УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ ХВОСТОВИКА В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для крепления скважин хвостовиками обсадных колонн.
Известно «Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине» (патент RU №2387807, Е21В 33/14, опубл. Бюл. №12 от 27.04.2010), включающее собственно хвостовик с воронкой в верхней части, радиальными отверстиями, наружным уплотнительным узлом ниже воронки, якорем с кольцевой камерой, транспортировочную колонну с установочной втулкой в верхней части, соединяющей эту колонну левой резьбой с воронкой, промывочную колонну с посадочным седлом, выполненную с радиальными отверстиями, гидравлически связанными с радиальными отверстиями хвостовика, размещенную в полости хвостовика и связанную с транспортировочной колонной, внутренний уплотнительный узел, размещенный в полости хвостовика для герметизации транспортировочной колонны по ее наружной поверхности, втулку с посадочным седлом, зафиксированную в верхней части промывочной колонны на срезном элементе, по меньшей мере одном, и перекрывающую радиальные отверстия этой колонны, при этом устройство имеет возможность гидравлического сообщения полости транспортировочной колонны с рабочей камерой, через радиальные отверстия промывочной колонны и хвостовика, при посадке втулки на посадочное седло промывочной колонны и последующего приведения в действие наружного уплотнительного узла при отсоединении транспортировочной колонны.
Наиболее близким является Устройство для установки хвостовика обсадной колонны (патент RU №2415254, Е21В 43/10, Е21В 33/14, опубл. Бюл. №09 от 27.03.2011), включающее составной корпус в виде верхней его части с выступами, уплотнительным узлом, толкателем уплотнительного узла и воронкой, жестко соединенной с толкателем, средней части корпуса с якорным узлом и нижней части корпуса, соединенной с собственно хвостовиком, транспортировочную колонну и ствол, соединенный с транспортировочной колонной, выполненный с выдвижными кулачками, по меньшей мере двумя, в верхней части, перекрытыми в транспортном положении устройства воронкой, и радиальным отверстием, по меньшей мере одним, - в нижней части, перекрытым промежуточной втулкой с посадочным седлом, связанной со стволом срезным элементом, по меньшей мере одним, и содержащий разрезную подпружиненную цангу с карманами в ее теле и зацепами на ее лепестках под соответствующие выступы верхней части корпуса, связывающую ствол с верхней частью корпуса, которые образуют между собой кольцевую полость, где помещена профилированная втулка, связанная со стволом срезным элементом, по меньшей мере одним, взаимодействующая с лепестками разрезной подпружиненной цанги и имеющая возможность ее осевого перемещения, при гидравлической связи полости ствола с кольцевой полостью через радиальное отверстие ствола, для освобождения разрезной подпружиненной цанги от связи с верхней частью корпуса, разъединения ствола с составным корпусом и обеспечения возможности передачи на верхний торец воронки веса транспортировочной колонны через выдвижные кулачки ствола для приведения в рабочее положение уплотнительного узла, а уплотнительный узел выполнен в виде верхних и нижних уплотнительных манжет и помещенной между ними подвижной в осевом направлении втулкой, выполненной с возможностью взаимодействия с упомянутыми уплотнительными манжетами, а средство передачи механического воздействия на уплотнительный узел выполнено в виде втулки-толкателя.
Общими недостатками каждого из устройств: во-первых, узкая область применения из-за невозможности проведения качественного цементирования затрубного пространства хвостовика при наличии принимающего пласта ниже устанавливаемого хвостовика или установки хвостовика выше забоя более чем на 40 м; во-вторых, сложность конструкции из-за наличия большого количества вставленных в друг друга точно подгоняемых и подвижных элементов, что приводит к снижению надежности, сильному сужению проходного сечения ствола скважины и высокой стоимости конструкции в целом.
Технической задачи предлагаемой является создание простой и надежной конструкции полезной модели за счет уменьшения количества точно подгоняемых вставляемых в друг друга элементов, а также качественного цементирования затрубного пространства хвостовика в любом интервале установки в скважине из-за наличия в нижней части хвостовика уплотнительного элемента и открываемых и закрываемых заливочных отверстий
Техническая задача решается устройством для установки хвостовика в скважине, включающим составной корпус в виде верхней его части с выступами, верхним уплотнительным узлом, толкателем уплотнительного узла и воронкой, жестко соединенной с толкателем, средней части корпуса с якорным узлом и нижней части корпуса, соединенной с собственно хвостовиком, транспортировочную колонну и ствол, соединенный с транспортировочной колонной сверху, а снизу - с нижней секцией разделительной пробки, и выполненный с выдвижными подпружиненными наружу кулачками, в верхней части, перекрытыми в транспортном положении устройства воронкой, и как минимум одним радиальным отверстием, отцепной узел, связывающий ствол с верхней частью корпуса, промежуточная втулка с посадочным седлом под бросовый шар, зафиксированной срезным элементом 20 и выполненной с возможность ограниченного перемещения вниз, якорный узел выполнен в виде конусных выступов снаружи средней части корпуса, жестко соединенных с выступами верхней часи, и втулки-гидротолкателя с плашками, помещенной против радиального отверстия с возможностью ограниченного перемещения вверх до взаимодействия плашек с конусными выступами, помещенной против радиального отверстия с возможностью ограниченного перемещения вверх до взаимодействия плашек с конусными выступами, при этом плашки соединены со втулкой-гидротолкателем пружинными планками, а отцепной узел выполнен с возможностью разъединения ствола с составным корпусом и обеспечения возможности передачи на верхний торец воронки веса транспортировочной колонны через выдвижные кулачки ствола для приведения в рабочее положение уплотнительного узла.
Новым является то, что в нижней части хвостовик оборудован пакерующим узлом, выполненным в виде полой втулки с заливными отверстиями и расположенными ниже продольными сквозными проточками, установленных снаружи втулки нижнего и верхнего упоров с соединенной соответствующими с ними концами нижнего уплотнительного узла, выполненных с возможностью ограниченного последовательного перемещения вниз до конусного сужения полой втулки и установленных друг над другом промежуточной втулки и фиксатора с ловильным узлом, фиксирующим нижнюю секцию совместно с верхней секцией цементировочной пробки, причем нижний уплотнительный узел изготовлен в виде упругого рукава с чередующимися по длине наружными и внутренними кольцевыми выборками, нижний упор зафиксирован на полой втулке, а верхний соединен через продольные проточки разрушаемыми штифтами с промежуточной втулкой, установлен с возможностью ограниченного перемещения вниз под действием промежуточной втулки с фиксацией в нижнем положении и открытием заливочных отверстий снаружи, промежуточная втулка выполнена с возможностью открытия заливочных отверстий изнутри при перемещении вниз, фиксатор выполнен с возможностью перекрытия заливочных отверстий изнутри при перемещении вниз с фиксацией в нижнем положении, при этом в верхней части корпуса изнутри выполнена кольцевая выборка, а в нижней части ствола - наружная кольцевая выборка, отцепной узел выполнен в виде стакана с окнами, в которые вставлены шарики, взаимодействующие с кольцевой выборкой верхней части корпуса и подпертые изнутри стволом, причем шарики выполнены с возможностью ограниченного смещения внутрь при перемещении ствола вверх и совмещении с кольцевой выборкой ствола.
Новым является также то, что промежуточная втулка и фиксатор изготовлены из легкоразбуриваемого материала.
На фиг. 1 изображены верхние конструктивные элементы хвостовика.
На фиг. 2 изображены нижние конструктивные элементы хвостовика.
Устройство для установки хвостовика в скважине включает в себя составной корпус в виде верхней его части 1 с выступами 2, верхним уплотнительным узлом 3, толкателем 4 уплотнительного узла 3 и воронкой 5, жестко соединенной с толкателем 4, средней части 6 корпуса с якорным узлом 7 и нижней части 8 корпуса, соединенной с собственно хвостовиком 9, транспортировочную колонну 10 (на фиг. 1 показана условно) и ствол 11, соединенный резьбой 12 с транспортировочной колонной 10 сверху, а снизу - с нижней секцией 13 разделительной пробки срезным винтами 14, и выполненный с выдвижными подпружиненными наружу кулачками 15, перекрытыми в транспортном положении устройства воронкой 5, и как минимум одним радиальным отверстием 16, отцепной узел 17, связывающий ствол 11 с верхней частью 1 корпуса, промежуточная втулка 18 (фиг. 2) с посадочным седлом 19 под бросовый шар (на фиг. не показан), зафиксированной срезным элементом 20 и выполненной с возможность ограниченного перемещения вниз. Якорный узел 6 выполнен в виде конусных выступов 20 снаружи средней части 6 корпуса, жестко соединенных с выступами 2, и втулки-гидротолкателя 21 с плашками 22, помещенной против радиального отверстия 16 с возможностью ограниченного перемещения вверх до взаимодействия плашек 22 с конусными выступами 20. Плашки 22 соединены со втулкой-гидротолкателем 21 пружинными планками 23. Отцепной узел 17 выполнен с возможностью разъединения ствола 11 с составным корпусом и обеспечения возможности передачи на верхний торец воронки 5 веса транспортировочной колонны 11 через выдвижные кулачки 15 ствола 11 для приведения через толкатель 4 в рабочее положение уплотнительного узла 3. В нижней части хвостовик 9 оборудован пакерующим узлом 24 (фиг. 2), выполненным в виде полой втулки 25 с заливочными отверстиями 26 и расположенными ниже продольными сквозными проточками 27, установленных снаружи втулки 25 нижнего 28 и верхнего 29 упоров с соединенным соответствующими упорами 28 и 29 концами 30 и 31 нижнего уплотнительным узлом 32. Выполненных с возможностью ограниченного последовательного перемещения вниз до конусного сужения 33 полой втулки 25 и установленных друг над другом промежуточной втулки 18 и фиксатора 34 с ловильным узлом 35, фиксирующим нижнюю секцию 13 совместно с верхней секцией 36 цементировочной пробки. Нижний уплотнительный узел 32 изготовлен в виде упругого рукава с чередующимися по длине наружными 37 и внутренними 38 кольцевыми выборками. Нижний упор 28 зафиксирован на полой втулке 25, а верхний 29 соединен через проточки 27 разрушаемыми штифтами 39 с промежуточной втулкой 18, установлен с возможностью ограниченного перемещения вниз под действием промежуточной втулки 18 с фиксацией в нижнем положении (например: при помощи пружинной шайбы 40 верхнего упора 29 и наружных насечек 41 на полой втулке 25, или пружинной шайбы полой втулки 25 и насечек на верхнем упоре 29 - на фиг. 2 не показано, или т.п.механизмов) и открытием заливочных отверстий 26 снаружи. Промежуточная втулка 18 выполнена с возможностью открытия заливочных отверстий 26 изнутри при перемещении вниз, фиксатор 34 выполнен с возможностью перекрытия заливочных отверстий 26 изнутри при перемещении вниз с фиксацией в нижнем положении (например: при помощи пружинной шайбы 42, установленных в коническую выборку 43 фиксатора 34, для фиксации в полой втулке 25, или пружинной шайбы вставленной в конусную выборку полой втулки 25, для фиксации фиксатора 34 в нижнем положении - на фиг. 2 не показано, или т.п.механизмов). В верхней части 1 (фиг. 1) корпуса изнутри выполнена кольцевая выборка 44, а в нижней части ствола 11 - наружная кольцевая выборка 45. Отцепной узел 17 выполнен в виде стакана 46 с окнами 47, в которые вставлены шарики 48, взаимодействующие с кольцевой выборкой 44 верхней части 1 корпуса и подпертые изнутри стволом 11. Шарики 48 выполнены с возможностью ограниченного смещения внутрь стакана 46 при перемещении ствола 11 вверх и совмещении с кольцевой выборкой 45 ствола 11. При необходимости получения сквозного проходного канала в хвостовике 9 внутренние элементы устройства после установки разбуривают, для чего промежуточную втулку 18 и фиксатор 34 изготавливают из легкоразбуриваемого материала (например: чугун, дюраль алюминий и т.п.). Уплотнения, исключающие несанкционированные перетоки жидкости, а также технологические элементы и соединения, не влияющие на работоспособность устройства на фиг. 1 и 2 показаны, но не пронумерованы. Устройство работает следующим образом.
Верхнюю 1 (фиг. 1) с верхним уплотнительным узлом 3 и воронкой 5, среднюю 7 с якорным узлом 6 и нижнюю 8 части корпуса собирают в специализированных мастерских. Затем ствол 11 оснащают нижней секцией 13 разделительной пробкой и отцепным узлом 17. Для этого стакан 46 с шариками 48 в окнах 47 располагают на стволе 11 напротив выборки 45 (чтобы исключить выпадение шариков 48, в окнах 47 снаружи по периметру давлением или керном делают внутренние выступы - показаны условно). Причем стакан 46 прост в изготовлении и не требует высокой точности в размерах. Затем ствол 11 вместе с кулачками 15 вставляют в верхнюю часть 1 корпуса, стакан 46 спускается до совмещения окон 47 с проточкой 44 корпуса (для надежной установки перемещение стакана 46 может быть ограничено сужением внутри верхней части 1 ствола или ограничительным винтом - не показаны), при этом шарики 48 выдвигаются наружу в проточку 44 корпуса, выходя из сообщения с проточкой 45 ствола 11 и фиксируя стакан 46 относительно верхней части 1 корпуса, а ствол 11 перемещается вниз. Далее кулачки 15 обжимают снаружи, сжимая пружину 49 и вставляя в воронку 5, ствол соединяют с верхней частью 1 корпуса левой резьбой 50, причем наличие шариков 47 исключает повышенное трение при вращении ствола 11 относительно корпуса и несанкционированное разрушение отцепного узла 17, а наличие уплотнений (показаны условно) снаружи и внутри стакана 46 надежно герметизирует пространство между стволом 11 и верхней частью 1 корпуса. Собранные пакерующий узел 24 (фиг. 2) и корпус (фиг. 1) привозят на скважину (на фиг. не показана). Хвостовик 9 (фиг. 2) снизу соединяют с пакерующим узлом 24, для этого полую втулку 25 жестко соединяют с нижней часть хвостовика 9, например: резьбой 51 или сваркой (не показано). Хвостовик 9 вместе в пакерующим узлом 24 спускают в скважину, после чего к хвостовику 9 (фиг. 1) сверху присоединяют нижней частью 8 корпус, например: резьбой 52 или сваркой (не показано). Ствол 11 резьбой 12 соединяют с транспортировочной колонной 10, на которой устройство спускают в скважину в интервал установки (не показан) и бросают колонну 10 шар до его герметичного взаимодействия с седлом 19 (фиг. 2) промежуточной втулки 18. В колонне 10 (фиг. 1) и хвостовике 9 создают избыточное давление, под действием которого винты 53, удерживающие промежуточную втулку 18 в транспортном положении относительно полой втулки 25, разрушаются и втулка 18 вместе с верхним упором 29 благодаря штифт 39, передвигающимся по продольным проточкам 27. При этом нижний уплотнительный узел 32, нижний конец 30 которого зафиксирован нижним упором 28 на полой втулке 25, а верхний конец 31, перемещаясь вместе с верхним упором 29 благодаря наружным 37 и внутренним 38 кольцевым выборкам собирает упругий рукав уплотнения 32 сверху вниз в гармошку до герметичного взаимодействия со стенками (не показаны) скважины, причем каждая складка нижнего уплотнительного узла 32 по-отдельности представляет собой самоуплотняющуюся манжету, не пропускающую сверху вниз, а вместе - «лабиринтное уплотнение», чем и обеспечивается надежная герметизация пространства между стенками скважины и полой втулкой 25. В нижнем положении верхний упор 29 фиксируется, например: при помощи пружинной шайбы 40 верхнего упора 29 и наружных насечек 41 на полой втулке 25, штифт 39 упирается в нижнюю кромку продольной проточки 27, а верхний упор 29 открывает снаружи заливочных отверстия 26. Спуск хвостовика с закрытыми снаружи заливными отверстиями 26 исключает их засорение. Давление в хвостовике 9 и трубах 10 9 фиг. 1) продолжают повышать, при этом это давление передается через радиальные отверстия 16 на втулку-гидротолкатель 21, которая перемещается вверх вместе с планками 23 и плашками 22 до их взаимодействия с конусными выступами 20, раздвижения и фиксации относительно стенок скважины. После этого штифты 39 (фиг. 2) разрушаются промежуточная втулка 18 перемещается до конусного сужения 33 с открытием заливочных отверстий 26 изнутри и сбросом давления внутри хвостовика 9, что фиксируется на устье и свидетельствует об установки нижнего уплотнительного узла 32 и якорного узла 6 (фиг. 1). Для лучшей фиксации верхней части 1 с выступами 2 и всего сборного корпуса якорным узлом 6 к стенкам скважины колонну 10 разгружают, при этом конусные выступы 20 дополнительно расширяют плашки 22, которые с большим усилием прижимаются к стенкам скважины. Затем в колонну 10 с устья закачиваю необходимое количество цементного раствора для заполнения пространства между устройством с хвостовиком 9 и стенками скважины и верхней секцией 36 цементировочной пробки, устанавливаемой сверху раствора, которую продавливают жидкостью по колонне 10 в хвостовик 9. Жидкость из колонны 10 и хвостовика 9 при этом через заливочные отверстия 26 (фиг. 2) и межтрубное пространство (на показано) изливается на поверхность. Верхняя секция 36 (фиг. 1) цементировочной пробки герметично входит и фиксируется в нижней секции 13. Давление в колонне 10 растет до разрушения срезных винтов 14, а потом снижается, что свидетельствует о срыве нижней 13 и верхней 36 секций цементировочной пробки, которые продавливают цементный раствор через хвостовик 9 и заливочные отверстия 26 (фиг. 2) в пространство между устройством с хвостовиком 9 стенками скважины, так как снизу это межтрубное пространство перекрыто нижним уплотнительным узлом 32. Нижняя секция 13 (фиг. 1) с верхней секцией 36 цементировочной пробки входит в фиксатор 34 (фиг. 2), ловильный узел 35 которого герметично фиксирует обе секции 13 (фиг. 1) и 36 цементировочной пробки, вместе с которыми фиксатор 34 (фиг. 2) перемещается вниз до упора в промежуточную втулку 18 и перекрытия заливочных отверстий 26 изнутри, фиксируясь в нижнем положении, например: при помощи пружинной шайбы 42, установленных в коническую выборку 43 фиксатора 34, для фиксации в полой втулке 25. При этом на устье резко возрастает давление («ловят стоп», что свидетельствует о полной перекачке цементного раствора в межтрубное пространство) и закачку жидкости по колонне 10 (фиг. 1) прекращают. Есть много конструкций двухсекционных 13 и 36 цементировочных пробок, механизмов для фиксации секций 13 и 36 между собой и в ловильных узлах 35 (фиг. 2) (на новизну этих конструкций авторы не претендуют). После прекращения закачки жидкости по колонне труб 10 (фиг. 1), давление в ней сбрасывают и начинают ее вращать, при этом ствол 11 отсоединяется от верхней части 1 корпуса благодаря левой резьбе 50. Колонну 10 приподымают на высоту, равную длине ствола. В это время ствол 11 поднимается до совмещения его наружной кольцевой выборки 45 с окнами 47 стакана 46, шарики 48 смещаются внутрь в выборку 45 из выборок 44, освобождая стакан 46 и ствол 11 от соединения с верхней частью 1 корпуса. По колонне 10 прокачивают жидкость, вызывая циркуляцию и вымывание излишков цементного раствора выше воронки 5. Выдвижные кулачки 15 ствола при извлечении из воронки 5 под действием пружин 49 раздвигаются. При спуске транспортировочной колонны 10 сверху опираются на воронку 5. После чего колонну 10 разгружают через кулачки 15 на воронку 5, срезные винты 54, удерживающие воронку 5 и толкатель 4 в транспортном положении относительно верхней части 1 корпуса, разрушаются, и воронка 5 с толкателем 4 перемещаются вниз, приводя положение уплотнительный узел 3, герметизирующий пространство между корпусом и стенкой скважины. Толкатель 4 в нижнем положении фиксируется при помощи пружинной шайбы 55, вставленной во внутреннюю выборку 56 толкателя 4, и кольцевых или винтовых насечек 57 снаружи верхней части 1 корпуса.
При необходимости получения сквозного проходного канала в хвостовике 9 в скважину спускают долото или фрезу для разрушения промежуточной втулки 18 (фиг. 2) и фиксатора 34, который для этого изготавливают из легкоразбуриваемого материала.
Конструкция устройства для установки хвостовика в скважине проста и надежна за счет уменьшения количества точно подгоняемых вставляемых друг в друга элементов, а также качественного цементирования затрубного пространства хвостовика в любом интервале установки в скважине из-за наличия в нижней части хвостовика уплотнительного элемента и открываемых и закрываемых заливочных отверстий