УЗЕЛ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ХВОСТОВИКА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЕ
UNIT OF SHANK END PACKING IN HORIZONTAL WELL

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для заканчивания скважин при их строительстве, и может применяться, в частности, при установке хвостовиков - фильтров (далее хвостовиков) в наклонных и горизонтальных стволах скважин, преимущественно для добычи высоковязких битумных нефтей с использованием теплоносителя.
Известно «Устройство для подвески и герметизации потайных обсадных колонн» (патент RU №2093667, 6 E21B 43/10, опубл. Бюл. №29 от 20.10.1997 г.), включающее корпус с радиальным каналом и расположенным в нем обратным клапаном, уплотнительный элемент, переводник с радиальным и осевым каналами и обратным клапаном, установленным в осевом канале, причем на наружной поверхности переводника установлен патрубок, связанный с корпусом левой резьбой, на внутренней поверхности переводника на срезных штифтах установлена втулка-седло, причем переводник с патрубком связаны с помощью кулачков, размещенных в радиальных каналах переводника, а патрубок и втулка-седло имеют соответственно локальные и кольцевую канавки для размещения кулачков в рабочем и транспортном положениях устройства.
Недостатками этого устройства являются:
- сложность конструкции и, как следствие, сложность и дороговизна изготовления, сборки и применения, причем приведение в действие гидравлическим давлением уплотнительного элемента требует наличия агрегата, что также усложняет и увеличивает стоимость работ с устройством;
- высокая вероятность возникновения аварийной ситуации при отсоединении колонны труб с переводником от корпуса устройства, так как усилия сбрасываемого сверху штока может быть недостаточны для срезания установочных штифтов, особенно в наклонных и горизонтальных скважинах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Экранирующее устройство для скважины» (патент RU №2163657, 7 E21B 33/14, опубл. Бюл. №6 от 27.02.2001 г.), включающее полый корпус и герметизирующий узел с цилиндрической частью и сопряженной с ней уплотняющей частью, причем снаружи корпуса помещен патрубок, образующий с корпусом кольцевую полость, а герметизирующий узел помещен на наружной поверхности патрубка, который под герметизирующим узлом выполнен с входными циркуляционными отверстиями, сообщающими пространство скважины под герметизирующим узлом с кольцевой полостью, и выходными циркуляционными отверстиями, сообщающими кольцевую полость с пространством скважины над герметизирующим узлом, при этом последний выполнен таким образом, что его цилиндрическая часть перекрывает выходные циркуляционные отверстия патрубка с возможностью их открытия потоком жидкости в направлении из кольцевой полости и образования обратного клапана, а выходные циркуляционные отверстия в патрубке выполнены на расстоянии от места сопряжения цилиндрической части герметизирующего узла с его уплотняющей частью в пределах 0,5-1,2 наружного радиуса цилиндрической части. Кроме того, герметизирующий узел устройства выполнен в виде набора секций самоуплотняющихся манжет с возможностью взаимодействия их уплотняющих частей между собой в рабочем положении устройства. Также устройство снабжено одним или двумя центраторами, размещенными на корпусе выше и/или ниже герметизирующего узла. Недостатками данного устройства являются:
- повышенный износ самоуплотняющихся манжет при транспортировке устройства к месту герметизации в скважине, особенно в наклонных и горизонтальных ее участках, так как рабочие кромки манжет истираются о стенки скважины;
- низкая надежность при работе в битумных скважинах с использованием теплоносителя, так как материал манжет не рассчитан на высокие температуры (обычно 250-300°C).
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной, простой и дешевой конструкции узла герметизации хвостовика для горизонтальной скважины, позволяющей работать при высоких температурах и компенсировать при этом температурные расширения хвостовика и одновременно обеспечивать его самоцентрирование в скважине.
Техническая задача решается узлом герметизации хвостовика в горизонтальной скважине, включающем полый корпус, герметизирующий узел в виде секций манжет и центратор, расположенный выше секций манжет.
Новым является то, что центратор, расположенный вверху хвостовика, снабжен изнутри левой резьбой под установочное оборудование и размещенной выше конусной направляющей, а снаружи - продольными проточками, секции манжет, установленные с натягом на корпус, выполнены в виде наборных уплотнительных шайб, между которыми установлены пружинные шайбы, причем диаметр шайб в секциях превосходит диаметр колонны, в которой размещены секции манжет, при этом секции манжет установлены между жесткими кольцевыми вставками, в которых выполнены равномерно по окружности одинаковые отверстия под стягивающие стержни.
На фиг.1 показано место установки узла герметизации хвостовика в горизонтальной скважине, на фиг.2 - общий вид узла герметизации хвостовика в горизонтальной скважине (частично в разрезе) по выноске А на фиг.1.
Узел герметизации хвостовика в горизонтальной скважине (фиг.1) содержит полый корпус 1 (фиг.2), герметизирующий узел в виде секций манжет 2 и центратор 3, расположенный выше секций манжет 2.
При этом центратор 3, который расположен вверху хвостовика 4 (фиг.1), снабжен изнутри левой резьбой 5 (фиг.2) под установочное оборудование (не показано) и размещенной выше конусной направляющей 6, а снаружи - продольными проточками 7 для обеспечения прохода скважинной жидкости при спуске узла в скважину 8 (фиг.1). Секции манжет 2 (фиг.2) установлены с натягом на корпус 1 и выполнены в виде наборных уплотнительных шайб 9, изготовленных из термостойкого гибкого материала, например, паронита. Между уплотнительными шайбами 9 установлены, с целью обеспечения их защиты от истирания при спуске в скважину 8 (фиг.1), а также для самоцентрирования хвостовика 4 в эксплуатационной колонне 10 скважины 8, стальные пружинные шайбы 11 (фиг.2). Диаметр пружинных шайб 11 в секциях манжет 2 равен диаметру уплотнительных шайб 9 и для обеспечения уплотнительного эффекта превосходит диаметр колонны 10, в которой размещены секции манжет 2. При этом секции манжет 2 установлены между жесткими кольцевыми вставками 12, в которых выполнены равномерно по окружности одинаковые отверстия 13 под стягивающие стержни 14.
Узел герметизации хвостовика в горизонтальной скважине работает следующим образом.
Перед спуском в скважину 8 (фиг.1) на корпус 1 (фиг.2) узла герметизации надевают поочередно жесткие кольцевые вставки 12 и секции манжет 2 из пружинных 11 и уплотнительных 9 шайб, причем для получения герметичности по диаметру корпуса 1 посадка пружинных 11 и уплотнительных 9 шайб на корпус 1 производится с натягом. Собранные секции манжет 2 и кольцевые вставки 12 через отверстия 13 при помощи резьбы или сварки фиксируются между собой стягивающими стержнями 14. Затем нижнюю часть узла жестко, например с помощью резьбы, соединяют с верхней частью хвостовика 4 (фиг.1), а верхнюю часть узла благодаря установочному оборудованию известной конструкции, например переводнику с левой резьбой или цепному зажиму с механическим приводом, через центратор 3 (фиг.2) соединяют с нижней трубой колонны бурильных труб (БТ) (не показано) и вместе с хвостовиком 4 (фиг.1) спускают в скважину 8.
При этом конусная направляющая 6 (фиг.2) центратора 3 и пружинные шайбы 11 секции манжет 2 направляют и центрируют колонну БТ с хвостовиком 4 (фиг.1), обеспечивая их безаварийный спуск. А благодаря упругой подвижности пружинных шайб 11 и уплотнительных шайб 9, а также наружным продольным проточкам 7 центратора 3, позволяющим перепускать скважинную жидкость при спуске, исключается эффект поршневания в эксплуатационной колонне 10 (фиг.1) скважины 8.
После спуска хвостовика 4 до проектной глубины производят отсоединение установочного оборудования и поднимают колонну БТ на поверхность. Затем, в зависимости от проводимого регламента в интервал установки хвостовика 4 спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 15 для закачки в скважину 8 теплоносителя или отбора продукции через скважинный насос.
При этом благодаря подвижности секций манжет 2 (фиг.2) узла герметизации относительно корпуса 1 компенсируются тепловые расширения хвостовика 4 (фиг.1) в скважине 8, а кольцевые полости 16 (фиг.2) по периметру кольцевых вставок 12 выполняют роль лабиринтных уплотнений, постепенно заполняясь песком и дополнительно герметизируя соединение хвостовика 4 (фиг.1) с эксплуатационной колонной 10.
Преимущество предлагаемого узла герметизации хвостовика в горизонтальной скважине заключается в том, что его конструкция благодаря минимальной металлоемкости и простоте позволяет избежать больших затрат на изготовление хвостовика и его установку в скважине, а узел герметизации хвостовика благодаря своей осевой подвижности и чередованию уплотнительных термостойких и стальных пружинных шайб способен компенсировать тепловые расширения хвостовика и надежно обеспечивает его уплотнение и центрацию в скважине.