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. в 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 насосно-компрессорных 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 (патент РФ №2254441, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. в бюл. №17 от 20.06.2005 г.), 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 затягивается продолжительность спуска и загрязняется близлежащая к скважине территория, поэтому для исключения этого необходимо сливать скважинную жидкость в технологическую емкость, при этом после спуска колонны труб с механизмом на конце в требуемый интервал скважины необходимо заполнить технологической жидкостью колонну труб для привода в действие поршня гидроцилиндра механизма;
во-вторых, спуск механизма на колонне труб увеличивает продолжительность работ в целом;
в-третьих, перед запакеровкой эластичной манжеты устройства необходимо произвести опрессовку колонны труб, на конце которой находится механизм, что усложняет технологический процесс запакеровки эластичной манжеты устройства.
Технической задачей полезной модели является исключение излива жидкости на дневную поверхность в процессе спуска механизма, а также сокращение продолжительности работ в целом и упрощение технологического процесса по запакеровке эластичной манжеты за счет исключения колонны труб из конструкции устройства.
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, механизм, спускаемый в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, при этом расширяющий узел расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла с упором вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху с расширяющим узлом и оснащенного поршнем и полым штоком, при этом полый шток соединен с поршнем жестко.
Новым является то, что механизм спускается в дополнительную обсадную колонну на канате, при этом полый шток сверху жестко соединен с якорным узлом, а упор снаружи оснащен самоуплотняющейся манжетой, перепускающей жидкость снизу вверх, причем на упор сверху ввернут груз, снабженный радиальными каналами, при этом снизу упор жестко соединен с якорным узлом, выполненным в виде полого корпуса с радиальными отверстиями, внутри которых размещены подпружиненные внутрь шлипсы, выполненные в виде поршней с возможностью радиального перемещения наружу при избыточном давлении внутри полого корпуса.
На фигуре 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, механизм 7, спускаемый на канате 8 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 7 выполнен в виде толкателя 9 внизу и якорного узла 10 вверху. Толкатель 9 выполнен в виде гидроцилиндра 11, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел 5 и оснащенного поршнем 12 и полым штоком 13.
Полый шток 13 сверху жестко соединен с якорным узлом 10. Сверху в якорный узел 14 жестко установлен нижний конец упора 15.
Упор 14 снаружи оснащен самоуплотняющейся манжетой 15, перепускающей жидкость снизу вверх, и плотно прижатой воротником к внутренним стенкам дополнительной
обсадной колонны 1. Сверху на упор 14 ввернут груз 16, снабженный радиальными каналами 17.
Якорный узел 10, выполнен в виде полого корпуса 18 с радиальными отверстиями 19, внутри которых размещены подпружиненные посредством пружин 20 внутрь шлипсы 21, выполненные в виде поршней с возможностью радиального перемещения наружу при избыточном давлении внутри полого корпуса 18. Вспомогательные крепежные детали на фигуре не показаны.
Несанкционированные перетоки жидкости в процессе запакеровки устройства предотвращаются уплотнительными элементами 22 и 23.
Устройство работает следующим образом:
После исследования обсадной колонны скважины 24, в нее на дополнительной обсадной колонне 1 спускают пакерующее устройство с таким расчетом, чтобы корпус 2 оказался ниже нарушений (на фигуре не показано) обсадной колонны скважины 24. При этом верхний конец дополнительной обсадной колонны 1 герметично и жестко фиксируют на устье (на фигуре не показано) скважины 24.
После этого в дополнительную обсадную колонну 1 на канате 8 в транспортном положении (см. фигуру) спускают механизмом 7 до тех пор, пока толкатель 9 механизма 7 гидроцилиндром 11 не обопрется на расширяющий узел 5, что определяется по снижению веса груза 16 и механизма 7 на индикаторе веса, установленного на устье скважины, а также провисанию каната 8.
В процессе спуска каната 8, оснащенного на конце механизмом 7, находящаяся в дополнительной обсадной колонне 1 жидкость перепускается снизу вверх между воротником самоуплотняющейся манжеты 15 и внутренними стенками дополнительной обсадной колонны 1 в пространство дополнительной обсадной колонны 1 выше механизма 7, благодаря тому, что самоуплотняющаяся манжета 15 пропускает снизу вверх, в связи с чем исключается излив скважиной жидкости на дневную поверхность в процессе спуска механизма 7 в дополнительную обсадную колонну 1.
Спуск механизма 7 на канате 8 в дополнительную обсадную колонну 1 продолжается до тех пор, пока толкатель 9 механизма 7 гидроцилиндром 11 не обопрется на расширяющий узел 5.
После этого в дополнительной обсадной колонне 1 посредством насосного агрегата (на фиг. не показано) создают избыточное давление, которое сначала герметично прижимает воротник самоуплотняющейся манжеты 15 к внутренним стенкам дополнительной обсадной колонны 1, исключаю пропуски жидкости сверху вниз, а затем это избыточное давление жидкости через радиальные каналы 16 груза 17, а также внутренние пространства
упора 14, полого корпуса 18 якорного узла 10 и полого штока 13 передается в пространство под поршень 12 в гидроцилиндре 11. Кроме того, избыточное давление через радиальные отверстия 19, выполненные в полом корпусе 18 якорного узла 10 воздействует на пружины 20 и шлипсы 21, выполненные в виде поршней, вызывая сжатие пружин 21 и радиальное перемещение наружу шлипсов 21, которые своей зубчатой частью фиксируют якорный узел 10 механизма 7 на внутренних стенках дополнительной обсадной колонны 1.
Избыточное давление под поршнем 2 в гидроцилиндре 11 продолжают поднимать, при этом гидроцилиндр, благодаря жесткой фиксации полого штока 13 относительно дополнительной обсадной колонны 1 посредством якорного узла 10 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 25 и нарушения (на фигуре не показано) обсадной колонны скважины 23. После прохождения патрубка 3 расширяющий узел 5 падает на забой (на Фиг. не показан) скважины. В результате давление внутри дополнительной обсадной колонны 1 сначала резко падает, так как опоры для гидроцилиндра 11 нет, а затем резко возрастает, после того, как гидроцилиндр 11 упрется в поршень 12. Процесс установки пакерующего устройства дополнительной колонны труб 1 завершен. Избыточное давление в дополнительной обсадной колонне 1 сбрасывают до нуля.
Шлипсы 21 за счет возвратной силы пружин 20 возвращаются в исходное положение, то есть выходят из взаимодействия своей зубчатой частью с внутренними стенками обсадной колонны 1 и радиально перемещаются внутрь полого корпуса 18 в радиальных отверстиях 19 якорного узла 10. В результате якорный узел 10 занимает транспортное положение (см. фигуру).
После этого с устья скважины 24 посредством каната 8 извлекают механизм 7 из дополнительной обсадной колонны 1.
Усилие, создаваемое гидроцилиндром 11 во время расширения патрубка 3, уравновешивается якорным узлом 10, то дополнительная обсадная колонна 1 не удлиняется.
Предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны позволяет исключить излив скважинной жидкости на дневную поверхность, на устье скважины в процессе спуска механизма в дополнительную обсадную колонну, а также сокращает продолжительности работ в целом и упрощает технологический процесс по запакеровке эластичной манжеты за счет исключения колонны труб из конструкции устройства, что в целом позволяет сократить затраты на ремонт скважины.