устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине

Формула изобретения

1. Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус с воронкой в верхней его части, кольцевым карманом под воронкой на внутренней его поверхности и соединением в нижней части для собственно хвостовика обсадной колонны, патрубок, помещенный нижней частью внутри корпуса и образующий с последним кольцевую полость, и выполненный в верхней части с возможностью соединения с транспортировочной колонной, втулку с конической поверхностью в ее нижней части, помещенную в кольцевой полости и зафиксированную срезными элементами на патрубке, упорную муфту, помещенную в кольцевой полости под втулкой и выполненную с возможностью передачи гидравлического давления на втулку, грузонесущие упоры, по меньшей мере три, каждый из которых выполнен с внутренней боковой поверхностью, ответной конической поверхности втулки, помещен в кольцевом кармане и взаимодействует нижней торцевой поверхностью с верхним торцом упорной муфты, а ее конической поверхностью - с конической поверхностью втулки, при этом взаимодействующие конические поверхности грузонесущих упоров и втулки образуют шлицевое соединение, обеспечивающее возможность принудительного вывода грузонесущих упоров из кольцевого кармана корпуса при осевом перемещении втулки.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упорная муфта выполнена с продольными сквозными периферийными каналами.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что наружная боковая поверхность упорной муфты и внутренняя боковая поверхность корпуса образуют полость.

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что взаимодействующие конические поверхности грузонесущих упоров и втулки образуют Т-образное шлицевое соединение или шлицевое соединение типа "ласточкин хвост".

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и эксплуатации скважин различного назначения и, в частности, к креплению нефтяных и/или газовых скважин хвостовиками обсадных колонн.

Известно устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус с окнами, связанный с транспортировочной колонной, воронку с карманами, грузонесущие упоры, помещенные в кармане воронки и окнах корпуса и дифференциальную втулку с конической поверхностью взаимодействующей с внутренней поверхностью грузонесущих упоров (см., например, RU 2203383, 27.04.2003).

Недостатком известного устройства является низкая надежность разъединения транспортировочной колонны и хвостовика обсадной колонны.

Известно устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус с окнами, транспортировочную колонну, связанную с корпусом, воронку с кольцевой проточкой, связанную с хвостовиком, грузонесущие упоры, связывающие корпус с воронкой, дифференциальную втулку, фиксирующую грузонесущие упоры в их рабочем положении, в кольцевой проточке воронки и окнах корпуса, и имеющую возможность осевого перемещения под действием гидравлического давления в транспортировочной колонне (см., например, RU 2424423, 20.07.2011).

Недостатком этого устройства является также низкая надежность разъединения транспортировочной колонны и хвостовика обсадной колонны, поскольку отсутствует возможность принудительного вывода грузонесущих упоров из кольцевой проточки воронки. Для исключения таких случаев в конструкцию устройства включают дополнительный страховочный узел разъединения (правый-левый переводник).

Наличие этого дополнительного узла исключает возможность вращения подвески при ее спуске в скважину, необходимую на случай исключения технологических осложнений в скважине или аварийных ситуаций. Это в значительной степени ограничивает область применения известных устройств.

Кроме того, расположение грузонесущих элементов в окнах корпуса в большинстве случаев не обеспечивает их равномерное нагружение и, как следствие, существенно снижает надежность работы устройства или в значительной мере требует усложнения конструкции устройства.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства и повышение надежности его работы.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине включает корпус с воронкой в верхней его части, кольцевым карманом под воронкой на внутренней его поверхности и соединением в нижней части для собственно хвостовика обсадной колонны, патрубок, помещенный нижней частью внутри корпуса и образующий с последним кольцевую полость, и выполненный в верхней части с возможностью соединения с транспортировочной колонной, втулку с конической поверхностью в ее нижней части, помещенную в кольцевой полости и зафиксированную срезными элементами на патрубке, упорную муфту, помещенную в кольцевой полости под втулкой и выполненную с возможностью передачи гидравлического давления на втулку, грузонесущие упоры, по меньшей мере три, каждый из которых выполнен с внутренней боковой поверхностью, ответной конической поверхности втулки, помещен в кольцевом кармане и взаимодействует нижней торцевой поверхностью с верхним торцом упорной муфты, а ее конической поверхностью - с конической поверхностью втулки, при этом взаимодействующие конические поверхности грузонесущих упоров и втулки образуют шлицевое соединение, обеспечивающее возможность принудительного вывода грузонесущих упоров из кольцевого кармана корпуса при осевом перемещении втулки.

Кроме того:

упорная муфта выполнена с продольными сквозными периферийными каналами;

наружная боковая поверхность упорной муфты и внутренняя боковая поверхность корпуса образуют полость;

взаимодействующие конические поверхности грузонесущих упоров и втулки образуют Т-образное шлицевое соединение или шлицевое соединение типа «ласточкин хвост».

На фиг.1 показан общий вид устройства. На фиг.2 показано сечение устройства.

Устройство включает корпус 1 с воронкой 2 в верхней его части, кольцевым карманом 3 под воронкой 2 на внутренней его поверхности и соединением в нижней части (условно не показано) для собственно хвостовика обсадной колонны, патрубок 4, помещенный нижней частью внутри корпуса 1 и образующий с последним кольцевую полость 5, и выполненный в верхней части с возможностью соединения с транспортировочной колонной 6, втулку 7 с конической поверхностью 8 в ее нижней части, помещенную в кольцевой полости 5 и зафиксированную срезными элементами 9 на патрубке 4, например, с помощью резьбовой втулки 10. В кольцевой полости 5 помещена также упорная муфта 11. Она помещена под втулкой 7 и выполнена с возможностью передачи гидравлического давления на упомянутую втулку 7. Имеются грузонесущие упоры 12, по меньшей мере три. Такое количество этих упоров обеспечивает равномерное распределение на них нагрузки. Каждый из грузонесущих упоров 12 выполнен с внутренней конической боковой поверхностью 13, ответной конической поверхности 8 втулки 7. Каждый из упомянутых грузонесущих упоров 12 помещен в кольцевом кармане 3 и взаимодействует нижней торцевой поверхностью с верхним торцом упорной муфты 11, а ее конической поверхностью 13 - с конической поверхностью 8 втулки 7. При этом взаимодействующие конические поверхности грузонесущих упоров и втулки образуют шлицевое соединение 14, обеспечивающее возможность принудительного вывода грузонесущих упоров 12 из кольцевого кармана 3 при осевом перемещении втулки 7. Шлицевое соединение 14 может быть выполнено с зацеплением по типу «Т-образное» или «ласточкин хвост».

Упорная муфта 11 может быть выполнена, например, с продольными сквозными периферийными каналами (условно не показано) или наружная боковая поверхность упорной муфты 11 и внутренняя боковая поверхность корпуса 1 могут образовать кольцевой зазор 15. Такие варианты выполнения упорной муфты обеспечивают возможность передачи гидравлического давления на втулку 7. Необходимую герметичность устройству обеспечивают уплотнительные кольца 16.

Экспериментальным образом установлено, что длины конических поверхностей грузонесущего упора и втулки могут соотноситься как 1:2, при этом конусность втулки (угол с вертикалью) и, соответственно, грузонесущего упора может быть выполнена в пределах 8-10 градусов, размер кольцевого кармана по высоте может на 5-7% превышать высоту грузонесущего упора. При таком выполнении элементов устройства может быть обеспечен более оптимальный вариант работы устройства - принудительный вывод без подклиниваний грузонесущих упоров из кольцевого кармана корпуса.

Устройство работает следующим образом.

После спуска хвостовика обсадной колонны на заданную глубину скважины обеспечивают (в случае необходимости) его цементирование. После окончания процесса цементирования в проходном канале устройства (в транспортировочной колонне) поднимают давление до заданной расчетной величины. Избыточное давление по кольцевому зазору 15 передают на нижнюю торцевую часть втулки 7. При этом происходит разрушение срезных элементов 9, осевое перемещение втулки 7 и принудительный вывод грузонесущих упоров 12 из кольцевого кармана 3 корпуса 1. Принудительный - автоматический вывод грузонесущих упоров 12 обеспечивается взаимодействием их конических поверхностей с конической поверхностью втулки 7, соединением грузонесущих упоров 12 и втулки 7 в особое, с зацеплением, шлицевое соединение, например, по типу «Т-образного» или «ласточкина хвоста» (см. фиг.2 с примером иллюстрации шлицевого соединения по типу «ласточкиного хвоста»). Наиболее оптимальный вывод грузонесущих упоров, без заклинивания, обеспечен с вышеописанными соотношениями длин взаимодействующих конических поверхностей грузонесущего упора (каждого из них) и втулки, конусности втулки и соотношения по высоте кольцевого упора и грузонесущих упоров. Сигналом к срабатыванию устройства, т.е. к отсоединению собственно хвостовика от транспортировочной колонны служит падение избыточного давления в транспортировочной колонне.