ДЕРЖАТЕЛЬ КОЛОННЫ ТРУБ
PIPE STRING HOLDER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности при креплении скважин и может быть использовано для спуска и крепления дополнительных подвесных колонн в ранее пробуренных скважинах с нарушениями герметичности эксплуатационной колонны. Устройство предназначено для герметизации трубного пространства и удержания подвесной обсадной колонны в необходимом интервале без разгрузки на забой или цементный мост.
Известно «Устройство для подвески потайных обсадных колонн», SU №1578316, Е21В 33/14, 43/10, от 04.07.88, опубл. 15.07.90, содержащее корпус со сквозными прорезями и несущий ствол со сквозными прорезями. Последние расположены напротив сквозных прорезей корпуса. На несущем стволе установлена подвижная втулка. Устройство также содержит узел разъединения с левой гайкой. На корпусе расположены плашки, связанные с втулкой, имеющей проточку, поджатой пружиной и зафиксированной подвижной втулкой. Для удержания плашек в исходном положении служит замок, расположенный в сквозных прорезях корпуса в проточке втулки. Замок выполнен в виде рычагов, размещенных на осях в прорезях несущего ствола.
Подвижная втулка имеет входящие в сквозные прорези несущего ствола штифты, взаимодействующие с рычагами замка при его срабатывании. Для подвешивания потайной колонны необходимо перемещение устройства вниз. При этом плашки врезаются во внутреннюю поверхность трубы промежуточной колонны, и масса потайной колонны передается от муфты на корпус, плашки и промежуточную колонну. Изобретение обеспечивает крепление глубоких скважин в малых межколонных зазорах, управление технологическими операциями при выключении замка, цементировании потайной колонны и пакеровке.
Наиболее близким по технической сути является «Устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны» по патенту RU №2206713 С1, Е21 В33/14, Е21В 17/06, от 16.10.2001, опубл. 2003.06.20, содержащее полый корпус, плашечно-поршневой узел и уплотнительно-нажимной узел. Плашечно-поршневой узел содержит полый поршень. Полый поршень установлен в кожухе и соединен цангой с клиновидными плашками. Клиновидные плашки выполнены с возможностью перемещения по конусообразной опорной поверхности. Прямоугольный выступ полого корпуса уплотнительно-нажимного узла имеет цилиндрическую проточку, имеющую уклон в сторону основания проточки к ее внешней боковой поверхности.
И у аналога, и у прототипа, при больших зенитных углах ствола скважины из-за незначительной площади поршня, воздействующего на конус, затруднено продвижение клиновидных плашек с зубцами по конической поверхности в зазор между корпусом устройства и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, выполняющего одновременно две функции: герметизацию трубного пространства и подвеску спускаемой колонны на держателе, с повышением надежности работы устройства.
Задача решена за счет того, что держатель колонны труб содержит корпус с коническим пазом для стопорного кольца и соединенные неразъемно с корпусом кожух и ствол, при этом, в корпусе установлена, с возможностью осевого перемещения, цилиндрическая втулка с внешним диаметром, равным диаметру трубного пространства, в которой размещена горизонтальная перегородка, разделяющая втулку на две полости; во втулке выше перегородки выполнены верхние циркуляционные отверстия, снабженные седлами для посадки герметизирующих шариков, и ниже перегородки выполнены нижние циркуляционные отверстия; на нижнем торце втулки установлены, с возможностью осевого перемещения по направляющим прорезям ствола, толкатели, которые опираются на торец поршня, расположенного между стволом и кожухом над раздвигающим конусом и раздвижной цангой.
Цилиндрическая втулка, установленная в корпусе, с возможностью осевого перемещения, с внешним диаметром, равным диаметру трубного пространства, в которой размещена горизонтальная перегородка, разделяющая втулку на две полости, выше которой выполнены верхние циркуляционные отверстия, снабженные седлами для посадки герметизирующих шариков, и ниже перегородки выполнены нижние циркуляционные отверстия, позволяет герметизировать трубное пространство обсадной колонны и создать максимальное осевое усилие, за счет увеличения до внутреннего диаметра колонны площади, на которую действует внутреннее давление в колонне труб.
Установление на нижнем торце втулки, с возможностью осевого перемещения по направляющим прорезям ствола, толкателей, которые опираются на торец поршня, расположенного между стволом и кожухом над раздвигающим конусом и раздвижной цангой, позволяет преобразовать осевое усилие в радиальное усилие, достаточное для внедрения зубцов цанги в стенку эксплуатационной колонны и удержания обсадной колонны, даже без использования нагрузки от веса несущей и спускаемой колонн.
Держатель колонны труб изображен на чертежах, где на фиг.1 изображено устройство до срабатывания, на фиг.2 - устройство после срабатывания.
На фиг.1 и фиг.2 изображены корпус 1, конический паз 2, стопорное кольцо 3, цилиндрическая втулка 4, перегородка 5 втулки, срезные винты 6, верхние циркуляционные отверстия 7, посадочные седла 8, нижние циркуляционные отверстия 9, соединительные винты 10, удерживающий конус 11, центральное отверстие 12, толкатели 13, ствол 14, кожух 15, поршень 16, прорези 17, срезные винты 18, раздвигающий конус 19, цанга 20, стопорное кольцо 21, стопор 22 с прорезями, нижний переводник 23, герметизирующие шарики 24, консоли 25, плашка 26 с зубцами, стенка 27 эксплуатационной колонны.
Держатель колонны труб выполнен следующим образом.
Держатель колонны труб размещен в эксплуатационной колонне 27, содержит корпус 1 с конический пазом 2 для стопорного кольца 3, кожух 15 и ствол 14, размещенные концентрично и соединенные неразъемно между собой соединительными винтами 10. В корпусе 1 установлена и зафиксирована срезными винтами 6 с возможностью осевого перемещения цилиндрическая втулка 4 с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру трубного пространства, в которой размещена горизонтальная перегородка 5, разделяющая втулку на две полости. Во втулке 4 выше перегородки 5 выполнены верхние циркуляционные отверстия 7, снабженные седлами 8, для посадки герметизирующих шариков 24, и ниже перегородки 5 выполнены нижние циркуляционные отверстия 9. На нижнем торце втулки 4 установлены с возможностью осевого перемещения по направляющим прорезям 17 толкатели 13, которые опираются на торец поршня 16, расположенного между стволом 14 и кожухом 15 над раздвигающим конусом 19 и раздвижной цангой 20, который зафиксирован на кожухе 15 срезными винтами 18. На верхнем торце втулки 4 установлен удерживающий конус 11 с центральным отверстием 12. Поршень 16 нижним торцом опирается на раздвигающий конус 19, во внутренней полости которого установлено стопорное кольцо 21. Конус 19 контактирует своей конической поверхностью с раздвижной цангой 20, имеющей плашки 26 с зубцами и упругие консоли 25. На нижнем переводнике 23 размещен стопор 22, в прорези которого, после срабатывания держателя, входят упругие консоли 25.
Держатель колонны труб работает следующим образом.
Устройство устанавливают в нижней части спускаемой потайной колонны, над башмаком спускаемой колонны, под всеми элементами технологической оснастки, установленной на спускаемую колонну.
После спуска колонны и промывки, в скважину вводят вязкоупругий разделитель с герметизирующими шариками 24, которые продавливаются продавочной жидкостью до держателя.
Верхние циркуляционные отверстия 7, снабженные седлами 8, перекрываются шариками 24, герметизируя трубное пространство обсадной колонны. Давление повышается выше рабочего, срезаются винты 6, втулка 4 с внешним диаметром, равным диаметру трубного пространства, разобщая трубное пространство на две полости, за счет размещения во втулке 4 горизонтальной перегородки 5, позволяет создать максимальное осевое усилие, которое толкателями 13, установленными на нижнем торце втулки 4, по направляющим прорезям 17 ствола 14 передается на торец поршня 16, и раздвигающий конус 19 через плашки 26, цанги 20 преобразует осевое усилие в радиальное, раздвигая плашки до контакта зубьев со стенками эксплуатационной колонны 27.
Осевое усилие на конус 19 и цангу 20 кратно увеличивается, за счет равенства внешнего диаметра цилиндрической втулки 4 диаметру трубного пространства, по сравнению с аналогами и прототипом, где давление воздействует только на площадь поршня. Конус 19 и цанга 20, после срабатывания и удержания колонны, фиксируются в конечном положении стопорным кольцом 21 от обратного хода.
Упругие консоли 25 цанги 20 размещаются в прорезях стопора 22, жестко связанного с нижним переводником 23, что препятствует вращению колонны при проведении работ по разъединению спускаемой от несущей колонны и разбуриванию внутренних деталей спущенных в скважину устройств, при введении скважины в эксплуатацию.
Техническим результатом является создание устройства, выполняющего одновременно две функции: герметизацию трубного пространства и подвеску спускаемой колонны на держателе при ремонтных работах, со спуском потайной колонны малого диаметра, с повышением надежности работы устройства, за счет цилиндрической втулки, установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения, с внешним диаметром, равным диаметру трубного пространства, в которой размещена горизонтальная перегородка, разделяющая втулку на две полости, выше которой выполнены верхние циркуляционные отверстия, снабженные седлами для посадки герметизирующих шариков, и ниже перегородки выполнены нижние циркуляционные отверстия, и установления на нижнем торце втулки, с возможностью осевого перемещения по направляющим прорезям ствола, толкателей, которые опираются на торец поршня, расположенного между стволом и кожухом над раздвигающим конусом и раздвижной цангой.