Способ ремонта обсадных труб в скважинах и устройство для его осуществления
METHOD FOR REPAIRING CASING PIPES IN WELLS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при проведении ремонтно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах, а именно, для ликвидации негерметичности стенок обсадных колонн (далее труб), находящихся внутри действующей скважины.
Из уровня техники известен способ восстановления герметичности обсадных труб (RU2105128, опубл. 20.02.1997) [1]. Согласно данному способу, в трубу из термопластичного, размягчающегося при нагревании материала, например полиэтилена, заливают суспензию саморазогревающегося и саморасширяющегося материала, в данном способе, известковой смеси, при условии, что наружный диаметр полиэтиленовой трубы меньше внутреннего диаметра обсадной трубы, находящейся в зоне негерметичности.
Через 1,5 ч после герметизации  концов этой термопластичной трубы с залитой в нее суспензией,  начинается реакция с расширением и выделением тепла, достаточного, чтобы разогреть трубу выше температуры размягчения полиэтилена, который при этих условиях проявляет повышенную текучесть и без разрушения трубы увеличивает ее наружный диаметр.
Таким образом, термопластичная труба с залитым в нее саморазогревающимся и саморасширяющимся материалом, концы которой загерметизированы, представляет собой герметизирующее средство, которое используют для ремонта обсадных труб, находящихся внутри эксплуатируемой скважины. Это устройство на колонне НКТ или тросике спускают в зону негерметичности обсадной трубы с возможностью ее перекрытия.
Термопластичная труба, диаметр которой увеличен за счет тепла от известковой смеси, с натягом прижимается к поверхности этой зоны. Термопластичный материал проникает в свищ или трещину поверхности стенки ремонтируемой трубы, после окончания реакции и нормализации температуры затвердевает, и в виде пластыря обеспечивает герметизацию этой поверхности. После окончания реакции скважину оставляют в покое на 4 - 5 часов для восстановления температуры и затвердевания полиэтиленовой трубы.
Недостатком применения полиэтилена в качестве герметика дефектной зоны обсадных труб, является, во-первых, низкая адгезия полиэтилена к металлическим поверхностям, что может привести к отторжению полиэтилена от трубы и появлению новых протечек. Во-вторых, температура в обсадных трубах, находящихся на большой глубине, может превышать допустимую рабочую температуру полиэтилена, и наконец, механическая прочность полиэтилена недостаточна для работы в условиях повышенных температур, абразивных рабочих сред и знакопеременных динамических нагрузок.
Из US2014367106, опубл. 18.12.2014 [2] известно применение в качестве пластыря композиционного материла путем развертывания в трубе отверждаемого стеклопластикового рукава, пропитанного смолой.  Этот способ предназначен для безтраншейного ремонта канализационных труб большого диаметра, однако для ремонта обсадных труб непригоден по следующим причинам. Обсадные трубы имеют относительно небольшой диаметр, поэтому свернутый стеклопластиковый рукав в устье скважины не разместить.  Ремонтировать всю трубу, если дефектный участок небольшой по величине и находится глубоко в стволе, нерационально.  Описанный способ не предусматривает средств доставки стеклопластикового рукава непосредственно в зону ремонта.
За прототип к заявленной группе изобретений принято изобретение по патенту (RU2498004, опубл. 10.11.2013 г. БИ № 31) [3]. Изобретение включает способ ликвидации негерметичности обсадных труб, находящихся в скважинах, в котором используют герметизирующее средство из деформируемого пластичного материала в виде оболочки, внутри которой расположен заряд взрывчатого вещества с инициатором взрыва.  Инициатор взрыва соединен с проводником инициирующего импульса взрывной сети, расположенной на поверхности скважины.
Герметизирующее средство на геофизическом кабеле спускают внутрь трубы, размещают в зоне негерметичности с возможностью перекрытия повреждения и взрывают внутри трубы. В качестве заряда взрывчатого вещества применяют тринитротолуол. В результате управляемого взрыва герметизирующего средства повреждения заполняются деформируемым пластичным материалом, в качестве которого используют свинец. Свинец, как пластырь, фиксируется на повреждении поверхности стенки трубы, перекрывая ее дефекты.
Реализация данного способа ликвидации негерметичности трубы, находящейся в скважине, в котором применяют герметизирующее средство, содержащеее взрывчатое вещество, сопряжена с опасностью процесса подрыва заряда от возможной детонации взрыво-пожароопасных газов, сопутствующих процессу добычи нефти/газа. Более того, динамическое воздействие взрывной волны на стенки трубы может вызвать появление новых очагов негерметичности в виде трещин, свищей и т.п., а также деформацию этой трубы, что может сказаться на надежности ее герметизации.
Задача настоящей группы изобретений заключается в повышении надежности герметизации зоны негерметичности обсадной трубы и повышении безопасности проведения ремонтно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах.
Для этого предложен способ ремонта нефтегазовых скважин, в котором, как и в прототипе, в зону негерметичности обсадной трубы доставляют герметизирующее средство, содержащее деформируемый пластичный материал, при этом зону негерметичности перекрывают за счет деформации этого материала от физического воздействия. Новый способ отличается тем, что в зону негерметичности  доставляют герметизирующее средство в виде перфорированной трубы,  на  поверхности  которой жестко закреплен эластичный мешок с нанесенным на него  препрегом из армирующего материала, пропитанного термореактивной смолой горячего отверждения, при этом зону негерметичности трубы перекрывают за счет полимеризации  препрега горячим паром, который под давлением подают внутрь эластичного мешка.
Для осуществления заявленного способа предложено устройство, которое, как и прототип, содержит герметизирующее средство, содержащее деформируемый пластичный материал. Новое устройство отличается тем, что герметизирующее средство выполнено в виде перфорированной трубы, выполненной с возможностью  связи с парогенератором, на  поверхности трубы жестко закреплен эластичный мешок, с нанесенным на него препрегом из армирующего материала, пропитанного термореактивной смолой горячего отверждения, при этом эластичный мешок выполнен с возможностью подачи  в него горячего пара от парогенератора.
В отличие от прототипа, в котором используют герметизирующее средство в виде оболочки из свинца, внутри которой расположен заряд взрывчатого вещества с инициатором взрыва, в предложенном решении в качестве деформируемого пластичного материала используют композиционный материал, а именно, препрег из армирующего материала, пропитанного термореактивной смолой горячего отверждения. Препрег деформируют горячим паром, который под давлением подают внутрь эластичного мешка, и за счет полимеризации термореактивной смолы перекрывают зону негерметичности поверхности трубы, находящейся внутри скважины, обеспечивая при этом высокое качество ее герметизации.
Таким образом, новый технический результат, достигаемый группой изобретений, заключается в повышении качества герметизации зоны негерметичности обсадной трубы, при обеспечении надежности и безопасности способа ее ремонта и упрощении  устройства для его осуществления.
Заявленное решение иллюстрируется  рисунками, где на фиг. 1 представлен подготовительный этап работ, в котором скважину заглушают пакером ниже выявленной зоны негерметичности обсадной трубы, а внутреннюю поверхность трубы в зоне ремонта очищают от грязи, ржавчины и парафиновых отложений;  на фиг.2 показан ремонтный цикл, где в зону негерметичности доставляют герметизирующее  средство и монтируют композитный бандаж; на фиг. 3 показан завершающий этап  ремонтных работ, где после монтажа композитного бандажа вынимают герметизирующее устройство и удаляют пакер.
Устройство для ремонта нефтегазовых скважин содержит герметизирующее средство, выполненное в виде перфорированной трубы 1, которая гибким шлангом 2 связана с парогенератором 3, находящимся на поверхности скважины. На поверхности трубы 1 жестко закреплен эластичный мешок 4, который может быть выполнен из резины или силикона. На поверхность этого мешка нанесен бандаж 5 из композиционного материала в виде препрега из армирующего материала, пропитанного термореактивной смолой горячего отверждения. В качестве препрега используют стекло-, базальто-, органо-, углеткани или их комбинированные варианты. Предложенный композит не подвержен коррозии, водо/газо- непроницаем, ремонтопригоден и надежен в эксплуатации. Важно, что механические свойства композитного бандажа 5 из этого материала не ниже свойств материала ремонтируемой обсадной трубы. Рекомендуется использовать препрег из армирующего материала, пропитанного термореактивной смолой горячего отверждения, модифицированной минеральными и/или органическими наполнителями, повышающими эксплуатационные свойства композита, такие как износостойкость, твердость, прочность, био/химстойкость и др. Примером такого наполнителя может быть порошок кварца заданного гранулометрического состава и пропорции. Эластичный мешок 4 имеет штуцер, с помощью которого в него подают горячий пар от парогенератора 3.
Способ ремонта нефтегазовых скважин с помощью заявленного устройства осуществляют следующим образом. Обсадную трубу 6 заглушают пакером 7 на глубину 2-3 метра ниже выявленной зоны негерметичности 8. Внутреннюю поверхность трубы очищают от парафинов, наслоений, ржавчины. Желательна механическая очистка, промывка или пропарка зоны негерметичности с целью удаления жировых и маслянистых наслоений. В зону негерметичности 8 обсадной трубы 6 доставляют герметизирующее средство. Через перфорированную трубу 1 внутрь эластичного мешка 4 подают под давлением нагретый пар от парогенератора 3. Эластичный мешок 4, раздуваясь под давлением нагретого пара, прижимает бандаж 5 с препрегом к стенке обсадной трубы в зоне ее негерметичности. Горячий пар способствует ускоренной полимеризации смолы и затвердеванию препрега, при этом избыточное давление пара обеспечивает прочное механическое и триботехническое сцепление композитного бандажа со стенкой обсадной трубы, перекрывая дефекты ее поврежденного участка. После завершения ремонтных работ стравливают избыточное давление пара, при этом эластичный мешок 4 принимает транспортное положение с диаметром, меньше внутреннего диаметра обсадной трубы 6 и его легко вынимают из обсадной трубы. Затвердевший препрег в виде внутреннего бандажа 9 остается в обсадной трубе. Пакер 7 вынимают, скважину заполняют нефтью.
Таким образом, предлагаемая группа изобретений позволяет проводить ремонтные работы на действующей скважине в максимально сжатые сроки с высоким качеством, гарантированной надежностью и безопасностью, применяя достаточно простое в обслуживании устройство, не требующее привлечения специализированного оборудования и высокой квалификации персонала.