее подъем поршневого узла.

26. Способ по п.24, содержащий откачивание жидкости из камеры, вызывающее опускание поршневого узла.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к инструментам и агрегатам нефтяного промысла. В частности, изобретение относится к устройству и способу для удержания и перемещения концентрической обсадной колонны в ходе буровых операций.

Часто бывает полезно использовать вторую обсадную колонну, трубы или бурильную трубу внутри эксплуатационной обсадной колонны при бурении для добычи нефти, газа или воды. Часто внутреннюю колонну концентрических обсадных труб удерживают на поверхности земли, и бурильную колонну вводят внутрь внутренней обсадной колонны. В таком случае бурильной колонной можно манипулировать независимо от внутренней колонны обсадных труб. Кроме того, часто бывает необходимо вертикально перемещать внутреннюю обсадную колонну для обеспечения манипулирования инструментом, прикрепленным к нижнему концу внутренней обсадной колонны. Таким образом, устройство, удерживающее внутреннюю обсадную колонну на поверхности земли и способное перемещать внутреннюю обсадную колонну вдоль ее вертикальной оси, известно как подъемное устройство для обсадной колонны.

В рамках известного уровня техники часто обращались к предмету удерживания внутренней обсадной колонны или колонны труб внутри ствола скважины. Патент США №6019175 описывает устройство и способ манипулирования колонной труб внутри ствола скважины, обеспечивающие вертикальное перемещение колонны труб без удаления устья скважины. Однако этот патент не описывает способ или устройство для вертикального перемещения колонны труб для управления скважинными инструментами.

Патент США №6009941 описывает устройство для удерживания и вертикального перемещения скважинного инструмента или колонны труб. Однако этот патент описывает сложное устройство, которое трудно монтировать и использовать в полевых условиях. Даже при наличии данного патента существует необходимость в устройстве и способе удерживания и вертикального перемещения труб или обсадной колонны, которое просто монтировать и использовать.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание устройства и способа для удержания обсадной колонны, трубы или труб и их вертикального перемещения в ходе буровых операции, обеспечивающих простую установку и легкое использование устройства.

Этот технический результат достигается тем, что устройство для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, трубы или труб содержит корпус, поршневой узел, расположенный в корпусе, соединенный с обсадной колонной трубой или трубами и содержащий верхний шток и нижний шток, и по меньшей мере один опорный узел для поддержания поршневого узла, при этом обсадная колонна, труба или трубы способны подниматься посредством накачивания жидкости в корпус под поршневой узел.

Поршневой узел может содержать верхнюю поршневую секцию и нижнюю поршневую секцию.

Корпус может содержать верхний корпус и нижний корпус.

Корпус может содержать верхний уступ и нижний уступ.

Поршневой узел может быть способен перемещаться в диапазоне, ограниченном верхним уступом и нижним уступом.

Опорный узел может содержать опорную пластину, опорный поршень и опорный шток, соединяющий опорную пластину с опорным поршнем. Опорная пластина может быть приспособлена устанавливаться для удерживания поршневого узла.

В другом варианте выполнения устройство для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, трубы или труб содержит верхний корпус, нижний корпус, расположенный ниже верхнего корпуса, и поршневой узел, расположенный в верхнем корпусе и нижнем корпусе, соединенный с обсадной колонной, трубой или трубами и содержащий верхнюю поршневую секцию и нижнюю поршневую секцию, расположенную ниже верхней поршневой секции, при этом обсадная колонна, труба или трубы способны вертикально перемещаться посредством накачивания жидкости в нижний корпус под нижнюю поршневую секцию или верхний корпус над верхней поршневой секции.

Устройство может дополнительно содержать по меньшей мере один опорный узел.

Опорный узел может содержать опорную пластину, опорный поршень и опорный шток, соединяющий опорную пластину с опорным поршнем.

Опорная пластина может быть приспособлена устанавливаться для удерживания поршневого узла.

Корпус может содержать верхний уступ и нижний уступ.

Поршневой узел может быть способен перемещаться в диапазоне, ограниченном верхним уступом и нижним уступом.

Поршневой узел может дополнительно содержать верхний шток и нижний шток.

Согласно еще одному варианту устройство для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, трубы или труб содержит корпус и поршневой узел, расположенный в корпусе, соединенный с обсадной колонной, трубой или трубами и содержащий верхнюю поршневую секцию и нижнюю поршневую секцию, расположенную ниже верхней поршневой секции, и по меньшей мере один опорный узел для поддержания поршневого узла, при этом обсадная колонна, труба или трубы способны подниматься посредством накачивания жидкости в корпус под поршневой узел.

Корпус может содержать верхний корпус и нижний корпус.

Корпус может содержать верхний уступ и нижний уступ.

Поршневой узел может быть способным перемещаться в диапазоне, ограниченном верхним уступом и нижним уступом.

Поршневой узел может дополнительно содержать верхний шток и нижний шток.

Опорный узел может содержать опорную пластину, опорный поршень и опорный шток, соединяющий опорную пластину с опорным поршнем.

Опорная пластина может быть приспособлена устанавливаться для удерживания поршневого узла.

Указанный технический результат достигается и тем, что способ удержания и перемещения обсадной колонны в стволе скважины содержит следующие операции:

перемещение поршневого узла, размещенного в камере, соединенного с обсадной колонной и содержащего верхнюю и нижнюю поршневые секции;

удерживание поршневого узла опорными пластинами, способными взаимодействовать с поршневым узлом;

манипулирование инструментом на нижнем конце обсадной колонны посредством действия поршневого узла.

Манипулирование инструментом на нижнем конце обсадной колонны можно выполнять посредством подъема поршневого узла.

Манипулирование инструментом на нижнем конце обсадной колонны можно выполнять посредством опускания поршневого узла.

Способ может содержать накачивание жидкости в камеру, вызывающее подъем поршневого узла.

Способ может содержать откачивание жидкости из камеры, вызывающее опускание поршневого узла.

Далее приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

Фиг.1 изображает вид сечения устройства для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, выполненного по линии 1-1 на фиг.6, показывающий поршень в опущенном положении и опорные пластины в задвинутом положении;

фиг.2 изображает вид сечения устройства для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, показывающий поршень в поднятом положении и опорные пластины в выдвинутом положении;

фиг.3 изображает вид сечения устройства, выполненного по линии 3-3 на фиг.1, показывающий опорные пластины в задвинутом положении;

фиг.4 изображает вид сечения устройства, выполненного по линии 4-4 на фиг.2, показывающий опорные пластины в выдвинутом положении;

фиг.5 изображает перспективный вид сбоку с частичным вырезом устройства для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, показывающий поршень в поднятом положении и опорные пластины в выдвинутом положении;

фиг.6 изображает вид сбоку устройства для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны;

фиг.7 изображает вид спереди сбоку устройства для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны;

фиг.8 изображает сбоку устройство для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, последовательно соединенное с другим скважинным оборудованием и оборудованием, обеспечивающим безопасность работ, используемым в процессе бурения.

На фиг.1 показано сечение подъемного устройства 100 для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, состоящее из верхнего корпуса 102, нижнего корпуса 104 и поршневого узла 125. Верхний корпус 102 имеет верхний фланец 106 для разъемного соединения с барабаном для бурового каната, такого как барабан 12 для бурового каната (фиг.8). Болты 130 (не показаны) вставлены в болтовые отверстия 108 верхнего фланца и прикреплены гайками 132 (не показаны) для прикрепления верхнего фланца 106 к барабану 12 для бурового каната. Верхний корпус 102 соединен с нижним корпусом 104 посредством соединения главного фланца 110 верхнего корпуса с главным фланцем 114 нижнего корпуса путем вставки болтов 130 в болтовые отверстия 112 главного фланца верхнего корпуса и в болтовые отверстия 116 главного фланца нижнего корпуса и закрепления болтов 130 гайками 132. Между главным фланцем 110 верхнего корпуса и главным фланцем 114 нижнего корпуса установлен главный уплотнитель 154 для предотвращения утечки жидкости между главным фланцем 110 верхнего корпуса и главным фланцем 114 нижнего корпуса. Нижний корпус 104 соединен с устьем 16 скважины посредством вставки болтов 130 (не показаны) в болтовые отверстия 120 нижнего фланца 118 и крепления болтов 130 гайками 132 (не показаны).

Верхний корпус 102 имеет внутреннюю камеру 127 верхнего корпуса. Нижний корпус 104 имеет внутреннюю камеру 129 нижнего корпуса. Поршневой узел 125 скользит в вертикальном направлении внутри внутренней камеры 127. Поршневой узел 125 состоит из верхнего штока 122, верхней поршневой секции 124, нижней поршневой секции 126 и нижнего штока 128. Внешний диаметр верхней поршневой секции 124 и внешний диаметр нижней поршневой секции 126 приблизительно равны внутреннему диаметру верхнего корпуса 102. Поршневой узел 125 входит в непроницаемый контакт с внутренней камерой 127 верхнего корпуса благодаря уплотнителям 156 поршня таким образом, что рабочая жидкость не может проходить между поршневым узлом 125 и верхним корпусом 102. Внешний диаметр верхнего штока 122 приблизительно равен внутреннему диаметру верхнего фланца 106 и верхнего уступа 138. Верхний шток 122 входит в непроницаемый контакт с верхним уступом 138 благодаря уплотнителям 152 верхнего уступа, расположенным в верхнем уступе 138 для предотвращения утечки жидкости из верхнего корпуса 102. Внешний диаметр нижнего штока 128 приблизительно равен внутреннему диаметру нижнего фланца 118 и нижнего уступа 140. Нижний шток 128 входит в непроницаемый контакт с нижним уступом 140 благодаря уплотнителям 150 нижнего уступа, расположенным в нижнем уступе 140 для предотвращения утечки жидкости из нижнего корпуса 104.

Нижний шток 128 имеет скважинный конец 133 нижнего штока. Скважинный конец 133 нижнего штока имеет резьбу для жесткого соединения посредством вращения с обсадной колонной, трубами или бурильной трубой. Верхний шток 122 может свободно двигаться внутри барабана 12 для бурового каната (фиг.8). Верхний шток 122 и нижний шток 128 имеют унитарную конструкцию и совместно имеют центральный канал 131. Центральный канал 131 поршневого узла 125 обеспечивает прохождение жидкости сквозь подъемное устройство 100 для обсадной колонны. В некоторых вариантах применения центральный канал 131 поршневого узла 125 имеет достаточный диаметр, обеспечивающий прохождение бурильной колонны, имеющей бурильную трубу и буровое долото (не показаны), сквозь поршневой узел 125. Когда бурильная колонна проходит через центральный канал 131, бурильной колонной можно манипулировать независимо от подъемного устройства 100 для обсадной колонны. Когда поршневой узел 125 входит в контакт с нижним уступом 140 и нижним корпусом 104, движение поршневого узла 125 прекращается, и поршневой узел 125 находится в опущенном положении.

Как показано на фиг.2, поршневой узел 125 может подниматься посредством накачивания рабочей жидкости через отверстие 136 для жидкости (фиг.5) нижнего корпуса и в нижнюю полость под нижней поршневой секцией 126, которая ограничена нижним корпусом 104, верхним корпусом 102 и нижней поршневой секцией 126. Одновременно рабочая жидкость откачивается из верхней полости над верхней поршневой секцией 124, которая ограничена верхним корпусом 102 и верхней поршневой секцией 124, через отверстие 134 для жидкости (фиг.5) верхнего корпуса. Введение рабочей жидкости в нижнюю полость под нижней поршневой секцией 126 и удаление жидкости из верхней полости над верхней поршневой секцией 124 вызывает подъем поршневого узла 125. Когда поршневой узел 125 поднимается на достаточную высоту для вхождения верхней поршневой секции 124 в контакт с верхним уступом 138, движение поршневого узла 125 прекращается, и поршневой узел 125 находится в поднятом положении. Процесс накачивания рабочей жидкости под нижнюю поршневую секцию 126 и удаления рабочей жидкости над верхней поршневой секцией 124 может реверсироваться для опускания поршневого узла 125 назад, в опущенное положение.

К противоположным сторонам верхнего корпуса 102 прикреплены два идентичных опорных узла 200. Каждый опорный узел 200 содержит опорный корпус 202, который соединен с верхним корпусом 102 как унитарная конструкция. К наружному концу каждого опорного корпуса 202 неподвижно прикреплены корпус 206 опорного поршня и крышка 216 опорного корпуса. Опорный поршень 210 скользит внутри выемки 211 для опорного поршня. Рабочую жидкость закачивают в первое отверстие 212 для жидкости (фиг.3) и откачивают через второе отверстие 214 для жидкости (фиг.3) для перемещения опорного поршня 210 в направлении поршневого узла 125 и в выдвинутое положение. Процесс закачивания рабочей жидкости в первое отверстие 212 для жидкости и откачивания через второе отверстие 214 для жидкости может реверсироваться для перемещения опорного поршня 210 от поршневого узла 125 и в задвинутое положение. Опорный поршень 210 соединен с опорной пластиной 204 штоком 208 опорного поршня. Опорная пластина 204 скользит внутри опорного корпуса 202 вдоль него и располагается либо в задвинутом положении, либо в выдвинутом положении в зависимости от положения опорного поршня 210. Когда поршневой узел 125 находится в поднятом положении, опорная пластина 204 может двигаться в выдвинутое положение и вставляться между верхней поршневой секцией 124 и нижней поршневой секцией 126. В выдвинутом положении опорная пластина 204 удерживает вес поршневого узла 125 и обсадной колонны, труб, бурильной трубы или инструментов, прикрепленных к нижнему штоку 128. Кроме того, когда опорная пластина 204 удерживает поршневой узел 125, нет необходимости поддерживать давление рабочей жидкости в полости под нижней поршневой секцией 126 для поддержания поршневого узла 125 в поднятом положении.

На фиг.3 показан вид сечения устройства 100, выполненного по линии 3-3 на фиг.1, показывающий опорные пластины 204 в задвинутом положении.

На фиг.4 изображен вид сечения устройства 100, выполненного по линии 4-4 на фиг.2, показывающий опорные пластины 204 в выдвинутом положении.

На фиг.5 изображен перспективный вид сбоку с частичным вырезом устройства 100, показывающий поршневой узел 125 в поднятом положении и опорной пластиной 204 в выдвинутом положении между верхней поршневой секцией 124 и нижней поршневой секцией 126.

На фиг.6 изображен вид сбоку устройства 100.

На фиг.7 изображен вид спереди подъемного устройства 100.

На фиг.8 изображено устройство 100 для удержания и вертикального перемещения обсадной колонны, соединенное последовательно с другим скважинным оборудованием и оборудованием, обеспечивающим безопасность работ, используемым в процессе бурения. Устройство 100 прикреплено к устью 16 скважины и к барабану 12 для бурового каната. Устройство 100 должно быть прикреплено между устьем 16 скважины и другим оборудованием, обычно прикрепляемым к устью 16 скважины, таким образом, чтобы устройство 100 не мешало работе другого оборудования. Кроме того, барабан для бурового каната, такой как барабан 12 для бурового каната, должен быть прикреплен непосредственно над устройством 100 для образования зазора для движения концентрической обсадной колонны вверх и вниз внутри устройства 100 и барабана 12 для бурового каната. В предпочтительном варианте осуществления изобретения диапазон движения вверх и вниз концентрической обсадной колонны внутри подъемного устройства для обсадной колонны составляет приблизительно 5,5 дюйма. Примерами другого оборудования, установленного на устье 16 скважины над подъемным устройством 100 для концентрической обсадной колонны, являются универсальный противовыбросовый превентор 10, трубная плашка 11, клапаны 13, глухая плашка 15, трехходовая труба 17 и труба 18.