Способ крепления скважины потайной колонной с фильтром
METHOD OF WELL CASING BY TAIL PIPE WITH BOTTOMHOLE SCREEN

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, используется при строительстве скважин и спуске колонн с фильтром в стволы скважин ниже башмака эксплуатационных колонн и при ремонте скважин со спуском потайных колонн с фильтром во вторые стволы скважин.
Известен способ крепления скважин потайными колоннами и устройство для его осуществления (авторское свидетельство SU №1819986, МПК Е21В 33/14, опубл. 07.06.1993), при котором, для предотвращения возникновения межпластовых перетоков, за счет улучшения герметизации, промывку осуществляют за пакером при обратной циркуляции, с одновременным созданием избыточного давления на пласт, а герметизацию межколонного пространства производят в конце процесса отверждения цементного раствора.
Недостатком способа является то, что осуществление крепления потайными колоннами возможно при использовании пакера, снабженного подвижной втулкой, при этом возникает трудность вращения нажимной втулки, перекрывающей циркуляционные отверстия, и приведения в действие пакера, ввиду предварительного отворота бурильных труб после подвески потайной колонны на клиньях якоря, что затруднительно сделать в скважинных условиях. Также для приведения в действие якоря, на его клинья воздействует поршень маленькой площади. При этой конструкции якоря и при любых рабочих давлениях осевое усилие поршня недостаточно, чтобы толкать клинья с зубцами в зазор между конусом и внутренней стенкой обсадной колонны и внедриться в металл труб колонны. Особенно трудно это сделать в скважине с большими зенитными углами при значительных радиальных усилиях от веса колонны.
Способ крепления скважины потайной колонной с фильтром
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, используется при строительстве скважин и спуске колонн с фильтром в стволы скважин ниже башмака эксплуатационных колонн и при ремонте скважин со спуском потайных колонн с фильтром во вторые стволы скважин.
Известен способ крепления скважин потайными колоннами и устройство для его осуществления (авторское свидетельство SU №1819986, МПК E21B 33/14, опубл. 07.06.1993), при котором, для предотвращения возникновения межпластовых перетоков, за счет улучшения герметизации, промывку осуществляют за пакером при обратной циркуляции, с одновременным созданием избыточного давления на пласт, а герметизацию межколонного пространства производят в конце процесса отверждения цементного раствора.
Недостатком способа является то, что осуществление крепления потайными колоннами возможно при использовании пакера, снабженного подвижной втулкой, при этом возникает трудность вращения нажимной втулки, перекрывающей циркуляционные отверстия, и приведения в действие пакера, ввиду предварительного отворота бурильных труб после подвески потайной колонны на клиньях якоря, что затруднительно сделать в скважинных условиях. Также, для приведения в действие якоря, на его клинья воздействует поршень маленькой площади. При этой конструкции якоря и при любых рабочих давлениях осевое усилие поршня недостаточно, чтобы толкать клинья с зубцами в зазор между конусом и внутренней стенкой обсадной колонны и внедриться в металл труб колонны. Особенно трудно это сделать в скважине с большими зенитными углами при значительных радиальных усилиях от веса колонны.
Наиболее близким к настоящему изобретению является способ крепления скважины потайной колонной (патент РФ №2370632, МПК E21B 33/14, опубл. 20.10.2009), при котором технический эффект достигается герметизацией спускаемой колонны после спуска и промывки скважины и управлением всех элементов технологической оснастки с помощью подъема давления в замкнутой полости потайной и несущей колонны, а также совмещением на одной колонне нескольких элементов технологической оснастки, выполняющих различные функции, и их поэтапное приведение в действие.
Основным недостатком данного решения является то, что способ используется при проведении работ по креплению колонн меньшего диаметра во вторых стволах скважин и при спуске колонн ниже башмака эксплуатационной колонны, но не может обеспечить надежное крепление обсадных колонн в сочетании с фильтрами различного назначения и конструкции, например со срезными пальцами внутри фильтрующих элементов.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа крепления скважины при спуске потайных колонн в боковые стволы и зумпфы скважин, ниже башмака эксплуатационных колонн в сочетании с опрессованными фильтрами любой длины и конструкции с возможностью расхаживания и вращения компоновки в процессе спуска в горизонтальный ствол скважины, где зачастую возможны посадки и затяжки компоновки.
Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого способа, является повышение надежности и обеспечение регулируемости рабочего процесса крепления скважины потайной колонной с фильтром.
2
Указанный технический результат достигается тем, что все устройства, входящие в компоновку спускаемой колонны, являются устройствами гидромеханического действия, причем приведение устройств в рабочее состояние производится последовательно при повышении давления, например через каждые 2 МПа (20 кгс/см) срабатывают устройства различного назначения. Причем для герметизации трубного пространства герметизатор потайной колонны располагают над башмаком колонны под компоновкой фильтров, при этом подвешивают потайную колонну и постепенно разгружают вес потайной колонны на стенки эксплуатационной колонны, поднимают давление для обеспечения срабатывания пакеров, установленных в необходимых интервалах фильтра, поднимают давление, воздействуя через радиальные отверстия ствола на поршень, конус и манжеты, которые, увеличиваясь в диаметре, входят в контакт со стенкой скважины, герметизируя пространство между стенкой скважины и фильтровыми участками эксплуатационной колонны, при дальнейшем повышении давления открывают циркуляционные отверстия управляющей муфты, при этом муфту выполняют в виде установленной с возможностью осевого перемещения втулки и связанного с ней золотника с осевым отверстием, имеющим конусную форму и канавки для фиксации и удержания шара, промывают скважину, вводят с устья в несущую колонну герметизирующий шар, который при подходе к промывочной муфте перекрывает осевое отверстие в седле золотника, при этом срезают винты, удерживающие втулку, и при ее движении перекрывают циркуляционные отверстия и фиксируют в нижнем положении, для цементирования скважины повышают давление до величины срезки винтов поршня, нажимной поршень перемещается, толкая конус под уплотнитель, который, увеличиваясь в диаметре, перекрывает и герметизирует полость между потайной колонной и стенкой скважины, предотвращая поступление цементного раствора в зону фильтров, далее повышают давление, воздействуют на торец открывающей втулки, срезают винты, и открывающая втулка перемещается вниз, открывает циркуляционные отверстия для закачки цементного раствора или технологических жидкостей в полость между стволом скважины и спускаемой колонной, в несущую колонну вводят продавочную пробку, вытесняя закачанный цементный раствор, путем срезания со срезных винтов подвесной пробки и освобождения стопорных шаров, ранее обеспечивавших возможность расхаживания и вращения потайной колонны при спуске, с последующим удержанием шаров в зоне разъединителя, пробка достигает устройства наконечником, контактирующим с седлом стопорной втулки, повышают давление, срезают винты на стопорной втулке, последняя перемещается, перекрывая циркуляционные отверстия, одновременно открывая технологические отверстия, и проточками входит в ограничители, установленные в стволе устройства, через технологические отверстия давление передается на верхний торец золотника, который, срезая винты, перемещается, перекрывая циркуляционные отверстия между стволом и кожухом, давление в спускаемой колонне снижают до гидростатического, проверяя срабатывания устройства, поднимают давление до величины срабатывания пакера, установленного в верхней части потайной колонны, и обеспечивают разобщение кольцевого пространства, разъединяют потайную колонну с несущей колонной, без ее вращения, нагрузкой компоновки несущей колонны на срезные винты, соединяющие между собой подвижно затворами и объединенными наклонными каналами, открытыми и закрытыми проточками нижнюю и верхнюю муфты разъединителя, за счет выхода затворов нижней муфты разъединителя, из проточек в верхней муфте разъединителя, до совмещения затвора на нижней муфте с открытыми проточками на верхней муфте, и приподнимают несущую колонну, вымывают излишки цементного раствора или технологической жидкости прямой или обратной циркуляцией, разбуривают без проворота управляющих деталей, за счет их снабжения ограничителями хода, в муфте для цементирования и управляющей муфте и заклиненных в потайной колонне конусообразной нижней частью втулки, размещенной в корпусе герметизатора.
Способ крепления скважины потайной колонной поясняется следующими чертежами, где:
- на фиг. 1 приведена компоновка устройств до проведения операций по креплению;
- на фиг. 2 представлена компоновка устройств после проведения операций по креплению;
- на фиг. 3 изображена компоновка готовая к эксплуатации после разбуривания внутриколонных элементов;
- на фиг. 4 изображено устройство для герметизации трубного пространства;
- на фиг. 5 представлен держатель колонны труб;
- на фиг. 6 представлен пакер;
- на фиг. 7 представлена управляющая муфта;
- на фиг. 8 изображено устройство для цементирования скважин;
- на фиг. 9 общий вид разъединителя.
Компоновка состоит из несущей колонны 1, эксплуатационной колонны 2, потайной колонны 3, башмака 4 потайной колонны, разъединителя 5, фильтра 6, пакеров 7, держателя 8, устройства для цементирования 9 с пакерным узлом, управляющей муфты 10, герметизатора 11, продавочной пробки 12, подвесной пробки 13, верхней муфты 14 разъединителя 5, нижней муфты 15 разъединителя 5 и герметизирующих шариков 16. Герметизатор 11 (фиг. 4) состоит из корпуса 17, стакана 18, горизонтальной перегородки 19, верхних циркуляционных отверстий 20 с посадочными седлами 21 и нижних циркуляционных отверстий 22 и конусообразной проточки 23 стакана 18. Разъединитель 5 (фиг. 9, фиг. 3, фиг. 2) содержит верхнюю муфту 14, нижнюю муфту 15, затвор 24, наклонную и осевую проточки 25, уплотнитель 26, стопорный шар 27 и срезные винты 28. Устройство для цементирования 9 (фиг. 8) состоит из стопорной втулки 29, ствола 30 с циркуляционными отверстиями 31, технологическими выточками 32, ограничителей хода 33, 34, стопора 35 и седла 36. Держатель 8 (фиг. 5) содержит цангу 37, конус 38, ствол 39 с отверстиями 40 и поршень 41. Пакер 7 (фиг. 6) состоит из ствола 42 с радиальными отверстиями 43, кожуха 44, поршня 45, срезных винтов 46, разжимного конуса 47, стопорного кольца 48, фиксирующего винта 49, дополнительной манжеты 50, основной манжеты 51 и обечайки 52. Управляющая муфта 10 (фиг. 7) содержит корпус 53, втулку 54 с уплотнительными кольцами 55, золотник с седлом 56 и выточками для фиксации шара, срезные винты 57, кольцо стопорное 58, корпус клапана 59, циркуляционные отверстия 60, срезные штифты 61, переводник нижний 62, кожух 63 со срезными штифтами 64 и шар 65.
Способ крепления потайной колонной с фильтром осуществляют следующим образом.
На несущей колонне 1 спускают в необходимый интервал ствола скважины и эксплуатационной колонны 2 потайную колонну 3, пакеры 7, фильтр 6, под которым устанавливают герметизатор 11 для герметизации трубного пространства, расположенного над башмаком 4 потайной колонны 3, устройство для цементирования 9, совмещенное с пакерным узлом, расположенным в открытом стволе скважины, и управляющую муфту 10. На внешней поверхности потайной колонны 3 устанавливают держатель 8, причем располагают его в верхней части потайной колонны 3, а пакер 7 устанавливают под держателем 8, разъединитель 5 устанавливают, соединяя нижнюю муфту разъединителя 15 с держателем 8 потайной колонны 3, а верхнюю муфту 14 - с несущей колонной 1. На верхней муфте 14 разъединителя 5 устанавливают подвесную пробку 13 для обеспечения продавки цементного раствора при цементировании потайной колонны, для обеспечения герметичности зазора между верхней муфтой 14 и нижней муфтой 15 разъединителя устанавливают уплотнитель 26, также между верхней 14 и нижней муфтой 15 разъединителя установлен в гнезде шар 27 для обеспечения расхаживания и проворачивания спускаемой колонны в процессе спуска в горизонтальном участке скважины.
Процесс крепления условно разделен на два этапа. На первом этапе крепления потайной колонны скважину промывают через башмак 4, после чего закачивают вязкоупругую смесь с герметизирующими шариками 16 в потайную колонну 3, и продавливают шарики до момента их посадки в посадочные седла 21 (см. фиг. 4), поднимают давление до расчетного и отделяют нижнее трубное пространство под герметизатором 11, сообщающееся с башмаком потайной колонны 4 и стволом скважины, от верхнего трубного пространства, сообщающегося с устьем скважины, стаканом 18, установленным в корпусе 17, с возможностью осевого перемещения и снабженным горизонтальной перегородкой 19, между верхними циркуляционными отверстиями 20 с посадочными седлами 21, под герметизирующие шарики 16, и боковыми нижними циркуляционными отверстиями 22, и конусообразной проточкой 23, выполненной в нижней части стакана 18, и герметизируют трубное пространство потайной колонны 3, поднимая давление в трубном пространстве выше рабочего (например, на 4 МПа). После скачка давления в трубном пространстве потайной колонны 3, что свидетельствует о срезке срезных винтов, передвижении и фиксировании стакана 18 с перегородкой 19, продолжают его поднимать до расчетного, (например, до 6 МПа), для срезки срезных винтов на поршне 41 и предварительного сцепления элементов держателя - цанги 37 со стенкой эксплуатационной колонны 2, путем воздействия давления через отверстия 40, расположенные в стволе 39. На поршень 41, конус 38, и цангу 37 с зубцами постепенно разгружают вес колонны на стенки эксплуатационной колонны 2, для устранения осевой нагрузки на разъединитель, подвешивают потайную колонну 3 в эксплуатационной колонне 2 (см. фиг. 5). Поднимают давление в потайной колонне 3 до расчетной величины, (например, до 8 МПа), но не выше давления опрессовки фильтров, и разобщают пакерами 7 кольцевое пространство между стволом скважины и потайной колонной 3 в интервале установки фильтров 6, разобщают при необходимости несколько интервалов, например пластов с разной проницаемостью, фильтрового участка в горизонтальном стволе скважины, или защищая фильтр от возможного проникновения воды из зоны водонефтяного контакта (ВНК) (см. фиг. 2, фиг. 6). С целью восстановления циркуляции выше фильтрового участка и защиты фильтров от внутреннего давления выше давления их опрессовки и от загрязнения используют управляющую муфту. Поднимают давление до расчетной величины, (например, до 10 МПа), но не выше давления опрессовки фильтров, в потайной колонне 3, срезаются штифты 61 и открываются циркуляционные отверстия 60, скважину промывают и пускают в бурильные трубы герметизирующий шар 65. Шар продвигается до золотника 56 с седлом и выточками для фиксации шара. Создается расчетное давление, (например, 4 МПа), срезаются винты 57 и золотник с шаром 63 и втулкой 54 срезает винты 57, перемещается вниз до упора, перекрывает и герметизирует циркуляционные отверстия и фиксируется стопорным кольцом 58 в нижнем положении (см. фиг. 7). Интервал фильтровой части потайной колонны 3 защищен в трубном пространстве от излишнего давления и других отрицательных факторов (проникновения воды, цементного раствора).
На втором этапе крепления цементировочным устройством 9 с пакерным узлом цементируют потайную колонну 3, с этой целью поднимают давление до расчетного в потайной колонне 3, (например, до 12 МПа), разобщают пакерным узлом 9 кольцевое пространство между потайной колонны 3 и стволом скважины, поднимают давление до расчетного, (например, до 14 МПа), открывают циркуляционные отверстия 32, закачивают цементный раствор, продавливают его в затрубное пространство потайной колонны 3, при совмещении продавочной пробки 12 с подвесной пробкой 13 срезают стопорные винты подвесной пробки и в начале их движения освобождают стопорные шары 27, с удерживанием шаров в зоне разъединителя, ранее обеспечивающие возможность расхаживания и вращения потайной колонны при спуске, и продавливаются вслед за цементным раствором до остановки пробок 12, 13 стопорной втулкой 29 и скачка давления на устье скважины, (например, на 2-4 МПа), выше рабочего давления, разобщают трубное и кольцевое пространство потайной колонны стопорной втулкой 29, размещенной в осевом канале на уровне технологических отверстий 31, а после осевого перемещения, на уровне циркуляционных отверстий 32, снабженной выточками 33, на нижнем торце стопорной втулки 29, которые после осевого перемещения стопорной втулки 29 входят в зацепление с ограничителями 34, и установки стопора 35 в седле 36 стопорной втулки 29 (см. фиг. 2, фиг. 8). С целью проверки закрытия циркуляционных отверстий 32 снижают давление до гидростатического, убеждаются в отсутствии перетока жидкости из скважины выше объема сжатия. Поднимают давление до расчетной величины (например, до 16 МПа), разобщают пакером 7 кольцевое пространство между эксплуатационной колонной 2 и верхней частью потайной колонны 3, после завершения процесса цементирования при заданном до спуска колонны осевом усилии срезаются фиксирующие винты 28, ранее соединяющие между собой верхнюю 14 и нижнюю 15 муфты, затвор 24 нижней муфты 15 выходит из замкнутой полости проточки, по наклонному каналу. При подъеме несущей колонны, затвор 24 выходит из проточки 25 в верхней муфте 14 разъединителя, несущую колонну приподнимают над «головой» спущенной колонны, контролируют разъединение по весу несущей колонны, вымывают из скважины излишки цементного раствора прямой или обратной циркуляцией (фиг. 3, фиг. 9).
Поднимают несущую колонну 1, после чего разбуривают, без проворота легкоразбуриваемых управляющих деталей 12, 13, 16, 18, 19, 27, 29, 56, 65 заклиненных в потайной колонне, за счет выполнения нижней части втулки 18, размещенной в корпусе 17, герметизатора 11 конусообразной, и за счет снабжения выточками 33 нижнего торца стопорной втулки 29, размещенной в осевом канале ствола 30 цементировочного устройства 9, которые после осевого перемещения стопорной втулки 29 входят в зацепление с ограничителями 34, установленными в стволе 30 цементировочного устройства 9, и за счет установления стопора 35 в седле 36 стопорной втулки 29 и за счет снабжения выточками 33 размещенной в осевом канале ствола 53 управляющей муфты 10, за счет опоры золотника 56 с шаром 65, опирающегося буртиком с проточками о верхний торец втулки 54, а проточки на нижнем торце втулки 54 входят в зацепление с нижним переводником 62, также имеющим выточки, для последующего разбуривания алюминиевого золотника и пластмассового шара в управляющей муфте 10.
После всех осуществленных операций, потайная колонна с фильтром спущена, подвешена и зацементирована в необходимом интервале (см. фиг. 3) и готова к дальнейшей эксплуатации после разбуривания внутриколонных управляющих элементов.
Технический эффект достигается герметизацией спускаемой колонны с фильтром после спуска и промывки скважины и управлением всех элементов технологической оснастки с помощью двухэтапного подъема давления в замкнутой полости потайной и несущей колонны, а также совмещением на одной колонне нескольких элементов технологической оснастки, выполняющих различные функции и их последовательное приведение в действие с помощью поэтапного подъема давления в замкнутой полости потайной и несущей колонны.