ЯКОРЬ ДЛЯ ФИКСИРОВАНИЯ СКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к буровой и нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для фиксирования оборудования в скважине с опорой на обсадную колонну.
Известен гидравлический якорь, состоящий из корпуса с отверстиями, в которых установлены подпружиненные поршни с рифленой наружной поверхностью и уплотнительными элементами относительно ограничительных планок, установленными в продольных пазах корпуса, которые стопорятся упорами, ограничительные планки, установленные поверх поршней в пазах корпуса, одновременно выполняют роль пружин для первоначального подпружинивания и возврата поршней в исходное состояние из рабочего (патент на полезную модель РФ №121856, МПК 7 E21B 23/06, оп. 10.11.2012 г., БИ №31).
Недостатком известного устройства является то, что выдвижные поршни якоря имеют относительно малую площадь контакта с внутренней поверхностью колонны, что не обеспечивает в должной степени надежного сцепления и, в свою очередь, может негативно сказаться на процессе подвешивания скважинного оборудования. Также необходимо отметить, что для фиксации якоря необходимо постоянное поддержание давления жидкости.
Известно устройство для фиксирования оборудования в скважине - якорь гидравлический, содержащий корпус с центральным проходным каналом, якорные элементы и элементы для соединения с установочным оборудованием, патрубки, образующие с якорными элементами гидравлические камеры, сообщенные с центральным проходным каналом, якорные элементы выполнены в виде продольно гофрированных рукавов из резинотканевого материала, охватывающих патрубки, а элементы для соединения якоря с установочным оборудованием - в виде переводников, расположенных сверху и снизу от корпуса соосно его центральному проходному каналу, причем одни концы патрубков и рукавов жестко закреплены в корпусе, а другие - на переводниках (патент на изобретение РФ №2346137, МПК E21B 23/04, оп.10.02.2009 г., БИ №4).
Недостатками известного устройства являются то, что фиксация подвесного оборудования сопровождается постоянным поддержанием давления в гидравлических камерах, для создания более сильных осевых нагрузок возникает необходимость в увеличении якорных элементов. Немаловажным недостатком является и то, что известное устройство имеет более сложную конструкцию по сравнению с заявляемым устройством, что, в свою очередь, приводит к удорожанию процесса его изготовления. Также невысока надежность рабочего органа, выполненного из резинотканевого материала.
Наиболее близким к заявляемому устройству по конструктивным признакам и достигаемому результату является якорь для фиксации подвесного оборудования, включающий якорь из продольно-гофрированной трубы, нижний конец которой заглушен башмаком, а в верхней ее части с помощью резьбового соединения закреплен соединительный переводник, продольно-гофрированная труба якоря выполнена с наружным периметром, превышающим периметр эксплуатационной колонны, продольно-гофрированная труба якоря выполнена из мягкосплавной стали - стали-3 с толщиной стенки 6 мм, с наружным периметром, превышающим периметр эксплуатационной колонны на 1-2% (патент на полезную модель РФ №129547, МПК E21B 23/04, оп. 27.06.2013, БИ №18).
Недостатком известного устройства является то, что отсутствует возможность аварийного извлечения спускаемого бурового инструмента, расположенного выше якоря гидравлического. Также стоит отметить, что в месте контакта соединительной и якорной частей, а также продольно-гофрированной трубы и башмака велика вероятность разрыва при создании давления внутри устройства.
Технический результат заявляемого устройства заключается в повышении надежности работы устройства за счет технологичности и совершенствования конструкции.
Данный технический результат достигается тем, что якорь для фиксирования скважинного оборудования, выполненный из продольно-гофрированной трубы, нижний конец которой заглушен башмаком, а верхний конец - переводником соединительным, содержит проходной канал, продольно-гофрированная труба якоря выполнена с наружным периметром, превышающим периметр эксплуатационной колонны, согласно полезной модели, якорь содержит дополнительный проходной канал, верхний конец переводника соединительного прикреплен к нижнему корпусу переводника разъединительного посредством замковой резьбы, место контакта переводника соединительного и продольно-гофрированной трубы, а также продольно-гофрированной трубы и башмака усилено путем их сварки стальными косынками, при этом продольно-гофрированная труба якоря выполнена из мягкосплавной стали - стали 20 с толщиной стенки 4-6 мм с наружным периметром, превышающим периметр эксплуатационной колонны на 2-10%, а проходные каналы расположены под углом 5 градусов к продольной оси.
За счет расположения проходных каналов под углом к продольной оси обеспечивается равномерное нагнетание объема жидкости в продольно-гофрированную трубу. Наличие переводника разъединительного позволяет извлечь скважинное оборудование, расположенное над якорем, в случае возникновения аварийной ситуации.
Устройство состоит из трех рабочих узлов: аварийного извлечения (узел I), соединительного (узел II) и якорного (узел III). Рабочие узлы I, II и III устройства представлены на фиг. 1, общий вид в продольном разрезе; на фиг. 2 - переводник разъединительный; на фиг. 3 - усиленные места контакта переводника соединительного и продольно-гофрированной трубы, а также продольно-гофрированной трубы и башмака; на фиг. 4 - расположение якоря в скважине (транспортное положение); на фиг. 5 - расположение якоря в скважине (рабочее положение); фиг. 6 - аварийное разъединение якоря и вышеустановленного оборудования; фиг. 7 - поперечный разрез продольно-гофрированной трубы в транспортном положении; фиг. 8 - поперечный разрез продольно-гофрированной трубы в рабочем положении.
Якорь для фиксирования скважинного оборудования состоит из переводника разъединительного 1, имеющего верхний корпус 2 и нижний корпус 3, срезных винтов 4, резьбового соединения 5, переводника соединительного 6, двух проходных каналов 7, расположенных под углом 5 градусов к продольной оси, стальных косынок 8, продольно-гофрированной трубы 9, продольного изгиба продольно-гофрированной трубы 10, башмака 11.
Аварийный узел извлечения I располагается в верхней части устройства и представлен переводником разъединительным 1, который состоит из верхнего корпуса 2 и нижнего корпуса 3, срезных винтов 4.
Соединительный узел II располагается в средней части устройства и состоит из резьбового соединения 5, переводника соединительного 6, проходных каналов 7 и стальных косынок 8. Соединительный узел II с помощью сварного шва закреплен на верхнем конце продольно-гофрированной трубы 9 якорного узла. Место контакта соединительной II и якорной III частей усилено приварными стальными косынками 8.
Якорный узел III состоит из стальных косынок 8, продольно-гофрированной трубы 9 с продольным изгибом 10 и башмака 11, который жестко закреплен на нижнем конце продольно-гофрированной трубы 9 при помощи сварного шва. Соединение башмака 11 и продольно-гофрированной трубы 9 усилено приварными стальными косынками 8.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работ по спуску якоря для фиксирования скважинного оборудования в скважину последнюю заполняют буровым раствором или технической водой. Сборка якоря со скважинным оборудованием производится в следующей последовательности. Внутреннюю полость продольно-гофрированной трубы 9 заполняют буровым раствором или технической водой. На переводник соединительный 6 с помощью резьбового соединения 5 навинчивают переводник разъединительный 1. На переводник разъединительный 1 навинчивают скважинное оборудование (например, клиновой отклонитель для вырезания окна в колонне (на фиг. 1 не показано). Якорь с закрепленным на нем скважинным оборудованием спускают в заданный интервал эксплуатационной колонны 12. Спуск якоря производят с помощью бурильных труб, которые в процессе спуска заполняются буровым раствором или технической водой (для выравнивания давления в трубном и затрубном пространствах).
Далее создают избыточное гидравлическое давление в бурильных трубах (до 10 МПа) и приводят якорь в рабочее свое положение (фиг. 5). Жидкость по проходным каналам 7 поступает во внутреннюю полость продольно-гофрированной трубы 9, выправляя ее продольный изгиб 10 в сторону стенки эксплуатационной колонны 12. За счет наличия двух проходных каналов 7, расположенных под углом 5 градусов к продольной оси, обеспечивается равномерное нагнетание объема жидкости в продольно-гофрированную трубу 9. С дальнейшим ростом давления продольно-гофрированная труба 9 раскрывается и плотно прилегает своими стенками к внутренней стенке эксплуатационной колонны 12. В рабочем положении наружный диаметр продольно-гофрированной трубы 9 соответствует внутреннему диаметру эксплуатационной колонны 12 (фиг. 8).
По результатам проведенных стендовых испытаний величина силы сцепления якоря со стенкой эксплуатационной колонны 12 достигает значительных величин (до 40 т/м), что является вполне достаточным для надежной фиксации скважинного оборудования, в то время как у прототипа сцепление составляет 35 т/м.
При возникновении аварийной ситуации в скважине, а именно преждевременного перехода якоря для фиксирования скважинного оборудования в рабочее состояние, необходимо воспользоваться аварийным механизмом извлечения. Устройство работает следующим образом. Создается натяжение инструмента вверх и при достижении определенной нагрузки происходит срез винтов 4 (фиг. 6), что способствует беспроблемному и быстрому извлечению вышеустановленного оборудования.
После снятия гидравлического давления в бурильных трубах якорь для фиксирования скважинного оборудования продолжает оставаться в раскрытом положении, фиксируя тем самым скважинное оборудование в заданном интервале.
Перевод якоря для фиксирования скважинного оборудования в транспортное положение не предусмотрен, т.к. оборудование, закрепляемое с его помощью, остается в скважине на весь срок ее эксплуатации.
Таким образом, предлагаемый якорь для фиксирования скважинного оборудования является простым по конструкции, надежным и безопасным в эксплуатации и имеет лучшее по сравнению с прототипом сцепление со стенкой колонны.