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 Е21В 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, причем 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, а 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), воздействующим на дополнительную обсадную колонну, на которой спускается пакерующее устройство;
в-третьих, возможность использования устройства ограничивается техническими характеристиками подъемного агрегата;
в-четвертых, при снятии давления и усилия посадки 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 Е21В 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, при этом срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, сложность конструкции, связанная с большим количеством узлов и деталей, в частности сложен механизм, состоящий из толкателя и якорного узла;
во-вторых, в процессе спуска устройства на колонне труб в скважину, которая заполнена скважинной жидкостью происходит излив скважинной жидкости на устье скважины, в связи с чем затягивается продолжительность спуска и загрязняется прилежащая к скважине территория, при этом после спуска колонны труб ее необходимо заполнить технологической жидкостью для привода в действие поршня гидроцилиндра механизма. Кроме того, при подъеме колонны труб (после посадки устройства) также происходит излив жидкости из колонны труб на устье скважины;
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции, а также исключение излива жидкости на устье скважины в процессе спуска и подъема механизма
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 на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, при этом расширяющий узел расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, причем механизм выполнен в виде толкателя, имеющего возможность давления сверху на расширяющий узел и состоящего из гидроцилиндра и полого штока.
Новым является то, что полый шток оснащен сбивным клапаном, а механизм снабжен пакером, состоящим из уплотнительного элемента, выполненного в виде эластичного рукава, корпуса и втулки, причем верхний и нижний концы эластичного рукава жестко закреплены с корпусом и втулкой, при этом втулка телескопически размещена сверху на корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения и складывания эластичного рукава в рабочем положении, причем втулка пакера жестко соединена к нижнему концу колонны труб, а полый шток сверху жестко соединен с корпусом пакера, а снизу - с гидроцилиндром, при этом в колонне труб выше пакера выполнен ряд радиальных отверстий, сообщающий внутренние пространства колонны труб и дополнительной обсадной колонны.
На фигуре изображено предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны в продольном разрезе.
Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны 1 состоит из корпуса 2, выполненного в виде патрубка 3, на наружной поверхности которого установлена эластичная манжета 4, расширяющий узел 5 с конусом 6, механизм 7, спускаемый на колонне труб 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, имеющего возможность давления сверху на расширяющий узел 5 и состоящего из гидроцилиндра 10 и полого штока 11, оснащенного сбивным клапаном 12.
Механизм 7 снабжен пакером 13, состоящим из уплотнительного элемента, выполненного в виде эластичного рукава 14, корпуса 15 и втулки 16, причем верхний и нижний концы эластичного рукава 14 жестко закреплены с корпусом 15 и с втулкой 16 соответственно. Втулка 16 телескопически размещена сверху на корпусе 15 с возможностью ограниченного осевого перемещения и складывания эластичного рукава 14 в рабочем положении, при этом втулка 16 пакера 13 жестко соединена к нижнему концу колонны труб 8.
Полый шток 11 снизу жестко соединен с гидроцилиндром 10, а сверху - с корпусом 15 пакера 13. В колонне труб 8 выше пакера 13 выполнен ряд радиальных отверстий 17,
сообщающий внутренние пространства 18 и 19, соответственно, колонны труб 8 и дополнительной обсадной колонны 1.
Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны работает следующим образом.
Пакерующее устройство в сборе, как показано на фигуре на конце дополнительной обсадной колонны 1 спускают в скважину, при этом корпус 2, выполненный в виде патрубок 3 с эластичной манжетой 4 снаружи устанавливают ниже интервала нарушения (на фиг. не показано) обсадной колонны скважины. Далее дополнительную обсадную колонну 1 герметично и жестко фиксируют на устье скважины на опорном фланце обсадной колонны (на фиг. не показано).
После этого в дополнительную обсадную колонну 1 спускают колонну труб 8 с механизмом 7 на нижнем конце до тех пор, пока его толкатель 9 гидроцилиндром 10 не обопрется на расширяющий узел 5 (определяется по снижению веса колонны труб 8), при этом втулка 16 перемещается вниз относительно корпуса 15 под действием веса колонны труб 5, а эластичный рукав 14 пакера 13 складывается и занимает рабочее положение, герметично прижимаясь к внутренним стенкам дополнительной обсадной колонны 1.
В процессе спуска колонны труб 8 в дополнительную обсадную колонну 1, находящаяся в скважине жидкость не изливается на дневную поверхность, поэтому не загрязняет ее, при этом также не замедляется скорость спуска колонны труб 8 и происходит заполнение внутренних пространств 18 и 19, соответственно, колонны труб 8 и дополнительной обсадной колонны 1.
Затем заполняют технологической жидкостью с устья скважины внутренние пространства 18 и 19, соответственно, колонны труб 8 и дополнительной обсадной колонны 1, после чего герметизируют на устье скважины пространство между дополнительной обсадной колонной 1 и колонной труб 8 устьевым сальником (на фиг. не показано), позволяющим в процессе посадки устройства колонне труб 8 герметично перемещаться относительно дополнительной обсадной колонны 1, жестко закрепленной на опорном фланце обсадной колонны, после чего на устье скважины герметизируют верхний конец колонны труб 8.
Далее во внутреннем пространстве 19 дополнительной обсадной колонны 1 с устья скважины, посредством насосного агрегата (на фиг. не показано) создают избыточное давление, при этом избыточное давление передается во внутреннем пространстве 19 на эластичный рукав 14 пакера 13, находящийся в рабочем положение (см. фиг.), который герметично прижат к внутренним стенкам дополнительной обсадной колонны 1 и не пропускает жидкость сверху вниз, а во внутреннеем пространстве 18 колонны труб 5 избыточное
давление передается изнутри на торец гидроцилиндра 10, при этом в определенный момент по мере увеличения избыточного во внутренних пространствах 18 и 19, соответственно колонны труб 8 и дополнительной обсадной колонны 1, колонна труб 8 и весь механизм 7, включая гидроцилиндр 10 начинают перемещаться вниз, при этом гидроцилиндр 10 оказывает давление на расширяющий узел 5. Расширяющий узел 5 конусом 6 расширяет патрубок 3 до прижатия эластичной манжеты 4 к дополнительной обсадной колонне 1, изолируя нарушение обсадной колонны скважины.
После прохождения корпуса 2 расширяющим узлом 5, последний падает на забой (на фиг. не показан) скважины, при этом давление внутри колонны труб 8 резко падает, а эластичная манжета 14 пакера 13 под действием веса корпуса 15 пакера 13, полого штока 11 и гидроцилиндра 10 выпрямляется и занимает транспортное положение. Процесс установки пакерующего устройства дополнительной обсадной колонны 1 завершен.
Далее в колонну труб 8 сбрасывают бросовый орган (например, ломик), который разрушает сбивной клапан 12, при этом пространство дополнительной обсадной колонны 1 под пакером 13 сообщается с внутренним пространством 18 колонны труб 8, кроме того, скважинная жидкость, находящаяся во внутреннем пространстве 19 дополнительной обсадной колонны 1 перетекает через ряд радиальных отверстий 17 и внутреннее пространство 18 колонны труб 8, сквозь отверстие разрушенного сбивного клапана 12 полого штока 11 в пространство обсадной колонны 1 под пакером 13, в следствии чего исключается излив скважинной жидкости на устье скважины при дальнейшем подъеме колонны труб 8. После чего колонну труб 8 с механизмом 7 извлекают из скважины.
В результате, после прохождения патрубка 3 расширяющим узлом 5, на корпус 2 пакерующего устройства после его установки не действуют большие усилия, которые могут его сорвать, то есть нарушить герметичность соединения с обсадной колонной скважины.
Предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны имеет простую конструкцию и позволяет исключить излив скважинной жидкости на устье скважины в процессе спуска и подъема механизма на колонне труб в дополнительную обсадную колонну в связи с чем не затягивается продолжительность спуско-подъемных операций и не загрязняется прилежащая к скважине территория.