Способ и устройство для сообщения блока предохранителя выброса, содержащего подводную испытательную фонтанную арматуру, с полостью бурового инструмента - RU2101460C1
Код документа: RU2101460C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к добыче нефти и газа, а более точно к способу и устройству для обобщения блока предохранителя выброса, содержащего подводную испытательную фонтанную арматуру, с полостью бурового инструмента. Устройство выполнено с возможностью размещения в колонне бурового инструмента. Данные способ и устройство применяются для заглушения нестабильной скважины после срабатывания предохранителя выброса, при котором колонна для спуска обсадной колонны над фонтанной арматурой срезается и находящиеся под поверхностью моря клапаны фонтанной арматуры разведочной скважины закрываются, закупоривая колонну.
При разведочных буровых работах и т.п. которые проводятся с надводного или полупогруженного судна, управление скважиной осуществляют с помощью блока предохранителя выброса, который устанавливают на дне моря в устье скважины, и устройства для сообщения блока предохранителя выброса, содержащего подводную испытательную фонтанную арматуру, с полостью бурового инструмента (см. например, патент США N 4116272). Такие блоки предохранители выброса обычно содержат трубчатый центральный корпус, на котором установлено множество комплектов гидравлических плашек, например четыре, на которых установлены различные уплотняющие и режущие инструменты. Плашки разнесены в осевом направлении вдоль корпуса. Нижние или трубные плашки снабжены полукруглыми уплотняющими торцами так, что, когда эти плашки приводятся в действие, эти полукруглые торцы совмещаются с внешней поверхностью бурового инструмента. Плашки верхнего комплекта, известные как срезающие плашки, оснащены режущими поверхностями, которые могут прорезать буровой инструмент или закрыть отверстие в нем и изолировать находящуюся под давлением среду в пласте от стояка и верхней части бурового инструмента.
При испытаниях нефтяных или газовых скважин в дополнение к скважинной фонтанной арматуре, используется фонтанная арматура, расположенная над устьем скважины блоком предохранителя выброса, расположенным на установочной колонне.
Одним из инструментов, используемых при испытаниях скважин, является предохранительный клапан, расположенный внутри блока предохранителя выброса. Во время операций по испытанию скважины необходимо регулировать давление как в обсадных трубах, так и в кольцевом пространстве, т.е. давление внутри колонны и давление между колонной и стояком, обсадной колонной и облицовкой скважины. Подводная испытательная фонтанная арматура, например, типа елки представляет собой первичную систему безопасности, регулирующую давление в обсадных трубах и обеспечивающую возможность быстро и безопасно отсоединить стояк от скважины при возникновении экстремальных ситуаций, например при плохой погоде или отказе позиционирующей системы судна. Это достигается, в частности, путем применения " безотказных клапанов" в "елке", которые, например, при нормальных рабочих условиях удерживаются открытыми под воздействием давления нагнетаемой жидкости. Если же давление резко падает, клапаны закрываются, изолируя испытательную колонну под фонтанной арматурой. После этого верхнюю часть "елки" можно отсоединить от нижней части, в которой установлены клапаны, и извлечь установочную колонну и другую фонтанную арматуру, установленную над "елкой".
В ситуациях, когда вероятен выброс, включаются срезающие плашки и заглушают колонну путем прорезания установочной колонны над "елкой", оставляя ее внутри блока предохранителя выброса. Трубные плашки при испытаниях скважины обычно установлены в выдвинутое положение, также образуя уплотнение вокруг внешней поверхности колонны. Для того, чтобы привести скважину вновь в безопасное состояние и обеспечить извлечение скважинного тестового оборудования, необходимо заглушить нестабильную скважину так, чтобы не допустить возникновения нерегулируемого потока среды при открывании блока предохранителя выброса. Это достигается путем снижения давления, чего можно добиться путем закачивания в колонну такой среды, как бариевая буровая грязь, рассол или морская вода.
Техническим результатом изобретения является создание способа и устройства для сообщения блока предохранителя выброса, содержащего подводную испытательную фонтанную арматуру, с полостью бурового инструмента, обеспечивающих заглушение нестабильной скважины после срабатывания блока предохранителя выброса.
Этот технический результат достигается тем, что в способе сообщения блока предохранителя выброса, содержащего подводную испытательную фонтанную арматуру, с полостью бурового инструмента, включающем закрытие по меньшей мере двух комплектов плашек предохранителя выброса, согласно изобретению устанавливают чувствительный к давлению клапан в буровой инструмент между двумя комплектами закрытых плашек и повышают давление во внутренней камере предохранителя выброса между комплектами закрытых плашек для открытия чувствительного к давлению клапана, обеспечивающего сообщение сред между внутренней полостью предохранителя выброса и внутренней полостью бурового инструмента.
Целесообразно через открытый чувствительный к давлению клапан закачивать бариевый буровой раствор, рассол или морскую воду в буровой инструмент для глушения скважины, из которой вероятен выброс, и обеспечения возможности открытия предохранителя выброса и извлечения скважинного оборудования, находящегося ниже предохранителя выброса.
Предпочтительно после заглушения скважины открывать плашки предохранителя выброса, опускать ловильный инструмент в предохранитель выброса для взаимодействия с участком увеличенного поперечного сечения, выполненным на колонне бурового инструмента над подводной испытательной фонтанной арматурой, захватывать последний и извлекать.
Предпочтительно также повышать давление во внутренней камере предохранителя выброса между двумя комплектами закрытых плашек путем закачивания среды с поверхности через подающий трубопровод до создания разности давлений в упомянутой камере и во внутренней полости бурового инструмента, превышающей заранее определенный уровень, достаточный для открытия чувствительного к давлению клапана.
В качестве чувствительного к давлению клапана используют клапан, имеющий клапанный элемент в виде кольцевой втулки, которую удерживают в камере низкого давления корпуса клапана воздействием давления на первую торцевую поверхность втулки для удержания клапана открытым, а в камере низкого давления поддерживают атмосферного давление.
Указанный технический результат достигается и тем, что в устройстве для сообщения блока предохранителя выброса, содержащего подводную испытательную фонтанную арматуру, с полостью бурового инструмента, выполненным с возможностью размещения в колонне бурового инструмента, согласно изобретению имеется чувствительный к давлению клапан, выполненный в виде втулки, являющейся его корпусом и определяющей внутренний клапан, и клапанного элемента, открывающегося под действием заранее выбранной разности давлений по обе стороны от него для обеспечения сообщения сред между внешним пространством втулки и внутренним его каналом.
Целесообразно чтобы чувствительный к давлению клапан содержал замок для удержания в корпусе в закрытом положении клапанного элемента, выполненный с возможностью предотвращения перемещения упомянутого клапанного элемента до приложения к нему заранее определенной разности давлений. Этот замок предпочтительно выполнить в форме срезного штифта, установленного между корпусом клапана и клапанным элементом в закрытом положении, а клапанный элемент в форме кольцевой втулки, установленной с возможностью осевого перемещения в корпусе клапана.
Целесообразно, чтобы кольцевая втулка имела первую торцевую поверхность для воздействия давлением из внутренней камеры предохранителя выброса и внешнего пространства относительно колонны бурового инструмента и обтекании этой торцевой поверхности средой при открытии клапана. Предпочтительно корпус клапана содержит камеру низкого давления для приема кольцевой втулки при открытии клапана и воздействии приложенного давления на первую торцевую ее поверхность для удержания клапана в открытом состоянии. Камера низкого давления содержит воздух при атмосферном давлении.
Устройство расположено выше подводной испытательной фонтанной арматуры с возможностью сообщения внутреннего канала с внутренним каналом подводной испытательной арматуры.
Предпочтительно, чтобы оно содержало участок увеличенного поперечного сечения, выполненный с возможностью разъема и взаимодействия с ловильным инструментом.
Чувствительный к давлению клапан и участок увеличенного поперечного сечения образованы отдельной втулкой, установленной в колонне бурового инструмента выше подводной испытательной фонтанной арматуры. Чувствительный к давлению клапан и испытательная фонтанная арматура образуют часть колонны бурового инструмента и размещены в предохранителе выброса, при этом предохранитель выброса содержит стенку, определяющую внутренний канал для приема упомянутой колонны, по меньшей мере два комплекта плашек и подающий трубопровод, в стенке имеется клапан для обеспечения сообщения сред между внешним пространством относительно стенки и внутренним каналом между двумя комплектами плашек предохранителя выброса и повышения давления в упомянутом внутреннем канале при закачивании среды через подающий трубопровод с поверхности.
Целесообразно, чтобы подводная испытательная фонтанная арматура содержала клапаны, выполненные с возможностью открытия под воздействием заранее выбранного давления в обсадной колонне, приложенного выше этих клапанов, при этом чувствительный к давлению клапан был выполнен с возможностью обеспечения в открытом положении повышения давления в колонне между верхним комплектом плашек предохранителя выброса и безотказными клапанами испытательной фонтанной арматуры для открывания упомянутых клапанов и обеспечения возможности закачивания среды в колонну бурового инструмента под подводной испытательной фонтанной арматурой. Чувствительный к давлению клапан и подводная испытательная фонтанная арматура имеют размеры, обеспечивающие их размещение между двумя комплектами плашек предохранителя выброса, для обеспечения возможности приведения в действие упомянутых плашек при герметизации скважины.
На фиг. 1 и 2 изображены схематические виды в разрезе противовыбросового оборудования скважины; на фиг. 3 и 4 увеличенные схематические виды в разрезе устройства для сообщения блока предохранителя выброса с полостью бурового инструмента согласно изобретению.
На фиг. 1 и 2 схематически показано устройство, устанавливаемое на устье скважины при ее испытаниях. Стояк 1 опущен с бурового судна или платформы (на фигуре не показаны) и соединен с верхним концом блока 2 предохранителя выброса, установленного в устье 3 скважины. Блок 2 предохранителя выброса содержит трубчатый корпус 4, на котором установлены четыре комплекта гидравлических плашек 5, 6, 7, 8. В данном примере нижний комплект плашек 7, 8 выполнен в форме трубных плашек с полукруглыми уплотняющими торцами, при этом плашки обычно выдвинуты, как показано для взаимодействия с колонной 9 бурового инструмента при испытаниях скважины. Верхний комплект плашек 5 выполнен в форме срезающих плашек, которые могут быть приведены в действие для разрезания колонны 9 при необходимости, как показано на фиг. 2.
На колонне 9 бурового инструмента внутри стояка 1 и блока 2 предохранителя выброса смонтирована фонтанная арматура, содержащая предохранительный клапан 10 лубрикатора, предохранительный клапан 11 пробки и подводную испытательную фонтанную арматуру 12, включая устройство 13 для сообщения блока 2 предохранителя выброса с полостью бурового инструмента, описанное ниже. Подвесной узел 14 посажен на устье 3 скважины на кожухе 15 и от этого подвесного угла 14 опускается испытательная колонна 16.
Испытательная фонтанная арматура 12 содержит безоткатные клапаны (на фигурене показаны), которые могут удерживаться в открытом положении гидравлическим давлением. Если подача гидравлического давления прекратится, клапаны закрываются, изолируя испытательную колонну 16 под испытательной фонтанной арматурой 12. Эти клапаны можно открыть вновь давлением среды в колонне над фонтанной арматурой 12, что дает возможность открыть эти клапаны при обрыве трубопроводов, подающих гидравлическое давление. Подводная испытательная фонтанная арматура типа "елка" SAFE выпускается фирмой "Экспро (Норт си) Лтд. ", Абердин, Шотландия, Соединенное Королевство. Верхняя часть елки может также механически или гидравлически отсоединяться от нижней части, в которой расположены клапаны для обеспечения возможности быстрого и безопасного извлечения колонны 9 бурового инструмента, например в случае плохой погоды.
В ситуациях, когда возникает вероятность выброса, приводятся в действие срезающие плашки 5 предохранительного блока 2 для прорезания колонны 9 бурового инструмента над подводной испытательной фонтанной арматурой 12 и устройством 13 для сообщения блока предохранителя выброса с полостью бурового инструмента и скважина заглушается. Когда фонтанная арматура 12, снабженная безотказными клапанами, как описано выше, располагается внутри блока 2 предохранителя выброса, срезающие плашки 5 также прорезают трубопроводы подачи гидравлического давления, которое в обычных обстоятельствах удерживает клапаны открытыми. Таким образом, клапаны закрываются, если они не были закрыты ранее.
Для заглушения нестабильной скважины, для того чтобы получить возможность открыть предохранительный блок 2 и извлечь из испытательной колонны 16 скважинное оборудование, в первую очередь необходимо снизить давление в испытательной колонне 16 и в устье 3 скважины так, чтобы среда не истекала вверх из скважины и через колонну 16 когда будет открыт предохранительный блок. Это обычно достигается путем закачивания в колонну 16 материала с относительно высокой плотностью, такого как бариевая буровая грязь, рассол или морская вода.
В изобретении это достигается с помощью устройства 13 для сообщения блока предохранителя выброса с полостью бурового инструмента, более подробно показанного на фиг. 3 и 4.
Устройство 13 имеет чувствительный к давлению клапан, выполненный в виде втулки 17, являющейся его корпусом и определяющей внутренний канал 18, и клапанного элемента, открывающегося под воздействием заранее выбранной разности давлений по обе стороны от него для обеспечения сообщения сред между внешним пространством втулки 17 и внутренним его каналом 18. Клапанный элемент выполнен в виде кольцевой втулки 19, установленной с возможностью осевого перемещения в корпусе клапана.
Втулка 17 образует часть колонны 9 и расположена над основным корпусом подводной испытательной фонтанной арматуры 12 и при работе устанавливается непосредственно под срезающими плашками 5 блока 2 предохранителя выброса.
Внутренний канал 18 имеет диаметр, равный внутреннему диаметру испытательной колонны 16, и торцы втулки 17 снабжены обычными соединительными средствами (на фигуре не показаны) для соединения втулки 17 с колонной 9 бурового инструмента.
Втулка 17 содержит три основных детали: верхнюю часть, в виде верхнего переводника 20, нижнюю часть, в виде нижнего переводника 21, кольцевую втулку 22. Следует отметить, что термины "верхний" и "нижний" используются для облегчения понимания чертежа, однако описываемое устройство одинаково эффективно работает и в противоположной ориентации. Верхний переводник 20 имеет верхнюю часть 23 и нижнюю часть 24 увеличенного поперечного сечения. Как будет описано, выступ 25 между частями 23 и 24 может использоваться для позиционирования ловильного инструмента овершота, тогда как нижний выступ 26 части 24 являются поверхностью, взаимодействующей с ловильным инструментом.
Переводники 20 и 21 соединены посредством резьб 27, выполненных на внутренней поверхности нижней части 24 верхнего переводника 20 и на внешней поверхности верхнего конца нижнего переводника 21.
Между переводниками 20 и 21 расположена кольцевая втулка 22, определяющая внутренний канал 18. Верхний конец 28 втулки 22 установлен в кольцевой канавке 29, выполненной в верхнем переводнике 20, а нижний конец 30 упирается в торцовую поверхность 31 нижнего переводника 21. Нижний конец 30 втулки 22 выполнен корончатым, т.е. снабжен четырьмя равноразнесенными канавками (развернутыми на 90oC) по его окружности, которые определяют четыре канала 32, 33, 34 (показаны только три) между внутренним каналом 18 и кольцевой камерой 35, образованной между втулкой 22 и переводниками 20 и 21. Еще четыре канала 36, 37 (показаны только два) выполнены в стенке нижней части 24 верхнего переводника 20, которые вместе с каналами 32, 34 образуют циркуляционные каналы, в нормальном положении закрытые клапанным элементом, выполненным в форме кольцевой втулки 38, расположенной в камере 35. На фиг. 3 показана кольцевая втулка 38, установленная так, чтобы закрывать циркуляционные каналы, а на фиг. 4 втулка 38 показана в поднятом состоянии так, что циркуляционные каналы открыты.
Втулка 38 подвижна установке в кольцевой камере 35, в которой имеется верхний участок 23 с низким или атмосферным давлением воздуха и увеличенный нижний участок 40 между каналами 32, 34, 36, 37. Эта циркуляционная втулка 38 обычно расположена верхней частью 41 в нижней части верхнего участка 39 камеры 35, а нижним концом 42 упирается в основание 43 нижнего участка 40 камеры 35. На нижнем конце втулки 38 выполнен буртик 44, который уплотняет камеру, прижимаясь к внутренней стороне стенки камеры 35.
Чувствительный к давлению клапан содержит замок для удержания в корпусе в закрытом положении клапанного элемента, выполненный с возможностью предотвращения перемещения клапанного элемента до приложения к нему заранее определенной разности давлений. Этот замок выполнен в форме срезного штифта 45 в верхнем переводнике 20, 45, который проходит в паз 46 во внешней стенке втулки 38. Втулка 38 удерживается в закрытом положении, кроме того давлением в трубах изнутри колонны, приложенным к площади А1. На сдвиг втулки 38 для открытия циркуляционных каналов действует давление в кольцевом пространстве между внутренней полостью блока 2 предохранителя выброса и колонной 9, которое приложено к площади А2, в нестабильной скважине давление в кольцевом пространстве обычно значительно ниже давления в трубах. Следует отметить, что площадь А2 значительно больше площади А1 так, что "направленное вверх" усилие давления, воздействующего на площадь А2 будет больше, чем "направленное вниз " усилие давления, воздействующего на площадь А1, когда давление в кольцевом пространстве будет значительно меньше чем давление в трубах.
В предпочтительном варианте воплощения втулка 17 выполнена из металла К-400 Мопеl (товарный знак), а три кольцевых уплотнения 47, размещенные на втулке 17, выполнены из эластомера, предпочтительно Viton (товарный знак), а срезаемый штифт 45 выполнен из алюминиевой бронзы.
Для того, чтобы разместить подводную испытательную фонтанную арматуру 12 и втулку 17 в блоке 2 предохранителя выброса под срезающими плашками 5, втулка 17 имеет минимальную длину, предпочтительно около 304,8 мм и обычно имеет внутренний диаметр 76,2 мм и внешний диаметр 203,2 мм.
Способ сообщения блока 2 предохранителя выброса с полостью бурового инструмента осуществляется следующим образом.
Втулка 17 используется после приведения в действие срезающих плашек 5 блока 2 предохранителя выброса, которые срезают колонну 9 бурового инструмента, как показано на фиг. 2. Втулка 38 обеспечивает сообщение сред между внутренней камерой 38 предохранителя выброса между срезающими плашками 5 и нижним комплектом плашек 7, 8 и внутренней полостью колонны 9 бурового инструмента, что позволяет операторам заглушить скважину. Это достигается путем повышения давления во внутренний конец 48 с помощью закачивания среды с поверхности через подающий трубопровод 49 и клапан 50 в корпус 4 блока 2 предохранителя выброса. После того, как давление в этой камере 48 достигает заранее определенного уровня, усиление давления в кольцевом пространстве, приложенное к площади А2 станет достаточным, чтобы преодолеть усилие давления в трубах, приложенное к площади А1, и срезать штифт 45, чтобы сдвинуть циркуляционную втулку 38 в верхний участок 39 камеры 35 и открыть циркуляционные каналы. Давление в камере 48, а теперь и в колонне 9 бурового инструмента над испытательной фонтанной арматурой 12, используется для открывания закрытых шаровых клапанов в испытательной фонтанной арматуре 12. После этого через циркуляционные каналы втулки 17 в колонну 9 и, через испытательную фонтанную арматуру 12 можно закачивать среду, такую как бариевая грязь, рассол или морская вода, пока давление в трубах в устье 3 скважины не упадет до уровня (обычно нулевого), позволяющего открыть блок 2 предохранителя выброса, отведя плашки 5, 7 и 8. После этого можно извлечь втулку 17, испытательную фонтанную арматуру 12, подвесной угол 14 и испытательную колонну 16, на которой установлено скважинное испытательное оборудование. Это осуществляется с помощью ловильного инструмента оверхота, который при опускании, позиционируется на участке втулки 17, имеющим увеличенное поперечное сечение на выступе 25 и зацепляется вокруг этого участка на нижнем выступе 26.
Таким образом, очевидно, что описанное устройство для сообщения блока предохранителя выброса с полостью бурового инструмента в сочетании с другими устройствами, представляет собой средство для быстрого заглушения скважины после срабатывания предохранителя и позволяет извлекать оборудование из скважины.
Реферат
Использование: изобретение относится к подводной испытательной фонтанной арматуре нефтяных или газовых скважин. Более конкретно оно относится к способу обеспечения сообщения блока предохранителя выброса, содержащего подводную испытательную фонтанную арматуру, с полостью бурового инструмента. Сущность изобретения: согласно способу закрывают по меньшей мере два комплекта плашек предохранителя выброса. Встроенный в буровой инструмент чувствительный к давлению клапан располагают между двумя упомянутыми комплектами закрытых плашек. Повышают давление во внутренней камере предохранителя выброса между комплектами закрытых плашек для открытия чувствительного к давлению клапана. Этим обеспечивается сообщение сред между внутренней полостью предохранителя выброса и внутренней полостью бурового инструмента. Раскрыто устройство реализующее данный способ. 2 с. и 16 з.п.ф-лы, 4 ил.
