СПОСОБ УСТАНОВКИ ПРОФИЛЬНОГО ПЕРЕКРЫВАТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ
METHOD OF PROFILE SHUTTER INSTALLATION IN WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам изоляции зон осложнений при бурении и ремонте скважин перекрывателями из профильных труб.
Известен способ установки профильного перекрывателя в скважине (Журнал «Нефтяное хозяйство», 1982, №4, с.26-28), включающий сварку стыков секций профильных труб, спуск перекрывателя в скважину, выправление его давлением и развальцовывание до плотного прижатия его к стенкам предварительно расширенного интервала скважины.
Недостатком этого способа является то, что необходимо производить сварочные работы над устьем скважины. До спуска в скважину профильного перекрывателя необходимо расширить зону осложнения бурения скважины. После расширения зоны осложнения необходимо произвести кавернометрию расширенного интервала и при необходимости произвести повторное расширение этого же интервала, что является дополнительными спускоподъемными операциями. За время подъема каверномера и спуска профильного перекрывателя в зону осложнения возможны обвалы, уменьшение диаметра расширенного интервала скважины вследствие разбухания глин или подсыпания из вышележащих рыхлых пород. При необходимости подъема перекрывателя возможно выправление профильной части вследствие гидростатического давления жидкости внутри перекрывателя и бурильных труб, а так же необходимо в компоновке перекрывателя иметь клапанный узел для заполнения жидкостью внутренней полости перекрывателя, так как возможно смятие профиля, связанного с потерей устойчивости перекрывателя при спуске на большие глубины.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изоляции зон осложнения бурения скважины и устройство для его осуществления (патент РФ №2344268, Е21В 29/10, 33/12, опубл. Бюл. №2 от 20.01 09), включающий спуск перекрывателя в зону осложнения бурения с помощью установочного оборудования, расширение профильных участков перекрывателя созданием в нем гидравлического давления, раздачу цилиндрических участков с резьбовыми соединениями и калибровку профильных участков дорнированием.
Недостатком этого способа является то, что необходимо предварительно до спуска в скважину профильного перекрывателя расширить зону осложнения бурения скважины. После расширения необходимо произвести кавернометрию расширенного интервала и при необходимости произвести повторное расширение этого же интервала, что является дополнительными спускоподъемными операциями. За время подъема каверномера, особенно в глубоких скважинах, и спуска профильного перекрывателя в зоне осложнения возможны обвалы, уменьшение диаметра расширенного интервала скважины вследствие разбухания глин или подсыпания из вышележащих рыхлых пород. При необходимости подъема перекрывателя возможно выправление профильной части вследствие гидростатического давления жидкости внутри перекрывателя и бурильных труб.
Технической задачей способа является расширение функциональных возможностей за счет применения перекрывателя в глубоких скважинах, а также в зонах, которые затрудняют прохождение перекрывателя обвалами, затяжками и т.п., упрощение процесса установки, улучшение качества и надежности установки перекрывателя, уменьшение времени на установку профильного перекрывателя, сокращение числа спускоподъемных операций, снижение энергетических и финансовых затрат.
Техническая задача решается способом установки профильного перекрывателя в скважине, включающим предварительное расширение интервала установки профильного перекрывателя с дорнирующим устройством в его верхней части, соединение секций профильных труб с конечными цилиндрическими участками, спуск перекрывателя в расширенный интервал установки, предварительное выправление перекрывателя избыточным давлением, плотное окончательное прижатие его к стенкам скважины дорнированием.
Новым является то, что предварительное расширение интервала установки производят одной спускоподъемной операцией с установкой профильного перекрывателя за счет снабжения профильного перекрывателя снизу расширяющим устройством, увеличивающим свой рабочий диаметр за счет перепада давления, возникающего при прокачке жидкости через него и совмещенного с возвратно-поступательным перемещением профильного перекрывателя, а предварительное расширение профильного перекрывателя происходит повышением давления за счет увеличения расхода жидкости, прокачиваемой через него и расширяющее устройство, с последовательным отсоединением лорнирующего устройства от профильного перекрывателя и переводом его в рабочее состояние, плотное прижатие к стенкам скважины профильного перекрывателя производят сверху вниз дорнирующим устройством при прокачке жидкости через него до соединения с фиксацией этого дорна с расширяющим устройством, после завершения прижатия профильного перекрывателя по всей длине прокачку жидкости прекращают и извлекают дорн с расширяющим устройством на поверхность.
На фиг.1 изображен спуск компоновки в зону поглощения с продольным разрезом в транспортном положении, на фиг.2 - поперечный разрез А-А фиг.1, на фиг.3 - поперечный разрез Б-Б фиг.1, на фиг.4 -процесс предварительного расширения стенок скважины 1 в интервале установки профильного перекрывателя 2, на фиг.5 - поперечный разрез В-В фиг.4, на фиг.6 - расширение стенок профильного перекрывателя 2 сверху вниз роликами 10 дорнирующего устройства.
Осуществление способа установки профильного перекрывателя в скважине приведено ниже с описанием устройств, с помощью которых производится изоляция зоны осложнения.
В скважину 1 (фиг.1) на бурильных трубах (не показаны) спускается компоновка, состоящая из профильного перекрывателя 2, верхняя конечная цилиндрическая часть которой соединена левой резьбой 3, с корпусом 4 дорнирующего устройства, имеющего увеличенный (рабочий) диаметр 5, уменьшенный (транспортный) диаметр 6 (фиг.2) и ограничитель 7 (фиг.1), служащий для ограничения движения вверх сепаратора 8, в котором жестко расположены оси 9 (фиг.2), на которых находятся ролики 10, наружный диаметр которых увеличивается по рядам снизу вверх, с возможностью вращения и ограниченного перемещения в пределах разности внутреннего диаметра 11 (фиг.2) ролика 10 и наружного диаметра 12 оси 9. Сепаратор 8 (фиг.1) подпружинен вниз пружиной 13, упирающейся в верхний упор 14 корпуса 4. В нижней части корпуса 4 находится нижний упор 15, имеющий цилиндр 16, образующий выступом 17 поршневую полость 18, сообщающуюся с центральным каналом 19 посредством отверстия 20 корпуса 4, при этом на нижнем конце нижнего упора 15 имеется внутренний выступ 21. Нижняя часть корпуса 4 снабжена верхней частью зацепного устройства 22 с дросселирующим отверстием 23. Нижняя конечная цилиндрическая часть профильного перекрывателя 2 взаимодействует со штоком 24 расширяющего устройства с возможностью отсоединения при создании осевой нагрузки на нижнюю часть зацепного устройства 25. Шток 24 с центральным каналом 26 взаимодействует с обоймой 27, содержащей радиальные вырезы 28 под шарошки 29, выполненные в виде роликов с зубками 30, которые выполнены в виде наружных выступов. Палец 31 (фиг.3) жестко закреплен в обойме 27 (фиг.1) перпендикулярно оси штока 24, на которых установлены шарошки 29 с отверстиями 32 (фиг.3) для установки на палец 31, причем диаметр отверстий 32 шарошек 29 (фиг.1) больше диаметра пальца 31 (фиг.3) на величину радиального перемещения шарошек 29 (фиг.1). Шток 24 имеет верхнюю цилиндрическую (рабочую) распорную поверхность 33 с радиальными выборками 34, взаимодействующими с наружными выступами 30 шарошек 29, и нижнюю цилиндрическую (транспортную) распорную поверхность 35. В верхней части штока 24 имеется поверхность 36 для упора пружины 37, опирающейся снизу на обойму 27. В нижней части штока 24 расположена втулка 38 с поршнем 39, на котором расположен цилиндр 40, внутренняя проточка которой снабжена упором 41, при этом поршневая полость 42 поршня 39 сообщена с центральным каналом 26 через отверстие 43. Центральный канал 26 связан с полостью скважины отверстием 44 находящегося в нижней части поршня 39.
Установка профильного перекрывателя 2 производится следующим образом. На трубах (не показаны) компоновку спускают в интервал скважины 1, где необходимо произвести установку профильного перекрывателя. Во время спуска компоновки обойма 27 с шарошками 29, установленными на пальцах 31 (фиг.3), и втулкой 38 (фиг.1) под действием пружины 37 находятся в нижней части штока 24, при этом шарошки 29 взаимодействуют с нижней распорной поверхностью 35, то есть устройство находится в транспортном положении и шарошки 29 могут не касаться стенок скважины. Далее по трубам (не показаны) под давлением жидкость подается в корпус 4 (фиг.4). Через центральный канал 19, отверстие 23, профильный перекрыватель 2, канал 26, отверстие 43 жидкость заполняет поршневую полость 42. Под действием давления, созданного дросселированием жидкости через отверстие 44, происходит перемещение втулки 38 с обоймой 27 и шарошками 29 вверх, при этом сжимается пружина 37 и шарошки 29 переходят в рабочее положение, то есть радиальные выборки 34 верхней распорной поверхности 33 штока 24 взаимодействуют с зубками 30 шарошки 29, которые перемещены в радиальном направлении за счет разницы диаметра пальца 31 (фиг.5) и диаметра отверстия 32 шарошки 29.
При дальнейшем опускании колонны труб (не показаны) происходит прокатывание шарошек 29 (фиг.4) по верхней распорной поверхности 33, расширяя при этом диаметр скважины 1, с одновременным сжатием пружины 37. Затем сбрасывают давление в центральном канале 26. При подъеме колонны труб (не показаны) перекрывателя 2 и штока 24 обойма 27 вместе с катящимися шарошками 29 перемещается в нижнюю часть штока 24. Под воздействием пружины 37 (фиг.1) обойма 27 с роликами 29 и втулкой 38 возвращаются в транспортное положение. При необходимости производят спуск компоновки до места, где прервалось расширение скважины 1, поднимают давление в центральном канале 26 (фиг.4) и повторяют все операции несколько раз, продолжая расширять скважину 1 вниз до необходимой для установки перекрывателя 2 длины. Далее, увеличивая количество прокачиваемой жидкости по каналам 19 (фиг.6), 26 и через отверстие 23, поднимаем давление во внутренней полости перекрывателя 2 за счет дросселирования жидкости через отверстие 44 штока 24. Далее необходимо прекратить подачу жидкости и натяжением колонны бурильных труб (не показаны) убедится, что профильный перекрыватель 2 расправился и надежно зацепился за стенку скважины 1. Так как отсутствует перепад давления между полостью скважины 1 и поршневой полостью 18, под действием пружины 13 ролики 10 находятся в транспортном положении, то есть не касаются стенок перекрывателя 2. Вращая колонну труб (не показаны) с небольшим натяжением, отсоединяем профильный перекрыватель 2 (фиг.1) от корпуса 4 с помощью левой резьбы 3. Затем вытаскиваем из верхней цилиндрической части перекрывателя 2 (фиг.6) сепаратор 8 с роликами 10. Возобновив подачу жидкости через колонну бурильных труб (не показаны) по центральному каналу 19 через отверстие 20 под давлением подается жидкость в поршневую полость 18, которая перемещает упор 15 и сепаратор 8 с роликами 10 вверх по корпусу 4, сжимая пружину 13, пока внутренний выступ 21 не упрется в выступ 17 корпуса 4. Перемещение упора 15 с одновременным спуском колонны труб (не показаны) обеспечивает вхождение сепаратора 8 с роликами 10 в зону увеличенного (рабочего) диаметра 5 корпуса 4, при этом ролики 10, перемещаясь в радиальном направлении в пределах разницы внутреннего диаметра 11 ролика 10 и наружного диаметра 12 оси 9, обеспечивают постепенное увеличение описанного диаметра по поперечным сечениям снизу вверх. Подача колонны труб (не показаны) вниз обеспечивает дальнейшее качение роликов 10 между поверхностью увеличенного диаметра 5 корпуса 4 и внутренней поверхностью профильного перекрывателя 2, а так как диаметры окружностей, описанных вокруг роликов 10 в каждой ступени, увеличиваются снизу вверх, то происходит непрерывное ступенчатое расширение внутреннего диаметра профильного перекрывателя 2 до плотного окончательного прижатия его к стенкам скважины 1. Максимальное сжатие пружины 13 происходит при упоре сепаратора 8 в ограничитель 7. Далее начинают подъем корпуса 4, при этом под действием пружины 13 сепаратор 8 с роликами 10 перемещается в транспортное положение, при отсутствии избыточного давления в поршневой полости 18.
Дальнейшее плотное прижатие профильного перекрывателя 2 к стенкам скважины 1 производят спуском сепаратора 8 с шарошками 10 до неприжатого участка профильного перекрывателя 2, созданием избыточного давления в поршневой полости 18 и дальнейшими повторениями движений колонны труб (не показаны) вверх вниз. При достижении корпуса 4 штока 24, а именно при сцеплении верхней части зацепного устройства 22 с нижней частью зацепного устройства 25, необходимо создать нагрузку на соединение перекрывателя 2 со штоком 24 весом колонны бурильных труб (не показаны) для отсоединения штока 24 от профильного перекрывателя 2. После отсоединения штока 24 от профильного перекрывателя 2 необходимо продолжить плотное окончательное прижатия его к стенкам скважины 1 до выхода из профильного перекрывателя 2 сепаратора 8 с роликами 10. Заключительная операция по установке профильного перекрывателя 2 в скважине производится подъемом колонны бурильных труб (не показаны), при этом избыточное давление в каналах 19, 26 и поршневых полостях 18, 42 отсутствует. Ролики 10 сепаратора 8 и шарошки 29 обоймы 27 под действием пружин 13, 37 находятся в нижней цилиндрической (транспортной) распорной поверхности 35, то есть свободно проходят по внутренней расширенной полости перекрывателя 2 и по стволу скважины 1.
Осуществлением способа установки перекрывателя в скважине за один спуск-подъем получаем:
- расширение функциональных возможностей за счет применения перекрывателя в глубоких скважинах, а также в зонах, которые затрудняют прохождение перекрывателя обвалами, затяжками и т.п., упрощение процесса установки, улучшение качества и надежности установки перекрывателя, уменьшение времени на установку профильного перекрывателя, сокращение числа спускоподъемных операций, снижение энергетических и финансовых затрат.
- исключение необходимости изготовления башмака с клапанным узлом;
- в процессе спуска перекрывателя заполнение секций жидкостью идет через низ перекрывателя без клапанного узла и в случае необходимости подъема перекрывателя жидкость свободно вытечет из нее, что исключает возможность выправления профилированных участков;
- при выправлении профильных и расширении цилиндрических участков профильного перекрывателя, затем плотном окончательном прижатии его к стенкам скважины, в забой скважины опускаются с внутренних стенок перекрывателя окалина, ржавчина и другие посторонние механические примеси, не мешая процессу его установки.