УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ ПЛАСТЫРЯ В ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ КОЛОННУ СКВАЖИНЫ С УПРАВЛЯЕМЫМ КОНУСОМ-ТРАНСФОРМЕРОМ
DEVICE FOR SETTING PLASTER INTO PRODUCTION STRING OF WELL WITH CONTROLLED CONE-TRANSFORMER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации обсадных колонн и отключения пластов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство для ремонта обсадной колонны по авторскому свидетельству SU 1659621 А1, МПК Е21В 29/10, опубл. 30.06.1991, бюлл. №24. Устройство спускается в скважину на геофизическом кабеле и включает размещенные в корпусе электродвигатель с редуктором, плунжерный гидравлический насос, систему клапанов управления, дифференциальный поршень, а также расположенные снаружи дорнирующий конус с подпружиненными плавающими плашками и раскатывающую головку, кинематически связанную с валом электродвигателя. Дифференциальный поршень перемещает дорнирующий конус с подпружиненными плавающими плашками внутрь пластыря, производя его расширение, а раскатывающая головка своим вращением окончательно распрямляет и выглаживает стенки пластыря, прижимая его к эксплуатационной колонне.
Основным недостатком описанного устройства является сложность конструкции скважинного модуля, в котором смонтирована электрогидромеханическая приводная система с множеством прецизионных деталей и комплектующих изделий. Кроме того, метод раскатывания применим только для тонкостенных продольно-гофрированных пластырей, что ограничивает область применения описанного устройства. И, наконец, самый главный недостаток известного устройства - ограничение по длине пластыря, вытекающее из конструкции. Длина пластыря ограничена ходом поршня и длиной приводного вала раскатывающей головки. Таким образом, данное устройство неприменимо для герметизации протяженных дефектных участков эксплуатационных колонн.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является трехступенчатая дорнирующая головка, раскрытая в описании к патенту RU 2154148 С2, кл. Е21В 29/10, опубл. 20.08.2000.
Известное из наиболее близкого аналога устройство содержит основной конус-пуансон, плавающие секторы, расположенные на самоуплотняющейся манжете, а также подпружиненные конусные плашки, установленные между конусом-пуансоном и плавающими секторами с возможностью продольного перемещения в пазах "ласточкин хвост", выполненных на конической части основного корпуса. При этом конусная часть корпуса направлена вершиной вверх, т.е. по ходу дорнирующей головки в процессе расширения пластыря. При заходе дорнирующей головки в пластырь его предварительное расширение осуществляется конусом-пуансоном, затем промежуточное - конусными плашками за счет их осевого и периферийного смещения в пазах и окончательное - плавающими секторами под гидравлическим давлением в системе.
К недостаткам известного из наиболее близкого аналога устройства следует отнести его изначальную ориентированность на работу с продольно-гофрированными пластырями, что резко ограничивает сферу его применения. Тонкостенные гофрированные пластыри могут обеспечить герметизацию дефектных участков эксплуатационной колонны только при небольших пластовых давлениях флюида в скважине. Для ремонта скважин с большими пластовыми давлениями, достигающими иногда 100 и более атмосфер, требуется прижатие металлического пластыря к стенке колонны посредством эластичных уплотнительных колец, которые устанавливаются (например, могут быть привулканизированы) на наружной поверхности гладких цилиндрических пластырей. Только в этом случае достигается гарантированная отсечка дефектного участка эксплуатационной колонны. Кроме того, конструкция дорнирующей головки предполагает ее заход в пластырь с торца, а затем начало расширения, т.е. пластырь должен быть заякорен. Таким образом, в комплект оборудования должна дополнительно входить система якорения пластыря, что усложняет и удорожает процесс ремонта эксплуатационной колонны.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача заявляемого изобретения состоит в разработке устройства для установки пластыря в эксплуатационную колонну скважины с управляемым конусом-трансформером, а также повышение надежности работы и расширения сферы применяемости устройства в целом.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет применения управляемого конуса-трансформера, который снабжен деблокирующим механизмом, позволяющим в случае аварийной ситуации извлечь устройство из пластыря за счет уменьшения габаритов конуса-трансформера, используемого в качестве раздающей оправки. Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном устройстве деблокирующий механизм включает насаженный на трубчатую тягу с возможностью осевого перемещения стакан с расположенными по кругу поперечными прорезями, в которые заведены концы носовых частей z-образных лапок, установленных в пазах трубчатой тяги с возможностью качания в продольной плоскости, при этом концы носовых частей z-образных лапок подпираются торцом резьбового переводника и одновременно контактируют со стенками прорезей стакана, а хвостовые концы каждой из z-образных лапок прижаты к дну соответствующего паза посредством неподвижно закрепленной на трубчатой тяге втулки, имеющей кольцевой выступ, продольное сечение которого представляет собой треугольник, обращенный вершиной к оси втулки. Вместе с тем, стакан с поперечными прорезями насажен на трубчатую тягу при помощи шлицевого соединения. Кроме того, дно стакана соприкасается с торцом корпуса конуса-трансформера, а внутренняя поверхность охватывает проточку резьбового переводника, причем расстояние от обреза стакана до конца проточки переводника равно осевому перемещению конусообразных сегментов от положения, соответствующего максимальному раскрытию конуса-трансформера, до положения, соответствующего его первоначальному радиальному размеру.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - продольный разрез устройства для установки пластыря в эксплуатационную колонну скважины с управляемым конусом-трансформером в момент начала процесса расширения пластыря:
1 - эксплуатационная колонна; 2 - пластырь; 3 - эластичное уплотнительное кольцо; 4 - расширяющая оправка (конус-трансформер); 5 - блок силовых армированных манжет; 6 - проставка; 7 - противовозвратное устройство; 8 - пружина; 9 - ограничительная втулка; 10 - трубчатая тяга (мандрель); 11 - разбуриваемый башмак с обратным клапаном; 12 - деблокирующий механизм; 13 - гидравлический посадочный узел; 14 - резьбовой переводник; 15 - сбрасываемая пробка.
Фиг. 2 - вид А на фиг. 1 в масштабе увеличения:
16 - корпус конуса-трансформера; 17 - конусообразный сегмент; 18 - стакан; 19 - z-образная лапка; 20 - прижимная втулка; 21 - стопорный винт.
Фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2 в масштабе увеличения.
Фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2 в масштабе увеличения.
Фиг. 5 - вид Г на фиг. 2 в масштабе увеличения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для установки пластыря в эксплуатационную колонну скважины с управляемым конусом-трансформером содержит пластырь (2) в виде тонкостенной гладкой трубы с наружными эластичными уплотнительными кольцами (3) на концах и расширяющую оправку (4) в виде конуса-трансформера, находящуюся внутри пластыря (2) и надетую на трубчатую тягу (мандрель) (10). С одной стороны расширяющая оправка (4) контактирует с деблокирующим механизмом (12), а с другой стороны - с проставкой (5), которая в свою очередь подпирается блоком силовых армированных манжет (6). Расширяющая оправка (4) представляет собой конус-трансформер, включающий корпус (16), в конической части которого выполнены продольные канавки типа "ласточкин хвост" с размещенными в них с возможностью продольного перемещения конусообразными сегментами (17) (фиг. 2, фиг. 5). Противовозвратное устройство (7) служит для предотвращения нежелательного осевого перемещения назад расширяющей оправки (4) после запуска процесса расширения пластыря (2) (фиг. 1) и представляет собой храповой механизм, в котором храповое колесо выродилось в рейку. Пружина (8) служит для силового замыкания всех деталей устройства, расположенных между заплечиком трубчатой тяги (мандрели) (10) и деблокирующим механизмом (12). Последний предназначен для обеспечения осевого перемещения корпуса (16) конуса-трансформера в аварийной ситуации, освобождая его от фиксированного положения, что позволяет расширяющей оправке (4) вернуться к исходным габаритам. Корпус (16) посажен на трубчатую тягу (мандрель) (10) при помощи шлицевого соединения. В состав деблокирующего механизма (12) (фиг. 2, фиг. 5) входит стакан (18) с расположенными по кругу поперечными прорезями, в которых заведены концы носовых частей z-образных лапок (19). Последние размещены в пазах трубчатой тяги (мандрели) (10) с возможностью качания в продольной плоскости и одновременно ограничены от осевого смещения при помощи неподвижно закрепленной стопорными винтами (21) прижимной втулки (20), имеющей кольцевой выступ, продольное сечение которого представляет собой треугольник, обращенный вершиной к оси втулки (фиг. 2). Стакан (18) имеет возможность осевого перемещения по шлицам вдоль трубчатой тяги (10), при этом с одной стороны своим дном он упирается в торец корпуса (16) конуса-трансформера, а с противоположной стороны охватывает проточку резьбового переводника (14), навернутого по резьбе на хвостовик трубчатой тяги (мандрели) (10). Расстояние "L" от обреза стакана (18) до конца проточки на переводнике (14) соответствует граничному осевому перемещению конусообразных сегментов (17), при котором конус-трансформер имеет максимальный  радиальный размер. На таком же расстоянии от внутренней поверхности дна стакана (18) находится прижимная втулка (20) (фиг. 2). Ограничительная втулка (9) предотвращает заневоливание и поломку пружины (8) при подъеме трубчатой тяги (мандрели) (10), которая связана при помощи резьбового переводника (14) с подъемником буровой установки (на чертежах не показан) посредством тяг (не показаны), например, в виде колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Нижний торец пластыря (2) герметично заглушен разбуриваемым башмаком (11) с обратным клапаном (не показан). В башмак (11) вмонтировано гидравлический посадочный узел (13) с седлом (не показано) для сбрасываемой пробки (15), предназначенный для перенаправления нагнетаемой жидкости в начале процесса расширения пластыря (2).
Устройство для установки пластыря в эксплуатационную колонну скважины с конусом-трансформером работает следующим образом.
Устройство спускают в скважину на тяге, например на колонне НКТ, до тех пор, пока дефектный участок эксплуатационной колонны (1) не окажется в интервале между эластичными уплотнительными кольцами (3) пластыря (2). При этом последний в зависимости от характера и расположения дефектов эксплуатационной колонны (1) может быть удлинен путем составления из отдельных секций, например, при помощи низкопрофильных резьбовых соединений. Затем сверху сбрасывают пробку (15) (фиг. 1), которая садится в седло гидравлического посадочного узла (13), и начинают нагнетание рабочей жидкости. Последняя проникает в полость между стенками трубчатой тяги (мандрели) (10) и пластыря (2), вызывая осевое перемещение блока силовых армированных манжет (6), который выполняет роль поршня. Через проставку (5) блок манжет (6) давит на конусообразные сегменты (17), которые перемещаются вдоль пазов "ласточкин хвост" (фиг. 1, фиг. 2) корпуса (16) конуса-трансформера, одновременно совершая движение к периферии и воздействуя на стенки пластыря (2), тем самым плавно производя его раздачу (фиг. 2). Начало процесса раздачи пластыря (2) попутно производит его якорение в эксплуатационной колонне (1) за счет деформации ближайших эластичных уплотнительных колец (3) (фиг. 1). Если используется пластырь (2) без предварительно расширенного с нижнего торца участка, то блок силовых армированных манжет (6), распрямляясь в расширенной части пластыря (2), сохраняет контакт с его стенками и продолжает играть роль поршня. Противовозвратное устройство (7) под воздействием пружины (8) перемещается вслед за блоком манжет (6), делая невозможным обратный ход подвижных деталей (фиг. 1). Одновременно с этим проставка (5), пройдя под воздействием блока силовых манжет (5) расстояние рабочего хода, упирается своим торцом в торец корпуса (16) конуса-трансформера, зафиксированного на трубчатой тяге (мандрели) (10) деблокирующим механизмом (12). Таким образом, дальнейшее перемещение конусообразных сегментов (17) в пазах "ласточкин хвост" становится невозможными, что определяет нужный диаметр пластыря (2) после расширения (фиг. 2, фиг. 4). Этот момент определяется по скачку давления нагнетаемой жидкости. Затем при помощи подъемника (не показан) трубчатая тяга (мандрель) (10) начинает движение вверх, производя основной процесс расширения пластыря (2) или его секционной сборки, который длится до тех пор, пока расширяющая оправка (конус-трансформер) (4) не пройдет всю его длину. При этом ограничительная втулка (9) становится враспор между заплечиком трубчатой тяги (мандрели) (10) и противовозвратным устройством (7), разгружая пружину (8) и предохраняя ее от заневоливания и поломки (фиг. 1). В процессе расширения пластыря (2) деблокирующий механизм (12) служит фиксатором для корпуса (16) конуса-трансформера. В аварийной ситуации, например при заклинивании расширяющей оправки (4), сбрасывают давление жидкости, оставляя натяг на колонне НКТ, затем переводник (14) при помощи колонны НКТ поворачивают по резьбе на несколько оборотов, например, против часовой стрелки, при этом, поскольку расширяющая оправка (4) заклинена, корпус (16) конуса-трансформера и соединенная с ним шлицами (фиг. 4) трубчатая тяга (мандрель) (10) также заклинены. В результате торец "Е" переводника (14) перемещается в осевом направлении (вверх) на расстояние, достаточное для освобождения z-образных лапок (19), которые под воздействием прорезей стакана (18), толкаемого корпусом (16), поворачиваются каждая в своей продольной плоскости относительно точки "Д" и не препятствуют осевому перемещению стакана (18) и, следовательно, освобождают корпус (16) конуса-трансформера для осевого перемещения вдоль тяги (мандрели) (10) (фиг. 2). При этом стакан (18) насажен на трубчатую тягу (мандрель) (10) при помощи шлицевого соединения (фиг. 3), что предотвращает его проворачивание и возможный перекос z-образных лапок (19). Далее устройство поднимают наверх, при этом за счет сил трения о стенки пластыря (2) в месте образовавшегося сужения конусообразные сегменты (17) выдавливаются к вершине корпуса (16) конуса-трансформера, т.е. от периферии к центру, при одновременном движении последнего вверх вдоль тяги (мандрели) (10). В результате расширяющая оправка (4) в виде конуса-трансформера возвращается к исходным габаритам, что позволяет извлечь устройство в случае возникновения аварийной ситуации.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить устройство для установки пластыря в эксплуатационной колонне скважины с управляемым конусом-трансформером, которое увеличивает надежность и эффективность работы. Устройство при этом имеет достаточно простую конструкцию, а технология работ с ним легко осуществима.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.