[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2807169C1 - Production string disconnector - Google Patents

Production string disconnector Download PDF

Info

Publication number
RU2807169C1
RU2807169C1 RU2023105702A RU2023105702A RU2807169C1 RU 2807169 C1 RU2807169 C1 RU 2807169C1 RU 2023105702 A RU2023105702 A RU 2023105702A RU 2023105702 A RU2023105702 A RU 2023105702A RU 2807169 C1 RU2807169 C1 RU 2807169C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
disconnector
thread
production string
helical thread
section
Prior art date
Application number
RU2023105702A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Иванович Корабельников
Наталья Александровна Аксенова
Александр Михайлович Корабельников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2807169C1 publication Critical patent/RU2807169C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil engineering products.
SUBSTANCE: invention can be effectively used as a disconnector for sections of production strings and liner strings at the final stage of well construction in case of complications caused by jamming during their descent and cementing. The production string disconnector includes a hollow body with an internal passage and with sealing rings and connecting threads at its ends and consists of an upper and lower parts. The upper and lower parts of the disconnector are connected to each other by a helicoidal thread. The bearing surface of the triangular profile helicoidal thread is made at an angle α, while α=0°30'-1°30' to thread centreline. The opposite face of the profile is inclined to the plane of the cross section of the disconnector, at an angle β, while β=15°-45°. Threaded helicoidal surface is made with taper k=1/20-1/50. The lower cylindrical section of the nipple is supported by a fitting ring with a height h1 with the possibility of adjusting its height during the calibration of the disconnector and its assembly. The inner bore diameter of the disconnector is made commensurate with the inner diameter of the production string. At the upper end of the cylindrical lower body of the disconnector, at least two rectangular grooves are symmetrically located along the outer diameter Dn, with congruent locking teeth installed in them after assembly and calibration of the disconnector. The locking teeth are rigidly fixed by welds to the thrust end of the disconnector upper section with the possibility of transmitting torque from the upper part of the housing to the lower part.
EFFECT: increased efficiency of the production string disconnector.
1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение на разъединитель эксплуатационной колонны (РЭК) относится к изделиям нефтяного машиностроения. Разъединитель эксплуатационной колонны может эффективно использоваться, как разъединитель секций эксплуатационных колонн (ЭК) и колонн-хвостовиков на заключительной стадии строительства скважин в условиях возникновения осложнений, вызванных прихватами при их спуске и цементировании.The proposed technical solution for the production casing disconnector (PEC) relates to petroleum engineering products. The production string disconnector can be effectively used as a disconnector for sections of production strings (EC) and liner strings at the final stage of well construction in conditions of complications caused by sticking during their running and cementing.

Необходимость включения РЭК в состав эксплуатационной колонны обоснована тем, что в последнее годы изменены пространственные параметры стволов нефтяных и газовых скважин, а также их конструктивное исполнение; большинство скважин на нефть и газ заканчивают бурением их стволов с горизонтальным окончанием. В этих условиях спуск и продвижение ЭК в горизонтальной части ствола скважины до забоя сопряжено с появлением дополнительных нагрузок от сил трения, вызванных влиянием массы колонны труб, контактирующих с нижней образующей горизонтального участка ствола скважины. Потеря подвижности ЭК в процессе ее незавершенного спуска до проектной глубины, вызванная, чаще всего, осложняющими факторами горно-геологического характера, грозит, при отсутствии в ней работоспособного разъединителя, сложными аварийными работами и потерей ствола скважины, что приводит к увеличению непроизводительного времени и, в конечном счете, к удорожанию строительства скважины. Предлагаемый РЭК, при обоснованно выбранном специалистами участке его включения в состав спускаемой в скважину ЭК, позволит разъединить эксплуатационную колонну или хвостовик, в случае осложнений, вызванных прихватом, с минимальным потерями средств и времени.The need to include REC in the production string is justified by the fact that in recent years the spatial parameters of oil and gas wells, as well as their design, have changed; Most oil and gas wells are completed by drilling their trunks with a horizontal end. Under these conditions, the descent and advancement of the EC in the horizontal part of the wellbore to the bottom is associated with the appearance of additional loads from friction forces caused by the influence of the mass of the pipe string in contact with the lower generatrix of the horizontal section of the wellbore. The loss of mobility of the EC during its incomplete descent to the design depth, caused, most often, by complicating factors of a mining and geological nature, threatens, in the absence of a workable disconnector, with complex emergency work and loss of the wellbore, which leads to an increase in non-productive time and, in ultimately leading to higher costs for well construction. The proposed REC, if the area of its inclusion in the composition of the EC lowered into the well is reasonably chosen by specialists, will allow disconnecting the production string or liner in case of complications caused by sticking, with minimal loss of money and time.

Известны резьбовые разъединители для спуска и разъединения спускаемой несущей колонны труб, при использовании которых, вращением ротора размыкают спускаемую несущую колонну. При этом поддерживают постоянную нагрузку на крюке талевой системы буровой установки и толчками проворачивают несущую колонну вправо, с подсчетом числа оборотов и проверяют отсоединение по резьбе по величине холостого хода обратного вращения ротора [1]. Конструкция такого резьбового разъединителя сложна в эксплуатации и не обеспечивает достижения поставленной задачи. В связи с большими зенитными углами в скважинах для разъединения требуется неоднократное вращение бурильной колонны, так как с первого раза разъединение, как правило, не происходит, а если в скважину уже закачан цементный раствор, то возникает аварийная ситуация. Кроме этого, известен также штифтовый разъединитель, при помощи которого бурильные трубы отсоединяют от обсадных труб до их цементирования, после подвески обсадной колонны на клиньях при упоре на забой [1]. Разъединение проводят путем разгрузки колонны до момента среза штифтов разъединителя.Threaded disconnectors are known for lowering and disconnecting the lowered load-bearing string of pipes, when using which, by rotating the rotor, the lowered load-bearing string is opened. At the same time, a constant load is maintained on the hook of the traveling system of the drilling rig and the bearing column is jerked to the right, counting the number of revolutions, and the thread disconnection is checked by the value of the idle reverse rotation of the rotor [1]. The design of such a threaded disconnector is difficult to operate and does not achieve the assigned task. Due to large zenith angles in wells, disconnection requires repeated rotation of the drill string, since disconnection, as a rule, does not occur the first time, and if cement slurry has already been pumped into the well, an emergency situation occurs. In addition, a pin disconnector is also known, with the help of which drill pipes are disconnected from the casing pipes before they are cemented, after hanging the casing string on wedges while resting on the bottom [1]. Disconnection is carried out by unloading the column until the disconnector pins are cut off.

В отечественной промышленности выпускаются разъединители различных конструкций под шифрами ПМП, ПМПЦ, ПРК, РКЗ, РРС, PCX, УСЦОК, ЦРУ и др. Например, устройства типа ПМП предназначены для спуска и подвески хвостовиков; ПМПЦ предназначен для спуска, цементирования и подвески хвостовиков в нижней части эксплуатационной колонны; ПРК представляет собой подвеску-разъединитель с кулачками, для спуска и подвески потайных обсадных колонн; РК3-разъединитель кулачковый с гидравлическим затвором типа РКЗ; РРС - разъединитель резьбовой для спуска потайных колонн и обсадных колонн диаметром от 168 до 340 мм в сложных геологических условиях; PCX - разъединитель универсальный с трапецеидальной резьбой с крупным шагом; УСЦОК предназначен для стыковки и цементирования секций колонн при креплении глубоких скважин в осложненных условиях; ЦРУ - разъединитель оснащенный цангой, он рекомендован к использованию при креплении скважин хвостовиками при их малой массе.The domestic industry produces disconnectors of various designs under the codes PMP, PMPTs, PRK, RKZ, RRS, PCX, USTSOK, TsRU, etc. For example, PMP type devices are designed for lowering and hanging liners; PMPC is designed for running, cementing and hanging liners at the bottom of the production string; PRK is a suspension-disconnector with cams, for lowering and suspending hidden casing strings; RK3-cam disconnector with hydraulic shutter type RKZ; RRS - threaded disconnector for lowering hidden columns and casings with a diameter of 168 to 340 mm in difficult geological conditions; PCX - universal disconnector with trapezoidal thread with a large pitch; USTSOC is designed for joining and cementing column sections when casing deep wells in difficult conditions; CRU is a disconnector equipped with a collet; it is recommended for use when fastening wells with liners when their weight is low.

Известны разъединители, выпускаемые, например, ООО «БИТТЕХНИКА», как инструмент для ликвидации аварий в скважинах [2]. Однако их применение, в качестве связующих элементов между трубами ЭК исключено, как и всех вышеперечисленных разъединителей, по технической причине, т.к. их внутренний диаметр не предусматривает транспортировку через них разделительных пробок, если планируется заканчивание скважины, с цементированием хвостовика.Disconnectors are known, produced, for example, by BITTEHNIKA LLC, as a tool for eliminating accidents in wells [2]. However, their use as connecting elements between EC pipes is excluded, like all of the above disconnectors, for technical reasons, because their internal diameter does not allow for the transportation of separation plugs through them if it is planned to complete the well with cementing of the liner.

При проведении патентных исследований известных технических решений, направленных на разъединение бурильных, обсадных и эксплуатационных колонн в скважине, выявлено достаточно большое количество объектов интеллектуальной собственности (изобретений и полезных моделей), которые рассмотрены в качестве аналогов, в частности: патент на изобретение РФ №2428557 «Разъединитель», опубл. 10.09.2011, бюл. №25; патент на изобретение РФ №2129650 «Разъединитель», опубл. 27.04.1999; патент на изобретение РФ №2278945 «Скважинный разъединитель», опубл. 27.06.2006, бюл. №18; патент на изобретение РФ №2425946 «Скважинный разъединитель», опубл. 10.08.2011, бюл. №22; патент на изобретение РФ №2439281 Скважинный разъединитель, опубл. 10.01.2012, бюл. №1; патент на изобретение РФ №2625124 «Разъединитель колонны», опубл. 11.07.2017, бюл. №20.When conducting patent studies of well-known technical solutions aimed at separating drilling, casing and production strings in a well, a fairly large number of intellectual property objects (inventions and utility models) were identified, which were considered as analogues, in particular: patent for an invention of the Russian Federation No. 2428557 " Disconnector", publ. 09/10/2011, bulletin. No. 25; RF patent for invention No. 2129650 “Disconnector”, publ. 04/27/1999; RF patent for invention No. 2278945 “Borehole disconnector”, publ. 06/27/2006, bulletin. No. 18; RF patent for invention No. 2425946 “Borehole disconnector”, publ. 08/10/2011, bulletin. No. 22; RF patent for invention No. 2439281 Downhole disconnector, publ. 01/10/2012, bulletin. No. 1; RF patent for invention No. 2625124 “Column disconnector”, publ. 07/11/2017, bulletin. No. 20.

Недостатками приведенных выше технических решений является: сложность конструктивного исполнения, а также невозможность встраиваться (включаться) в отдельные секции эксплуатационных колонн или хвостовиков из-за ограниченного внутреннего проходного канала, исключающего возможность транспортировки технологических жидкостей, с разделительными пробками.The disadvantages of the above technical solutions are: the complexity of the design, as well as the inability to be built (included) into individual sections of production strings or liners due to the limited internal passage channel, which excludes the possibility of transporting process fluids with separation plugs.

Наиболее близким, по технической сущности, выявлено техническое решение, принятое за прототип - разъединитель бурильной колонны (РБК), защищенный патентом на изобретение [3], который выполнен как пустотелый цилиндрический корпус, с внутренним проходом, состоящий из верхней и нижней частей, соединенных между собой треугольной геликоидальной резьбой и выполненных в верхней и нижней частях присоединительных резьб, для соединения с колонной бурильных труб, при этом верхняя и нижняя части, соединены между собой цилиндрической геликоидальной резьбой, с крупным шагом резьбы треугольного профиля. При этом опорные поверхности геликоидальной резьбы выполнены под углом к главной оси вращения в пределах 10°…15°. Герметичность РБК обеспечена применением уплотнительных колец, установленных в верхней и нижней частях РБК. Разъединение верхней и нижней частей РБК обеспечивается только относительным вращением частей, в сторону, противоположную их свинчивания. Однако, несмотря на близкое сходство конструктивных элементов РБК с заявляемым устройством, его нельзя применять в эксплуатационных колоннах, поскольку разъединение РБК возможно только при принудительном вращении колонны труб. Это существенно ограничивает и даже исключает его применение в компоновке эксплуатационных колонн, поскольку для эксплуатационных колонн вращение их в скважине не допустимо.The closest technical solution, in terms of technical essence, has been identified, adopted as a prototype - a drill string disconnector (RBC), protected by a patent for an invention [3], which is made as a hollow cylindrical body, with an internal passage, consisting of upper and lower parts connected between a triangular helical thread and connecting threads made in the upper and lower parts for connection with the drill pipe string, while the upper and lower parts are connected to each other by a cylindrical helical thread, with a large thread pitch of a triangular profile. In this case, the supporting surfaces of the helical thread are made at an angle to the main axis of rotation within 10°...15°. The tightness of the RBC is ensured by the use of sealing rings installed in the upper and lower parts of the RBC. The separation of the upper and lower parts of the RBC is ensured only by the relative rotation of the parts in the direction opposite to their make-up. However, despite the close similarity of the structural elements of the RBC with the claimed device, it cannot be used in production strings, since the separation of the RBC is possible only with forced rotation of the pipe string. This significantly limits and even excludes its use in the layout of production strings, since rotation of production strings in the well is not permissible.

Целью изобретения является создание работоспособного РЭК, с возможностью его встраивания в эксплуатационную колонну (хвостовик) и направленной на решения задачи, что, в случае потери подвижности эксплуатационной колонны в стволе скважины, вызванной ее непредвиденным прихватом (заклиниванием), разъединять колонну, на участке установки РЭК, будет возможно путем приложения осевой растягивающей нагрузки, обеспечивающей срыв конической геликоидальной резьбы в разъединителе с исключением необходимости передачи на эксплуатационную колонну крутящего момента (вращения).The purpose of the invention is to create an efficient REC, with the possibility of its integration into the production casing (liner) and aimed at solving the problem that, in the event of loss of mobility of the production string in the wellbore caused by its unexpected sticking (jamming), disconnect the string at the REC installation site , will be possible by applying an axial tensile load, ensuring the disruption of the conical helical thread in the disconnector, eliminating the need to transfer torque (rotation) to the production string.

Ожидаемый положительный технический результат предлагаемого решения проявляется:The expected positive technical result of the proposed solution is manifested:

- в возможности соединения с элементами труб ЭК, с использованием конгруэнтных резьбовых соединений, и обеспечения равного с трубами ЭК его внутреннего диаметра, для беспрепятственного прохода разделительных пробок;- the possibility of connecting with elements of EC pipes, using congruent threaded connections, and ensuring that its internal diameter is equal to that of EC pipes, for the unhindered passage of separation plugs;

- в возможности включения его в состав выделенных расчетным путем размерных секций ЭК и, как вариант, включения нескольких разъединителей;- the possibility of including it in the EC dimensional sections allocated by calculation and, as an option, including several disconnectors;

- в возможности разъединения, в случае прихвата ЭК, созданием осевой растягивающей нагрузки на верхнюю часть ЭК, для извлечения верхней (свободной) части труб, и сохранения части пробуренного ствола скважины;- in the possibility of separation, in case of stuck EK, by creating an axial tensile load on the upper part of the EK, to remove the upper (free) part of the pipes, and preserve part of the drilled wellbore;

- в возможности в заводских условиях настраивать РЭК на заявленное осевое усилие срыва геликоидальной резьбы (Ус);- the ability to factory adjust the REC to the declared axial force of helical thread failure (Us);

- в возможности выполнять работы по заканчиванию скважины, в т.ч. подвеску ЭК в промежуточной колонне, с использованием разделительных пробок, прокачку цементного раствора и буферной жидкости, а также отсоединение несущей колонны от спущенной ЭК, в условиях безупречного спуска ЭК (хвостовика) до проектной глубины.- the ability to perform well completion work, incl. suspension of the EC in the intermediate column, using separation plugs, pumping of cement mortar and buffer fluid, as well as disconnection of the supporting column from the lowered EC, under conditions of flawless lowering of the EC (liner) to the designed depth.

Решение поставленной задачи достигается тем, что разъединитель (РЭК) выполнен в виде цилиндрического корпуса, с одноименными, как у эксплуатационной колонны, присоединительными резьбами на его концах и включает верхнюю (ниппельную) и нижнюю (муфтовую) части, которые соединены между собой геликоидальной резьбой, с конусностью (k), длиной резьбового участка геликоидальной резьбы (L), с крупным шагом (S) геликоидальной резьбы. При этом опорная поверхность геликоидальной резьбы треугольного профиля выполнена под углом (α), в пределах α=0°30'…1о30', к осевой (О) линии резьбы, a противоположная грань профиля наклонена к плоскости поперечного сечения разъединителя, под углом (β), в пределах β=15°…45°, а рабочая высота профиля (h2) геликоидальной резьбы выполнена из соотношения:The solution to the problem is achieved by the fact that the disconnector (REK) is made in the form of a cylindrical body, with connecting threads of the same name, like the production string, at its ends and includes an upper (nipple) and lower (coupling) part, which are connected to each other by a helical thread, with taper (k), length of the threaded section of the helical thread (L), with a large pitch (S) of the helical thread. In this case, the supporting surface of the helical thread of the triangular profile is made at an angle (α), within α=0°30'...1 o 30', to the axial (O) line of the thread, and the opposite face of the profile is inclined to the cross-sectional plane of the disconnector, at an angle (β), within β=15°...45°, and the working height of the profile (h 2 ) of the helical thread is made from the ratio:

h2=(Dн+Δ)⋅σт/(E⋅n)+S⋅k/2;h 2 =(Dн+Δ)⋅σт/(E⋅n)+S⋅k/2;

При этом конусность резьбовой геликоидальной поверхности (k) выполнена (с учетом рекомендаций ГОСТ 8593-81 по выбору нормальной конусности) в пределах от k=(1/20…1/50), а длина (L) резьбового участка геликоидальной резьбы выполнена с учетом зависимости L=Уc/((Dн-Δ)⋅π⋅Pоп⋅f⋅0,01); Кроме этого, выполненный нижний цилиндрический участок ниппеля оперт в подгонное кольцо высотой h1, с возможностью корректировки (изменения) ее высоты в процессе выполнения тарировки разъединителя и его сборке, а внутренний проходной диаметр разъединителя выполнен соизмеримым с внутренним диаметром эксплуатационной колонны. На верхнем торце цилиндрического нижнего корпуса разъединителя выполнены, симметрично расположенные по наружному диаметру Dн, прямоугольные пазы (не менее двух), с установленными в них, после сборки и тарировки разъединителя, зубки-фиксаторы, которые неподвижно закреплены сварными швами к верхней части корпуса, с возможностью передачи крутящего момента от верхней (ниппельной) части корпуса к нижней (муфтовой) части.In this case, the taper of the threaded helical surface (k) is made (taking into account the recommendations of GOST 8593-81 on the choice of normal taper) in the range from k=(1/20...1/50), and the length (L) of the threaded section of the helical thread is made taking into account dependences L=Уc/((Dн-Δ)⋅π⋅Pоп⋅f⋅0.01); In addition, the lower cylindrical section of the nipple is supported in a fitting ring with a height of h 1 , with the possibility of adjusting (changing) its height during calibration of the disconnector and its assembly, and the internal bore diameter of the disconnector is made commensurate with the internal diameter of the production string. At the upper end of the cylindrical lower body of the disconnector, there are rectangular grooves (at least two) symmetrically located along the outer diameter Dн, with retaining teeth installed in them, after assembling and calibrating the disconnector, which are fixedly fixed by welds to the upper part of the housing, with the ability to transmit torque from the upper (nipple) part of the housing to the lower (coupling) part.

Процесс расцепления (срыв резьбы) РЭК от осевой растягивающей нагрузки на ЭК, сопровождается с преодолением сил трения, возникающих на витках геликоидального резьбового соединения верхней и нижней частей. Значение усилия срыва резьбы зависит от начальной настройки РЭК, т.е. величины погружения при свинчивании ниппельной (верхней) части разъединителя в ответную муфтовую (нижнюю) часть. И чем глубже, при свинчивании, в процессе настройки, будет установлена ниппельная часть с резьбой в муфтовую часть, тем выше значение усилия срыва резьбы (Ус). Срыв геликоидальной резьбы РЭК, согласно изобретению, происходит без повреждения целостности его комплектующих деталей, а также профиля резьбы геликоидального резьбового соединения и может, при необходимости, повторяться многократно.The process of uncoupling (thread failure) of the EK from the axial tensile load on the EK is accompanied by overcoming the friction forces arising on the turns of the helical threaded connection of the upper and lower parts. The value of the thread breaking force depends on the initial setting of the REC, i.e. the amount of immersion when screwing the nipple (upper) part of the disconnector into the mating coupling (lower) part. And the deeper, during screwing, during the adjustment process, the nipple part with the thread is installed into the coupling part, the higher the value of the thread stripping force (Us). The failure of the helical thread of the REC, according to the invention, occurs without damaging the integrity of its component parts, as well as the thread profile of the helical threaded connection and can, if necessary, be repeated many times.

Разъединитель эксплуатационной колонны по настоящему техническому предложению показан на прилагаемых к описанию фигурах (фиг. 1-3).The production string disconnector according to this technical proposal is shown in the figures attached to the description (Fig. 1-3).

На фиг. 1 приведена схема разъединителя эксплуатационной колонны в свинченном рабочем состоянии;In fig. Figure 1 shows a diagram of the production string disconnector in a screwed-in operating state;

На фиг. 2 показан фрагмент геликоидального резьбового соединения разъединителя эксплуатационной колонны;In fig. Figure 2 shows a fragment of a helical threaded connection of a production string disconnector;

На фиг. 3 показано сечение РЭК на участке торцового соединения ниппельной и муфтовой частей.In fig. Figure 3 shows a cross-section of the REC in the area of the end connection of the nipple and coupling parts.

Разъединитель эксплуатационной колонны (фиг. 1) выполнен в виде цилиндрического корпуса, с одноименными, как у эксплуатационной колонны, присоединительными резьбами на его концах и включает верхнюю 1 (ниппельную) и нижнюю 2 (муфтовую) его части, которые соединены между собой геликоидальной резьбой (фиг.2) с конусностью k=(1/20…1/50) и длиной (L) резьбового участка геликоидальной резьбы, принятой из соотношения L=Ус/((Dн-Δ)⋅π⋅Poп⋅f⋅0,01), с крупным шагом (S). На фиг. 2, для понимания, показан параметр (с), определяющий значение половины угла конусности между центральной осью вращения О и линией образующего конуса геликоидального резьбового соединения. Работоспособность РБК обеспечивается исполнением оптимальной длины резьбового участка геликоидальной резьбы (L), с крупным шагом (S) резьбы. На верхней части разъединителя 1, выполнена присоединительная трубная резьба 3 и ниппельный участок 4, который включает верхний цилиндрический участок 5, переходящий в наружную геликоидальную резьбу 6, и нижний цилиндрический участок 7. Верхняя часть разъединителя 1, с геликоидальной резьбой 7 на участке L, свинчена с ответной внутренней резьбой нижней (муфтовой) части разъединителя 2. Корпус нижней (муфтовой) части разъединителя 2, в нижней части, снабжен ниппельной частью 9, с трубной присоединительной резьбой 10, для соединения с резьбовым соединением ЭК. При этом внутренний диаметр (dвн) ниппельной части 9 выполнен равным внутреннему диаметру ЭК (на фиг. не показано). В кольцевом промежутке между торцом цилиндрической ниппельной части 11 и упорным торцом 12, во внутренней части корпуса 2, установлено подгонное кольцо 13, с возможностью подбора ее высоты h1 при сборке и тарировке разъединителя. Во внутренней верхней и нижней частях корпуса разъединителя 2 выполнены кольцевые канавки 14, 15, которые снабжены уплотнительными кольцами 16, 17, с возможностью создания герметизирующей способности РЭК. На верхнем торце корпуса разъединителя 2 выполнены, симметрично расположенные по наружному диаметру Dн, прямоугольные пазы 18 (не менее двух), с установленными в них, после сборки и тарировки разъединителя, зубками-фиксаторами 19. Зубки-фиксаторы 19 соединены сварными швами 20, с упорным торцом 21 верхнего участка 1.The production string disconnector (Fig. 1) is made in the form of a cylindrical body, with connecting threads of the same name as the production string at its ends and includes the upper 1 (nipple) and lower 2 (coupling) parts, which are connected to each other by a helical thread ( Fig.2) with taper k=(1/20...1/50) and length (L) of the threaded section of the helical thread, taken from the ratio L=Us/((Dn-Δ)⋅π⋅Pop⋅f⋅0.01 ), with a large step (S). In fig. 2, for understanding, shows parameter (c), which determines the value of half the taper angle between the central axis of rotation O and the line of the generating cone of the helical threaded connection. The performance of the RBC is ensured by the optimal length of the threaded section of the helical thread (L), with a large thread pitch (S). On the upper part of the disconnector 1, there is a connecting pipe thread 3 and a nipple section 4, which includes an upper cylindrical section 5, which turns into an external helical thread 6, and a lower cylindrical section 7. The upper part of the disconnector 1, with a helical thread 7 in section L, is screwed with a mating internal thread of the lower (coupling) part of the disconnector 2. The body of the lower (coupling) part of the disconnector 2, in the lower part, is equipped with a nipple part 9, with a pipe connecting thread 10, for connection with the threaded connection EC. In this case, the internal diameter (din) of the nipple part 9 is made equal to the internal diameter of the EC (not shown in the figure). In the annular space between the end of the cylindrical nipple part 11 and the thrust end 12, in the inner part of the housing 2, an adjustable ring 13 is installed, with the possibility of selecting its height h 1 during assembly and calibration of the disconnector. In the inner upper and lower parts of the disconnector body 2 there are annular grooves 14, 15, which are equipped with sealing rings 16, 17, with the possibility of creating a sealing ability for the REC. At the upper end of the disconnector housing 2, there are rectangular grooves 18 (at least two) symmetrically located along the outer diameter Dn, with retaining teeth 19 installed in them, after assembling and calibrating the disconnector. The retaining teeth 19 are connected by welds 20, with the thrust end 21 of the upper section 1.

Пример конкретного исполнения разъединителя для эксплуатационной колонны 168×10,6-Л ГОСТ 632-80, с длиной нижней секции Lc - 500 м.An example of a specific design of a disconnector for a production string 168×10.6-L GOST 632-80, with the length of the lower section Lc - 500 m.

Исходные данные:Initial data:

- толщина стенки труб ЭК Δ=10,6 мм;- wall thickness of EC pipes Δ=10.6 mm;

- предел текучести (σ т) для материала «Л» разъединителя σт=66,80 кгс/мм2;- yield strength (σ t) for the material “L” of the disconnector σ t = 66.80 kgf/mm 2 ;

- масса (m) одного погонного метра труб m=40,1 кг/м;- mass (m) of one linear meter of pipes m=40.1 kg/m;

- n=1,2 - коэффициент запаса прочности для разъединителя;- n=1.2 - safety factor for the disconnector;

- давление (Роп) опрессовки ЭК, разрешенное ГОСТ 632-80 - 675 кгс/см2;- pressure (Pop) of EC crimping, permitted by GOST 632-80 - 675 kgf/cm 2 ;

- конусность геликоидальной резьбы k=1/30=0,0333;- taper of helical thread k=1/30=0.0333;

- шаг геликоидальной резьбы S - 24 мм;- helical thread pitch S - 24 mm;

Определим усилие (Ус) срыва резьбового соединения разъединителя для заводской настройки: Ус=n⋅Lc⋅m=2⋅500⋅40,1=40100 кгс=393,1 кН.Let us determine the force (Us) of breaking the threaded connection of the disconnector for the factory setting: Us=n⋅Lc⋅m=2⋅500⋅40.1=40100 kgf=393.1 kN.

Рабочую высоту профиля (h2) геликоидальной резьбы вычислим из соотношения: h2=(Dh+Δ)⋅σт/(Е⋅n)+S⋅k/2S=(168+10,6)⋅66,80/(2,1⋅104⋅1,2)+24⋅0,0333/2=0,873 мм.We calculate the working height of the profile (h 2 ) of the helical thread from the ratio: h 2 =(Dh+Δ)⋅σт/(E⋅n)+S⋅k/2S=(168+10.6)⋅66.80/(2 ,1⋅10 4 ⋅1.2)+24⋅0.0333/2=0.873 mm.

Длину (L) резьбового участка геликоидальной резьбы определяется из условияThe length (L) of the threaded section of the helical thread is determined from the condition

L=Уc/((DH-Δ)⋅π⋅Poп⋅f⋅0,01), мм;L=Uc/((DH-Δ)⋅π⋅Pop⋅f⋅0.01), mm;

где: f - 0,08 - коэффициент трения на резьбовом соединении;where: f - 0.08 - coefficient of friction on the threaded connection;

L=40100/[(168-10,6)⋅3,14⋅675⋅0,08⋅0,01]=150,2 мм.L=40100/[(168-10.6)⋅3.14⋅675⋅0.08⋅0.01]=150.2 mm.

Внутренний диаметр разъединителя (Δв) принимаем равным, как у ЭК, т.е. 147 мм.The internal diameter of the disconnector (Δв) is assumed to be equal to that of the EC, i.e. 147 mm.

Разъединитель эксплуатационной колонны осуществляет свою работу следующим образом. После спуска в скважину комплекта нижней секции ЭК, например 500 м, в верхнюю муфтовую часть ЭК ввинчивают РЭК, настроенный на расчетное значение усилия срыва геликоидальной резьбы (Ус). Крутящий моментом свинчивания (Мкр) при соединении РЭК с трубами ЭК должен соответствовать моменту свинчивания труб ЭК. При отсутствии осложнений при спуске ЭК в скважину (посадки, затяжки, нефтегазопроявление), ее спускают на расчетную глубину и проводят, в дальнейшем, предусмотренные планом строительства скважины, заключительные работы: подвеска ЭК (хвостовика), закачка цементного раствора, промывка и др.). В случае же потери подвижности ЭК при спуске ее в ствол скважины и неудачных попытках членов буровой бригады ее восстановить, исполнители работ могут принять решение по разъединению ЭК по месту установки РЭК, например, в 500 м от башмака. В этом случае, к верхней части ЭК прикладывают растягивающую нагрузку, превышающую расчетное значение усилия срыва резьбы (Ус) РЭК. При этом, верхняя часть разъединителя 1, с ее ниппельным участком 4, преодолевая силы трения (на фиг. не показано) на контактах конической геликоидальной резьбы 6, вырывается в осевом направлении О из корпуса разъединителя 8 и тем самым разъединяют эксплуатационную колонну. Снижение нагрузки на талевую систему (контроль ведут по индикатору веса) буровой установки может служить основанием для принятия решения по подъему верхней части ЭК. После разъединения ЭК на участке размещения РБК ствол скважины промывают технологической жидкостью и свободную часть ЭК поднимают из скважины.The production string disconnector operates as follows. After lowering a set of the lower section of the EC into the well, for example, 500 m, an REC is screwed into the upper coupling part of the EC, configured to the calculated value of the helical thread shear force (Us). The make-up torque (Mkr) when connecting the EK with EK pipes must correspond to the make-up moment of the EK pipes. If there are no complications when lowering the EC into the well (plantings, tightening, oil and gas shows), it is lowered to the calculated depth and, in the future, the final work provided for in the well construction plan is carried out: hanging the EC (liner), pumping cement mortar, flushing, etc.) . In case of loss of mobility of the EC when lowering it into the wellbore and unsuccessful attempts by members of the drilling crew to restore it, the work performers may decide to disconnect the EC at the location where the EC is installed, for example, 500 m from the shoe. In this case, a tensile load is applied to the upper part of the EC that exceeds the calculated value of the thread breaking force (Us) of the EC. In this case, the upper part of the disconnector 1, with its nipple section 4, overcoming the frictional forces (not shown in the figure) on the contacts of the conical helical thread 6, breaks out in the axial direction O from the housing of the disconnector 8 and thereby disconnects the production string. Reducing the load on the tackle system (monitored by the weight indicator) of the drilling rig can serve as the basis for making a decision to raise the upper part of the EC. After disconnecting the EC at the RBC placement site, the wellbore is washed with process fluid and the free part of the EC is lifted out of the well.

Принятые для реализации технические решения и указанные выше параметры РЭК позволяют авторам утверждать, что предлагаемый разъединитель обладает технологичностью изготовления, а при сборке, с тарировкой на стенде, обеспечивается настройка на усилие разъединения (Ус срыва) в осевом направлении (без вращения) в широком диапазоне требуемых разъединяющих нагрузок (30…80 тс). При этом допускается изменение высоты подгонного кольца 13. Причем, внутренний диаметр разъединителя (Δвн) соизмерим с внутренним диаметром ЭК и обеспечивает проход разделительных пробок, используемых в процессе цементирования.The technical solutions adopted for implementation and the above-mentioned REC parameters allow the authors to assert that the proposed disconnector has manufacturability, and during assembly, with calibration on the stand, adjustment is provided for the disconnection force (breakout force) in the axial direction (without rotation) in a wide range of required disconnecting loads (30...80 tf). In this case, it is allowed to change the height of the fitting ring 13. Moreover, the internal diameter of the disconnector (Δin) is commensurate with the internal diameter of the EC and ensures the passage of the separation plugs used in the cementing process.

Предложенные технические решения в РЭК, направленные на создание работоспособного РЭК, с возможностью его встраивания в эксплуатационную колонну (хвостовик) и позволяющими разъединять колонну путем приложения осевой растягивающей нагрузки для срыва конической геликоидальной резьбы в разъединителе без вращения, обладают новизной исполнения составных частей и необходимым уровнем их совершенства. Они находятся между собой в функционально-конструктивном единстве, с наличием признаков существенных отличий, что, в их совокупности, позволяет выполнять поставленную задачу, а детальная конструкторская проработка комплектующих узлов и деталей РЭК, свидетельствует об его изобретательском уровне, а также возможности освоения его производства и успешное применение в нефтегазовой промышленности.The proposed technical solutions in the REC, aimed at creating an efficient REC, with the possibility of its integration into the production casing (liner) and allowing the string to be disconnected by applying an axial tensile load to break the conical helical thread in the disconnector without rotation, have a novel design of the components and the required level of their perfection. They are in functional and constructive unity with each other, with the presence of signs of significant differences, which, in their totality, makes it possible to carry out the task, and the detailed design study of the components and parts of the REC testifies to its inventive level, as well as the possibility of mastering its production and successful application in the oil and gas industry.

Информационные источники:Information sources:

1. Булатов А.И., Измайлов Л.Б. и др. «Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин». М. Недра, 1981.1. Bulatov A.I., Izmailov L.B. and others. “Handbook for casing oil and gas wells.” M. Nedra, 1981.

2. Каталог продукции «Инструмент для ликвидации аварий в скважинах» ООО «БИТТЕХНИКА» 2018, Info@bittekhnika.ru.2. Product catalog “Tools for eliminating accidents in wells” BITTEKHNIKA LLC 2018, Info@bittekhnika.ru.

3. Патент RU 2757481, МПК Е21 В 17/06, «Разъединитель бурильной колонны», Опубл. 18.10.2021 БИ№29.3. Patent RU 2757481, IPC E21 V 17/06, “Drill string disconnector”, Publ. 10/18/2021 BI No. 29.

Пояснения к чертежам и описанию заявкиExplanations for the drawings and description of the application

1 - верхняя часть разъединителя;1 - upper part of the disconnector;

2 - нижняя часть разъединителя;2 - lower part of the disconnector;

3 - резьба трубная муфтовая;3 - pipe coupling thread;

4 - ниппельный участок верхней части разъединителя:4 - nipple section of the upper part of the disconnector:

5 - цилиндрический участок верхней части разъединителя;5 - cylindrical section of the upper part of the disconnector;

6 - конический участок верхней части разъединителя с геликоидальной резьбы;6 - conical section of the upper part of the disconnector with helical thread;

7 - нижний цилиндрический участок верней части разъединителя;7 - lower cylindrical section of the upper part of the disconnector;

8 - корпус разъединителя на участке внутренней геликоидальной конической резьбы;8 - disconnector body in the area of the internal helical tapered thread;

9 - нижняя ниппельная часть корпуса разъединителя;9 - lower nipple part of the disconnector housing;

10 - резьба присоединительная трубная;10 - connecting pipe thread;

11 - торец цилиндрической ниппельной части;11 - end of the cylindrical nipple part;

12 - упорный торец внутренней части корпуса разъединителя;12 - thrust end of the inner part of the disconnector housing;

13 - подгонное кольцо;13 - fitting ring;

14 - кольцевая канавка верхняя;14 - upper annular groove;

15 - кольцевая канавка нижняя;15 - lower annular groove;

16 - уплотнительное кольцо вернее;16 - o-ring or rather;

17 - уплотнительное кольцо нижнее;17 - lower o-ring;

18 - прямоугольный паз;18 - rectangular groove;

19 - зубок-фиксатор;19 - retaining tooth;

20 - сварной шов;20 - weld;

21- упорный торец верхнего участка разъединителя;21 - thrust end of the upper section of the disconnector;

Dн - наружный диаметр разъединителя;Dн - outer diameter of the disconnector;

dвн - внутренний диаметр разъединителя;din - internal diameter of the disconnector;

О - ось вращения разъединителя;O - axis of rotation of the disconnector;

L - длина резьбового участка геликоидальной резьбы;L is the length of the threaded section of the helical thread;

h1 - высота подгонного кольца;h 1 - height of the fitting ring;

h2 - высота рабочего профиля геликоидальной резьбы;h 2 - height of the working profile of the helical thread;

k - значение конусности геликоидальной резьбы;k is the value of the helical thread taper;

α - угол наклона опорной поверхности профиля геликоидальной резьбы, к оси вращения разъединителя;α is the angle of inclination of the supporting surface of the helical thread profile to the axis of rotation of the disconnector;

β - угол наклона замыкающего профиля треугольной геликоидальной резьбы к плоскости, перпендикулярной оси вращения (О) разъединителя;β is the angle of inclination of the closing profile of the triangular helical thread to the plane perpendicular to the axis of rotation (O) of the disconnector;

S - шаг геликоидальной резьбы;S - helical thread pitch;

Δ - толщина стенки используемых труб в эксплуатационной колонне, мм;Δ - wall thickness of the pipes used in the production string, mm;

σт - предел текучести металла деталей разъединителя, кгс/мм2;σт - yield strength of the metal of the disconnector parts, kgf/mm 2 ;

Е - модуль Юнга, для стали (2,1⋅104) кгс/мм2;E - Young's modulus, for steel (2.1⋅10 4 ) kgf/mm 2 ;

n - 1,2 - коэффициент запаса прочности для деталей разъединителя;n - 1.2 - safety factor for disconnector parts;

Ус - усилие срыва резьбы.Us is the thread breaking force.

Claims (16)

Разъединитель эксплуатационной колонны, включающий пустотелый корпус с внутренним проходом, состоящий из верхней и нижней частей, соединенных между собой геликоидальной резьбой, с уплотнительными кольцами и присоединительными резьбами по его концам, отличающийся тем, что геликоидальная резьба выполнена конусной, с крупным шагом и длиной резьбового участка геликоидальной резьбы, объединенными между собой математическими зависимостями, при этом опорная поверхность геликоидальной резьбы треугольного профиля выполнена под углом α, при этом α=0°30'-1°30', к осевой линии резьбы, а противоположная грань профиля наклонена к плоскости поперечного сечения разъединителя под углом β, при этом β=15°-45°, а рабочая высота профиля h2 геликоидальной резьбы выполнена из соотношения: A production string disconnector, including a hollow body with an internal passage, consisting of upper and lower parts connected to each other by a helical thread, with sealing rings and connecting threads at its ends, characterized in that the helical thread is made conical, with a large pitch and the length of the threaded section helical thread, interconnected by mathematical relationships, while the supporting surface of the helical thread of a triangular profile is made at an angle α, with α=0°30'-1°30', to the center line of the thread, and the opposite face of the profile is inclined to the cross-sectional plane disconnector at an angle β, with β=15°-45°, and the working height of the profile h 2 of the helical thread is made from the ratio: h2=(Dн+Δ)⋅σт/(E⋅n)+S⋅k/2,h 2 =(D n +Δ)⋅σ t /(E⋅n)+S⋅k/2, где Dн - наружный диаметр разъединителя, мм;where D n is the outer diameter of the disconnector, mm; Δ - толщина стенки используемых труб в эксплуатационной колонне, мм;Δ - wall thickness of the pipes used in the production string, mm; σт - предел текучести металла деталей разъединителя, кгс/мм2;σ t - yield strength of the metal of the disconnector parts, kgf/mm 2 ; Е - модуль Юнга, для стали составляет 2,1⋅104 кгс/мм2;E - Young's modulus, for steel it is 2.1⋅10 4 kgf/mm 2 ; n - коэффициент запаса прочности для деталей разъединителя, равный 1,2;n is the safety factor for the disconnector parts, equal to 1.2; S - шаг геликоидальной резьбы, мм;S - helical thread pitch, mm; а резьбовая геликоидальная поверхность выполнена с конусностью k=1/20-1/50, при этом длина L резьбового участка геликоидальной резьбы определяется из соотношения: and the threaded helical surface is made with a taper k=1/20-1/50, while the length L of the threaded section of the helical thread is determined from the ratio: L=Ус/((Dн-Δ)⋅π⋅Poп⋅f⋅0,01),L=U s /((D n -Δ)⋅π⋅P op ⋅f⋅0.01), где Ус - усилие срыва резьбы, кгс или кН;where Y c is the thread breaking force, kgf or kN; Dн - наружный диаметр разъединителя, мм;D n - outer diameter of the disconnector, mm; Δ - толщина стенки используемых труб в эксплуатационной колонне, мм;Δ - wall thickness of the pipes used in the production string, mm; Pоп- давление опрессовки эксплуатационной колонны, равное 675 кгс/см2;P op - pressure testing of the production string, equal to 675 kgf/cm 2 ; f - коэффициент трения на резьбовом соединении, равный 0,08;f - coefficient of friction on a threaded connection equal to 0.08; а нижний цилиндрический участок ниппеля оперт в подгонное кольцо высотой h1, с возможностью подгонки ее высоты в процессе выполнения тарировки разъединителя и его сборке, при этом внутренний проходной диаметр разъединителя выполнен соизмеримым с внутренним диаметром эксплуатационной колонны, на верхнем торце цилиндрического нижнего корпуса разъединителя выполнены симметрично расположенные по наружному диаметру Dн прямоугольные пазы, не менее двух, с установленными в них после сборки и тарировки разъединителя конгруэнтными зубками-фиксаторами, которые неподвижно закреплены сварными швами к упорному торцу верхнего участка разъединителя с возможностью передачи крутящего момента от верхней части корпуса к нижней части.and the lower cylindrical section of the nipple is supported in an adjustable ring with a height h 1 , with the possibility of adjusting its height during the calibration of the disconnector and its assembly, while the internal bore diameter of the disconnector is made commensurate with the internal diameter of the production string, at the upper end of the cylindrical lower body of the disconnector they are made symmetrically rectangular grooves located along the outer diameter Dn , at least two, with congruent teeth-clamps installed in them after assembling and calibrating the disconnector, which are fixedly fixed by welds to the thrust end of the upper section of the disconnector with the possibility of transmitting torque from the upper part of the housing to the lower part .
RU2023105702A 2023-03-10 Production string disconnector RU2807169C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807169C1 true RU2807169C1 (en) 2023-11-10

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0100259B1 (en) * 1982-07-07 1986-11-12 Vetco Offshore Industries, Inc. Snap action device for tubes or casings, especially for offshore drilling
SU1477895A1 (en) * 1986-08-26 1989-05-07 Glukhov Anatolij N Disconnector of pipe strig in well
US4984632A (en) * 1989-03-27 1991-01-15 Dowell Schlumberger Incorporated Hydraulic release joint for tubing systems
RU2425946C1 (en) * 2010-03-09 2011-08-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Bore-hole disconnector
RU157714U1 (en) * 2015-07-06 2015-12-10 Дмитрий Игоревич Сафонов SAFE ADAPTER
RU2625124C1 (en) * 2016-06-08 2017-07-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") On/off tool
RU2757481C1 (en) * 2020-10-13 2021-10-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Drill string disconnector

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0100259B1 (en) * 1982-07-07 1986-11-12 Vetco Offshore Industries, Inc. Snap action device for tubes or casings, especially for offshore drilling
SU1477895A1 (en) * 1986-08-26 1989-05-07 Glukhov Anatolij N Disconnector of pipe strig in well
US4984632A (en) * 1989-03-27 1991-01-15 Dowell Schlumberger Incorporated Hydraulic release joint for tubing systems
RU2425946C1 (en) * 2010-03-09 2011-08-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Bore-hole disconnector
RU157714U1 (en) * 2015-07-06 2015-12-10 Дмитрий Игоревич Сафонов SAFE ADAPTER
RU2625124C1 (en) * 2016-06-08 2017-07-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") On/off tool
RU2757481C1 (en) * 2020-10-13 2021-10-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Drill string disconnector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2008251935B2 (en) Thread form for tubular connections
Rahman et al. Casing design-theory and practice
CA2370172C (en) Ribbed sealing element and method of use
US5620052A (en) Hanger suspension system
EP2452111B1 (en) Arrow-shaped thread form with tubular connections
US11754207B2 (en) Thread form and threaded article
US5421407A (en) Wellhead load support ring
US11220868B2 (en) Split threads for fixing accessories to a body
US20050248154A1 (en) Threaded connection for oil field applications
RU2807169C1 (en) Production string disconnector
US11396962B2 (en) Arcuate thread form fit
RU2728105C1 (en) Threaded locking conical connection of drilling pipes and method of increasing its carrying capacity and service life
US4582349A (en) Plastically deformed seals in downhole tools
AU2013405222B2 (en) Depth, load and torque referencing in a wellbore
RU2757481C1 (en) Drill string disconnector
GB2592119A (en) Deployment tool and deployment tool assembly
RU2815800C1 (en) Downhole pipe disconnector (versions)
US9702213B2 (en) Marine riser system
CN111911089A (en) Improved structure of sandstone geothermal well same-diameter well body
CN111827913A (en) Well drilling operation unfreezing device