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 насосоно0компрессорных 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 затягивается продолжительность спуска и 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;
во-вторых, спуск механизма на колонне труб увеличивает продолжительность работ в целом;
в-третьих, перед запакеровкой эластичной манжеты устройства необходимо произвести опрессовку колонны труб, на конце которой находится механизм, что усложняет технологический процесс запакеровки эластичной манжеты устройства.
Технической задачей полезной модели является исключение излива жидкости на дневную поверхность в процессе спуска и подъема механизма, а также сокращение продолжительности работ в целом и упрощение технологического процесса по запакеровке эластичной манжеты за счет исключения колонны труб из конструкции 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 с упором вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху с расширяющим узлом и оснащенного поршнем и полым штоком, при этом снизу полый шток соединен с поршнем жестко.
Новым является то, что полый шток снабжен жестко установленным на нем якорным узлом, выполненным в виде полого корпуса с радиальными отверстиями, внутри которых размещены подпружиненные внутрь шлипсы, выполненные в виде поршней с возможностью радиального перемещения наружу при избыточном давлении внутри полого корпуса, причем сверху полый шток соединен с упором герметично с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом выше якорного узла в полом штоке выполнены радиальные отверстия, причем упор снаружи оснащен самоуплотняющейся манжетой, перепускающей жидкость снизу вверх, при этом на упор сверху ввернут груз, снабженный радиальными каналами, причем механизм спускается в дополнительную обсадную колонну на канате.
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. Снизу полый шток 13 жестко соединен с поршнем 12. Сверху полый шток 13 соединен с упором 14 с возможностью ограниченного осевого перемещения.
Якорный узел 10 жестко установлен на полом штоке 13. Якорный узел 10 выполнен в виде полого корпуса 15 с радиальными отверстиями 16, внутри которых размещены подпружиненные посредством пружин 17 внутрь шлипсы 18, выполненные в виде поршней с возможностью радиального перемещения наружу при избыточном давлении внутри полого корпуса 15. Полый шток 13 выше якорного узла 10 снабжен радиальными отверстиями 19.
Упор 14 снаружи оснащен самоуплотняющейся манжетой 20, перепускающей жидкость снизу вверх, и плотно прижатой воротником к внутренним стенкам дополнительной обсадной колонны 1.
Сверху на упор 14 ввернут груз 21, снабженный радиальными каналами 22. Вспомогательные крепежные детали на фигуре не показаны.
Несанкционированные перетоки жидкости в процессе работы устройства предотвращаются уплотнительными элементами 23 и 24.
Устройство работает следующим образом:
После исследования обсадной колонны скважины 25, в нее на дополнительной обсадной колонне 1 спускают пакерующее устройство с таким расчетом, чтобы корпус 2 оказался ниже нарушений (на фигуре не показано) обсадной колонны скважины 25. При этом верхний конец дополнительной обсадной колонны 1 герметично и жестко фиксируют на устье (на фигуре не показано) обсадной колонны скважины 25.
После этого в дополнительную обсадную колонну 1 на канате 8 в транспортном положении (см. фигуру) спускают механизм 7.
В процессе спуска каната 8, оснащенного на конце механизмом 7, находящаяся в дополнительной обсадной колонне 1 скважинная жидкость перепускается снизу вверх через радиальные отверстия 19 полого штока 13, через внутренние пространства полого штока 13, упора 14, груза 21 и сквозь радиальные каналы 22 груза 21 поднимается в пространство дополнительной обсадной колонны 1 выше механизма 7, кроме того, самоуплотняющаяся манжета 20, также перепускает скважинную жидкость снизу вверх, благодаря чему исключается излив скважиной жидкости на дневную поверхность в процессе спуска механизма 7 в дополнительную обсадную колонну 1.
Спуск механизма 7 на канате 8 в дополнительную обсадную колонну 1 продолжается до тех пор, пока толкатель 9 механизма 7 гидроцилиндром 11 не обопрется на расширяющий узел 5, что определяется по снижению веса груза 21 и механизма 7 на индикаторе веса, установленного на устье скважины, а также провисанию каната 8, при этом упор 14, соединенный подвижно телескопически с полым штоком 13, за счет действия сверху
веса груза 20 опускается вниз и герметично перекрывает радиальные отверстия 19 полого штока 13. В результате механизм 7 занимает рабочее положение.
После этого в дополнительной обсадной колонне 1 посредством насосного агрегата (на фигуре не показано) создают избыточное давление, которое сначала герметично прижимает воротник самоуплотняющейся манжеты 20 к внутренним стенкам дополнительной обсадной колонны 1, исключая пропуски жидкости сверху вниз, а затем это избыточное давление жидкости через радиальные каналы 22 груза 21, а также внутренние пространства упора 14, полого корпуса 15 якорного узла 10 и полого штока 13 передается в пространство под поршень 12 в гидроцилиндре 11. Кроме того, избыточное давление через радиальные отверстия 16, выполненные в полом корпусе 15 якорного узла 10 воздействует на пружины 17 и шлипсы 18, выполненные в виде поршней, вызывая сжатие пружин 17 и радиальное перемещение наружу шлипсов 18, которые своей зубчатой частью фиксируют якорный узел 10 механизма 7 на внутренних стенках дополнительной обсадной колонны 1.
Избыточное давление под поршнем 12 в гидроцилиндре 11 продолжают поднимать, при этом гидроцилиндр 11, благодаря жесткой фиксации полого штока 13 относительно дополнительной обсадной колонны 1 посредством якорного узла 10 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 26 и нарушения (на фигуре не показано) обсадной колонны скважины 25. После прохождения патрубка 3 расширяющий узел 5 падает на забой (на фигуре не показано) 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. Избыточное давление в дополнительной обсадной колонне 1 сбрасывают до нуля.
Шлипсы 18 за счет возвратной силы пружин 17 возвращаются в исходное положение, то есть выходят из взаимодействия своей зубчатой частью с внутренними стенками дополнительной обсадной колонны 1 и радиально перемещаются внутрь полого корпуса 15 в радиальных отверстиях 16 якорного узла 10.
После этого с устья обсадной колонны скважины 25 посредством каната 8 начинают извлечение (подъем вверх) механизма 7 из дополнительной обсадной колонны 1, при этом сначала упор 14 поднимается ограниченно вверх относительно полого штока 13, находящегося неподвижно и открываются радиальные отверстия 19 полого штока 13. В
результате скважинная жидкость, находящаяся выше механизма 7 устремляется вниз сквозь радиальные отверстия 22 груза 21, а также внутренние пространства груза 21, упора 14, полого штока 13 и сквозь радиальные отверстия 19 полого штока 13 попадает в пространство дополнительной обсадной колонны 1 ниже самоуплотняющейся манжеты 20, установленной на упоре 14 механизма 7.
Далее механизм 7 посредством каната 8 продолжают поднимать вверх и свободно извлекают из дополнительной обсадной колонны 1 без излива скважинной жидкости на устье обсадной колонны скважины 25.
Предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны позволяет исключить излив скважинной жидкости на устье скважины в процессе спуска и подъема механизма в дополнительную обсадную колонну, а также сокращает продолжительности работ в целом и упрощает технологический процесс по запакеровке эластичной манжеты за счет исключения колонны труб из конструкции устройства, что в целом позволяет сократить затраты на ремонт скважины.