Устройство для герметизации стенок скважины
WELL WALL SEALING DEVICE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для герметизации стенок скважины.
Известно устройство для герметизации стенок скважины (патент RU № 57344, Е21В 29/00, опубл. 10.10.2006 г., Бюл. № 28), включающее пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями на концах, размещенных в наружных цилиндрических канавках, посадочный инструмент, якорь и расширяющую оправку, снабженную расположенным в нижнем конце пластыря усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины и удвоенной толщины стенки пластыря. Якорь расположен в средней части пластыря и выполнен в виде продольногофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки. Расширяющая оправка дополнительно снабжена расположенным в верхнем конце пластыря верхним усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины и удвоенной толщины стенки пластыря. Причем усеченный конус и верхний усеченный конус герметично вставлены в пластырь и соответственно снабжены центральными внутренними правой и левой резьбами. При этом посадочный инструмент выполнен в виде полого штока с обратным клапаном внизу, присоединительной резьбой вверху и радиальными каналами в средней части, от которой вверх и вниз по наружной поверхности выполнены разнонаправленные резьбы, взаимодействующие с соответствующими резьбами в усеченных конусах.
Недостатками являются:
- высокая вероятность заклинивания расширяющей оправки, и как следствие, создание аварийных ситуаций при нарушениях в виде внутреннего смятия обсадной колонны или при использовании в строительстве скважины обсадных труб разной толщины;
- высокая вероятность отсутствия герметизации после ремонта, так как якорь, который не может герметично перекрыть свое место установки, располагается в пределах интервала нарушения, что может привести к несанкционированным перетокам жидкости в интервале установки;
- высокие материальные затраты, связанные с затратами времени на сборку устройства на скважине, и высокая стоимость посадочного инструмента при установке пластыря большего по длине, чем 5 м, так как изготовление резьб более 2,5 метра связано с использованием дорогостоящих материалов и специального дорогостоящего оборудования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для герметизации стенок скважин (патент RU № 2363832, Е21В 29/00, опубл. 10.08.2009 г., Бюл. № 22), включающий пластырь, изготовленный в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями по концам и якорем, выполненным в виде продольно-гофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки. Верхний конец пластыря оснащен ходовой резьбой с герметично завинченным переводником, который сверху оснащен резьбой для соединения с колонной труб, нижний конец пластыря перекрыт герметично башмаком. Для заполнения пластыря и колонны труб скважинной жидкостью установлен обратный клапан над переводником. Для развальцовывания пластыря переводник снизу оснащен вальцующей головкой с фрезером, расположенной внутри верхнего конца пластыря и принимающей рабочее положение при ее извлечении из верхнего конца пластыря.
Недостатками данного устройства являются:
- невозможность осуществлять промывку в процессе спуска устройства в скважину, что может привести к затрудненному спуску при накоплении шлама и заклиниванию устройства;
- невозможность герметизации интервала нарушений большой длины, так как без заполнения на трубы действует наружное сминающее давление, которое приведет к повреждению пластыря;
- возможность смещения пластыря из-за того, что гофры якоря гладкие, как следствие, нарушение может быть не изолировано пластырем;
- высокие материальные затраты, связанные с необходимостью дополнительных спускоподъемных операций для проведения очистки и калибрования стенок скважины, кроме того низкая эффективность вальцующей головки при расширении цилиндрической трубы также приводит к дополнительным спускоподъемным операциям для замены вальцующей головки на новую.
Технической задачей изобретения является создание устройствадля герметизации стенок скважины, надежного в работе, позволяющего осуществить очистку с промывкой и калибрование стенок скважины перед установкой, а также изолировать интервалы нарушения большой длины за счет применения продольно-гофрированных труб.
Техническая задача решается устройством для герметизации стенок скважины, включающим пластырь с эластичными элементами, цилиндрическими концами и якорем, выполненным в виде продольно-гофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в месте установки, верхний конец пластыря оснащен переводником с резьбой и вальцующей головкой с фрезером, нижний конец пластыря оснащен башмаком.
Новым является то, что пластырь выполнен продольно-гофрированным с описанным диаметром якоря на 1,5-2 % меньше диаметра скважины, при этом якорь оснащен калибрующими элементами, выполненными в виде наплавки из твердосплавной крошки на вершины гофр, переводник в нижней части снабжен выступами, расположенными внутри гофр пластыря, а в верхней части переводник снабжен проточкой с конической фаской под завальцовку верхнего конца пластыря, переводник сверху соединен с вальцующей головкой, башмак выполнен проходным и оснащен седлом под шар, при этом проходной канал вальцующей головки, переводника и фрезера выполнен диаметром, обеспечивающим прохождение шара башмака, а коническая фаска переводника выполнена с возможностью создания дополнительной раздачи верхнего конца пластыря при выталкивании переводника.
На фиг. изображено устройство для герметизации стенок скважины с продольным осевым разрезом.
Устройство для герметизации стенок скважины включает пластырь 1 с эластичными элементами 2, цилиндрическими концами 3, 4 и якорем 5, выполненным в виде продольно-гофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр 6 не менее внутреннего диаметра скважины (на фиг. не показана) в месте установки. Верхний конец 3 пластыря 1 оснащен переводником 7 с резьбой 8 и вальцующей головкой 9 с фрезером 10. Нижний конец 4 пластыря 1 оснащен башмаком 11.
Пластырь 1 выполнен продольно-гофрированным. Описанный диаметр якоря 5 на 1,5-2 % меньше диаметра скважины, при этом якорь 5 оснащен калибрующими элементами 12, выполненными в виде наплавки 13 из твердосплавной крошки на вершины гофр 14. Переводник 7 в нижней части снабжен выступами 15, расположенными внутри гофр 16 пластыря 1. В верхней части переводник 7 снабжен проточкой 17 с конической фаской 18 под завальцовку 19 верхнего конца 3 пластыря 1. Переводник 7 сверху соединен с вальцующей головкой 9. Башмак 11 выполнен проходным и оснащен седлом 20 под шар 21. Проходной канал 22 вальцующей головки 9, проходной канал 23 переводника 7 и проходной канал 24 фрезером 10 выполнен диаметром, обеспечивающим прохождение шара 21 башмака 11. Коническая фаска 18 переводника 7 выполнена с возможностью создания дополнительной раздачи верхнего конца 3 пластыря 1 при выталкивании переводника 7.
Устройство работает следующим образом.
По данным геологических исследований определяют интервал нарушения, диаметр скважины в месте нарушения (на фиг. не показаны).
Якорь 5 изготавливают на 1,5-2 % меньше диаметра скважины, при этом якорь 5 оснащают наплавкой 13 из твердосплавной крошки на вершины гофр 14. Устройство для герметизации стенок скважины в сборе спускают в интервал нарушения на колонне труб (на фиг. не показаны).
При этом устройство и колонну труб заполняют скважинной жидкостью через башмак 11, проходной канал 24 фрезера 10, проходной канал 23 переводника 7, проходной канал 22 вальцующей головки 9. При необходимости при спуске производят промывку скважины закачкой жидкости. По достижении верхней границы интервала установки пластыря 1 устройство начинают вращать с одновременной подачей вниз и с одновременной промывкой скважины, при этом благодаря наличию выступов 15 на переводнике 7, расположенных внутри гофр 16, вращение передается устройству, а из-за действия центробежной силы якорь 5, снабженный наплавкой 13 из твердосплавной крошки, производит очистку и калибрование стенок скважины. По достижении нижней границы интервала установки производят окончательную промывку. Благодаря тому, что описанный диаметр якоря меньше на 1,5-2 % меньше внутреннего диаметра скважины, устройство свободно проходит до места установки и в то же время при создании вращения позволяет производить очистку и калибрование стенок скважины. После чего с устья бросают шар 21, который проходя внутри колонны труб, проходной канал 22 вальцующей головки 9, проходной канал 23 переводника 7 и проходной канал 24 фрезера 10, садится в седло 20 башмака 11. Затем созданием перепада давления, например, 15 Мпа, расширяют продольно-гофрированный пластырь 1 с якорем 5. После чего созданием натяжения колонны труб с одновременным созданием перепада давления, например, 18 Мпа, производят выталкивание переводника 7, расширяя завальцовку 19 верхнего конца 3 пластыря 1. Благодаря тому, что коническая фаска 18 переводника 7 выполнена с возможностью создания дополнительной раздачи верхнего конца 3 пластыря 1, внутренний диаметр верхнего конца 3 превышает диаметр переводника 7, что позволяет свободно пропустить переводник 7 с вальцующей головкой 9 и фрезера 10 через верхний конец 3 пластыря 1 для его калибрования. Благодаря тому, что якорь 5 снабжен наплавкой 13 из твердосплавной крошки, обеспечивается надежная фиксация устройства за счет внедрения твердосплавной крошки в стенки скважины, исключающей его смещение. Благодаря тому, что пластырь 1 выполнен продольно-гофрированным, появляется возможность изолировать интервал нарушения большой длины за счет того, что работа по расширению продольно-гофрированного пластыря 1 выполнена за счет перепада давления, а вальцующая головка 9 с фрезером 10 применяется для калибрования внутреннего диаметра пластыря 1, прижатия уплотнительных элементов 2 и разбуривания башмака 11. При этом значительно уменьшается износ вальцующей головки 9.
Предлагаемое устройство для герметизации стенок скважины, надежное в работе, позволяет осуществлять очистку с промывкой и калибрование стенок скважины перед установкой, а также изолировать интервал нарушения большой длины.