Кронштейн для подвеса кондуктора скважины в забурочной яме
BRACKET FOR WELL CONDUCTOR SUSPENSION IN CELLAR

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к оборудованию для подвешивания кондуктора скважины под цементирование в случае применения забурочной ямы, и может быть использовано при строительстве наклонно-направленных скважин.
Известен патрубок разгрузочный, устанавливаемый на колонне труб, содержащий трубу, на которую навернута разгрузочная муфта, последняя выполнена с уступом во внутренней полости, на котором закреплен подвесной центратор с уступом на наружной поверхности и цементировочными отверстиями (патент на полезную модель RU № 193562, опубл. 05.112019г.).
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устьевое оборудование, которое содержит последовательно размещенные колонную головку, нижний фланец, корпус с боковыми отводами, верхний фланец, катушку, тройник, при этом в верхнем и нижнем фланцах установлены устройства для подвешивания технологических колонн, а боковые отводы корпуса и тройник соединены с запорно-измерительными устройствами. Устройство для подвешивания технологической колонны выполнено в виде переводника, соединенного через муфту с технологической колонной. Между колонной головкой, нижним фланцем, корпусом, верхним фланцем, катушкой и тройником установлены уплотнительные кольца. В известном устройстве имеется корпус с центральным отверстием, в корпусе выполнены соосные отверстия под шпильки (патент на полезную модель  RU № 141765, опубл. 10.06.2014г.).
Несмотря на множество известных решений для подвешивания устьевого оборудования, ни одно из них не может быть эффективно использовано для  подвешивания кондуктора в забурочной яме при строительстве наклонно-направленных скважин.  Это существенно увеличивает время строительства наклонно-направленных скважин, т.к. требует дополнительных операций на скважине и повышенного времени на ожидание застывания цемента для высвобождения подъемного устройства буровой вышки или буровой установки.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание надежного устройства для подвеса кондуктора скважины в забурочной яме, который обеспечивает сокращение времени строительства наклонно-направленных скважин за счет сокращения операций и обеспечения возможности высвобождения подъемного устройства буровой вышки и/или буровой установки для ее перемещения до окончания цементирования.
Техническая задача достигается тем, что кронштейн для подвеса кондуктора скважины в забурочной яме, выполненный в виде корпуса с  центральным отверстием под муфту для кондуктора, в корпусе выполнены соосные отверстия под шпильки, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух смежных симметричных частей, разъемно соединяемых друг с другом, каждая симметричная часть состоит из нижней и верхней пластины, которые неразъемно соединены между собой осевыми и промежуточными  ребрами жесткости, осевые ребра жесткости расположены в плоскости разъемного соединения симметричных частей друг с другом и имеют проушины для установки крепежных элементов, а промежуточные  ребра жесткости выполнены сходящимися к образующей центрального отверстия, причем соосные отверстия под шпильки  размещены по краям верхней и нижней пластин симметричных частей.
Дополнительно соосные отверстия под шпильки снабжены трубными вставками.
Крепежные элементы, обеспечивающие разъемное соединение симметричных частей друг с другом предпочтительно представлены стяжными шпильками.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- корпус выполнен из двух симметричных частей, которые разъемно соединены друг с другом;
- каждая часть состоит из нижней и верхней пластины;
- пластины неразъемно соединены между собой осевыми и промежуточными ребрами жесткости;
- промежуточные ребра жесткости сходятся к образующей центрального отверстия;
- осевые ребра жесткости, расположенные в плоскости разъемного соединения симметричных частей, имеют проушины для установки крепежных элементов;
- соосные отверстия под шпильки расположены по краям верхней и нижней пластин.
Поэтому можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Изобретение может быть реализовано с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Бурение и крепление интервала под направление осуществляется для предотвращения поглощений бурового раствора и размыва устья скважины в процессе бурения под кондуктором. Направление является традиционным решением по обеспечению устойчивости устья. Однако согласно требованиям нормативной документации, допускается бурение скважин по существующим проектам без учета направлений.  Современная технология позволяет значительно повысить рейсовую скорость бурения интервала под кондуктором, а, следовательно, и сократить риск размыва устья. В заявляемом техническом решении из цикла строительства скважин исключаются операции бурения и крепления направления, что значительно сокращает сроки строительства скважины. Для этого заявителем предложена заявляемая конструкция кронштейна, который может быть применен при использовании забурочной ямы при цементировании кондуктора.
Заявляемое устройство иллюстрируется следующими чертежами и рисунками.
На Фиг.1 показано установленное заявляемое устройство в сборе без стяжных шпилек и без трубных вставок.
На Фиг. 2 показана одна симметричная часть устройства - общий вид слева в изометрии.
На Фиг. 3 показана одна симметричная часть устройства - общий вид справа.
На Фиг. 4 показана одна симметричная часть устройства в разрезе без верхней пластины.
На Фиг. 5 показано положение заявляемого устройства относительно кондуктора и двутавровых балок (основной вид).
На Фиг. 6 показано положение заявляемого устройства относительно кондуктора и двутавровых балок (разрез в изометрии).
На Фиг. 7 показан вид снизу на установленный кронштейн (изометрия).
На Фиг. 8 показаны результаты расчета напряжения по Мизесу конструкции с заявляемым кронштейном.
Заявляемое устройство представляет собой  корпус с центральным отверстием, причем корпус выполнен из двух смежных симметричных частей А и Б (Фиг, 1,2,3,4). Каждая часть состоит из  нижней 1 и верхней  пластины 2, которые посредством сварки соединены между собой осевыми 3 и промежуточными ребрами  жесткости  4, последние сходятся к образующей 6  центрального отверстия. Осевые ребра жесткости 3, расположенные в плоскости соединения частей А и Б, имеют проушины 5, в которые устанавливаются стяжные шпильки 7 с гайками. Соосные отверстия под шпильки 12 расположены по краям верхней 1 и нижней 2 пластин и снабжены трубными вставками 16.
Работы по установке кронштейна для подвеса кондуктора скважины  осуществляются в следующим порядке (Фиг. 5,6):  с помощью вспомогательной лебедки буровой установки (на рисунке не показана)  металлическое основание 8 укладывается на отсыпку кустовой площадки 9. На металлическом  основании 8 располагают  опорные двутавровые балки 10 и 11 с предустановленным кронштейном. Для этого симметричные части А и Б кронштейна при помощи крепежных пластин 13 и шпилек 12 подвешиваются на двутавровые балки 10, 11 с возможностью свободного перемещения по ним. После  углубления интервала под кондуктор и спуска кондуктора, под муфту 14 кондуктора  15 заводятся с двух сторон симметричные  части А  и Б  кронштейна, которые стягиваются между собой стяжными шпильками 7 через проушины 5.  Затем все шпильки 12 равномерно затягиваются гайками. Двутавровые балки 10,11 центрируются и фиксируются на металлическом основании 8, окончательно протягиваются все шпилечные соединения. Таким образом, кондуктор 15 медленно, с контролем просадки, разгружается на двутавровые балки 10,11, далее производится цементирование кондуктора в обычном режиме. По окончании цементирования приступают к монтажу колонной головки и ПВО, продолжают дальнейшие работы по строительству скважины.
Демонтаж подвешивающего устройства производится при ОЗЦ эксплуатационной колонны, либо при передвижке на следующую скважину. Ослабляются шпилечные соединения, кронштейн  снимается с  кондуктора.  Далее, с помощью вспомогательной лебедки, демонтируются двутавровые балки и металлическое основание, вся конструкция передвигается на следующую скважину.
Испытания кронштейна показали, что расположение осевых 3 и промежуточных 4 ребер жесткости в кронштейне обеспечивает прочность кронштейна и сохраняет его геометрию (не выявлено изгибание пластин). Дополнительно неизменность геометрии корпуса кронштейна обеспечивается  трубными вставками 16.
Исходными данные для расчета на прочность были приняты уже обозначенные значения: длина обсадной колонны кондуктора – 1300 м; удельный вес обсадной колонны кондуктора – 47,2 кг/м; расчетная осевая нагрузка Fw – 615,0 кН.
Расчет резьбовых соединений показал, что минимальное допустимое количество шпилек 12 для подвешивания кронштейна составило 8 шт. М32х2, Класс прочности шпилек не ниже 5.8, класс прочности гаек не ниже 4.6.
При заданных параметрах значения коэффициентов запаса прочности составляют: на растяжение k – 1,78; на срез резьбы k – 2,03; на кручение k – 1,59; на срез гайки k – 1,54. Момент на ключе для обеспечения усилия со смазкой Fw составляет 65,2 кгс*м.
Также, был произведен расчет стяжных шпилечных соединений при поперечной  нагрузке Fw – 615,0 кН. Расчет показал, что минимальное допустимое количество стяжных шпилек 7 для соединения симметричных частей кронштейна друг с другом составило 4 шт. М44х4.5, Класс прочности стяжных шпилек 7 не ниже 8.8, класс прочности гаек не ниже 4.6. При заданных параметрах коэффициент запаса прочности на срез болта составляет k – 1,41.
Для оценки прочности и металлоёмкости конструкции  был проведен анализ напряжений методом конечных элементов по теории Губера-Мизеса-Генки в программном продукте Inventor Professional. Результаты анализа конструкции со специальным хомутом представлены на Фиг.8
По результатам проведения расчетов с различными граничными условиями были определены следующие предварительные значения: при длине пролета до 2,5 м профиль двутавровой балки необходимо принять по ГОСТ 26020-83 не менее 30Ш1, при длине пролета до 3,5 м – 35Ш1; толщина пластин 1, 2 кронштейна – 20мм.
Как видно из Фиг. 8 в заявляемом кронштейне отсутствуют области размытых концентраций напряжений, отмечаются только незначительные локальные концентраторы напряжения в местах соприкосновения отдельных элементов (гайки, верхние пластины и двутавровые балки, металлическое основание и двутавровые балки).
В результате патентно-информационных исследований заявляемой совокупности признаков выявлено не было, при этом заявляемый кронштейн позволяет избежать трудоемких по временным затратам работ в забурочной яме, а также дает возможность передвинуть буровую установку на время цементирования кондуктора для бурения следующей скважины, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемая конструкция прошла испытания в ООО «РН-Юганскнефтегаз» (скважина № 102ВЗ/К10 Имилорского месторождения). Конструкция наклонно-направленной скважины 102ВЗ: кондуктор 245 мм спущен на глубину 610 м и зацементирован до устья, эксплуатационная колонна 146 мм спущена на глубину 2070 м. Время, затраченное на бурение и спуск кондуктора, составило 28 часов.  При бурении под кондуктором без направления осложнений не зафиксировано.
w
Использование заявляемого кронштейна позволяет размещать опорные двутавровые балки, на которые подвешивается кондуктор, без погружения в забурочную яму. Это исключает необходимость выполнения традиционных и трудоемких операций в забурочной яме, сокращая дополнительно время  технологического цикла строительства скважины без направления. Конструкция   кронштейна позволяет освободить от нагрузки только ослаблением затяжки шпилечных соединений. Эти особенности позволят значительно сократить время монтажных (демонтажных) работ. При этом прочностные характеристики кронштейна обеспечивают работу с обсадной колонной кондуктора длиной – 1300 м; удельным весом – 47,2 кг/м; расчетной осевой нагрузкой F – 615,0 кН.
Заявляемая конструкция позволяет отказаться от направления и  сократить нормативный срок строительства скважины на 0,6 суток, что приводит к уменьшению затрат в размере 649,8 тыс. рублей на одну скважину (при суточной ставке 1038 тыс. рублей для БУ 3000 ЭУК). Ожидаемый рост коммерческой скорости для наклонно-направленных и горизонтальных скважин составит 470 и 115 м/ст.мес. соответственно.