Устьевой модуль для цементирования обсадной колонны в скважине
WELLHEAD MODULE FOR CEMENTING A CASING STRING IN A WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для цементирования обсадной колонны в скважине.
Известна цементировочная головка (патент RU №63417, МПК E21B 33/00, опубл. 27.05.2007 г.), включающая цилиндрический корпус с крышкой, оснащенный отводами с пробковыми кранами, имеющий на нижнем конце наружную резьбу, укомплектованная одной или несколькими разделительными пробками, оборудованная специальной муфтой, установленной на резьбе корпуса. Муфта удерживает размещенный в ней уплотненный в корпусе ниппель с кольцевым выступом, взаимодействующим с упорными подшипниками, оканчивающийся резьбой для соединения с обсадной колонной, при этом муфта снабжена, по меньшей мере, одним радиально установленным в ней стопорящим ниппель винтом и системой смазки подшипников ниппеля. Данное устройство предназначено для цементирования колонны с вращением.
Недостатком является то, что вращение колонны в процессе цементирования можно осуществлять только приводом ротора бурильной установки, на клиньях которого она подвешена, что исключает возможность его применения на буровых установках с верхним приводом или скважинах с наклонным устьем. Кроме того, цементировочная головка требует изготовления и использования специальной муфты, приводящей к увеличению металлоемкости, а также изготовление опорных подшипников большого диаметра, что также приводит к увеличению металлоемкости и его удорожанию.
Известно также устройство для цементирования обсадной колонны труб в скважине (патент RU №2570696, МПК E21B 33/14, E21B 33/05, опубл. 10.12.2015 г.), включающее полый цилиндрический корпус с боковым каналом, нижнюю разделительную пробку с проходным каналом, оснащенную сверху посадочным седлом под верхнюю разделительную пробку и соединенную с корпусом, колонну труб, соединенных с корпусом, при этом корпус выполнен с возможностью размещения на устье скважины, соединен посредством резьбы с верхним приводом для передачи вращения обсадной колонне в процессе цементирования и сверху оснащен посадочным местом под верхнюю разделительную пробку, боковой канал выполнен между разделительными пробками в корпусе, на наружной поверхности которого напротив бокового канала выполнена цилиндрическая проточка, снаружи перекрытая гильзой, герметично установленной снаружи корпуса с возможностью неподвижного состояния относительно обсадной колонны при вращении корпуса и снабженной боковым патрубком, который сообщен через цилиндрическую проточку с боковым каналом, при этом срезной элемент выполнен в виде центрального патрубка с технологической выборкой для среза, сообщающего полость корпуса и проходной канал нижней разделительной пробки.
Недостатком данного устройства является ограниченность его применения, поскольку вращение колонны в процессе цементирования можно осуществлять только верхним силовым приводом бурильной установки, что исключает возможность ее применения на буровых установках с роторным приводом. Еще одним недостатком является сложность и дороговизна конструкции из-за наличия дополнительной разделительной пробки, а также возможность несанкционированного срыва ее при прокачке цементного раствора.
Кроме того, устройство сложно по конструкции, имеет много промежуточных звеньев, пару разделительных пробок, нижняя из которых удерживается на срезном элементе в виде патрубка-гильзы. Все это приводит к удорожанию изготовления и увеличению металлоемкости.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для цементирования обсадной колонны труб в скважине (патент RU №179812, МПК E21B 33/05, E21B 33/14, опубл. 24.05.2018 г.), содержащее полый цилиндрический корпус с присоединительными резьбами на концах и с боковым каналом с выполненной напротив цилиндрической проточкой, прикрытой герметично вмонтированной снаружи гильзой с использованием болтов и герметизирующих элементов, при этом боковой канал сообщен с боковым патрубком. Указанная гильза установлена с небольшим зазором, чтобы корпус вместе с соединенной с ним колонной имел возможность вращаться при необходимости, например, при цементировании колонны.
К недостаткам этого устройства можно отнести следующее.
Оно сложно по конструкции, следовательно, и не технологично его изготовление, трудоемка его сборка и разборка. Кроме того, при вращении колонны в процессе цементирования уплотнительные элементы, герметизирующие гильзу, истираясь, быстро выходят из строя, создавая аварийную ситуацию.
Технической задачей настоящего изобретения является создание простой и эффективной в работе конструкции устьевого модуля за счет снижения трудоемкости монтажных и демонтажных работ и обеспечения возможности многократного использования без замены деталей, а также повышение надежности его работы.
Техническая задача решается предлагаемымустьевым модулем для цементирования обсадной колонны в скважине, включающим полый корпус с присоединительными резьбами на концах и с боковым каналом, сообщенным с выполненной напротив кольцевой проточкой, снаружи перекрытой втулкой, снабженной боковым патрубком.
Новым является то, что корпус выполнен составным, состоящим из двух ступенчато выполненных верхней и нижней частей, соединенных между собой на резьбе, боковой канал выполнен в верхней части корпуса, с двух сторон от бокового канала на наружной поверхности верхней части корпуса выполнены кольцевые проточки полукруглой формы, при этом на внутренней поверхности втулки с двух сторон от бокового патрубка выполнены кольцевые проточки полукруглой формы с возможностью совмещения с кольцевыми проточками корпуса и образования кольцевых каналов круглой формы, дополнительно на втулке выполнены радиальные каналы цилиндрической формы, сообщенные с ее кольцевыми проточками полукруглой формы с возможностью прохождения через вышеупомянутые кольцевые каналы круглой формы металлических шариков с образованием шарикоподшипников, закрываемые пробкой.
Представленные фигуры поясняют суть изобретения, где на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устьевого модуля для цементирования обсадной колонны в скважине в частичном продольном разрезе.
На фиг. 2 изображено быстроразъемное соединение в частичном, продольном разрезе.
Устьевой модуль для цементирования обсадной колонны в скважине содержит полый корпус (на фиг. 1, 2 не обозначен), выполненный составным и состоящий из двух ступенчато выполненных верхней 1 (см. фиг. 1) и нижней 2 частей, соединенных между собой на резьбе 3, с присоединительными резьбами 4 и 5 на концах соответственно. В верхней части корпуса выполнен боковой канал 6, сообщенный с выполненной напротив кольцевой проточкой 7, снаружи перекрытой коаксиально установленной относительно корпуса втулкой 8, и радиальным каналом 9, сообщенным с кольцевой проточкой 7. Втулка 8 снабжена боковым патрубком 10, сообщенным с его радиальным каналом 9. На наружной поверхности верхней 1 части корпуса с двух сторон от бокового канала 6 (сверху и снизу) выполнены кольцевые проточки 11, 12 и 13, 14 корпуса полукруглой формы. На внутренней поверхности втулки 8 с двух сторон от бокового патрубка 10 (см. фиг. 2) выполнены кольцевые проточки 15 (см. фиг. 1) втулки 8 полукруглой формы (остальным кольцевым проточкам позиции на фиг. 1, 2 не даны), аналогичные по геометрическому размеру кольцевым проточкам 11, 12 и 13, 14 корпуса (см. фиг. 1) с возможностью совмещения с кольцевыми проточками 11, 12 и 13, 14 корпуса полукруглой формы и образования кольцевых каналов (на фиг. 1, 2 не обозначены) круглой формы. Дополнительно на втулке 8 (см. фиг. 1) выполнены радиальные каналы 16 (остальным радиальным каналам позиции на фиг. 1, 2 не даны) цилиндрической формы, сообщенные с ее кольцевыми проточками 15 (см. фиг. 1) полукруглой формы с возможностью прохождения через вышеупомянутые кольцевые каналы круглой формы металлических шариков (на фиг. 1, 2 не обозначены) с образованием шарикоподшипников Б (см. фиг. 1), закрываемые пробкой 17. После образования шарикоподшипников «Б» их смазывают машинным маслом и радиальные каналы 16 закрывают пробками 17. Боковой патрубок 10 (с противоположной стороны корпуса выполнен аналогичный боковой канал 18) для подвода промывочной жидкости, а также цементного раствора по гидролинии 19 (гидролиния 20 для бокового канала 18) от цементировочного агрегата (цементировочный агрегат на фиг. 1, 2 не показан) через запорный элемент 21 (см. фиг. 1), снабжен быстроразъемным соединением 22 (быстроразъемное соединение 23 со стороны бокового канала 18). Верхняя 1 и нижняя 2 части корпуса присоединены резьбами 4 и 5 соответственно к ведущей трубе (на фиг. 1, 2 не показано) буровой установки через переводник 24 (см. фиг. 1) и к последней трубе обсадной колонны соответственно (на фиг. 1, 2 не показано).
Устьевой модуль для цементирования обсадной колонны в скважине работает следующим образом. Его доставляют на скважину с жестко закрепленным боковым патрубком 10 с установленной в нем защитной заглушкой (на фиг. 1, 2 не изображены). Обсадную колонну спускают в скважину до заданной глубины и подвешивают ее на клиньях ротора (на фиг. 1, 2 не изображены). После удаления заглушки из бокового патрубка 10 к нему присоединяют гидролинию 19 через запорный элемент 21 и быстроразъемным соединением 22. После проверки надежности соединений нижнюю часть 2 корпуса присоединяют на резьбе 5 с муфтой последней трубы колонны (на фиг. 1, 2 не изображена), а запорный элемент (на фиг. не изображен), соединенный с переводником 24, закрывают и начинают подачу цементного раствора в колонну цементировочным агрегатом (цементировочный агрегат на фиг. 1, 2 не изображен) по гидролинии 19 при открытом состоянии запорного элемента 21. При этом закачанный расчетный объем цементного раствора заполняет полость колонны и далее поступает в заколонное пространство. Затем с помощью ротора буровой установки передают вращение колонне с минимально возможной скоростью, при этом колонна вместе с верхней 1 и нижней 2 частями корпуса вращается на шарикоподшипниках Б, а втулка 8 с боковым патрубком 10 остается на месте в неподвижном состоянии. При необходимости колонну расхаживают в продольном направлении. Для этого переводник 24 верхней части корпуса 1 соединяют с ведущей трубой буровой установки и колонну освобождают от клиньев ротора, тем самым, обеспечивая условия для расхаживания с помощью ведущей трубы буровой установки или вращая колонну с верхним приводом. Как видно из вышеизложенного, предлагаемый устьевой модуль позволяет манипулировать колонной в расширенном диапазоне - вращать колонну и ротором, и верхним приводом и расхаживать колонну более простым по конструкции устройством. После прокачки цементного раствора необходимого объема его продавливают в заколонное пространство цементировочной пробкой (пробка на фиг. 1, 2 не изображена), при этом одновременно манипулируют колонной, вращая также при необходимости и расхаживая, что приведет к повышению качества цементирования колонны, исключая образование застойных зон и отдельных висячих языков в цементном растворе за колонной.
Предлагаемый устьевой модуль для цементирования обсадной колонны в скважине прост по конструкции, его доставляют на скважину в собранном виде, следовательно, не требует сборки в скважинных условиях, что приведет к сокращению затраты времени на сборку и демонтаж. Устьевой модуль эффективен и технологичен в изготовлении и в обслуживании, не металлоемок, обладает повышенной надежностью и долговечностью, его можно использовать многократно без ремонтных работ.