ПАКЕРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления и может найти применение при спуске дополнительных обсадных колонн в скважины, обсадные колонны которых пришли в негодность.
Известно «Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны» (Патент на полезную модель РФ №32182, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №25 от 10.09.2003 г.), содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел, включающий конус, и срезной элемент, при этом корпус является деформируемым элементом и снабжен с нижнего конца вогнутым участком, расширяющий узел установлен внутри корпуса, а его конус наружной поверхностью плотно прижат к вогнутому участку и снабжен снизу с внутренней стороны цилиндрической выборкой, в которой жестко установлена промежуточная втулка, упомянутый узел снабжен воронкой с коническими и цилиндрическими участками на внутренней поверхности, упирающийся в торец конуса и имеющей две цилиндрические выборки, причем верхняя контактирует с верхней зоной внутренней поверхности конуса, а нижняя жестко соединена с фиксирующей втулкой с внутренним кольцевым выступом, а срезной элемент установлен между торцами упомянутых втулок и уступами цилиндрических выборок конуса и воронки, внутренние диаметры цилиндрического участка воронки и кольцевого выступа фиксирующей втулки выбраны под диаметр корпуса замкового механизма, установленного на нижнем конце опущенных в дополнительную обсадную колонну насосо-но0компрессорных труб (НКТ) и снабженного со стороны нижнего торца кольцевой расточкой, в которой жестко установлена втулка с коническим наружным срезом в верхней части, причем в зоне конического среза расположено коническое разрезное кольцо, взаимодействующее в рабочем положении с кольцевым выступом фиксирующей втулки, дополнительная обсадная колонна на устье скважины жестко связана с устьевым оборудованием.
Недостатки устройства:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;
во-вторых, механическая пакеровка приводит к большим усилиям посадки (для алюминиевого патрубка - 15-17 тонн, для стального - 35-40 тонн), которое сжимает дополнительную обсадную колонну, на которой спускается пакерующее устройство;
в-третьих, и возможность использования устройства ограничивается техническими характеристиками подъемной вышки;
в-четвертых, при снятии усилия посадки при снятии давления дополнительная колонна возвращается в исходное состояние с большим усилием (в зависимости от прилагаемого усилия от 15 до 40 тонн), что может привести к срыву с места посадки корпуса после установки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны, содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, при этом расширяющий элемент расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху с расширяющим узлом и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб - герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб, срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, в процессе спуска механизма на колонне труб в скважину, которая заполнена скважинной жидкостью происходит излив скважинной жидкости из скважины на дневную поверхность, в связи с чем загрязняется близлежащая к скважине территория, поэтому для исключения этого необходимо сливать скважинную жидкость в технологическую емкость, при этом после спуска колонны труб их необходимо вновь заполнять технологической жидкостью для привода в действие поршня гидроцилиндра. Все вышеописанное усложняет технологический процесс запакеровки устройства;
во-вторых, конструкция устройства не позволяет непосредственно перед запакеровкой произвести опрессовку колонны труб на необходимое давление без дополнительных спуско-подъмных операций оборудования (например, пакера) или опрессовку колонны труб необходимо производить отдельно.
Технической задачей полезной модели является исключение излива жидкости на дневную поверхность и упрощение технологического процесса запакеровки, а также создание такой конструкции устройства, которая позволяет за один спуск опрессовать колонну
труб на необходимое давление, и сразу после этого произвести надежную запакеровку.
Техническая задача решается предлагаемым пакерующим устройством дополнительной обсадной колонны, содержащим корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, при этом расширяющий элемент расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху с расширяющим узлом и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб - герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб, срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.
Новым является то, что гидроцилиндр снизу снабжен ступенчатым сквозным центральным отверстием, при этом в полом штоке на нижнем его конце установлено опрессовочное седло под сбрасываемый с устья шар, при этом в транспортном положении опрессовочное седло зафиксировано относительно полого штока разрушаемым элементом, а в рабочем положении опрессовочное седло имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз до упора в ступенчатое сквозное центральное отверстие гидроцилиндра.
На фиг. изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.
Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны 1 состоит корпуса 2, выполненный в виде патрубка 3 с установленной на нем эластичной манжетой 4, расширяющий узел 5 с конусом 6, срезной элемент 7, механизм 8, спускаемый на колонне труб 9 в дополнительную обсадную колонну 1 и взаимодействующий сверху с расширяющим узлом 5. Расширяющий узел 5 расположен сверху и зафиксирован конусом 6 вниз в патрубке 3. Механизм 8 выполнен в виде толкателя 10 внизу и якорного узла 11 вверху. Толкатель 10 выполнен в виде гидроцилиндра 12, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел 5 и оснащенного поршнем 13 и полым штоком 14, который соединен с поршнем 13 жестко, а с колонной труб 9 - герметично с возможностью осевого перемещения вверх. Якорный узел 11 выполнен в виде плашек 15, установленных на полом штоке 14 с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока 14 вверх относительно колонны труб 9. Это можно осуществить, например, при помощи упора 16 колонны труб 9 и клинового толкателя 17 полого штока 14, с которыми
плашки 15 взаимодействуют при помощи Т-образного соединения и/или соединения «ласточкин хвост» в любых сочетаниях, например: с клиновым толкателем 17 - при помощи «ласточкиного хвоста», а с упором 16 - при помощи Т-образного соединения. Срезной элемент 7 фиксирует полый шток 14 относительно колонны труб 9 во время спуска в скважину 18.
Гидроцилиндр 12 снизу снабжен ступенчатым сквозным центральным отверстием 19. В полом штоке 14 на нижнем его конце установлено опрессовочное седло 20 под сбрасываемый с устья шар 21. В транспортном положении опрессовочное седло 20 зафиксировано относительно полого штока 14 посредством разрушаемого элемента 22, а в рабочем положении опрессовочное седло 20 имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз до упора в ступенчатое сквозное центральное отверстие 19 гидроцилиндра 12. Несанкционированные перетоки жидкости в процессе запакеровки устройства предотвращаются уплотнительными кольцами 23, 24 и 25.
Устройство работает следующим образом:
После исследования эксплуатационной колонны скважины 18, в нее на дополнительной обсадной колонне 1 спускают пакерующее устройство с таким расчетом, чтобы корпус 2 оказался ниже нарушений (на Фиг. не показаны) в эксплуатационной колонне скважины 18. При этом дополнительную обсадную колонну 1 герметично и жестко фиксируют на устье 26 скважины 18. После этого в дополнительную обсадную колонну 1 спускают колонну труб 9 с механизмом 8 на нижнем конце до тех пор, пока толкатель 10 гидроцилиндром 12 не обопрется на расширяющий конус 4 (определяется по снижению веса колонны труб 9).
В процессе спуска колонны труб 9 с механизмом 8, находящаяся в скважине жидкость сквозь ступенчатое сквозное центральное отверстие 19 гидроцилиндра 12 поступает внутрь полого штока 14 и колонны труб 9. Далее производят опрессовку колонны труб 9.
Для этого внутрь колонны труб 9 с устья скважины сбрасывают шар 21, который садится на опрессовочное седло 20, находящееся внутри полого штока 14 на нижнем его конце. При необходимости доливают колонну труб 9 технологической жидкостью, а затем посредством насосного агрегата (на фиг. не показано) опрессовывают колонну труб 9 на требуемое давление. Далее в колонне труб 9 создают давление, превышающее усилие среза разрушаемого элемента 22, вследствии чего последний разрушается, а опрессовочное седло 20 вместе с шаром 21 перемещаются вниз до упора опрессовочного седла 21 в ступенчатое сквозное центральное отверстием 19 гидроцилиндра 12, при этом опрессовочное седло 21 посредством уплотнительного элемента 25 герметично перекрывает ступенчатое сквозное центральное отверстием 19 гидроцилиндра 12.
Далее разгрузкой колонны труб 9 до расчетного усилия разрушения срезного элемента 7 срезают последний, приводя якорный узел 11 в действие. В результате упор 16 колонны труб 9 перемещается вниз относительно расширяющего узла 5, а полый шток 14 с клиновым толкателем 17 - вверх относительно колонны труб 9, раздвигая плашки 15 до прижатия их зубчатой части к дополнительной обсадной колонне 1. При этом полый шток 14 фиксируется относительно дополнительной обсадной колонны 1, после чего в колонне труб 9 создают избыточное давление, которое через полый шток 14 передается под поршень 13 в гидроцилиндр 12, который, благодаря фиксации полого штока 14, перемещается вниз, оказывая давление на расширяющий узел 5. При этом расширяющий узел 5 конусом 6 расширяет патрубок 3 до прижатия эластичной манжеты 4 к дополнительной обсадной колонне 1, изолируя межтрубное пространство 27 от внутритрубного 28, изолируя нарушения эксплуатационной колонны скважины 18. После прохождения патрубка 3 расширяющий узел 5 падает на забой (на Фиг. не показан) скважины 18. В результате давление внутри колонны труб 9 сначала резко падает, так как опоры для гидроцилиндра 12 нет, а затем резко возрастает, после того, как гидроцилиндр 12 упрется в поршень 13. Процесс установки пакерующего устройства дополнительной колонны труб 1 завершен. Давление в колонне труб 9 сбрасывается, в результате последняя приподнимается, при этом полый шток 14 перемещается вниз относительно колонны труб 9, клиновой толкатель 17 и упор 16 раздвигаются, плашки 15 выходят из зацепления с дополнительной обсадной колонной 1. После чего колонну труб 9 с механизмом 8 извлекают из скважины 18. Так как усилие, создаваемое гидроцилиндром 12 во время расширения патрубка 3, уравновешивается якорным узлом 11, то дополнительная обсадная колонна не удлиняется. В результате, после прохождения расширяющим узлом 5 патрубка 3, на корпус 2 пакерующего устройства после его установки не действуют большие усилия, которые могут его сорвать и нарушить герметичность соединения с обсадной колонной скважины.
Предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны исключает излив скважинной жидкости на дневную поверхность, а также упрощает технологию запакеровки, при этом устройство позволяет за один спуск спрессовать колонну труб на необходимое давление, после чего сразу произвести надежную запакеровку.