ПАКЕРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления и может найти применение при спуске дополнительных обсадных колонн в скважины, обсадные колонны которых пришли в негодность.
Известно «Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны» (патент на полезную модель РФ №32182, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. в бюл. №25 от 10.09.2003 г.), содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел, включающий конус, и срезной элемент, при этом корпус является деформируемым элементом и снабжен с нижнего конца вогнутым участком, расширяющий узел установлен внутри корпуса, а его конус наружной поверхностью плотно прижат к вогнутому участку и снабжен снизу с внутренней стороны цилиндрической выборкой, в которой жестко установлена промежуточная втулка, упомянутый узел снабжен воронкой с коническими и цилиндрическими участками на внутренней поверхности, упирающийся в торец конуса и имеющей две цилиндрические выборки, причем верхняя контактирует с верхней зоной внутренней поверхности конуса, а нижняя жестко соединена с фиксирующей втулкой с внутренним кольцевым выступом, а срезной элемент установлен между торцами упомянутых втулок и уступами цилиндрических выборок конуса и воронки, внутренние диаметры цилиндрического участка воронки и кольцевого выступа фиксирующей втулки выбраны под диаметр корпуса замкового механизма, установленного на нижнем конце опущенных в дополнительную обсадную колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и снабженного со стороны нижнего торца кольцевой расточкой, в которой жестко установлена втулка с коническим наружным срезом в верхней части, причем в зоне конического среза расположено коническое разрезное кольцо, взаимодействующее в рабочем положении с кольцевым выступом фиксирующей втулки, дополнительная обсадная колонна на устье скважины жестко связана с устьевым оборудованием.
Недостатки устройства:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;
во-вторых, механическая пакеровка приводит к большим усилиям посадки (для алюминиевого патрубка - 15-17 тонн, для стального - 35-40 тонн), которое сжимает дополнительную обсадную колонну, на которой спускается пакерующее устройство;
в-третьих, и возможность использования устройства ограничивается техническими характеристиками подъемной вышки;
в-четвертых, при снятии усилия посадки при снятии давления дополнительная колонна возвращается в исходное состояние с большим усилием (в зависимости от прилагаемого усилия от 15 до 40 тонн), что может привести к срыву с места посадки корпуса после установки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны (патент РФ №2254441, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. в бюл. №17 от 20.06.2005 г.), содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, при этом расширяющий элемент расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху с расширяющим узлом и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб - герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб, срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, в процессе спуска и подъема механизма на колонне труб в скважину, которая заполнена скважинной жидкостью происходит излив скважинной жидкости из скважины на дневную поверхность, в связи с чем загрязняется близлежащая к скважине территория, поэтому для исключения этого необходимо сливать скважинную жидкость в технологическую емкость, при этом после спуска колонны труб с механизмом на конце в требуемый интервал скважины необходимо заполнить технологической жидкостью колонну труб для привода в действие поршня гидроцилиндра механизма. Кроме того, перед запакеровкой эластичной манжеты устройства необходимо произвести опрессовку колонны труб, на конце которой находится механизм. Все вышеописанное усложняет технологический процесс запакеровки эластичной манжеты устройства;
во-вторых, спуск механизма на конце колонны труб увеличивает продолжительность работ в целом.
Технической задачей полезной модели является исключение излива жидкости на дневную поверхность в процессе спуска и подъема механизма, а также ускорение и упрощение технологического процесса запакеровки эластичной манжеты устройства.
Техническая задача решается предлагаемым пакерующим устройством дополнительной обсадной колонны, содержащим корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, механизм, спускаемый в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, при этом расширяющий узел расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху с расширяющим узлом и оснащенного поршнем и полым штоком, а якорный узел выполнен в виде упора, клинового толкателя, и плашек, установленных на полом штоке, при этом полый шток соединен с поршнем жестко, а с упором - герметично с возможностью осевого перемещения вверх, плашки якорного узла размещены на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно упора.
Новым является то, что механизм спускается в дополнительную обсадную колонну на канате, а упор снаружи оснащен самоуплотняющейся манжетой, перепускающей жидкость снизу вверх, при этом на сверху на упор ввернут груз, снабженный радиальными отверстиями, причем полый шток выше клинового толкателя оснащен сквозными отверстиями, перепускающими жидкость в процессе спуска и подъема механизма в дополнительную обсадную колонну, при этом клиновой толкатель взаимодействует с плашками якорного узла в рабочем положении.
На фигуре изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.
Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны 1 состоит корпуса 2, выполненный в виде патрубка 3 с установленной на нем эластичной манжетой 4, расширяющий узел 5 с конусом 6, механизм 7, спускаемый на канате 8 в дополнительную обсадную колонну 1 и взаимодействующий сверху с расширяющим узлом 5. Расширяющий узел 5 расположен сверху и зафиксирован конусом 6 вниз в патрубке 3. Механизм 7 выполнен в виде толкателя 9 внизу и якорного узла 10 вверху. Толкатель 9 выполнен в виде гидроцилиндра 11, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел 5 и оснащенного поршнем 12 и полым штоком 13.
Якорный узел 10 выполнен в виде упора 14, клинового толкателя 15 и плашек 16. установленных на полом штоке 13, при этом упор 14 с плашками 16 взаимодействуют при помощи Т-образного соединения или соединения «ласточкин хвост».
Полый шток 13 соединен с поршнем 12 жестко, а с упором 14 - герметично с возможностью осевого перемещения вверх.
Плашки 16 якорного узла 10 размещены на полом штоке 13 с возможностью радиального перемещения наружу, в рабочем положении при перемещении полого штока 13 вверх относительно упора 14 и взаимодействии на них снизу клинового толкателя 15.
Упор 14 снаружи оснащен самоуплотняющейся манжетой 17, перепускающей жидкость снизу вверх, и плотно прижатой воротником к внутренним стенкам дополнительной обсадной колонны 1.
Сверху на упор 14 ввернут груз 18, снабженный радиальными отверстиями 19.
Полый шток 13 выше клинового толкателя 15 оснащен сквозными отверстиями 20, перепускающими жидкость в процессе спуска и подъема механизма 8.
Несанкционированные перетоки жидкости в процессе запакеровки устройства предотвращаются уплотнительными элементами 21 и 22.
Устройство работает следующим образом:
После исследования обсадной колонны скважины 23, в нее на дополнительной обсадной колонне 1 спускают пакерующее устройство с таким расчетом, чтобы корпус 2 оказался ниже нарушений (на фиг. не показаны) в обсадной колонне скважины 23. При этом верхний конец дополнительной обсадной колонны 1 герметично и жестко фиксируют на устье (на фиг. не показано) скважины 23.
После этого в дополнительную обсадную колонну 1 на канате 8 в транспортном положении (см. фигуру) спускают механизмом 7 до тех пор, пока толкатель 9 механизма 7 гидроцилиндром 11 не обопрется на расширяющий узел 5, что определяется по снижению веса груза 18 и механизма 7 на индикаторе веса, установленного на устье скважины, а также провисанию каната 8.
В процессе спуска каната 8, оснащенного на конце механизмом 7, находящаяся в дополнительной обсадной колонне 1 жидкость через сквозные отверстия 20 полого штока 13 попадает во внутренние пространства полого штока 13, гидроцилиндра 11 под поршнем 12, упора 14 и груза 18, откуда через радиальные отверстия 19 груза 18 выходит вновь в дополнительную обсадную колонну 1, но уже выше механизма 7, кроме того, часть скважиной жидкости, также перепускается снизу вверх между воротником самоуплотняющейся манжеты 17 и внутренними стенками дополнительной обсадной колонны 1, благодаря чему исключается излив скважиной жидкости на дневную поверхность в процессе спуска механизма 7 в дополнительную обсадную колонну 1.
После того, как толкатель 9 механизма 7 гидроцилиндром 11 обопрется на расширяющий узел 5, при этом упор 14 и соединенные с ним при помощи Т-образного соединения
или соединения «ласточкин хвост» плашки 16 под действием веса груза 18 навернутого на упор 14 сверху переместятся вниз относительно полого штока 13.
При этом клиновой толкатель 15 якорного узла 10, находящийся неподвижно на полом штоке 13 вступает во взаимодействие с плашками 16 якорного узла 10 и прижимает их зубчатую часть к дополнительной обсадной колонне 1. В результате якорный узел 10 занимает рабочее положение, фиксируя неподвижно (от перемещения вверх и вниз) полый шток 13 относительно дополнительной обсадной колонны 1, при этом радиальные отверстия 19 груза 18 совмещаются со сквозными отверстиями 20 полого штока 13. Образуется гидравлическая связь между внутренними пространствами дополнительной обсадной колонны 1 выше механизма 7 и полого штока 13.
После этого в дополнительной обсадной колонне 1 посредством насосного агрегата (на фиг. не показано) создают избыточное давление, которое сначала герметично прижимает воротник самоуплотняющейся манжеты 17 к внутренним стенкам дополнительной обсадной колонны 1, исключаю пропуски жидкости сверху вниз, а затем это избыточное давление жидкости через полый шток 13 передается под поршень 12 в гидроцилиндр 11, который, благодаря фиксации полого штока 13 относительно дополнительной обсадной колонны 1 перемещается вниз, оказывая давление на расширяющий узел 5. При этом расширяющий узел 5 конусом 6 расширяет патрубок 3 до прижатия эластичной манжеты 4 к дополнительной обсадной колонне 1, изолируя межтрубное пространство 24 и нарушения (на фиг. не показано) обсадной колонны скважины 23. После прохождения патрубка 3 расширяющий узел 5 падает на забой (на Фиг. не показан) скважины. В результате давление внутри дополнительной обсадной колонны 1 сначала резко падает, так как опоры для гидроцилиндра 11 нет, а затем резко возрастает, после того, как гидроцилиндр 11 упрется в поршень 12. Процесс установки пакерующего устройства дополнительной колонны труб 1 завершен. Давление в дополнительной обсадной колонне 1 сбрасывают.
После этого с устья скважины посредством каната 8 начинают подъем механизма 7, при этом груз 18 с упором 14 и плашками 16 поднимаются вверх относительно полого штока 13, при этом клиновой толкатель 15 выходит из взаимодействия с плашками 16 якорного узла 10, которые в свою очередь выходят из зацепления с дополнительной обсадной колонной 1 и перемещаются радиально внутрь.
Якорный узел 10 занимает транспортное положение (см. фигуру), при этом сквозные отверстия 20 полого штока 13 оказываются ниже плашек 16 якорного узла 10 и столб жидкости, находящийся в дополнительной обсадной колоне 1 выше механизма 7 устремляется через радиальные отверстия 19 груза 18, сквозь внутренние пространства груза 18, упора 14 и полого штока 13 через сквозные отверстия 20 полого штока 13 вниз под механизм
7, исключая подъем столба жидкости и ее излив на дневную поверхность при подъеме механизма 7 из дополнительной обсадной колонны 1.
Так как усилие, создаваемое гидроцилиндром 11 во время расширения патрубка 3, уравновешивается якорным узлом 10, то дополнительная обсадная колонна 1 не удлиняется.
Предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны позволяет исключить, излив скважинной жидкости на дневную поверхность, на устье скважины в процессе спуска и подъема механизма в дополнительную обсадную колонну, а также ускоряет и упрощает технологический процесс запакеровки эластичной манжеты устройства за счет спуска механизма на канате.