Устройство для герметизации обсадной колонны
CASING SEALING DEVICE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для герметизации обсадной колонны и отключения пластов.
Известно устройство для герметизации обсадной колоны, содержащее посадочный инструмент с расширяющей головкой и пластырь в виде продольногофрированного металлического патрубка (Кисельман М.Л. Основы технологии ремонта обсадных колонн металлическими пластырями // Нефтяное хозяйство. – 1985. С.36-42).
Его недостатком является низкий допустимый перепад наружного давления из-за неполного расправления продольных гофр при их установке.
Наиболее близко по своей технической сущности к предлагаемому устройство для герметизации обсадной колонны (патент RU № 2236550,                  МПК Е21В 29/10, опубл. 20.09.2004 г., бюл. № 26), содержащее пластырь в виде гладкостенного металлического патрубка с эластичными уплотнителями, гидравлический посадочный инструмент с гидравлическим якорем и расширяющую оправку.
Его недостатками являются низкая надежность из-за применения жесткой расширяющей оправки из-за возможности недостаточного прижатия к обсадной колонне (ОК) при малой толщине её стенки и, наоборот, заклинивания при посадке участка с большой толщиной стенки ОК и, соответственно, малого внутреннего диаметра. Это к тому же ограничивает длину пластыря. Длину пластыря ограничивает также упор в верхний торец пластыря посадочного инструмента, который может привести к потере его устойчивости при больших осевых нагрузках, а также нарушению резьбовых или иных соединений в пластыре при их наличии, что снижает надежность устройства.
Техническими задачами устройства являются повышение надежности, реализация возможности установки длинных многосекционных пластырей, а также безаварийная установка пластырей любой длины на любой глубине скважины.
Поставленная задача решается предлагаемым устройством для герметизации обсадной колонны, включающим пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями, гидравлический посадочный инструмент с гидравлическим якорем и расширяющую оправку.
Новым является то, что к нижней части пластыря присоединён дополнительный патрубок, выполненный меньшим диаметром и длиной менее рабочего хода посадочного инструмента, ниже расширяющей оправки установлен дополнительный саморегулируемый пуансон с газовой ёмкостью, при этом посадочный инструмент размещён внутри пластыря и снабжён раздвижными упорными плашками, а на нижней части пластыря выполнено место для его упора  при посадке дополнительного патрубка.
Новым является также то, что выходной шток посадочного инструмента выполнен с каналом, а газовая ёмкость через обратный клапан и канал в выходном штоке сообщена с колонной насосно-компрессорных труб.
Новым является также то, что эластичные уплотнители дополнительно размещены выше и ниже каждого стыка пластыря при выполнении его из нескольких патрубков, соединенных резьбой.
Новым является также то, что эластичные уплотнители дополнительно размещены по всей длине пластыря.
Новым является также то, что на дополнительный патрубок одета эластичная манжета.
Новым является также то, что газовая ёмкость снабжена предохранительным клапаном.
Сущность изобретения заключается в том, что жесткой оправкой расширяют только первую якорную часть пластыря, которую выполняют меньшим диаметром, упираясь при этом посадочным инструментом в проточку перед ней. А остальную часть пластыря, которая может быть составлена из нескольких, соединенных сваркой или резьбой патрубков, расширяют саморегулирующимся давлением газа пуансоном, с возможностью подкачки газовой ёмкости жидкостью перед каждым циклом посадки.
На фиг. 1 показано устройство, спущенное в интервал установки пластыря, на фиг. 2 – устройство в момент установки пластыря, на фиг. 3 – установленный пластырь.
Устройство (фиг. 1) содержит металлический пластырь 1, состоящий из соединенных между собой резьбой или сваркой патрубков 2 и 3, к нижнему из которых присоединен дополнительный патрубок 4 меньшего диаметра с эластичной манжетой 5.
Внутри пластыря 1 размещен гидравлический посадочный инструмент 6 с выходным штоком 7, выполненным с каналом 8 и обратным клапаном 9.
Шток 7 соединен с жесткой конической оправкой 10 и саморегулирующимся пуансоном 11 с газовой емкостью 12. Канал 8 сообщен с полостями пуансона 11 и газовой емкости 12. Цилиндр 13 посадочного инструмента 6 соединен трубой 14 с гидравлическим якорем 15 с плашками 16, размещенным выше пластыря 1. На наружной поверхности пластыря 1 по концам, равномерно по длине и в районе стыков заподлицо размещены эластичные уплотнители 17.
Устройство спущено в скважину с негерметичной эксплуатационной колонной 18 с коррозионными дырами 19 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 20.
В нижней части посадочного инструмента 6 установлены раздвижные упорные плашки 21 с пружиной 22 и клином 23, взаимодействующие с местом для упора 24 в виде проточки, а газовая емкость 12 снабжена предохранительным клапаном 25.
Работает устройство следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину саморегулируемый пуансон 11 и газовую ёмкость 12 заполняют газом, например, воздухом до допустимого давления для диафрагмы внутри пуансона. Для успешного расширения пуансоном пластыря в нем должно быть давление, обеспечивающее перепад давления над гидростатическим, достаточное для расширения и плотного прижатия пластыря к стенкам эксплуатационной колонны, т.е. это давление зависит от глубины установки пластыря и не всегда на поверхности допустимо для пуансона. Например, для расширения пластыря на поверхности требуется 20 МПа, чтобы сохранить этот перепад на глубине 1000 м нужно накачать пуансон и ёмкость давлением 30 МПа, что недопустимо для мембраны, поэтому перед спуском их накачивают допустимым давлением 20 МПа.
После спуска оборудования в заданный интервал (фиг. 1) так, чтобы все негерметичности 19 оказались внутри уплотнителей 17, в колонну НКТ 20 подают с поверхности жидкость под давлением.
Под действием давления жидкости, например, величиной 15 МПа, выходной шток 7 тянет вверх оправку 10 и саморегулируемый пуансон 11 с газовой емкостью 12, при этом посадочный инструмент 6 упирается плашками 21, перемещаемыми по клину 23 пружиной 22, в место для упора 24. Жесткая оправка 10 расширяет дополнительный суженный патрубок 4 и плотно прижимают его и эластичную манжету 5 к обсадной колонне 18.
Плашки 16 гидравлического якоря 15 выходят и упираются в обсадную колонну 18, но якорь 15 не участвует в расширении первого участка, т.е. суженного патрубка 4, а лишь фиксирует всё устройство на месте установки, т.к. посадочный инструмент 6 уперт в место для упора 24 и все создаваемые усилия остаются внутренними.
После прохождения хода посадочного инструмента 6 и упора оправки 10 в клин 23, поднимают давление в колонне НКТ 20 до необходимого для работы саморегулируемого пуансона 11. Жидкость из НКТ 20 через трубу 14, канал 7 и обратный клапан 9 поднимает давление в газовой ёмкости 12 и пуансоне 11, например, при глубине установки пластыря 1000 м, до 30 МПа. В результате давление в пуансоне 11 и емкости 12 становится достаточным для расширения и плотного прижатия пластыря 1 к обсадной колонне 18.
Затем сбрасывают давление в НКТ 20 и приподнимают устройство на величину рабочего хода посадочного инструмента 6, созданное давление в газовой ёмкости 12 и пуансоне 11 удерживает обратный клапан 9. Саморегулируемый пуансон 11 упирается в нерасширенный патрубок 3, удерживает выходной шток 7 и вытягивает его в исходное положение, при этом плашки 21 складываются до внутреннего диаметра патрубков 2 и 3 пластыря 1 и уходят от места для упора 24. После этого вновь поднимают давление в НКТ 20,                  плашки 16 якоря 15 выдвигаются и заякориваются за обсадную колонну 18, фиксируя через трубу 14 посадочный инструмент 6, его выходной шток 7 тянет вверх оправку 10, которая свободно идет внутри патрубков 2 и 3                                 пластыря 1, а регулируемый пуансон 11 расширяет патрубок 3 пластыря 1, удерживаемого на месте расширенным в предыдущем цикле суженным патрубком 4 с эластичной манжетой 5, выполняющим роль якоря (фиг. 2).
Затем снова сбрасывают давление, перемещают посадочный                                       инструмент 6, вытягивая его рабочий ход, и гидравлический якорь 15. После этого подачей давления в НКТ 20 повторяют расширение, но на этот раз роль якоря играет не только патрубок 4 с манжетой 5, но и расширенная часть пластыря 1.
Далее, повторяя циклы работы, расширяют всю длину пластыря 1, проходя стык патрубков 2 и 3 и прижимая к стенке обсадной колонны 18 эластичные уплотнения 17, как по длине пластыря 1, так и у стыков.
После прохождения всей длины пластыря 1 (фиг. 3) устройство поднимают из скважины. По мере подъёма и снижения гидростатического давления предохранительный клапан 25 стравливает жидкость из газовой ёмкости 12 и пуансона 11 до допустимого перепада, например 20 МПа, и к концу подъёма давление в них становится таким же, как и перед спуском в скважину – допустимым для диафрагмы.
Размещение уплотнений по длине пластыря повышает его герметичность, а размещение их около стыков снижает возможность утечки через сам стык, тем дополняет герметизацию стыка.
Таким образом разработанное устройство позволяет надежно, безаварийно устанавливать пластыри любой длины на любой глубине скважины.