Комбинированный уплотнитель обсадных труб для подводных скважин
COMBINED CASING SEALANT FOR UNDERWATER WELLS

Изобретение относится к устройству, используемому при эксплуатации подводных скважин, а именно к автономному устройству уплотнителя с комбинированными уплотнениями, содержащему резиновые уплотнения и металлические уплотнения металл-металл и обеспечивающему герметизацию двух труб одновременно в условиях высокого осевого давления при спуске в подводную скважину.
Известно устройство герметизации межколонного пространства на устье скважины, содержащее цилиндрический корпус, центратор внутренней обсадной колонны в виде цилиндрической втулки со сквозными осевыми каналами, узел герметизации, RU №2560452 С1, Е21В 33/04, 20.08.2015.
Известно использование в устьевом оборудовании скважин упругих уплотнителей, содержащих резиновые манжеты различной формы и размеров, RU №2435931 C1, Е21В 33/04, 10.12.2011; RU №2162929 С2, Е21В 33/04, 10.02.2001.
Известна подвеска насосно-компрессорных труб устьевой арматуры с уплотнением металл-металл, установленная в корпусе трубной головки, состоящая из корпуса, уплотнений, имеющая уплотнения затрубного пространства в виде опорного, стопорного колец и металлической манжеты с конической внутренней и цилиндрической наружной поверхностями, RU №2171358 С2, Е21В 33/04, 27.07.2001.
Известна колонная головка, содержащая цилиндрический корпус, крышку, патрубки, клиновую подвеску в виде разрезанной втулки, эластичные нижнюю и верхнюю манжеты и кольцевое металлическое уплотнение, RU №2146000 C1, Е21В 33/04, 27.02.2000.
Известен способ подвески обсадных труб при бурении нефтяных и газовых скважин на суше и морских скважин с надводным устьем путем спуска на бурильных трубах и закрепления первой секции обсадной колонны - якоря расчетной длины, а после подъема бурильных труб спуска в скважину обсадной колонны, которую соединяют с якорем, производят натяжение ее на расчетную величину и посадку на клиновую подвеску, RU №2169251 С1, Е21В 33/04, 20.06.2001.
Известен способ герметизации межколонного пространства устья нефтегазодобывающей скважины между кондуктором и эксплуатационной колонной, включающий установку на устье скважины последовательно по частям устройства для герметизации межколонного пространства, RU №2249093 С1, Е21В 33/04, 27.03.2005.
Известны пакеры для герметизации пространства обсадной колонны труб при проведении эксплуатационных работ в скважине при высоком пластовом давлении, выполненные с двухступенчатыми уплотнительными устройствами, RU №45771 U1, Е21В 33/12, 27.05.2005; RU №22963 U1, Е21В 33/12, 10.05.2002.
Известен пакер для скважины с высоким пластовым давлением, содержащий якорь с подпружиненными клиновыми плашками, RU №149445 U1, E21B 33/12, 10.01.2015.
Известные устройства герметизации межколонного пространства скважин и способы осуществления такой герметизации относятся к скважинам с надводным устьем.
Известны устройства герметизации межколонного пространства подводных скважин, включающие комбинированные уплотнения, US 2013/0000920 А1 Е21В 33/035, Е21В 33/00, Е21В 33/128, 03.01.2013.
Известна система уплотнений подводной бурильной установки, US 7073591 В2, E21B 33/043, 11.07.2006; US 6520263 В2, Е21В 33/035, 18.02.2003.
Известно пакерное устройство для глубоких скважин с высоким пластовым давлением, включающее герметизирующий узел, кольцевую втулку, якорь с сухарями и клиновыми плашками, хвостовик, зафиксированный относительно якоря стопорным кольцом, RU №122432 U1, Е21В 33/12, 27.11.2012.
Пакерное устройство ближайшего аналога содержит пакер с двумя якорями, обеспечивающими возможность эксплуатации пакерного устройства в глубоких скважинах с высоким пластовым давлением.
Иные конструктивные особенности использования пакерующих элементов для эксплуатации подводных скважин с высоким пластовым давлением в ближайшем аналоге не предусмотрены.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи, позволяющей создать новое устройство уплотнителя обсадных труб для подводных скважин, повысить надежность герметизации обсадных труб при эксплуатации его и обеспечить автономное использование комбинированного уплотнителя в условиях высокого осевого давления.
Технический результат настоящего изобретения заключается в создании нового автономного устройства уплотнителя с комбинированными уплотнениями, содержащего резиновые уплотнения и металлические уплотнения металл-металл и обеспечивающего надежную герметизацию двух труб одновременно в условиях высокого осевого давления при спуске в подводную скважину.
Согласно изобретению комбинированный уплотнитель обсадных труб для подводных скважин включает герметизирующий узел, кольцевую втулку, якорь с сухарями и клиновыми плашками, хвостовик. Хвостовик зафиксирован относительно якоря стопорным кольцом.
Герметизирующий узел состоит из кольцевой опоры с пазом, упругих уплотнений и металлических уплотнений металл-металл, размещенных в составном корпусе.
Составной корпус выполнен из двух частей.
Части корпуса соединены между собой.
Части корпуса снабжены осью.
Ось через паз кольцевой опоры имеет возможность ограничения перемещения кольцевой опоры в составном корпусе.
Упругие уплотнения выполнены, например, из резины.
Упругие уплотнения содержат резиновое уплотнение в форме трапеции в продольном сечении с вогнутым большим основанием, с округленными вершинами, и зеркально ему расположенным резиновым уплотнением.
Между уплотнением в форме трапеции и зеркально ему расположенным уплотнением размещено резиновое уплотнение в форме многоугольника в продольном сечении с округленными вершинами.
Резиновое уплотнение в форме многоугольника отделено от резиновых уплотнений в форме трапеций металлическими тарелками, соответственно.
Металлические тарелки повторяют форму резиновых уплотнений и являются разделителями в транспортном положении комбинированного уплотнителя.
Металлические тарелки имеют возможность изменять форму в соответствии с изменением формы всех резиновых уплотнений и являются металлическими уплотнениями металл-металл в рабочем положении комбинированного уплотнителя.
Кроме того, герметизирующий узел содержит срезной штифт с возможностью взаимодействия кольцевой опоры с одной из частей составного корпуса.
Вторая часть составного корпуса соединена срезным штифтом с кольцевой втулкой с пазами на торце, в которых размещены клиновые плашки с коническими пружинами якоря.
Кольцевая втулка расположена на якоре и подпружинена с ним пружиной.
Кроме того, на якоре расположена одна из частей составного корпуса, связанная с ним через стопорное кольцо.
Также на якоре размещены сухари для фиксации комбинированного уплотнителя в пазу на кондукторе и сухари для фиксации комбинированного уплотнителя в пазу на технической колонне.
Сухари для фиксации комбинированного уплотнителя на кондукторе и на технической колонне имеют возможность взаимодействия с хвостовиком.
Хвостовик выполнен со стопорным кольцом для фиксации на якоре, соединен с инструментом автономной посадки комбинированного уплотнителя в подводную скважину и имеет возможность фиксирования комбинированного уплотнителя на кондукторе и на технической колонне одновременно.
При этом металлические тарелки в качестве металлических уплотнений металл-металл одновременно со всеми резиновыми уплотнениями образуют в совокупности герметизирующий узел комбинированного уплотнителя.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичную настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.
Конструктивное выполнение герметизирующего узла, кольцевой втулки и якоря позволяют создать новое устройство уплотнителя обсадных труб для подводных скважин.
Выполнение составного корпуса, резиновых и металлических уплотнений, кольцевой опоры герметизирующего узла, а также расположение сухарей якоря обеспечивает повышение надежности герметизации обсадных труб при эксплуатации комбинированного уплотнителя.
Функциональная связь конструктивных элементов в комбинированном уплотнителе обеспечивает автономное использование его в условиях высокого осевого давления.
Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1- Комбинированный уплотнитель обсадных труб для подводных скважин, транспортное положение, разрез;
на фиг. 2 - Узел А на фиг. 1;
на фиг. 3 - Узел Б на фиг. 2;
на фиг. 4 - Разрез В-В на фиг. 2;
на фиг. 5 - Комбинированный уплотнитель обсадных труб для подводных скважин, рабочее положение, разрез.
На фиг. 1-5 изображено:
Герметизирующий узел - 1.
Корпус составной (узла 1) - 2,
одна часть (корпуса 2) - 3,
вторая часть (корпуса 2) - 4.
Кольцевая опора (узла 1) - 5,
паз (в опоре 5) - 6.
Ось (узла 1, ограничивает перемещение частей 3 и 4 корпуса 2) - 7.
Резиновое уплотнение в форме трапеции в продольном сечении с вогнутым большим основанием и с округленными вершинами (узла 1) - 8,
резиновое уплотнение, зеркально расположенное (уплотнения 8) - 9.
Резиновое уплотнение в форме многоугольника в продольном сечении с округленными вершинами (между уплотнениями 8 и 9) - 10.
Металлическая тарелка разделительная и в виде уплотнения металл-металл (между уплотнениями 8 и 10) - 11,
металлическая тарелка разделительная и в виде уплотнения металл-металл (между уплотнениями 9 и 10) - 12.
Срезной штифт (для соединения опоры 5 с частью 3 корпуса 2) - 13.
Кольцевая втулка - 14,
срезной штифт (для соединения части 4 корпуса 2 с втулкой 14) - 15,
пазы на торце (втулки 14) - 16.
Якорь - 17,
клиновые плашки подпружиненные (якоря 17 в пазах 16 втулки 14) - 18,
пружина (для подпружинивания втулки 14 на якоре 17) - 19.
Стопорное кольцо (для связи части 3 корпуса 2 с якорем 17) - 20.
Сухари (якоря 17) - 21,
сухари (якоря 17) - 22.
Хвостовик (соединен с инструментом посадки) - 23,
стопорное кольцо (для фиксации хвостовика 23 на якоре 17) - 24.
Паз (для фиксации уплотнителя на технической колонне) - 25,
паз (для фиксации уплотнителя на кондукторе) - 26.
Комбинированный уплотнитель обсадных труб для подводных скважин включает герметизирующий узел 1, кольцевую втулку 14, якорь 17 с сухарями 21 и 22 и клиновыми плашками 18, хвостовик 23. Хвостовик 23 зафиксирован относительно якоря 17 стопорным кольцом 24.
Герметизирующий узел 1 состоит из кольцевой опоры 5 с пазом 6, упругих уплотнений 8, 9, 10 и металлических уплотнений металл-металл 11, 12, размещенных в составном корпусе 2.
Составной корпус 2 выполнен из двух частей 3,4.
Части 3, 4 корпуса 2 соединены между собой.
Части 3, 4 корпуса 2 снабжены осью 7.
Ось 7 через паз 6 кольцевой опоры 5 имеет возможность ограничения перемещения кольцевой опоры 5 в составном корпусе 2.
Упругие уплотнения 8, 9, 10 выполнены, например, из резины.
Упругие уплотнения содержат резиновое уплотнение в форме трапеции 8 в продольном сечении с вогнутым большим основанием, с округленными вершинами, и зеркально ему расположенным резиновым уплотнением 9.
Между уплотнением в форме трапеции 8 и зеркально ему расположенным уплотнением 9 размещено резиновое уплотнение в форме многоугольника 10 в продольном сечении с округленными вершинами.
Резиновое уплотнение в форме многоугольника 10 отделено от резиновых уплотнений в форме трапеций 8, 9 металлическими тарелками 11, 12, соответственно.
Металлические тарелки 11, 12 повторяют форму резиновых уплотнений 8, 9, 10 и используются в качестве разделителей в транспортном положении комбинированного уплотнителя.
Металлические тарелки 11, 12 имеют возможность изменять форму в соответствии с изменением формы резиновых уплотнений 8, 9, 10 и используются в качестве металлических уплотнений металл-металл 11, 12 в рабочем положении комбинированного уплотнителя.
Кроме того, герметизирующий узел 1 содержит срезной штифт 13 с возможностью взаимодействия кольцевой опоры 1 с одной из частей 3 составного корпуса 2.
Вторая часть 4 составного корпуса 2 соединена срезным штифтом 15 с кольцевой втулкой 14 с пазами 16 на торце, в которых размещены клиновые плашки 18 с коническими пружинами якоря 17.
Кольцевая втулка 14 расположена на якоре 17 и подпружинена с ним пружиной 19.
Кроме того, на якоре 17 расположена одна из частей 3 составного корпуса 2, связанная с ним через стопорное кольцо 20.
Также на якоре 17 размещены сухари 22 для фиксации комбинированного уплотнителя в пазу 26 на кондукторе и сухари 21 для фиксации комбинированного уплотнителя в пазу 25 на технической колонне.
Сухари 22 и 21 для фиксации комбинированного уплотнителя на кондукторе и на технической колонне имеют возможность взаимодействия с хвостовиком 23.
Хвостовик 23 выполнен со стопорным кольцом 24 для фиксации на якоре 17, соединен с инструментом автономной посадки комбинированного уплотнителя в подводную скважину и имеет возможность фиксирования комбинированного уплотнителя на кондукторе и на технической колонне одновременно.
При этом металлические тарелки 11, 12 в качестве металлических уплотнений металл-металл одновременно с резиновыми уплотнениями 8, 9, 10 образуют в совокупности герметизирующий узел 1 комбинированного уплотнителя.
Установку комбинированного уплотнителя осуществляют следующим образом.
Уплотнитель на хвостовике 23 спускают в подводную скважину до упора кольцевой опоры 5 в обсадную трубу.
Хвостовик 23 воспринимает осевую нагрузку.
Осевая нагрузка от сухаря 21 якоря 17 и кольцевой втулки 14 передается на срезной штифт 15 и осевая нагрузка от кольцевой опоры 5 передается на срезной штифт 13.
При достижении определенной осевой нагрузки штифт 13 срезается и резиновые уплотнения 8, 9, 10 вместе с металлическими тарелками 11, 12 начинают деформироваться, уплотняясь на трубах.
При дальнейшем увеличении осевой нагрузки срезается штифт 15 и кольцевая втулка 14 перемещается с клиновыми подпружиненными плашками 18 якоря 17 во вторую часть 4 корпуса 2, дожимая резиновые уплотнители 8, 9, 10 и окончательно деформируя металлические тарелки 11, 12 до соприкосновения их с трубами, разгибая при этом охватывающие их кромки на кольцевой опоре 5 и частях 3 и 4 корпуса 2.
Происходит комбинированное уплотнение труб металлическими уплотнениями металл-металл 11, 12 и резиновыми уплотнениями 8,9,10.
Одновременно клиновые подпружиненные плашки 18 сцепляются с кондукторной трубой, заходя на вторую часть 4 корпуса 2, а сухари 21 и 22, оказавшись напротив пазов 25, 26, перемещаются в них посредством хвостовика 23, фиксируя комбинированный уплотнитель на двух трубах одновременно
Инструмент для автономной установки комбинированного уплотнителя автоматически отсоединяется, его поднимают на поверхность.
Производят испытание подводной скважинной установки на герметичность.
Предложенный «Комбинированный уплотнитель обсадных труб для подводных скважин» может быть изготовлен промышленным способом, что подтверждают проектно-конструкторские и технологические проработки основных прочностных характеристик в конструктивных узлах, а испытания опытных образцов, изучение и обоснование эксплуатационных режимов предложенного технического решения обусловливает, по мнению заявителя, соответствие его критерию «промышленная применимость».
Предложенное техническое решение позволяет создать новое устройство уплотнителя обсадных труб для подводных скважин, повысить надежность герметизации обсадных труб при эксплуатации его и обеспечить автономное использование комбинированного уплотнителя в условиях высокого осевого давления.