RU12702U1 - Устройство для опрессовки устья скважины - Google Patents

Abstract

1. Устройство для опрессовки устья скважины, содержащее полый шток со средствами соединения его с бурильными трубами и установленную на штоке с возможностью ограниченного осевого перемещения эластичную самоуплотняющуюся манжету с раструбом в верхней части, отличающееся тем, что оно снабжено распорным кольцом с конической наружной поверхностью, снабженной расположенными вдоль ее образующих канавками, выполненным из эластичного материала с жесткостью, превышающей жесткость материала манжеты, и установленным на штоке над манжетой с возможностью осевого перемещения и взаимодействия его конической наружной поверхности с раструбной частью манжеты, и средствами осевого перемещения распорного кольца в виде установленной на штоке над распорным кольцом регулировочной гайки и размещенного между регулировочной гайкой и распорным кольцом кольцевого толкателя.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой толкатель выполнен в виде дифференциального поршня.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено установленными на штоке ниже манжеты дополнительным уплотнительным элементом с наружным диаметром, меньшим наружного диаметра раструбной части манжеты, и размещенным между манжетой и дополнительным уплотнительным элементом жестким разделительным кольцом, поверхность которого, обращенная к дополнительному уплотнительному элементу, выполнена конической с вершиной конуса, направленной в сторону последнего.4. Устройство по п.1, 2 или 3, отличающееся тем, что полость внутри штока снизу закрыта пробкой, а в верхней части посредством радиального отверстия в стенке штока, расположенного выше манжеты, с

Description

ДЛЯ ОПРЕССОВКИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для опрессовки устья скважины.

Известно устройство для одрессовки устья скважины, оборудованной трубной головкой, выполненное в виде патрубка под трубные плашки превентора с заглушенным нижним концом, снабженным средствами соединения его с трубодержателем насосно-комцрессорных труб /I/,

Недостатками этого устройства являются необходимость при его использовании демонтажа с устья скважины элементов оборудования, находящихся выше трубной головки, что обусловлено отсутствием средств для ввода патрубка внутрь блока превенторов и соединения его с трубодержателем при установленных превенторах, невоЕможность испытания прилегающей к устью части обсадной колонны, которая является наиболее быстро изнашивающейся, и трубной обвязки устья, т.к. трубы присоединены ниже трубодержателя насосно-компрессорных труб, и необходимость использования для опрессовки устья насосной установки, что вследствие обычного расположения скважин на удалении от дорог, нередко вызывает значительные трудности и ведет к увеличению эксплуатациош ных расходов.

Известно также устройство для опрессовки устья скважины, представляющее собой сочетание монтируемой на устье скважины ниже превентора с трубными плашками специальной колонной головки или катушки с опорной конической поверхМ.КЛ.-Б21В 33/03

УСТРОЙСТВО

ностью внутри осевого канала и устанавливаемой внутри неё цробки с ответной наружной конической поверхностью, снабженной полым хвостовиком с резьбами для соединения пробки с колонной бурильных труб, с помощью которой производится её установка и извлечение, и под заглушку, используемую при опрессовке превентора с глухими плашками /2/,

Благодаря возможности опрессовочной пробки в колонну бурильных труб данное устройство проще в использовании, однако, как и ранее рассмотренное устройство, оно также не позволяет производить опрессовку прилегающей к устью скважины части обсадной колонны, а для создания опрессовочного давления также требуется насосная установка.

Указанные недостатки устранены в устройстве для опрессовки устья скважины и прилегающей части обсадной колонны, выполненном в виде эластичной самоуплотняющейся манжеты с раструбом в верхней части, установленной с возможностью ограниченного осевого перемещения на полом штоке, снабженном средствами соединения его с бурильными трубами /3/.

Это устройство позволяет создавать опрессовочное давление путем поднятия бурильной трубы с установленным внизу устройством и сжатия жидкости в замкнутом объеме, ограниченном кольцевым пространством между обсадной и бурильной трубами, сверху закритым превентором, а снизу эластичной самоуплотняющейся манжетой, т.е. без использования насосной установки.

К недостаткам данной конструкции относятся следующие;

.одного размера,:jHo отличающихся толщиной стенки, требует наличия различных по диаметру манжет и проведения дополнительных работ по их замене. ДЕЯ срабатывания устройства требуется значительный предварительный натяг манжеты относительно внутреннего диаметра обсадной колонны, что затрудняет, а в ряде случаев исключает возможность прохода данного устройства через устье скважины. Наличие короткой манжеты может стать причиной разгерметизации при расположении её вблизи муфтового соединения обсадных труб и при её перемещении.

Наконец, при использовании данного устройства бурильная труба, на которой оно установлено, находится в сложнонацряженнсал состоянии вследствие одновременного действия осевой растягивающей нагрузки и наружного избыточного давления, что ведет к ограничению величины давления опрессовки.

Технической задачей полезной модели является создание устройства для опрессовки устья скважины с прилегающей частью обсадной колонны, которое рри сохранении цреимуществ йзве,ртнаго устройства риело бы более широкие возможности применения в отношении размеров испытуемого оборудования и величин создаваемого опрессовочного давления и было бы более надежным в работе.

Сформулированная задача решается следующим образом: устройство для опрессовки устья скважины, содержащее полый шток со средствами соединения его с бурильными трубами и установленную на штоке с возможностью ограниченного осевого перемещения элаатичную самоуплотняющуюся манжету

с раструболя в верхней части, снабжено распорным кольцом с коническрй наружной поверхностью, снабженной расположенными вдоль её образующих канавками, выполненным из эластичного материала с жесткостью, превышащей жесткость материала манжеты, и установленным на штоке над манжетой с возможностью осевого перемещения и взаимодействия его конической наррсной поверхности с раструбной частью манжеты, и средствами осевого перемещения распорного кольца в виде установленной на штоке над распорным кольцом регулировочной гайки и размещенного между регулировочной гайкой и распорным кольцом кольцевого толкателя, при этом кольцевой толкатель преимущественно выполнен в виде дифференциального поршня. Кроме того, устройство снабжено установленным на штоке ниже манжеты дополнительным у плотни тельным элементом с наружным диаметром, меньшим наружного диаметра раструбной части манжеты, и размещенным межцу манжетой и дополнительным у плотни тельным элементш жестким разделительным кольцом, поверхность которого, обращенная к дополнительному уплотнительному элементу, выполнена конической с вершиной конуса, направленной в сторону последнего. Наконец, в предпочтительном варианте исполнения полость внутри штока снизу ЗАКРЫТ/ пробкой, а выше манжеты посредством радиального отверстия в стенке штока сообщена с затрубным пространством.

Наличие в устройстве подвижного с помощью регулировочной гайки через толкатель распорного кольца позволяет регулировать диаметр раструбной части эластичной манжеты в пределах возможных изменений размера внутреннего диаметра обсадных труб вследствие неодинаковой толщины их стенок с учетом обеспечения необходимого для работы устройства предварительного натяга манжешты относительно внутреннего

диаметра обсадной колонны. Выполнение толкателя в виде дифференциального поршня, обеспечивающего дополнительное подзкатие манжеты при наращивании избыточного давления, с одной стороны, позволяет снизить величину предваритель - ного натяга и установить его таким, чтобы только обеспечить предварительное разобщение нижней части скважины от её устья, что важно длл обеспечения беспрепятствен ного прохода устройства через устье и предупреждения повреждения манжеты, а с другой стороны, повышает надежность герметизации кольцевого пространстаа скважины. Последнему способствует наличие в устройстве дополнительного уплотнительного элемента, т.к. при этом увеличивается площадь перекрываемой внутренней поверхности обсадной колонны и снижается перепад давления на манжете. Отсутствие у штока сквозного осевого канала, когда еро полость закрыта снизу пробкой,и сообщение этой полости в верхней части через открытое радиальное отверстие с затрубным пространством обеспечивают передачу избыточного опрессовочного давления во внутреннюю полость бурильных труб и разгрузку их от радиальных сминающих усилий, что создает резерв повышения величины опрессовочного давления.

Еа чертеже показано предлагаемое устройство для оп рессовки устья скважины.

Устройство включает полый mtoK I, выполненный составным из трех частей, соединенных между собой с помощью резьб, что облегчает изготовление и сборку устройства. Верхняя и нижняя части штока выполнены утолщенными и снабжены замковыми резьбами для соединения с бурильными трубами. В верхней части штока выполнено радиальное отверстие 2, сообщающее полость внутри штока с затрубным пространством.

На средней части щтока I с возможностью ограниченного осевого перемещения установлены эластичная самоуплоняющаяся манжета 3 с раструбом в верхней части и распорное кольцо 4 с конической наружной поверхностью, угол при вершине которой больше ответного угла раструбной части манжеты 3, благодаря чему распорное кольцо 4 ,рри его перемещении вдоль штока I своей наружной конической поверхностью может взаимодействовать с раструбной частью манжеты 3. Распорное кольцо 4 выполнено из эластичного материала, более жесткого, чем материал манжеты 3, а его наружная коническая поверхность снабжена канавками 5, расположенными вдоль её образующих. Для перемещения распорного кольца 4 вдоль штока I на штоке над распорным кольцом установлена регулировочная гайка 6, которая может воздействовать на распорное кольцо 4 через посредство промежуточного кольцевого толкателя 7, который в рассматриваемом предпочтительном варианте исполнения выполнен в виде дифферентального поршня, для чего шток I в области расположения кольцевого эджателя снабжен наружной проточкой, а кольцевой т атель - внутренней проточкой, при этом соприкасающиеся поверхности штока и кольцевого толкателя снабжены уплотнениями. В предпочтительном варианте исполнения устройства на штоке I ниже манжеты 3 установлен дополнительный уплотнительный элей мент 8 с наружным диаметром, меньшим наружного диаметра раструбной части манжеты 3, и жесткое разделительное кольцо 9, поверхность которого, обращенная к дополнительному уплотнительному элементу 8, выполнена конической с вершиной конуса, направленной в сторону последнего. I т м Полость внутри штока I снизу может быть закрыта резьбовой пробкой 10f а радиальное отверстие 2 в верхней части штока-резьбовой пробкой II. Устройство работает следующим образом. Перед спуском в скважину в зависимости от наружного диаметра обсадной колонны выбирается типоразмер устройства для опрессовки, С ПОРЙОЩЬЮ регулировочной гайки 6 и распорного кольца 4 устанавливается наружный диаметр раструбной части манжеты 3 так, чтобы в колонне с известной толнршой стенки натяг составлял 3,5-6,5 мм (большее значение - для больших размеров колонн). Если опрессовка будет производиться жидкостью, то палость внутри штока I снизу закрывается пробкой Ю, а отверстие 2 в верхней части штока оставляется открытым. В скважине на 25-30 м снижают уровень промывочной жидкости, спускают одну свечу бурильных труб, на верхний конец которой монтируют устройство для опрессовки. Сверху подсоединяют бурильную трубу, подобранную по прочности на растяжение, и полученную сборку спускают в скважину. При захождении устройства в верхнюю обсадную трубу за счет натяга манжеты 3 создается предварительное разобщение нижней части скважины от её устья. Через 951од в опрессовочной головке устьевая часть скважины над устройством заполняется водой с полым вытеснением воздуха из обвязки (для предохранения манифольда и устья от чреалерного давления следует предусмотреть установку предохраниельного клапана). На устьевой головке устанавл1авают манометр и закрывают опрессовываемый превентор. Плавно подниают подвешенную на талевой системе компоновку устройства. С началом роста давления раструбная часть манжеты 3, благодаря наличию канавок 5 на конической поверхности распорного кольца 4, по которым давление передается во внутреннюю полость кольцевой проточки, дополнительно поджимается к стенке обсадной трубы, а кольцевой толкатель 7 под действием избыточного давления на дифферешщальннй поршень ограниченно перемещается вниз, через распорное кольцо 4 дополнительно деформируя раструбную часть эластичной самоуплотняющейся манжеты 3. С ростом давления до 3,0-4,5 МПа вниз начинает смещаться и собственно манжета 3, воздействуя как поршень через разделительное металлическое кольцо 9 на дополнительный уплотнительный элементе, который после деформации также гер летизирует кольцевое пространство скважины, т.к. коническая поверхность разделительного кольца 9 обеспечивает его расширение в радиальном направлении. Избыточное давление через радиальное отверстие 2 передается во внутреннее провтранство бурильной трубы и регистрируется на поверхности по манометру.

После достижения давления опрессовкигодъем прекращают, производится необходимая выдержка во времени. Затем устройство замедленно спускают на первоначальную высоту, давление над ним снижается до атмосферного, и после открытия плашек превентора устройство извлекается из скважины.

Таким образом, предлагаемое устройство, как и наиболее близкое к нему по технической сущости известное устройство, позволяет производить опрессовку устья скважины с прилегающей частью обсадной колонны без использования насосной установки.

воляет производить опрессовку также о помощью газа,подаваемого в затрубье от компрессора, В этом случае отверс- , тие 2 в верхней части штока закрывается пробкой II, а

пробка 10 удаляется. Этимобеспечивается возможность конт. герметичности ролировать анжёты 3 по выходу газа через бурильные трубы

на поверхность, эвление шрессовки контролируется с помощью манометра, соединешищного с затрубьем.

При таком положении пробок опрессовку мозшо цроизводить и ждцкостью, но в этсяд случае максимальное опрессовочное давление, в сравнении с рассмотренным выше вариантом опрессовки жидкостью, будет ниже, т.к. давление на бурильные трубы будет действовать тольно снаружи.

Преимуществами предлагаемого устройства являются более широкая область применения и большая надежность работы, т.к. благодаря возможности предварительной установки наружного диаметра манжеты оно может быть использовано в обсадных трубах с различной толщиной стенки, передача опрессовочного давления через радиальное отверстие внутрь бурильных труб обеспечивает их разгрузку от радиальных сминающих усилий, что создает резерв повышения величины давления опрессонки, наличие дифференциального поршня-толкателя, создающего дополнительное усилиие поджатия манжеты, с одной стороны, позволяет уменьшить предварительный натяг манжеты и предупредить её повреждение при установке устройства в обсадной колонне, а с другой, - повышает надежность герметизации кольцевого пространства скважины, и, наконец, благодаря наличию в устройстве дополнительного уплотнительного элемента увеличивается площадь перекрываемой внутренней поверхности обоадной колонны и снижается перепад давления на манжете, что также способствует более надежной работе устройства,

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1,Авторское свидетельство СССР № I4II436, КЛ.Е21В 33/03, 1988.

2,1 та лог фирмы „ OU Tool Pt.ociucts I974-I975, СЛ043.

3,Тоже, с. 1042 (прототип). Зав. отделом промышленной собственностиО З /А.Г.Калининский

Claims (4)

1. Устройство для опрессовки устья скважины, содержащее полый шток со средствами соединения его с бурильными трубами и установленную на штоке с возможностью ограниченного осевого перемещения эластичную самоуплотняющуюся манжету с раструбом в верхней части, отличающееся тем, что оно снабжено распорным кольцом с конической наружной поверхностью, снабженной расположенными вдоль ее образующих канавками, выполненным из эластичного материала с жесткостью, превышающей жесткость материала манжеты, и установленным на штоке над манжетой с возможностью осевого перемещения и взаимодействия его конической наружной поверхности с раструбной частью манжеты, и средствами осевого перемещения распорного кольца в виде установленной на штоке над распорным кольцом регулировочной гайки и размещенного между регулировочной гайкой и распорным кольцом кольцевого толкателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой толкатель выполнен в виде дифференциального поршня.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено установленными на штоке ниже манжеты дополнительным уплотнительным элементом с наружным диаметром, меньшим наружного диаметра раструбной части манжеты, и размещенным между манжетой и дополнительным уплотнительным элементом жестким разделительным кольцом, поверхность которого, обращенная к дополнительному уплотнительному элементу, выполнена конической с вершиной конуса, направленной в сторону последнего.

4. Устройство по п.1, 2 или 3, отличающееся тем, что полость внутри штока снизу закрыта пробкой, а в верхней части посредством радиального отверстия в стенке штока, расположенного выше манжеты, сообщена с затрубным пространством.