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, 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, 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, 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 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, 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 близлежащая к скважине территория, при этом, после спуска колонны труб ее необходимо заполнить технологической жидкостью для привода в действие поршня гидроцилиндра. Кроме того, при подъем 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 механизм снабжен пакером, выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты, пропускающей снизу вверх, при этом пакер верхним концом корпуса телескопически размещен с возможностью ограниченного осевого перемещения во внутренней цилиндрической проточке, выполненной на нижнем конце колонны труб, при этом корпус пакера выше самоуплотняющейся манжеты снабжен рядом сквозных каналов, герметично перекрытых в рабочем положении, при этом полый шток сверху жестко соединен с корпусом пакера, а снизу - с гидроцилиндром, выполненным сквозным.
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 возможностью давления сверху на расширяющий узел 5 и состоящего из гидроцилиндра 10 и полого штока 11. Механизм 7 снабжен пакером 12, а на нижнем конце колонны труб 8 выполнена внутренняя цилиндрическая проточка 13. Пакер 12 выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты 14, пропускающей снизу вверх.
Пакер 12 верхним концом корпуса 15 телескопически установлен во внутренней цилиндрической проточки 13 колонны труб 8 и имеет возможность ограниченного осевого перемещения в ее пределах. Корпус 15 пакера 12 выше самоуплотняющейся манжеты 14 снабжен рядом сквозных каналов 16, герметично перекрытых в рабочем положении. Полый шток 11 сверху жестко соединен с корпусом 15 пакера 12, а снизу - с гидроцилиндром 10, выполненным сквозным.
Устройство работает следующим образом.
Пакерующее устройство в сборе вместе с расширяющим узлом 5, как показано на фигуре, на конце дополнительной обсадной колонны 1 спускают в скважину, при этом
корпус 2, выполненный в виде парубок 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, при этом, в процессе спуска колонны труб 8 в дополнительную обсадную колонну 1, находящаяся в скважине жидкость не замедляет скорость спуска колонны труб 8, а заполняет внутренние пространства 17 и 18, соответственно, колонны труб 8 и дополнительной обсадной колонны 1 через самоуплотняющуюся манжету 12, пропускающую скважинную жидкость снизу вверх и сквозной гидроцилиндр 10, через полый шток 11, а также ряд сквозных каналов 16, выполненных в корпусе 15 пакера 12. Спуск колонну труб 8 с механизмом 7 на нижнем конце продолжают до тех пор, пока толкатель 9 гидроцилиндром 10 не обопрется на расширяющий узел 5 (определяется по снижению веса колонны труб 8), при этом ряд сквозных каналов 16 корпуса 15 пакера 12 герметично перекрываются нижним концом колонны труб 8, которая опускается вниз относительно пакера 12 в пределах внутренней цилиндрической проточки 13.
Затем доливают с устья скважины технологическую жидкость во внутреннее пространство 17 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 устье скважины на опорном фланце обсадной колонны.
Далее во внутреннем пространстве 18 дополнительной обсадной колонны 1 создают избыточное давление посредством насосного агрегата (на фиг. не показано), установленного на устье скважины, при этом избыточное давление передается на самоуплотняющуюся манжету 13, которая прижимается к внутренним стенкам дополнительной обсадной колонны 1 и не пропускает жидкость сверху вниз, при этом в определенный момент по мере увеличения избыточного давления во внутреннем пространстве 18 дополнительной обсадной колонны 1 пакер 12, жестко связанный с колонной 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 место нарушения обсадной колонны скважины.
После прохождения корпуса 2 расширяющим узлом 5, последний падает на забой (на фиг. не показан) скважины, при этом весь механизм 7, находящийся на конце колонны
труб 8, перемещается вниз относительно внутренней цилиндрической проточки 13, выполненной на нижнем конце колонны труб 8. В результате открывается ряд сквозных каналов 16 корпуса 15 пакера 12, герметично перекрытых в рабочем положении, при этом давление внутри колонны труб 8 резко падает, а пространство обсадной колонны 1 под пакером 12 сообщается с внутренним пространством 17 колонны труб 8, кроме того, скважинная жидкость, находящаяся во внутреннем пространстве 18 дополнительной обсадной колонны 1, перетекает через ряд сквозных каналов корпуса 15 пакера 12 во внутреннее пространство 17 колонны труб 8, а это исключает излив скважинной жидкости на устье скважины при дальнейшем подъеме колонны труб 8.
Процесс установки пакерующего устройства дополнительной обсадной колонны 1 завершен. После чего колонну труб 8 с механизмом 7 на конце 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 близлежащая к скважине территория.