устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине

Формула изобретения

Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус, выполненный ступенчатым по диаметру, транспортировочную колонну для спуска хвостовика, связанную с корпусом, воронку снаружи корпуса, связанную с хвостовиком, грузонесущие упоры, связывающие корпус с воронкой, дифференциальную втулку, связанную с корпусом срезным элементом, по меньшей мере одним, фиксирующую грузонесущие упоры в их рабочем положении и имеющую возможность осевого перемещения под действием гидравлического давления в транспортировочной колонне для разъединения корпуса с транспортировочной колонной от воронки с хвостовиком, отличающееся тем, что оно снабжено стволом, помещенным в корпусе и служащим для связи транспортировочной колонны с корпусом, который против верхней его ступени большего диаметра образует со стволом кольцевую полость, где помещена дифференциальная втулка, имеющая возможность свободного перемещения в скважинное пространство по стволу, при этом воронка выполнена ступенчатой, ответной ступеням корпуса и образует с нижней ступенью корпуса промежуточную полость, где помещена втулка, связанная с воронкой и выполненная с торцевыми пазами, под которые участок перехода ступенчатого корпуса с одного диаметра на другой выполнен с ответными торцевыми пазами, а хвостовик имеет переводник с внутренней кольцевой расточкой, связанный с нижней ступенью воронки меньшего диаметра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к креплению скважин хвостовиками обсадных колонн.

Известно устройство для установки хвостовика обсадной колонны, включающее средство подвески хвостовика, муфта и ниппель которого связаны друг с другом при помощи кулачков, имеющее возможность разъединения подвески от хвостовика [1].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и необходимость его разгрузки на забой скважины при его отсоединении от транспортировочной колонны.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее ступенчатый корпус, транспортировочную колонну для спуска хвостовика, связанную с корпусом, воронку снаружи корпуса, связанную с хвостовиком, грузонесущие упоры, связывающие корпус с воронкой, дифференциальную втулку, связанную с корпусом срезным элементом, по меньшей мере одним, фиксирующую грузонесущие упоры в их рабочем положении и имеющую возможность осевого перемещения под действием гидравлического давления в транспортировочной колонне для разъединения корпуса с транспортировочной колонной от воронки с хвостовиком [2].

Недостатками наиболее близкого аналога являются:

- вероятность разрушения срезного элемента, связывающего дифференциальную втулку с корпусом в процессе транспортировки, монтажа и спуска хвостовика в скважину. Как показала практика промыслового применения подобных устройств, выступающая из воронки часть дифференциальной втулки, зафиксированная на корпусе срезным элементом, часто подвергается механическим воздействиям, в том числе и ударам ключа при монтаже устройства. Это приводит к деформации дифференциальной втулки и срезного элемента, а в конечном итоге к несрабатыванию устройства в скважине. Кроме того, кольцевая полость, в которой помещена дифференциальная втулка, склонна к засорению, что также затрудняет срабатывание устройства при создании заданного давления;

- сложность конструкции, что требует заводской сборки, и большие затраты на изготовление устройства. Сложность устройства, в частности, обусловлена узлом передачи вращения от транспортировочной колонны с корпусом воронке с хвостовиком, предполагающим выполнение шлицов;

- в случае невозможности отсоединения транспортировочной колонны с корпусом от воронки с хвостовиком (например, из-за ее негерметичности гидравлической системы), эту операцию осуществляют механически - путем отворачивания транспортировочной колонны. При этом воронку извлекают из скважины вместе с транспортировочной колонной. В результате исключается возможность установки и фиксации дополнительного оборудования, например пакера, что существенно ограничивает область применения устройства.

Техническим результатом изобретения является устранение отмеченных недостатков наиболее близкого аналога, упрощение конструкции устройства, повышение надежности его работы и расширение области применения.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине включает корпус, выполненный ступенчатым по диаметру, транспортировочную колонну для спуска хвостовика, связанную с корпусом, воронку снаружи корпуса, связанную с хвостовиком, грузонесущие упоры, связывающие корпус с воронкой, дифференциальную втулку, связанную с корпусом срезным элементом, по меньшей мере одним, фиксирующую грузонесущие упоры в их рабочем положении и имеющую возможность осевого перемещения под действием гидравлического давления в транспортировочной колонне для разъединения корпуса с транспортировочной колонной от воронки с хвостовиком. Согласно изобретению устройство снабжено стволом, помещенным в корпусе и служащим для связи транспортировочной колонны с корпусом, который против верхней ступени большего диаметра образует со стволом кольцевую полость, где помещена дифференциальная втулка, имеющая возможность свободного перемещения в скважинное пространство по стволу, при этом воронка выполнена ступенчатой, ответной ступеням корпуса и образует с нижней ступенью корпуса промежуточную полость, где помещена втулка, связанная с воронкой и выполненная с торцевыми пазами, под которые участок перехода ступенчатого корпуса с одного диаметра на другой выполнен с ответными торцевыми пазами, а хвостовик имеет переводник с внутренней кольцевой расточкой, связанный с нижней ступенью воронки меньшего диаметра.

Изобретение поясняется графическим изображением (см. чертеж)

Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине включает корпус 1, выполненный ступенчатым по диаметру, транспортировочную колонну 2 для спуска хвостовика (условно не показан), связанную с корпусом 1, воронку 3 снаружи корпуса 1, связанную с хвостовиком, грузонесущие упоры 4, связывающие корпус 1 с воронкой 3, дифференциальную втулку 5, связанную с корпусом 1 срезным элементом 6, по меньшей мере одним, фиксирующую грузонесущие упоры 4 в их рабочем положении и имеющую возможность осевого перемещения под действием гидравлического давления в транспортировочной колонне 2 для разъединения корпуса 1 с транспортировочной колонной 2 от воронки 3 с хвостовиком. При этом устройство снабжено стволом 7, помещенным в корпусе 1 и служащим для связи транспортировочной колонны 2 с корпусом 1. Этот корпус против верхней ступени большего диаметра образует со стволом 7 кольцевую полость, где помещена дифференциальная втулка 5. Эта втулка имеет возможность свободного перемещения в скважинное пространство по стволу 7. Воронка 3 выполнена ступенчатой, ответной ступеням корпуса 1 и образует с нижней ступенью корпуса промежуточную полость 8, где помещена втулка 9. Она связана с воронкой 3 и выполнена с торцевыми пазами 10, под которые участок перехода корпуса 1 с одного диаметра на другой выполнен с ответными торцевыми пазами 11. Хвостовик имеет переводник 12 с внутренней кольцевой расточкой 13, связанный с нижней ступенью воронки 3 меньшего диаметра.

Для более детального пояснения принципа работы устройства отмечается выполнение корпуса 1 с радиальными окнами 14, а внутренней боковой поверхности воронки 3 против радиальных окон - с внутренней кольцевой расточкой 15. В этой расточке и радиальных окнах помещены грузонесущие упоры 4. Переводник 12 связан с хвостовиком, а также левой резьбой 16 - с нижней частью воронки 3. Дифференциальная втулка 5 имеет коническую поверхность 17 как и грузонесущие упоры 4, которые тоже имеют такую же коническую поверхность 18. Грузонесущие упоры 4, дифференциальная втулка 5 и корпус 1 образуют между собой рабочую полость 19. Корпус 1 в нижней ступени выполнен с радиальным отверстием 20. Через это отверстие внутриколонная полость 21 гидравлически связана с рабочей полостью 19 через радиальное отверстие 20, промежуточную полость 8 и канал 22. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнениями 23. Втулка 9 связана с воронкой 3 резьбой 24.

Устройство работает следующим образом.

При спуске хвостовика на заданную глубину обеспечивают (в случае необходимости) его цементирование. После окончания процесса цементирования поднимают избыточное давление во внутриколонной полости 21 до заданной расчетной величины. Избыточное давление через радиальные отверстия 20 корпуса 1 передается в рабочую полость 19 через промежуточную полость 8 и канал 22 на торцевую часть дифференциальной втулки 5. При этом происходит разрушение срезных элементов 6 и осевое перемещение дифференциальной втулки 5. Вследствие этого грузонесущие упоры 4 убираются в радиальные каналы 14 корпуса 1. Происходит разъединение корпуса 1 с транспортировочной колонной 2 от воронки 3 с хвостовиком и разгерметизация устройства, сопровождаемая падением давления в транспортировочной колонне 2, свидетельствующим о том, что произошло отсоединение хвостовика.

В случае невозможности создания в транспортировочной колонне расчетного избыточного давления (например, если колонна негерметична), производят вращение транспортировочной колонны 2 вправо, и крутящий момент через торцевые пазы 11 корпуса 1, взаимодействуя с ответными торцевыми пазами 10 втулки 9, передается на воронку 3, т.е. осуществляют механическое разъединение транспортировочной колонны 2 с корпусом 1 и воронкой 3 по левой резьбе 16 от переводника 12 хвостовика. После подъема транспортировочной колонны 2 с корпусом 1 и воронкой 3 обеспечена возможность установки в переводнике 12 - верхней части хвостовика дополнительного скважинного оборудования, например пакера с последующей фиксацией его во внутренней кольцевой расточке 13.

Источники информации

1. Булатов А.И. и др. Справочник инженера по бурению. - М.: Недра, 1995, с.141-151.

2. RU 2203383, 27.04.2003.