СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ГОЛОВКИ КОЛОННОЙ РАЗЪЁМНОЙ
PROCEDURE FOR SEALING HEAD WITH SPLIT STRING

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для обеспечения надежной герметизации головки колонной разъемной, устанавливаемой на устье фонтанирующей скважины с целью создания фланцевой базы при аномально высоком давлении скважинной среды.
Известна конструкция головки колонной разъемной заклинивающейся [1], включающая катушку нажимную и фланец разъемный, состоящий из двух полуфланцев, с резиновым уплотнителем, устанавливаемым в цилиндрической расточке его верхней части. Способ уплотнения обсадной колонны, на которую устанавливается непосредственно фланец разъемный, обеспечивает надежное уплотнение при величинах рабочего давления (Рр) не более 35 МПа с учетом величины пробного давления (Рпр), составляющей (1,5…2,0)Рр, которым фланцевые соединения испытываются на прочность (2, стр. 124, 125). При Рр, равном 70 МПа и более, испытательные давления на прочность составляет 1,5 Рр, т.е. 105 МПа и выше, при которых резина затекает в технологические зазоры между наружной поверхностью обсадной колонны и внутренним проходным отверстием фланца разъемного, что приводит к разрушению герметизатора и потере герметичности. То обстоятельство, что герметизатор должен быть разрезан в одном месте по косой линии для надевания на фонтанирующую трубу, усугубляет фактор ненадежности герметизации при высоких давлениях.
Целью изобретения является обеспечение надежной герметизации головки колонной, устанавливаемой на обсадную колонну фонтанирующей скважины, в случаях, когда по технологическим регламентам ее устье должно быть оборудовано противовыбросовым оборудованием на рабочее давление не менее 70 МПа.
Поставленная цель достигается способом герметизации головки колонной разъемной, включающей катушку нажимную и фланец разъемный, состоящий из двух полуфланцев с резиновым уплотнителем, отличающимся тем, что при аномально высоких давлениях скважинной среды, узел уплотнения, состоящий из кольца опорного, самоуплотняющейся резиновой манжеты в форме неразрезного кольца, кольца нажимного с внутренней конической поверхностью, кольца разрезного с наружной конической поверхностью, сопрягаемой с внутренним профилем кольца нажимного, кольца заправочного и гильзы опорной, устанавливают в цилиндрической расточке катушки нажимной и за счет взаимодействия конических поверхностей кольца нажимного и кольца разрезного, происходящего в процессе стягивания фланцевого соединения катушки нажимной и фланца разъемного, производят деформацию кольца разрезного до устранения технологического зазора между внутренней его поверхностью и поверхностью обсадной колонны, чем исключают возможность выдавливания и разрушения герметизатора из узла уплотнения при действии давления скважинной среды.
На фиг.1 приведена конструкция уплотнения обсадной колонны, осуществляемого в головке колонной разъемной заклинивающейся (1); на фиг.2 - увеличенная в масштабе выноска А фиг.1; на фиг.3 -конструкция узла предлагаемого способа уплотнения; на фиг.4 -увеличенная в масштабе выноска Б фиг.3; на фиг.5 - конструктивное исполнение кольца разрезного в узле предлагаемого способа уплотнения; на фиг.6 - размещение узла уплотнения в собранной головке колонной; на фиг.7 - узел уплотнения после произведенного стягивания фланцевого соединения головки колонной.
В головке колонной (1), фиг.1, фланец разъемный (далее по тексту - ФР) выполнен с условием установки полуфланцев на обсадной колонне без зазора между привалочными их плоскостями, при котором обязательно наличие технологического зазора «s», фиг.2, между наружной поверхностью трубы и проходным отверстием ФР для беспрепятственного прохождения трубы при его наведении. В этот зазор резиновый герметизатор при высоком давлении скважинной среды начинает выдавливаться (течет) с последующим разрушением и потерей герметичности.
Отсутствие такого зазора предотвратит разрушение резины и обеспечит надежное уплотнение в головке колонной. С этой целью узел уплотнения размещается не в ФР, а в цилиндрической расточке нижней части катушки нажимной, фиг.3, при этом возможно использование неразрезного, цельного кольцевого герметизатора. Узел состоит, фиг.4, из кольца опорного 1, самоуплотняющейся резиновой манжеты 2 в форме неразрезного кольца, кольца нажимного 3 с внутренней конической расточкой, кольца разрезного 4 с наружной конической поверхностью, кольца заправочного 5 и гильзы опорной 6. Узел фиксируется от выпадения винтом 7. Внутренний диаметр манжеты 2 выполнен равным наружному диаметру D обсадной колонны с целью предварительного плотного ее обжатия после наведения катушки нажимной на ФР. Профиль поперечного сечения манжеты исключает возможность ее выдувания из узла от действия фонтанирующей струи при наведении. Внутренний диаметр кольца разрезного 4, а также колец 1, 3 и гильзы опорной 6 выполняется равным (D+2s) с целью обеспечения диаметрального зазора «s» для прохождения трубы.
Кольцо разрезное 4, фиг.5, выполняется с наружной конической поверхностью, сопрягаемой с конической поверхностью кольца 3, и наружной цилиндрической поверхностью диаметром D1 с целью заправки его в кольцо 5, так как под действием внутренних упругих сил напряжения, возникающих при его изготовлении, оно расходится в диаметре после разрезания, которое осуществляют под углом 45° шириной «k», обеспечивающей полное смыкание поверхностей реза при сжатии кольца до величины внутреннего диаметра D. Резьбовые отверстия М выполняются для извлечения кольца при демонтаже узла.
Герметизацию колонной головки производят в следующем порядке.
Узел уплотнения собирают в цилиндрической расточке катушки нажимной 8 в порядке, показанном на фиг.4, и фиксируют винтом 7. После наведения, фиг.6, катушки нажимной 8 (в сборе с противовыбросовым оборудованием, или запорной арматурой - не показаны) на ФР 9 до упора гильзы опорной 6 к его привалочному торцу удаляют винт 7 и поворотом по резьбе фланца 10 совмещают оси шпилечных отверстий ФР и катушки нажимной. Установив крепежные элементы 11 стягивают фланцы, при этом катушка нажимная, фиг.7, сдвигается относительно гильзы опорной 6 на расстояние «h». Под действием усилия кольца нажимного 3 кольцо разрезное 4, за счет взаимодействия их конических поверхностей, деформируется, охватывая наружный диаметр D до полного устранения зазора «s», с одновременным смыканием поверхностей в месте разреза кольца, исключая, тем самым, возможность затекания резины и обеспечивая надежную герметизацию при действии давления скважинной среды.
Источники информации
1. Патент РФ №2215121 «Головка колонная разъемная заклинивающаяся», Москва, 27.10.2003.
2. Справочник. Оборудование и инструмент для предупреждения и ликвидации фонтанов, Москва, Недра, 1996.