УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ УЧАСТКОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН
DEVICE FOR RESTORATION OF DEFECTS OF OPERATING COLUMNS OF OIL AND GAS WELLS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации обсадных колонн и отключения пластов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна трехступенчатая дорнирующая головка по патенту RU 2154148 С2, МПК Е21В 29/10, опубл. 10.08.2000, включающая основной конус-пуансон, плавающие секторы, расположенные на самоуплотняющейся манжете, а также подпружиненные конусные плашки, установленные между конусом-пуансоном и плавающими секторами с возможностью осевого и периферийного перемещения. При заходе дорнирующей головки в пластырь его предварительное расширение осуществляется конусом-пуансоном, затем промежуточное - конусными плашками за счет их осевого и периферийного смещения, и окончательное - плавающими секторами под гидравлическим давлением в системе.
Основным недостатком описанной конструкции является ее изначальная ориентированность на работу с гофрированными пластырями, что резко ограничивает сферу ее применения. Кроме того, гофрированные пластыри не могут обеспечить полной герметизации дефектных участков эксплуатационной колонны, поскольку для больших пластовых давлений флюида в скважине, достигающего иногда 100 и более атмосфер, требуется прижатие металлического пластыря к стенке колонны посредством эластичного уплотнительного кольца. Только в этом случае достигается гарантированная отсечка дефектного участка колонны. Вместе с тем, большое количество сопрягаемых подвижных деталей, а также наличие манжеты, участвующей в силовом воздействии на пластырь, снижает надежность устройства в целом.
Известно устройство для ремонта обсадной колонны, раскрытое в а.с. СССР № SU 1086118 А, МПК Е21В 29/00, опубл. 15.04.1984, Бюл. №14. Известное устройство содержит гладкий металлический патрубок определенного наружного диаметра, имеющий внутренние утолщения стенки на концах, а также расположенный внутри патрубка шток с парой последовательно закрепленных по концам расширяющих оправок в виде усеченных конусов. Недостатком устройства является увеличенное осевое усилие, требуемое для протягивания вдоль патрубка (по сути - пластыря) пары расширяющих конусов, в случае, когда расширяются одновременно два суженных конца пластыря, что приводит к дополнительным нагрузкам на подъемник, и как следствие, снижает надежность устройства в целом. Помимо этого, прижатие пластыря к стенке колонны без уплотнительного эластичного кольца не обеспечивает полной герметизации. Кроме того, технологически патрубок (пластырь) с утолщением стенки на концах внутрь в сравнении с обычной гладкостенной трубой в качестве пластыря сложнее и дороже в изготовлении.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является устройство для герметизации обсадной колонны, раскрытое в описании к патенту RU №2236550 С1, кл. Е21В 29/10, опубл. 20.09.2004.
Известное из наиболее близкого аналога устройство содержит пластырь в виде гладкого цилиндрического металлического патрубка, гидравлический посадочный инструмент, представляющий собой трехцилиндровый гидростатический привод, и расширяющую оправку, имеющую форму усеченного конуса; по концам пластыря в кольцевых цилиндрических канавках, выполненных в нем, размещены эластичные уплотнители, а гидравлический посадочный инструмент снабжен гидравлическим якорем.
К недостаткам известного из наиболее близкого аналога устройства следует отнести большое количество сложных сопрягаемых прецизионных деталей гидроцилиндров, ведущих к удорожанию и снижению надежности всей конструкции, а также ограниченность хода поршней гидроцилиндров, которая влечет за собой невозможность герметизации значительных по протяженности повреждений обсадной колонны или нескольких участков негерметичности, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача заявляемого изобретения состоит в разработке устройства для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин, а также повышении надежности устройства в целом.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет снижения усилия, необходимого для протягивания расширяющей оправки внутри пластыря. Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин содержит гладкий металлический патрубок с наружными эластичными уплотнительными кольцами на концах, внутри которого расположена расширяющая оправка, включающая шток с жестко закрепленными на нем несколькими разновеликими усеченными конусами, причем последние расположены непосредственно вслед друг за другом в порядке возрастания диаметров оснований, а их вершины направлены по ходу движения штока. Вместе с тем, расстояние между последующим и предыдущими конусами может быть изменено, например, при помощи сменной распорной втулки. Кроме того, количество усеченных конусов в расширяющей оправке не более трех.
Снижение усилия протягивания расширяющей оправки основано на эффекте совмещения внеконтактных зон деформации при холодном расширении труб. Этот эффект заключается в том, что при холодной деформации трубы пуансоном в виде ряда усеченных конусов осевое усилие протягивания пуансона снижается в 1,5…2 (!) раза в сравнении с расширением трубы одним конусом до того же размера при прочих равных условиях за счет образования волны свободной деформации между соседними конусами (А.М. Розенберг, О.А. Розенберг ''Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания'' - Киев: Наукова думка, 1990 г., стр. 154-155; стр. 158-159).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - общий вид устройства для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин.
1 - эксплуатационная колонна; 2 - пластырь; 3 - эластичное уплотнительное кольцо; 4 - тяга; 5 - расширяющая оправка.
Фиг. 2 - вид А на фиг. 1 в масштабе увеличения, продольный разрез устройства.
6 - первый конус; 7 - последующий конус; 8 - сменная распорная втулка; 9 - шток расширяющей оправки; 10 - резьбовая втулка; 11 - стопор.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин содержит пластырь (2) в виде тонкостенной гладкой трубы с наружными эластичными уплотнительными кольцами (3) на концах и расширяющую оправку (5), находящуюся внутри пластыря (2) и состоящую из штока (9) с жестко закрепленными на нем первым (6) и последующим (7) усеченными конусами, расположенными непосредственно вслед друг за другом, причем расстояние ''L'' между ними может быть изменено при помощи сменной распорной втулки (8). Для фиксации конусов (6) и (7) служит резьбовая втулка (10) со стопором (11). Шток (9) связан с подъемником буровой установки (не показан) посредством тяги (4), например, колонны насосно-компрессорных труб (НКТ).
Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин работает следующим образом.
Устройство спускают в скважину на тяге (4), например на колонне НКТ до тех пор, пока зона негерметичности эксплуатационной колонны (1) не окажется между эластичных уплотнительных колец (3) пластыря (2). При этом последний в зависимости от характера и расположения дефектов эксплуатационной колонны (1) может быть удлинен путем составления из отдельных секций, например, при помощи низкопрофильных резьбовых соединений. После этого одним из известных способов производится якорение пластыря (2) в эксплуатационной колонне (1). При помощи подъемника (не показан) тяга (4) начинает движение вверх, первый конус (6) расширяющей оправки (5) входит внутрь пластыря (2) и предварительно расширяет его. Затем расширение пластыря (2) продолжает последующий конус (7), имеющий больший диаметр основания, чем у предыдущего первого конуса (6). После этого начинается основной процесс расширения пластыря (2) обоими конусами одновременно, при этом рабочее усилие протягивания расширяющей оправки (5), состоящей из нескольких конусов, расположенных непосредственно вслед друг за другом, внутри пластыря (2) значительно меньше (в 1,5…2 раза) в сравнении с таким же расширением при помощи только одного конуса. В зависимости от радиальных размеров, толщины стенки и характеристик материала пластыря (2) можно добиться максимального снижения рабочего усилия расширения путем изменения расстояния ''L'' между конусами при помощи сменных распорных втулок (8) или использования в составе расширяющей оправки трех аналогичных конусов. Дальнейшее увеличение количества конусов не приводит к значимому снижению осевого усилия и даже несколько увеличивает его за счет возрастания сил трения конусов о стенки пластыря (2). Процесс расширения пластыря (2) (или его секционной сборки) длится до тех пор, пока конусы (6) и (7) не пройдут всю его длину. Пластырь (2) оказывается расширенным и плотно прижатым к стенкам эксплуатационной колонны (1), при этом уплотнительные эластичные кольца (3) отсекают зону негерметичности от полости скважины. После этого расширяющую оправку (5) поднимают из скважины.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить устройство для восстановления дефектных (в том числе протяженных) участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин, которое увеличивает надежность и эффективность работы. Устройство при этом имеет достаточно простую конструкцию, а технология работ с ним легко осуществима.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.