ITPC930016A1

ITPC930016A1 - SUSPENSION AND ANCHORING DEVICES FOR COLUMNS OF OIL WELLS, WITH METAL-METAL SEALING GASKETS.

Info

Publication number: ITPC930016A1
Application number: IT000016A
Authority: IT
Inventors: Marino Maestrami
Original assignee: Marino Maestrami
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1995-03-27
Also published as: IT1265934B1; ITPC930016A0

Description

DISPOSITIVI DI SOSPENSIONE E ANCORAGGIO DI COLONNE DI POZZI PETROLIFERI, CON GUARNIZIONI DI TENUTA METALLO-METALLO DEVICES FOR SUSPENSION AND ANCHORING OF OIL WELL COLUMNS, WITH METAL-METAL SEALING GASKETS

La presente invenzione propone dispositivi di sospensione e ancoraggio per colonne di pozzi petroliferi con dispositivi di tenuta metallo-metallo, detti dispositivi essendo costituiti da un massello autocentrante atto ad andare in appoggio entro una corrispondente sede prevista nel rocchetto di sospensione della colonna, nelle pareti superiori di detto rocchetto e detto massello essendo previste sedi anulari per l'inserimento di guarnizioni di tenuta metalliche di tipo Ring-Joint. The present invention proposes suspension and anchoring devices for columns of oil wells with metal-metal sealing devices, said devices being constituted by a self-centering block able to rest within a corresponding seat provided in the suspension spool of the column, in the upper walls of said spool and said block being provided annular seats for the insertion of metal sealing gaskets of the Ring-Joint type.

Il rocchetto destinato all'inserimento di questo massello presenta all'interno due superfici coniche, consecutive, aventi inclinazione differente, che servono l'una per il centraggio e l'altra per l'appoggio del massello, dette sedi coniche essendo raccordate ad un tratto cilindrico che presenta, inferiormente, una ulteriore spellatura conica per permettere l'inserimento di cunei di ancoraggio di tipo usuale e consentire cos? l'utilizzazione del rocchetto anche con cunei di vecchio tipo, dotati di guarnizioni di tenuta in gomma. The spool intended for the insertion of this block has two consecutive conical surfaces inside, having different inclinations, one of which is used for centering and the other for supporting the block, said conical seats being connected to a stretch cylindrical which has, at the bottom, a further conical skin to allow the insertion of anchor wedges of the usual type and thus allow? the use of the spool also with old type wedges, equipped with rubber seals.

Nella realizzazione di pozzi petroliferi si procede mediante perforazioni successive, calando poi colonne di tubi ciascuna di diametro inferiore alla precedente e che raggiunge una profondit? pi? elevata. In the construction of oil wells we proceed through successive drilling, then lowering columns of pipes each with a diameter smaller than the previous one and which reaches a depth? pi? high.

Queste colonne di tubi, della lunghezza di qualche migliaio di metri, vengono ancorate in superficie ad un rocchetto di supporto chiamato in gergo "casing spool" il quale presenta, internamente, una superficie conica per 1 'impegno di cunei di ancoraggio che vengono serrati attorno alla colonna, mantenendola sospesa all'interno del rocchetto. These columns of pipes, a few thousand meters long, are anchored on the surface to a support spool called a "casing spool" which has, internally, a conical surface for the engagement of anchoring wedges which are tightened around to the column, keeping it suspended inside the spool.

Ogni colonna ? ancorata ad un suo proprio rocchetto che viene sovrapposto a quello precedente ed opportunamente fissato, costituendo cos? il complesso denominato "testa pozzo" . Each column? anchored to its own spool which is superimposed on the previous one and suitably fixed, thus constituting? the complex called "head well".

Durante la perforazione il foro ? riempito con fanghi aventi un opportuno peso specifico, atti a contrastare le pressioni elevate del terreno in una profondit?, fanghi che vengono fatti circolare e, al termine della perforazione, vengono spiazzati e sostituiti con un impasto di malta cementizia per l'operazione cosiddetta di "cementazione" della colonna. When drilling the hole? filled with mud having an appropriate specific weight, designed to counteract the high pressures of the soil in a depth, mud that is circulated and, at the end of the drilling, are displaced and replaced with a mixture of cement mortar for the so-called operation of "cementing" of the column.

Per una corretta esecuzione ? indispensabile che ciascuna colonna venga saldamente ancorata al proprio rocchetto e risulti perfettamente centrata rispetto alla colonna precedente, in quanto eventuali eccentricit? potrebbero dar luogo, durante la perforazione successiva, inconvenienti tali da rendere inutilizzabile il pozzo. Inoltre, un altro problema ? costituito dal calore sviluppato dalla malta cementizia che viene iniettata esternamente a ciascuna colonna per cementarla. For a correct execution? it is essential that each column is firmly anchored to its spool and is perfectly centered with respect to the previous column, as any eccentricity? during the subsequent drilling, inconveniences such as to render the well unusable could arise. Also, another problem? consisting of the heat developed by the cement mortar which is injected externally to each column to cement it.

Questo calore causa infatti un allungamento termico delle tubazioni, rendendo quindi necessario imprimere, a questa colonna un tiro atto a riportarla perfettamente in linea, prima di ancorarla al rocchetto. This heat in fact causes a thermal elongation of the pipes, thus making it necessary to give this column a pull to bring it back perfectly in line, before anchoring it to the spool.

Questa spiegazione potr? dare un'idea delle difficolt? che si incontrano in questo particolare settore e dell'importanza di un perfetto ancoraggio e centraggio della colonna all'interno del rispettivo rocchetto. This explanation could? give an idea of the difficulties? encountered in this particular sector and the importance of perfect anchoring and centering of the column inside the respective spool.

E' inoltre di fondamentale importanza realizzare una perfetta tenuta fra le varie parti, in quando all'interno del pozzo si sviluppano pressioni estremamente elevate, che possono superare 1000 atm. It is also of fundamental importance to achieve a perfect seal between the various parts, as extremely high pressures develop inside the well, which can exceed 1000 atm.

Sono stati studiati diversi dispositivi di tenuta, descritti ad esempio nei brevetti italiani 1225 387 e 1 225 388 dello stesso richiedente. Various sealing devices have been studied, described for example in the Italian patents 1225 387 and 1 225 388 of the same applicant.

L'esperienza conferma per? che la migliore tenuta si ha con guarnizioni di tipo metallo-metallo e sarebbe pertanto opportuno poter utilizzare queste guarnizioni anche per realizzare la tenuta fra i masselli di sospensione delle colonne e i rispettivi rocchetti, in luogo delle guarnizioni attualmente utilizzate. Experience confirms for? that the best seal is obtained with metal-metal gaskets and it would therefore be advisable to be able to use these gaskets also to make the seal between the suspension blocks of the columns and the respective spools, in place of the gaskets currently used.

Il problema viene risolto dai dispositivi di sospensione e ancoraggio secondo la presente invenzione, i quali saranno ora descritti dettagliatamente con riferimento alle figure allegate in cui: The problem is solved by the suspension and anchoring devices according to the present invention, which will now be described in detail with reference to the attached figures in which:

- la figura 1 illustra, a titolo esemplificativo un rocchetto di ancoraggio e sospensione di una colonna realizzato secondo gli insegnamenti della tecnica nota; - la figura 2 illustra, in sezione verticale, un rocchetto con relativo massello di sospensione secondo 1'invenzione ; Figure 1 illustrates, by way of example, a spool for anchoring and suspending a column made according to the teachings of the known art; Figure 2 is a vertical section view of a spool with relative suspension block according to the invention;

- la figura 3 illustra un rocchetto secondo l'invenzione al quale ? stata fissata una colonna utilizzando cunei di ancoraggio di tipo noto; - figure 3 illustrates a reel according to the invention to which? a column was fixed using known anchoring wedges;

- la figura 4 illustra schematicamente il peduncolo di una colonna di reintegro, durante l'imbocco nel liner; - le figure da 5a a 5e illustrano schematicamente le fasi di reintegro di una colonna. - figure 4 schematically illustrates the peduncle of a reintegration column, during the entry into the liner; - Figures 5a to 5e schematically illustrate the reintegration steps of a column.

Si precisa che la possibilit? di utilizzare lo stesso rocchetto anche con i cunei di tipo noto risulta di estrema importanza sia perch? consente di fare uso di un solo tipo di rocchetti, con notevole risparmio sui costi, sia perch? nel caso che durante la realizzazione del pozzo sorgessero problemi tali da costringere ad interventi di ripristino ad esempio che comportano il taglio della colonna oppure che la colonna non possa ? raggiungere la quota voluta, non potendo in tal caso utilizzare i dispositivi, sarebbe comunque possibile ancorarla ugualmente all'interno del rocchetto facendo uso di cunei di serraggio tradizionali. It should be noted that the possibility? to use the same spool also with known type wedges is extremely important both because? allows you to use only one type of spools, with significant cost savings, both why? in the event that during the construction of the well problems arise such as to force restoration interventions for example that involve cutting the column or that the column cannot? to reach the desired height, in this case not being able to use the devices, it would still be possible to anchor it inside the spool using traditional clamping wedges.

La figura 1 illustra in sezione il particolare di una testa pozzo realizzata secondo gli insegnamenti della tecnica nota, con un rocchetto di base 1 che presenta, internamente, una superficie conico rovescia 2 destinata ad essere impegnata da cunei di serraggio 3 montati attorno alla colonna 4. Figure 1 is a sectional view of the detail of a wellhead made according to the teachings of the known art, with a base spool 1 which has, internally, an inverted conical surface 2 intended to be engaged by clamping wedges 3 mounted around the column 4 .

Il peso della colonna trascina verso il basso i cunei che, grazie all'inclinazione della parete interna del rocchetto 1, vengono serrati contro la parete della tubazione 4 per effetto del peso di quest'ultima. The weight of the column drags the wedges downwards which, thanks to the inclination of the internal wall of the spool 1, are clamped against the wall of the pipe 4 due to the weight of the latter.

Conformemente con l'invenzione, invece, il rocchetto e i dispositivi di ancoraggio della colonna vengono vantaggiosamente realizzati come illustrato in figura 2. Qui la colonna 4 viene ancorata superiormente, con l'ausilio di un manicotto filettato 6, all'estremit? inferiore 7 di un massello indicato con 8, che si inserisce nel rocchetto 1. In accordance with the invention, however, the spool and the anchoring devices of the column are advantageously made as illustrated in Figure 2. Here the column 4 is anchored at the top, with the aid of a threaded sleeve 6, to the extremity? lower 7 of a block indicated with 8, which is inserted in the reel 1.

Conformemente con l'invenzione, in questo caso il supporto del massello, che nell'esempio illustrato ? costituito dal casing spool, sar? sagomato internamente in modo da presentare due tratti di parete consecutivi ad inclinazione differente, indicati rispettivamente con i numeri 12 e 13. Il tratto 12 avr? una inclinazione molto ridotta e servir? da appoggio per il massello 8, mentre il tratto 13 sar? fortemente inclinato, e servir? da guida, centraggio e sospensione per il massello stesso. Quest'ultimo presenter? il tratto inferiore filettato, con applicato un anello 15 che presenta una sede per un secondo anello espansibile 16, il quale ha la funzione di raschiare la superficie del rocchetto per ripulirla da eventuali depositi o impurit? che potrebbero, una volta posizionato il massello impedire il corretto funzionamento della guarnizione autoenergiz zante di tenuta, indicata con 17. In accordance with the invention, in this case the support of the block, which in the illustrated example? consisting of the casing spool, it will be? internally shaped so as to have two consecutive wall sections with different inclinations, indicated respectively by the numbers 12 and 13. The section 12 will have? a very reduced inclination and will serve? as a support for the block 8, while the section 13 will be? strongly inclined, and serve? guide, centering and suspension for the solid wood itself. The latter will present? the lower threaded portion, with applied a ring 15 which has a seat for a second expandable ring 16, which has the function of scraping the surface of the spool to clean it from any deposits or impurities; which, once the block has been positioned, could prevent the correct functioning of the self-energizing sealing gasket, indicated with 17.

Nella parte superiore la tenuta sar? assicurata da una coppia di ring-joints 18, inseriti rispettivamente in una sede presente nel massello e in una sede presente nel casing spool, mentre superiormente si inseriranno in altrettante sedi previste nella flangia del rocchetto superiore . In the upper part the estate will be? ensured by a pair of ring-joints 18, inserted respectively in a seat present in the block and in a seat present in the casing spool, while at the top they will be inserted in as many seats provided in the flange of the upper spool.

Questa soluzione presenta il vantaggio che in caso di interventi sulla colonna ? poi possibile ancorarla nuovamente facendo ricorso ai sistemi tradizionali, ad esempio ad un sistema a cunei di tipo noto, come verr? descritto in seguito con riferimento alla figura 3. This solution has the advantage that in case of interventions on the column? then it is possible to anchor it again by resorting to traditional systems, for example to a system with wedges of the known type, as will happen? described below with reference to Figure 3.

Preferibilmente, ma non necessariamente, l'altezza del massello 8 sar? tale per cui, quando esso si trova esattamente posizionato nella propria sede, in appoggio sulla superficie anulare 12, la sua parte superiore risulta complanare con la parte superiore del rocchetto 1. Preferably, but not necessarily, the height of the block 8 will be? such that, when it is exactly positioned in its seat, resting on the annular surface 12, its upper part is coplanar with the upper part of the spool 1.

Questo semplifica notevolmente le operazioni di montaggio della testa pozzo, anche se ? possibile utilizzare masselli di altezza differente, ricavando una corrispondente sagomatura sulla parte inferiore del rocchetto superiore. This greatly simplifies wellhead assembly operations, even if? It is possible to use blocks of different heights, obtaining a corresponding shape on the lower part of the upper spool.

La configurazione descritta per il rocchetto di ancoraggio presenta il vantaggio che, in caso di interventi sulla colonna, ? possibile ancorarla facendo ricorso ai sistemi tradizionali, ad esempio un sistema a cunei come illustrato nella figura 3. The configuration described for the anchor spool has the advantage that, in the event of interventions on the column,? It can be anchored using traditional systems, for example a wedge system as shown in figure 3.

In questo caso in corrispondenza del tratto cilindrico di rocchetto disposto inferiormente alle pareti inclinate 12 e 13 viene posizionata una camicia 18 a due settori, con greca di allineamento, la quale, inferiormente, va in appoggio su una parete inclinata 19 del rocchetto. In this case, in correspondence with the cylindrical portion of the reel arranged below the inclined walls 12 and 13, a two-sector jacket 18 is positioned, with an alignment fret, which, at the bottom, rests on an inclined wall 19 of the reel.

L'interno della camicia ha una sezione conico-rovescia, atta ad accogliere cunei di ancoraggio 20 di tipo noto, i quali vengono serrati attorno alla colonna. The inside of the jacket has a conical-inverted section, suitable for receiving anchoring wedges 20 of a known type, which are tightened around the column.

Nella parte superiore del rocchetto sono poi disposte usuali guarnizioni 21. The usual gaskets 21 are then arranged in the upper part of the spool.

Il dispositivo di sospensione di colonne con tenuta metallo- metallo potr? essere utilizzato nel caso non ci siano o non si prevedano sovrapressioni durante lo scavo per la colonna successiva, e dove la cementazione della colonna verr? effettuata con un solo stadio o in due stadi uno immediatamente conseguente all'altro. The suspension device of columns with metal-to-metal seal can? be used in case there are no or are not expected overpressures during the excavation for the next column, and where the cementation of the column will come? carried out with a single stage or in two stages, one immediately following the other.

Questo ? dovuto al fatto che gli scarichi del fango dovranno essere effettuati dalle luci laterali dello spool essendo la flow-line impedita dalla guarnizione primaria 17 incorporata nel dispositivo di sospensione. Molto proficuamente il dispositivo di sospensione con tenuta metallo-metallo potr? essere utilizzato nel ripristino dei liners, ponendo al di sopra del peduncolo un deviatore di flusso (DV) impiegato per le cementazioni a pi? stadi. This ? due to the fact that the sludge must be discharged from the side openings of the spool, the flow-line being prevented by the primary seal 17 incorporated in the suspension device. Very profitably, the suspension device with metal-to-metal seal will be able to? be used in the restoration of the liners, placing above the peduncle a flow diverter (DV) used for the cementations to pi? stages.

La procedura di cementazione sar? uguale a quella usata per il secondo stadio delle cementazioni multiple. The cementation procedure will be? same as that used for the second stage of multiple cementations.

Si dovr? procedere ad una corretta misurazione del casing di reintegro ed effettuare tutte le prove di imbocco del peduncolo nella testa liner. Will you have to? proceed to a correct measurement of the reintegration casing and carry out all the tests for the entry of the peduncle into the liner head.

Occorrer? prevedere spezzoni di tubi per un corretto posizionamento del dispositivo di tenuta metallo-metallo nel casing spool corrispondente alla posizione del peduncolo imboccato (fig.4). Will it be necessary? provide pieces of tubes for correct positioning of the metal-metal sealing device in the casing spool corresponding to the position of the pedicle inlet (fig. 4).

Avremo in questo modo il peduncolo 25 correttamente posizionato nella sede 24 alla testa del liner 23 e il DV 26 nella posizione di cementazione. In this way we will have the pedicle 25 correctly positioned in the seat 24 at the head of the liner 23 and the DV 26 in the cementation position.

Dopo imbocco del peduncolo e collocazione in sede del dispositivo a tenuta metallo?metallo si potr? sollevare la testa pozzo e controllare l'allineamento e la concentricit? fra il dispositivo ed il casing-spool (una prova di tenuta della guarnizione autoenergizzante 17 potr? essere effettuata pompando fango da uno scarico laterale a 60-70 atm. che servir? anche per il controllo delle guarnizioni 27 del peduncolo). After the entry of the peduncle and placement in the seat of the metal? Metal seal device, it will be possible to lift the wellhead and check the alignment and concentricity between the device and the casing-spool (a tightness test of the self-energizing gasket 17 can be carried out by pumping mud from a side discharge at 60-70 atm. which will also be used to check the gaskets 27 of the peduncle).

Si riabbassa la testa pozzo e si procede alla cementazione . The wellhead is lowered and cemented.

Le eventuali perdite di carico generate dalle luci laterali dello spool saranno ininfluenti agendo le stesse all'interno e all'esterno dei casings e non in foro scoperto. Any pressure drops generated by the side ports of the spool will be irrelevant as they act inside and outside the casings and not in the open hole.

La procedura descritta potr? essere applicata qualora non si ritenga di posizionare nel casing di reintegro la valvola di fermo del tappo di spiazzamento solitamente collocata a 60-70 mt. sopra il peduncolo per evitare contaminazioni da fango alla coda della malta cementizia. Se si ritiene invece indispensabile l'impiego della valvola ferma tappo la procedura sar? la seguente: The procedure described may? be applied if it is not considered necessary to position the stop valve of the displacement cap in the replenishment casing, usually located at 60-70 meters. above the peduncle to avoid mud contamination at the tail of the cement mortar. If, on the other hand, it is considered essential to use the stop valve, the procedure will be? the following:

- installazione del dispositivo procedendo come da figure 5a e 5c, dopo aver accertato il buon funzionamento dell'insieme come da figura 4 ma senza DV e quindi dopo tutte le misurazioni; - installation of the device proceeding as shown in figures 5a and 5c, after having ascertained the correct functioning of the assembly as in figure 4 but without DV and therefore after all the measurements;

- 5a prova di imbocco con circolazione - 5th entry test with circulation

- 5b si procede a misurazione e spezzonatura del casing, con peduncolo imboccato e in sede, per montare a quota giusta il dispositivo di sospensione a tenuta metallometallo - 5b, the casing is measured and cut, with the peduncle inserted and in place, in order to mount the metal-metal seal suspension device at the right height

- 5c montaggio del dispositivo - 5c mounting the device

- 5d discesa del dispositivo e prova di imbocco con circolazione con pressione 200-300 PSI - 5d device descent and inlet test with circulation with pressure 200-300 PSI

- 5e imbocco del peduncolo senza circolazione con collocazione del dispositivo in sede nel casing spool. - sollevamento della testa pozzo (per controllo allineamento del dispositivo con il casing spool e della sua concentricit? - 5e entry of the peduncle without circulation with positioning of the device in its seat in the casing spool. - lifting of the wellhead (to check the alignment of the device with the casing spool and its concentricity?

- Pompaggio dalle luci laterali del casing spool con pressione di 1000 PSI per collaudo tenuta della guarnizione secondaria 17 e della guarnizione del peduncolo di reintegro. - Pumping from the side ports of the casing spool with a pressure of 1000 PSI to test the seal of the secondary gasket 17 and the gasket of the replenishing peduncle.

- Abbassamento della testa pozzo e riinflangiatura. - Lowering of the wellhead and re-flangeing.

- Sollevamento del casing di reintegro come in figura 5d - Cementazione del reintegro - Lifting of the make-up casing as in figure 5d - Cementation of the make-up

A cementazione avvenuta si cala il casing per la collocazione in sede del dispositivo e del peduncolo. After cementation, the casing is lowered to place the device and the pedicle in place.

La circolazione dei fluidi in questo caso non ? impedita dalla guarnizione primaria 17 in quanto durante la circolazione e la cementazione il dispositivo ? posizionato all'interno dei BOPs. The circulation of fluids in this case is not? prevented by the primary seal 17 since during circulation and cementation the device? positioned inside the BOPs.

Il dispositivo ? fornito di una pluralit? di vie di acqua come da fig. 2 indicate con 22. The device ? provided with a plurality? of water ways as shown in fig. 2 indicated with 22.

Un esperto del ramo potr? poi prevedere numerose modifiche e varianti, che dovranno per? ritenersi tutte comprese nell'ambito del presente trovato. An expert in the field will be able to? then provide for numerous modifications and variations, which will have to for? all are to be considered included in the scope of the present invention.

Claims

CLAIMS 1- Suspension and anchoring devices for oil well columns of the type consisting of a fixed to the base of the well and by anchoring devices of the column able to engage against an internal wall of said spool, locking itself in the reached position, characterized by the fact that said spool has two upper sections of annular wall, inclined, suitable to constitute the first a support shoulder for the column fixing means, the other a guide element for the perfect centering of these means, said column anchoring means being constituted by a block with a shape complementary to that of the spool, said block and said spool having, at the top, an annular seat for the insertion of the same number of metal sealing gaskets, the upper part of which is inserted into corresponding grooves provided in the upper spool. 2- Suspension anchoring devices according to claim 1, characterized by the fact that said block has the lower threaded part on which? screwed a ring 15 provided, perimeter, with an elastic ring adapted to scrape the inside of the spool, a gasket being provided, blocked or tightened by said ring, made of deformable material. 2- Anchoring means according to claim 1, characterized in that said spool has, below the inclined support and centering surfaces of the block, followed by a cylindrical section below which there is an inclined annular shoulder 19 suitable to constitute an element of stop and support for a jacket 18 to be inserted in the cylindrical part of the block 1 and which has an upside-down frusto-conical section inside, in order to allow the insertion and tightening of traditional flanging wedges.