УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ МОСТОВОЙ ПРОБКИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для установки цементных мостовых пробок в нефтяных и газовых скважинах.
Известно устройство для установки цементного моста в скважине (RU №2526044 C1, опубл. 20.08.2014, бюл. № 23). Известное устройство содержит полый цилиндрический патрубок и нижнюю разделительную пробку с проходным каналом, оснащенную сверху посадочным местом под верхнюю разделительную пробку. Полый цилиндрический патрубок, имеющий длину больше зоны поглощения, соединен сверху с колонной труб и оснащен снизу башмаком. Снаружи цилиндрический патрубок имеет несколько конусообразных эластичных манжет, нижний конец которых жестко зафиксирован, а верхний раструб прижат к цилиндрическому патрубку при помощи срезных изнутри штифтов. Пространство между раструбами манжет и патрубком заполнено наполнителем тампонажного раствора или химическими реагентами для улучшения качества цементного моста. Нижняя разделительная пробка после посадки в посадочное седло верхней разделительной пробки перемещается вниз, срезая срезные штифты и освобождая от них боковые отверстия, что приводит к расправлению раструбов манжет, которые частично перекрывают ствол скважины в зоне поглощения, при этом освобождая заключенные в полостях между стенками патрубка и раструбов манжет реагенты для повышения прочности цементного моста. К недостаткам описанного технического решения следует отнести вынужденное удлинение устройства в случае, если зона поглощения имеет достаточно большую протяженность, что существенно увеличивает материалоемкость и стоимость конструкции. Кроме того, получаемая мостовая пробка предназначена только для дальнейшего углубления ствола скважины, поскольку имеет полый канал, что препятствует уходу долота в сторону. Это снижает применяемость устройства в случае, если требуется дальнейшее продолжение бурения в наклонно-направленном или горизонтальном направлении.
Известно также устройство для создания вспомогательного искусственного дна в стволе скважины (RU 2681783 C1, опубл. 12.03.2019, бюл. № 8). Устройство содержит корпус, имеющий передний конец и задний конец, верхний и нижний складные расширяемые каркасы. На этих каркасах закреплен непроницаемый материал. Каркасы выполнены с возможностью складывания в транспортном состоянии и расширения с возможностью перекрытия площади поперечного сечения ствола скважины с образованием вспомогательного дна в стволе скважины для возможности последующего образования цементной пробки. При этом устройство дополнительно содержит подвижный осевой элемент. На нем закреплены основания ребер нижнего каркаса. Основания ребер верхнего каркаса закреплены на неподвижной части корпуса. Оба каркаса соединены между собой соединительными звеньями, шарнирно прикрепленными к ребрам верхнего и нижнего каркаса с возможностью раскрытия последнего с задержкой по отношению к первому. Каркасы выполнены с возможностью расширения под действием пружинного толкателя, расположенного на оси корпуса, воздействующего на каркасы посредством передаточного механизма. Однако заявленная задержка раскрытия переднего каркаса (по сути - "зонта") по отношению к заднему каркасу ничтожна и не влияет на повышение эффективности работы устройства. В самом деле, при выходе переднего каркаса за пределы обреза транспортировочной трубы последний не может быть раскрыт, поскольку удерживается системой соединительных тяг передаточного механизма, но при дальнейшем продвижении устройства, как только из трубы выходят вторые шарниры тяг, ничем не удерживаемая сжатая пружина "выстреливает" вперед подвижный осевой элемент, и первый каркас раскрывается, практически даже опережая раскрытие второго каркаса. При этом концы ребер первого каркаса ("зонта") направлены по ходу движения, и в случае перекоса устройства после выхода из транспортировочной трубы в ствол скважины первый каркас может упереться ребрами (по сути - "спицами зонта") в стенку необсаженного ствола скважины. Хотя этот перекос может быть частично компенсирован системой тяг, первый каркас может встать "враспор" и усугубить перекос устройства, на которое еще действуют силы инерции и остаточного напора транспортировочной жидкости, в результате чего поперечное сечение ствола скважины не будет полностью перекрыто.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения (прототипом) является расширительное устройство для формирования цементной пробки (US 2018/0030809 A1, опубл. 01.02.2018). Известное из наиболее близкого аналога устройство содержит корпус в виде стержня с соосно расположенными на нем неподвижной и подвижной цилиндрическими оправками, на которых закреплены своими концами гибкие ребра, транспортировочную пробку (заднюю и/или переднюю) в виде ряда эластичных манжет. Гибкие ребра выполнены преимущественно из пружинных сортов стали, и в транспортном положении устройства они имеют минимальную кривизну, что позволяет помещать все устройство во вспомогательный трубчатый кожух для установки в устье скважины. На гибких ребрах закреплены сложенные купольные элементы (мембраны) из прочной влагонепроницаемой ткани. В хвостовой части устройства расположен механизм для активации расширения, включающий подпружиненные спусковые элементы в виде складывающихся лепестков, и крепежный элемент в виде втулки, которая частично охватывает гибкие ребра в месте крепления их концов к подвижной цилиндрической оправке и препятствует расправлению гибких ребер с закрепленными на них купольными элементами или мембранами. Описанное устройство по транспортировочной трубе при помощи нагнетаемой жидкости доставляется к месту установки цементной пробки, где при выходе из транспортировочной трубы срабатывает механизм активации, освобождая предварительно заневоленные гибкие ребра, которые под действием собственных пружинных свойств приобретают максимальную кривизну, прижимаясь к стенкам ствола скважины и раскрывая при этом купольные элементы. Последние перекрывают просвет ствола скважины, создавая временное дно скважины. После этого через транспортировочную трубу производят закачку расчетного количества тампонирующего раствора, например, цементной смеси, для создания мостовой пробки в стволе скважины. К недостаткам известного из наиболее близкого аналога технического решения, прежде всего, следует отнести нерегулируемые пружинистые свойства гибких ребер, вследствие чего при доставке конструкции к месту установки цементного моста они постоянно контактируют со стенками транспортировочной трубы, увеличивая силу сопротивления и требуя увеличенное давление нагнетаемой жидкости для перемещения устройства, т.е. имеет место увеличение энергозатрат. Кроме того, при трении гибких ребер о стенки транспортировочной трубы истираются места крепления матерчатых купольных элементов к гибким ребрам. При транспортировке устройства на достаточно большие глубины скважин может произойти повреждение мест крепления купольных элементов, что снижает эксплуатационную надежность конструкции.
Задача заявляемой полезной модели состоит в разработке устройства для создания мостовой пробки в нефтегазовой скважине, а также в повышении эксплуатационной надежности работы устройства.
Техническим результатом является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет снижения сил сопротивления и снижение энергозатрат при транспортировке устройства к интервалу установки, а также гарантированное обеспечение целостности элементов, непосредственно создающих искусственное дно скважины, необходимое для создания мостовой пробки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном устройстве максимальный диаметр складного каркаса в транспортном положении меньше диаметра транспортировочных пробок в уплотняемом состоянии. Кроме того, гибкие ребра имеют в сечении округлую форму с утолщением на концах. Вместе с тем, гибкие ребра выполнены из армированных композитных материалов. Помимо этого, гибкие ребра в транспортном положении расположены в складном каркасе по спирали. И наконец, между механизмом активации и подвижной оправкой установлена враспор и соосно с корпусом пружина сжатия.
Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
на фиг.1 - схема устройства в активированном состоянии после выхода из транспортировочной трубы,
на фиг.2 - схема устройства при транспортировке к месту установки мостовой пробки,
где 1 - корпус;
2 - неподвижная оправка;
3 - подвижная оправка;
4 - гибкие ребра;
5 - куполообразные мембраны;
6 - задняя транспортировочная пробка;
7 - передняя транспортировочная пробка;
8 - транспортировочная труба;
9 - механизм активации;
10 - подпружиненные лепестки;
11 - пружина сжатия.
Устройство для создания мостовой пробки в нефтегазовой скважине содержит корпус 1 в виде стержня, на котором расположены неподвижная 2 и подвижная 3 оправки. В них закреплены концы гибких ребер 4, которые в свободном состоянии образуют пространственный каркас каплевидной формы (фиг. 1). Гибкие ребра 4 имеют в сечении округлую форму и утолщения на концах для снятия напряжений при изгибе, к тому же выполнены из композитных материалов с армированием, например, стальной проволокой, помещенным вовнутрь композитной смеси, или в виде корда из углеродного волокна, или иным аналогичным материалом.
упл
0
упл
С целью максимальной компактности устройства в транспортном положении, а также увеличения пружинящих свойств гибких ребер 4, последние в сложенном состоянии каркаса расположены по спирали за счет технологической оснастки (фиг. 2). Внутри каркаса расположены складные куполообразные мембраны 5 количеством не менее двух, каждая из которых периферийной частью прикреплена к гибким ребрам 4, а вершиной купола - к корпусу 1, при этом конструктивно вершины куполов могут быть направлены как навстречу друг другу, так и в одну сторону - по ходу движения устройства. Для доставки устройства в заданный интервал скважины служит задняя транспортировочная пробка 6, представляющая собой ряд последовательно соединенных конусообразных эластичных манжет. Передняя пробка 7 по конструкции аналогична задней транспортировочной пробке 6 и имеет дублирующее назначение, являясь одновременно центратором устройства при транспортировке в трубе 8. Эластичные манжеты транспортировочных пробок в процессе эксплуатации бывают в расправленном ("свободном") и уплотняемом ("сжатом") состоянии. Конусообразные эластичные манжеты транспортировочных пробок 6 и 7 в состоянии уплотнения имеют диаметр D, равный внутреннему диаметру транспортировочной трубы 8, предпочтительно HKT (фиг.2). При этом максимальный диаметр каркаса из гибких ребер 4 в сложенном состоянии D меньше диаметра транспортировочных пробок D, поэтому, находясь внутри трубы 8, каркас из гибких ребер 4 вместе со сложенными мембранами 5 не касается ее стенок. Механизм активации 9 предназначен для перевода устройства из транспортного положения (фиг.2) в рабочее (фиг.1) и включает радиально расположенные подпружиненные лепестки 10, а также находящийся в продольном сверлении корпуса 1 толкатель со стопором (на рисунках не показаны). Между механизмом активации 9 и подвижной оправкой 3 расположена враспор пружина сжатия 11, надетая на корпус 1.
0
упл
Устройство для создания мостовой пробки в нефтегазовой скважине работает следующим образом. Устройство, установленное в транспортном чехле в виде тонкостенного кожуха цилиндрической формы (на рисунках не показан), вставляют у верхнего обреза устья скважины в транспортировочную трубу 8, например, в HKT, затем толкателем в виде стержня (на рисунках не показан) проталкивают дальше вниз. Далее, при помощи нагнетаемой жидкости, устройство продвигается к интервалу установки мостовой пробки (фиг.2). Во время продвижения устройства каркас из неметаллических гибких ребер 4 и прикрепленные к ним части матерчатых куполообразных мембран 5 не касаются стенок стальной транспортировочной трубы 8, поэтому не подвергаются истиранию о ее стенки и сохраняют целостность, поскольку максимальный диаметр каркаса в сложенном состоянии D меньше диаметра транспортировочной пробки D или внутреннего диаметра трубы 8. Кроме того, в сравнении с традиционными аналогичными устройствами, имеющими стальные гибкие ребра, постоянно прижатые к стенкам транспортировочной трубы 8 только за счет своих пружинящих свойств, при транспортировке заявляемого устройства отсутствуют силы трения о стенки трубы, что позволяет снизить давление нагнетаемой жидкости, т.е. снижается энергоемкость устройства в целом. Это особенно актуально при доставке устройства на значительные глубины скважин в несколько сотен метров и более. В момент выхода устройства из транспортировочной трубы 8 в необсаженный ствол скважины срабатывает механизм активации 9: не удерживаемые более стенками трубы 8 подпружиненные лепестки 10 раскрываются, приводя в движение расположенный в канале корпуса 1 стопор (не показан), удерживающий подвижную оправку 3, которая под действием пружины сжатия 11 скользит по корпусу 1, сближаясь с неподвижной оправкой 2 и заставляя гибкие ребра 4 изменять свою кривизну. В результате пространственный каркас из гибких ребер 4 расправляется (фиг.1), одновременно раскрывая сложенные внутри каркаса куполообразные мембраны 5, которые перекрывают поперечное сечение ствола скважины и тем самым создают искусственный забой скважины. После этого через HKT в ствол скважины подается расчетный объем тампонирующей смеси, например, цементного раствора. Поскольку раскрытые мембраны 5 препятствуют смешиванию цементного раствора с буровым раствором, сохраняется прочность и долговечность полученной цементной пробки.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить устройство для установки мостовой пробки в нефтегазовой скважине, которое увеличивает надежность и эффективность работы. Устройство при этом имеет достаточно простую конструкцию, а технология работ с ним легко осуществима. Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты ее осуществления, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании.