УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ОСЛОЖНЕНИЯ ПРОФИЛЬНЫМ ПЕРЕКРЫВАТЕЛЕМ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ УЧАСТКАМИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИНЫ
DEVICE TO ISOLATE PROBLEMATIC ZONES BY PROFILE PACKER WITH CYLINDRICAL SECTIONS AT WELL DRILLING

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для изоляции зоны осложнения ствола скважины при бурении.
Известен способ установки профильного перекрывателя в скважине (патент RU № 2379464, E21B 29/10, опубл. 20.01.2010 г., бюл. № 2), включающий соединение секций профильных труб, спуск перекрывателя в необходимый интервал, причем верхний и нижний концы профильного перекрывателя выполнены той же формы, как и секции профильных труб, выправление перекрывателя, при этом в верхнем конце герметично установлен выправляющий инструмент, причем нижний конец перекрывателя оснащают направляющим конусом со сквозным каналом, а выправление перекрывателя осуществляют путем поступательного движения вниз выправляющего инструмента под воздействием избыточного давления, создаваемого в полости над выправляющим инструментом, причем выправляющий инструмент выполнен раздвижным из легкоразбуриваемого материала.
Данный способ реализуется устройством, включающим соединенные между собой секции профильных труб, оснащенные снизу направляющим конусом со сквозным каналом, а сверху раздвижным выправляющим инструментом.
Недостатками этого устройства являются:
- высокая вероятность недовыправления перекрывателя, так как поступательное движение вниз раздвижного выправляющего инструмента под действием гидравлического давления предполагает наличие герметизирующего устройства выше выправляющего инструмента, но при больших длинах перекрытия и при наличии большого числа стыков секций труб герметизация выправляющего инструмента может нарушиться, что сделает невозможным его дальнейшую работу;
- невозможность плотного прижатия перекрывателя к стенкам скважины из-за наличия только одной секции выправляющего инструмента, что может вызвать проблемы с герметизацией перекрывателя и прохождением скважинного оборудования через перекрыватель.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и количеству совпадающих существенных признаков является устройство изоляции зон осложнения бурения скважины профильным перекрывателем с цилиндрическими участками (патент RU № 2374424, E21B 29/10, опубл. 27.11.2009 г., бюл. № 33). Известное устройство включает профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака, причем устройство дополнительно содержит якорный узел, выполненный с возможностью взаимодействия со стенками скважины или профильным перекрывателем при повышении внутреннего давления, и установленные последовательно ниже гидродомкрат, гидравлический центратор и перепускной клапан, расположенный выше расширяющей головки, секции которой выполнены в виде раздвижных пуансонов с уменьшающимися от секции к секции в сторону перекрывателя рабочими максимальными диаметрами.
Недостатком данного устройства является наличие «концевого эффекта» (концы перекрывателя вследствие упругой деформации после раздачи перекрывателя пуансонами отходят внутрь своих цилиндрических участков, уменьшая тем самым диаметры проходных сечений на входе и выходе из перекрывателя), что в дальнейшем может вызвать проблемы с прохождением скважинного оборудования через перекрыватель.
Техническими задачами изобретения являются повышение надежности и расширение технологических возможностей устройства, связанных с безаварийным прохождением через него скважинного оборудования за счет создания на концах перекрывателя при его установке в скважине раструба с внутренним диаметром, необходимым для прохождения скважинного оборудования.
Технические задачи решаются устройством для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины, включающим профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака.
Новым является то, что верхний и нижний концы профильного перекрывателя выполнены в виде продольно гофрированной трубы с пятью и более лучами, при этом замковый механизм выше перекрывателя снабжен специальным дорном, конусная поверхность и нижняя направляющая которого оснащены выступами под внутреннюю поверхность лучей концов перекрывателя, причем направляющая выполнена с возможностью взаимодействия с внутренним дорном, установленным в цилиндрической части перекрывателя, башмак выполнен сборным, состоящим из внутренней вставки с ловильной головкой и клапаном, герметично размещенной в цилиндрической части нижнего конца перекрывателя, и фиксатора, взаимодействующего с нижним торцом перекрывателя и соединенного с внутренней вставкой, причем внутренняя вставка оснащена снизу наружной конусной поверхностью, выполненной с возможностью расширения нижнего конца профильного перекрывателя при перемещении вниз.
На фиг.1 показана верхняя часть устройства, на фиг.2 - нижняя часть устройства, на фиг.3 - вид А на фиг.1 (увеличено), на фиг.4 и 5 - соответственно сечения Б-Б и В-В на фиг.1 и 2.
Устройство для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины содержит перекрыватель 1 (фиг.1, 2), скомпонованный из профильных труб 2 (фиг.2) с цилиндрическими участками 3 на концах, содержащих резьбы 4 для соединения между собой. Снизу перекрывателя 1 установлен башмак 5 с обратным шаровым клапаном 6 и ловильной головкой вверху в виде цилиндрического выступа 7 с наружными кольцевыми канавками 8. Верх перекрывателя 1 (фиг.1) оснащен расширяющей головкой, состоящей из двух и более секций 9 в виде пуансонов (на фиг.1 показана одна секция 9, остальные выполнены аналогично), установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя 1, и содержащей сверху узел соединения с колонной труб (на фиг. не показан), а снизу - замковый механизм 10 (фиг.3), герметично соединенный с верхним концом перекрывателя 1 (фиг.1), с ловителем внизу в виде втулки 11 с пружинными кольцами 12 внутри под кольцевые канавки 8 (фиг.2) выступа 7 ловильной головки башмака 5. Причем замковый механизм 10 (фиг.3) выполнен в виде наружной проточки 13 выше втулки 11 (фиг.1) ловителя башмака 5 (фиг.2), фиксируемой во внутреннем выступе 14 (фиг.3) верхнего конца перекрывателя 1 (фиг.1), а герметизация замкового механизма 10 (фиг.3) обеспечивается уплотнением 15.
При этом верхний и нижний концы профильного перекрывателя 1 (фиг.1, 2) выполнены в виде продольно гофрированной трубы 16 (фиг.4, 5) с пятью и более лучами 17. Замковый механизм 10 (фиг.3) выше перекрывателя 1 (фиг.1) снабжен специальным дорном 18, конусная поверхность 19 и нижняя направляющая 20 которого оснащены выступами 21 (фиг.1, 4) под внутреннюю поверхность лучей 17 (фиг.4) гофрированной трубы 16 верхнего конца перекрывателя 1 (фиг.1). Направляющая 20 выполнена с возможностью взаимодействия с внутренним дорном 22, установленным в цилиндрической части 3 перекрывателя 1. Башмак 5 (фиг.2) выполнен сборным, состоящим из внутренней вставки 23 со сквозным каналом 24 с обратным шаровым клапаном 6, соединенной выше с цилиндрическим выступом 7 ловильной головки и герметично, за счет уплотнения 25, размещенной в цилиндрической части 3 нижнего конца перекрывателя 1. Башмак 5 зафиксирован от продольных перемещений вверх с помощью фиксатора в виде гайки 26, взаимодействующей с нижним торцом перекрывателя 1 и соединенной благодаря резьбе 27 с внутренней вставкой 23 башмака 5. Причем внутренняя вставка 23 оснащена снизу наружной конусной поверхностью 28, выполненной с возможностью расширения нижнего конца перекрывателя 1 при перемещении вниз.
Работает устройство следующим образом.
Перед спуском в скважину (на фиг. не показана) к нижней цилиндрической части 3 перекрывателя 1 при помощи резьбы 4 привинчивают трубу 16 (фиг.5) с гофрированным нижним концом, в которой установлен башмак 5 (фиг.2) таким образом, чтобы уплотнение 25 находилось в цилиндрической части 3 трубы 16 (фиг.5) перекрывателя 1 (фиг.2), а наружная конусная поверхность 28 вставки 23 башмака 5 плотно взаимодействовала с лучами 17 (фиг.5) гофрированной трубы 16 за счет гайки 26 (фиг.2), навинченной по резьбе 27 вставки 23 до упора в нижний торец трубы 16 (фиг.5) перекрывателя 1 (фиг.2).
Затем перекрыватель 1 спускают в скважину, последовательно соединяя цилиндрическими участками 3 с помощью резьбы 4 профильные трубы 2 между собой. После сборки перекрывателя 1 его фиксируют на устье скважины и к верхней цилиндрической части 3 (фиг.1) перекрывателя 1 при помощи резьбы 4 (фиг.3) привинчивают трубу 16 (фиг.4) с гофрированным верхним концом, в которой установлена направляющая 20 (фиг.1) с замковым механизмом 10 (фиг.3). При этом внутренний выступ 14 цилиндрической части 3 (фиг.1) трубы 16 (фиг.4) за счет взаимодействия с наружной проточкой 13 (фиг.3), выполненной на наружной поверхности внутреннего дорна 22 (фиг.1), установленного на направляющей 20, надежно и герметично (благодаря уплотнению 15 (фиг.3)) фиксирует перекрыватель 1 (фиг.1) па колонне труб.
Причем выше замкового механизма 10 (фиг.3) на направляющей 20 (фиг.1) устанавливают специальный дорн 18 таким образом, чтобы его выступы 21 (с целью исключения проворота перекрывателя 1 вокруг оси и равномерной продольной раздачи его верхнего профильного конца) на конусной поверхности 19 входили внутрь лучей 17 (фиг.4) трубы 16 верхнего конца перекрывателя 1 (фиг.1). Выше дорна 18 устанавливают секции 9 расширяющей головки и узел соединения с колонной труб.
Далее перекрыватель 1 продолжают спускать в скважину на колонне труб (бурильных труб и/или утяжеленных бурильных труб, в зависимости от необходимого суммарного веса устройства для дорнирования и калибровки профильных труб 2 (фиг.2) перекрывателя 1 (фиг.1, 2)), при этом скважинная жидкость заполняет внутреннюю полость перекрывателя 1 через сквозной канал 24 (фиг.2) и обратный шаровой клапан 6 башмака 5. После спуска перекрывателя 1 в интервал изоляции зоны осложнения в колонне труб с помощью бурового насоса создают избыточное гидравлическое давление, которое через центральные каналы расширяющей головки и направляющей 20 (фиг.1) дорна 18 передается во внутреннюю полость перекрывателя 1 и за счет перекрытия обратного шарового клапана 6 (фиг.2) башмака 5 выправляет профильные трубы 2 перекрывателя 1 до плотного их прижатия к стенкам скважины, фиксируя перекрыватель 1 относительно скважины.
Затем, создавая нагрузку на колонну труб, начинают с помощью дорнов 22, 18, 9 (фиг.1) последовательно дорнировать верхнюю гофрированную трубу 16 (фиг.4), цилиндрические участки 3 (фиг.1, 2) профильных труб 2 (фиг.2) перекрывателя 1 и калибровать их профильные участки до более плотного прижатия перекрывателя 1 к стенкам скважины, при этом дорн 18 (фиг.1), перемещаясь вниз, скользя выступами 21 вдоль внутренних стенок лучей 17 (фиг.4) гофр верхней трубы 16 перекрывателя 1 (фиг.1), одновременно раздает конусной поверхностью 19 гофры трубы 16 (фиг.4), а секции 9 (фиг.1) расширяющей головки дораздают их окончательно до образования раструба необходимого размера на входе в перекрыватель 1.
По достижении замковым механизмом 10 (фиг.3) башмака 5 (фиг.2) втулка 11 (фиг.1) ловителя захватывает выступ 7 (фиг.2) ловильной головки башмака 5, пружинные кольца 12 (фиг.1) втулки 11 входят в зацепление с кольцевыми канавками 8 (фиг.2) выступа 7 ловильной головки башмака 5, надежно фиксируя его в расширяющей головке. Одновременно благодаря конусной поверхности 28 вставки 23 башмака 5 происходит раздача гофр нижней трубы 16 (фиг.5), которая окончательно раздается при прохождении через нее дорнов 18 (фиг.1) и секций 9 расширяющей головки, образуя на конце перекрывателя 1 (фиг.2) раструб с необходимым внутренним диаметром.
Затем компоновку, состоящую из башмака 5, замкового механизма 10 (фиг.3) с дорном 18 (фиг.1), секций 9 расширяющей головки на колонне труб, извлекают из скважины.
Предложенное устройство обладает большой надежностью и более широким спектром технологических возможностей за счет создания па концах перекрывателя при его установке раструба необходимого размера благодаря гофрированным участкам труб на концах перекрывателя, периметр гофр которых при радиальном расширении исключает «концевой эффект» (радиальное сужение) за счет отсутствия упругой деформации, что позволяет скважинному оборудованию безаварийно проходить через перекрыватель.