УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ОСЛОЖНЕНИЯ ПРОФИЛЬНЫМ ПЕРЕКРЫВАТЕЛЕМ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ УЧАСТКАМИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИНЫ
DEVICE FOR ISOLATING PROBLEMATIC ZONES BY PROFILE SHUTTER WITH CYLINDRICAL SECTIONS AT WELL DRILLING

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для изоляции зоны осложнения ствола скважины при бурении.
Известно устройство изоляции зон осложнения бурения скважины профильным перекрывателем с цилиндрическими участками (патент RU №2374424, Е21В 29/10, опубл. 27.11.2009 г., бюл. №33). Данное устройство включает профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака, причем устройство дополнительно содержит якорный узел, выполненный с возможностью взаимодействия со стенками скважины или профильным перекрывателем при повышении внутреннего давления, и установленные последовательно ниже гидродомкрат, гидравлический центратор и перепускной клапан, расположенный выше расширяющей головки, секции которой выполнены в виде раздвижных пуансонов с уменьшающимися от секции к секции в сторону перекрывателя рабочими максимальными диаметрами.
Недостатки данного устройства:
- большое усилие при раздаче верхнего цилиндрического конца перекрывателя пуансонами, что вынуждает увеличивать вес колонны труб с помощью утяжеленных бурильных труб или использовать гидродомкрат с якорем;
- невозможность осуществлять прямую промывку скважины через перекрыватель во время его спуска, в результате чего шлам может накапливаться в полости перекрывателя и в пространстве за его наружной стенкой, что может привести к недоспуску его до нужного интервала и невозможности установки.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и количеству совпадающих существенных признаков является устройство для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины (патент RU №2522326, Е21В 29/10, опубл. 10.07.2014 г., бюл. №19), включающее профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака, причем верхний и нижний концы профильного перекрывателя выполнены в виде продольно-гофрированной трубы с пятью и более лучами, при этом замковый механизм выше перекрывателя снабжен специальным дорном, конусная поверхность и нижняя направляющая которого оснащены выступами под внутреннюю поверхность лучей концов перекрывателя, причем направляющая выполнена с возможностью взаимодействия с внутренним дорном, установленным в цилиндрической части перекрывателя, башмак выполнен сборным, состоящим из внутренней вставки с ловильной головкой и клапаном, герметично размещенной в цилиндрической части нижнего конца перекрывателя, и фиксатора, взаимодействующего с нижним торцом перекрывателя и соединенного с внутренней вставкой, причем внутренняя вставка оснащена снизу наружной конусной поверхностью, выполненной с возможностью расширения нижнего конца профильного перекрывателя при перемещении вниз.
Недостатки этого устройства:
- большое усилие при раздаче верхнего продольно-гофрированного конца перекрывателя специальным дорном, расположенным выше перекрывателя, так как перераспределение металла сверху вниз в сторону жесткой заделки перекрывателя требует больших усилий, чем изнутри перекрывателя снизу вверх;
- невозможность осуществлять прямую промывку скважины через перекрыватель во время его спуска, в результате чего шлам может накапливаться в полости перекрывателя и в пространстве за его наружной стенкой, что может привести к недоспуску его до нужного интервала и невозможности установки.
Техническими задачами изобретения являются повышение надежности устройства путем снижения нагрузки на дорнирующий инструмент при раздаче верхнего конца перекрывателя за счет предварительной его раздачи снизу вверх в сторону незаделанного конца перекрывателя, а также возможность производить прямую промывку скважины для удаления шлама при спуске перекрывателя и аварийное отсоединение башмака вверх в случае невозможности прохождения расширяющей головки через низ перекрывателя.
Технические задачи решаются устройством для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины, включающим профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с седлом обратного клапана и ловителем вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, соединенный с верхним концом перекрывателя, с нижним дорном и ловильной головкой внизу под ловитель башмака, причем верхний конец профильного перекрывателя выполнен в виде продольно-гофрированной трубы с пятью и более лучами, при этом замковый механизм выше перекрывателя соединен со специальным дорном направляющей, на которой в цилиндрической части перекрывателя размещен внутренний дорн, а башмак зафиксирован от перемещения вверх фиксатором, взаимодействующим с нижним торцом перекрывателя.
Новым является то, что специальный дорн выполнен в виде конуса, расширяющегося снизу вверх, а направляющая - в виде цилиндра, на котором герметично установлен внутренний дорн с возможностью перемещения вверх под действием давления внутри перекрывателя во время установки до взаимодействия со специальным дорном, при этом внутри замкового механизма размещена поперечная перегородка с двумя продольными каналами, один из которых выполнен диаметром, позволяющим пропускать выбранный расход жидкости для прямой промывки перекрывателя, а второй - снабжен герметично установленным шариком обратного клапана башмака, причем шарик выполнен с возможностью выдавливания из второго канала при превышении выбранного перепада давлений выше и ниже перегородки и герметичной посадки в седло башмака, на котором установлен фиксатор при помощи срезных элементов для аварийного отсоединения башмака от перекрывателя при помощи ловильной головки и ловителя.
На фиг. 1 показана верхняя часть устройства, на фиг. 2 - нижняя часть устройства, на фиг. 3 и 4 - соответственно выносные элементы А и Б на фиг. 1 (увеличено), на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1 (увеличено).
Устройство для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины содержит перекрыватель 1 (фиг. 1, 2), скомпонованный из профильных труб 2 (фиг. 2) с цилиндрическими участками 3 на концах, содержащих резьбы 4 для соединения между собой. Снизу перекрывателя 1 установлен башмак 5 с седлом обратного клапана 6 и ловителем 7 с внутренними кольцевыми канавками 8. Причем башмак 5 зафиксирован от перемещения вверх фиксатором 9, взаимодействующим с нижним торцом перекрывателя 1.
Сверху перекрывателя 1 (фиг. 1) установлена расширяющая головка, состоящая из двух и более секций в виде пуансонов (на фиг. не показаны), установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя 1, и содержащая сверху узел соединения с колонной труб (на фиг. не показан), а снизу - замковый механизм 10 (фиг. 3).
Замковый механизм 10 герметично (благодаря манжетам 11 (фиг. 1)) соединен с верхним концом перекрывателя 1 (фиг. 1, 3) и за счет круговой проточки 12 (фиг. 3) на наружной поверхности нижнего дорна 13 (фиг. 1, 3) расширяющей головки, взаимодействующей с внутренним выступом 14 (фиг. 3) цилиндрической части 15 (фиг. 1) верхнего конца перекрывателя 1, надежно фиксирует перекрыватель 1 от смещения вниз.
Кроме того, замковый механизм 10 (фиг. 3) имеет внизу ловильную головку 16 (фиг. 1) с замковыми кольцами 17 под внутренние кольцевые канавки 8 (фиг. 2) ловителя 7 башмака 5, а вверху выше перекрывателя 1 (фиг. 1) соединен со специальным дорном 18 направляющей 19, на которой в цилиндрической части 15 перекрывателя 1 размещен внутренний дорн 20.
При этом верхний конец перекрывателя 1 для исключения упругой деформации при его раздаче выполнен в виде продольно-гофрированной трубы 21 (фиг. 5) с пятью и более лучами 22.
Специальный дорн 18 (фиг. 1) имеет конусную поверхность, расширяющуюся снизу вверх, а направляющая 19 - цилиндрическую поверхность, на которой герметично за счет манжет 11 установлен внутренний дорн 20 с возможностью ограниченного перемещения вверх под действием избыточного давления внутри перекрывателя 1 во время его установки до взаимодействия со специальным дорном 18.
Внутри замкового механизма 10 (фиг. 3) размещена поперечная перегородка 23 (фиг. 1) с двумя продольными каналами 24 (фиг. 4) и 25, один из которых 24 выполнен диаметром, позволяющим пропускать выбранный расход жидкости для прямой промывки перекрывателя 1 (фиг. 1, 2), а второй 25 (фиг. 4) - снабжен цилиндрическим патрубком 26 с зауженным концевым участком 27, в который герметично (с натягом) помещен шарик 28 обратного клапана башмака 5 (фиг. 2). Причем шарик 28 (фиг. 4) выполнен с возможностью выдавливания из патрубка 26 второго канала 25 при превышении выбранного перепада давлений выше и ниже перегородки 23 (фиг. 1) и герметичной посадки в седло 6 (фиг. 2) башмака 5.
При этом фиксатор 9 башмака 5 установлен при помощи срезных элементов (например, штифтов) 29 для аварийного отсоединения башмака 5 от перекрывателя 1 при помощи ловильной головки 16 (фиг. 1) замкового механизма 10 (фиг. 3) и ловителя 7 (фиг. 2) башмака 5.
Работает устройство следующим образом.
Перед спуском в скважину (на фиг. не показана) на нижнюю профильную трубу перекрывателя 1 с помощью завальцовки устанавливают башмак 5, а в верхнюю цилиндрическую часть 15 (фиг. 1) перекрывателя 1 через продольно-гофрированную трубу 21 (фиг.5) помещают направляющую 19 (фиг. 1, 5) со специальным дорном 18 (фиг. 1), на которую снизу последовательно устанавливают внутренний дорн 20 с манжетами 11 и нижний дорн 13 с ловильной головкой 16 башмака 5 (фиг. 2).
После этого цилиндрическую часть 15 (фиг. 1) с продольно-гофрированной трубой 21 (фиг. 5) перекрывателя 1 (фиг. 1) соединяют (например, при помощи сварки 30) с верхней профильной трубой перекрывателя 1. Выше специального дорна 18 устанавливают (например, с помощью резьбового соединения 31) секции расширяющей головки и узел соединения с колонной труб.
Затем перекрыватель 1 (фиг. 1, 2) спускают в скважину, последовательно соединяя цилиндрическими участками 3 (фиг. 2) с помощью резьб 4 профильные трубы 2 между собой. Причем внутренний выступ 14 (фиг. 3) замкового механизма 10, выполненный в верхней цилиндрической части 15 (фиг. 1) перекрывателя 1, за счет взаимодействия с наружной проточкой 12 (фиг. 3), выполненной на наружной поверхности нижнего дорна 13 (фиг. 1, 3), надежно и герметично (благодаря манжетам 11 (фиг. 1)) фиксирует перекрыватель 1 на расширяющей головке. При этом скважинная жидкость заполняет внутреннюю полость перекрывателя 1 (фиг. 1, 2) через открытое седло 6 (фиг. 2) обратного клапана башмака 5.
В процессе спуска для исключения попадания скважинного шлама внутрь перекрывателя 1 (фиг. 1, 2), а также скопления шлама снаружи перекрывателя 1, периодически осуществляют прямую промывку скважины через перекрыватель с помощью бурового насоса. При этом промывочная жидкость циркулирует по колонне труб и через расширяющую головку, центральный канал направляющей 19 (фиг. 1) и продольный канал 24 (фиг. 4) в поперечной перегородке 23 (фиг. 1) замкового механизма 10 (фиг. 3) попадает во внутреннюю полость перекрывателя 1 (фиг. 1, 2) и через открытое седло 6 (фиг. 2) башмака 5 в скважину. Таким образом весь несанкционированный шлам выносится на поверхность по затрубному пространству.
После спуска перекрывателя 1 (фиг. 1, 2) в интервал изоляции зоны осложнения (на фиг. не показан) подключают второй буровой насос и создают в колонне труб избыточное гидравлическое давление. При этом выше и ниже перегородки 23 (фиг. 1) замкового механизма 10 (фиг. 3) создается достаточный перепад давлений и шарик 28 (фиг. 4) начинает раздавать узкий концевой участок 27 патрубка 26, который расположен во втором канале 25 перегородки 23 (фиг. 1). Далее, выйдя из патрубка 26 (фиг. 4), шарик 28 под действием потока жидкости перемещается по внутренней полости перекрывателя 1 (фиг. 1, 2) и, достигнув башмака 5 (фиг. 2), герметично садится в седло 6 башмака, прерывая тем самым циркуляцию жидкости через перекрыватель 1 (фиг. 1, 2). Во внутренней полости перекрывателя 1 создается избыточное давление, достаточное для выправления профильных труб 2 (фиг. 2) до плотного их прижатия к стенкам скважины и фиксации перекрывателя 1 (фиг. 1, 2) относительно скважины.
Одновременно внутренний дорн 20 (фиг. 1) под действием избыточного гидравлического давления внутри перекрывателя 1 и благодаря манжетам 11 начинает перемещаться вверх по направляющей 19, раздавая в радиальном направлении верхнюю продольно-гофрированную трубу 21 (фиг. 5), до упора своим верхним торцом в нижний торец специального дорна 18 (фиг. 1).
Затем, создавая нагрузку на колонну труб (при недостаточном весе колонны труб используют скважинный гидродомкрат (на фиг. не показан)), начинают с помощью дорнов 13, 20, 18 и секций расширяющей головки последовательно расширять профильные трубы 2 (фиг. 2) перекрывателя 1 (фиг. 1, 2) до более плотного прижатия их к стенкам скважины, при этом специальный дорн 18 (фиг. 1) с помощью конусной поверхности и секции расширяющей головки без труда (благодаря предварительной раздаче изнутри внутренним дорном 20) проходят верхнюю продольно-гофрированную трубу 21 (фиг. 5), распрямляя ее лучи 22 до формы круга, образуя раструб необходимого размера на входе в перекрыватель 1 (фиг. 1).
По достижении расширяющей головкой башмака 5 (фиг. 2) перекрывателя 1 ее ловильная головка 16 (фиг. 1) входит в ловитель 7 (фиг. 2) башмака 5 и благодаря замковым кольцам 17 (фиг. 1), вошедшим в зацепление с кольцевыми канавками 8 (фиг. 2) ловителя башмака 5, надежно фиксируется в нем. Далее за счет взаимодействия нижнего торца 32 (фиг. 1) расширяющей головки с верхним торцом 33 (фиг. 2) башмака 5 происходит выдавливание башмака 5 из нижнего завальцованного конца перекрывателя 1.
В случае невозможности отсоединения башмака 5 от перекрывателя 1 вниз его начинают тянуть вверх. При этом фиксатор 9 башмака 5, упираясь в нижний торец перекрывателя 1, остается на месте, а срезные элементы 29 фиксатора 9 разрушаются, не препятствуя подъему башмака 5 вверх. Далее фиксатор 9, освободившись от башмака 5, падает на забой скважины и при дальнейшем бурении легко разбуривается.
После полной раздачи профильных труб 2 перекрывателя 1 компоновку, состоящую из башмака 5 и расширяющей головки на колонне труб, извлекают из скважины.
Предложенное устройство обладает большой надежностью за счет предварительной раздачи верхнего профильного конца перекрывателя изнутри дорном с использованием гидравлического давления на дорн, что значительно уменьшает последующие нагрузки на дорнирующий инструмент при прохождении верхнего конца перекрывателя, кроме того, за счет осуществления прямой промывки скважины через открытый башмак перекрывателя во время его спуска исключается накапливание скважинного шлама в полости перекрывателя и в пространстве за его наружной стенкой, предотвращая возникновение аварийных ситуаций при установке перекрывателя в скважине, а наличие срезных элементов фиксатора башмака позволяет отсоединить башмак от перекрывателя при невозможности прохождения расширяющей головки через низ перекрывателя.