ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ И ДЕФЕКТНЫХ УЧАСТКОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН
EQUIPMENT FOR RESTORATION OF WORN AND DEFECTIVE AREAS OF OPERATING COLUMNS OF OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для герметизации обсадных колонн нефтегазовых скважин.
Известны способ и устройство для герметизации стенок скважины по патенту РФ №2363832, МПК Е21В 29/00, опубл. 10.08.2009, включающее расширяющуюся трубу в виде гладкого металлического патрубка с полой пробкой, башмаком и эластичными уплотнителями на концах, якорь и гидравлический посадочный инструмент с расширяющей оправкой в виде вальцующей головки с изменяемым вылетом роликов, переводником с присоединительной резьбой и телескопически связанного с ним резьбовым соединением полого штока с обратным клапаном.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и невозможность герметизации значительных по протяженности повреждений эксплуатационной колонны, а также нескольких участков негерметичности, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.
Известно устройство для изоляции эксплуатационной колонны (патент РФ на полезную модель №65107, МПК Е21В 29/10, опубл. 27.07.2007), включающее пластырь, якорный узел, посадочный инструмент и расширяющую оправку; по концам пластыря размещены кольцевые уплотнители, выполненные из более пластичного металла, чем материал пластыря. Якорный узел выполнен в виде остроконечных твердых зубцов, установленных внизу на наружной поверхности пластыря.
Недостатком данного устройства, как и предыдущего, является ограничение длины негерметичности эксплуатационной колонны, которую нужно ремонтировать. Кроме того, существенным недостатком является значительное сужение проходного сечения колонны за счет использования металлических колец и якорного устройства. К недостаткам также следует отнести то, что якорный узел усложняет конструкцию и делает систему неизвлекаемой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту решением (прототипом) является устройство для герметизации обсадной колонны (патент RU №2236550, МПК Е21В 29/10, опубл. 20.09.2004), включающее пластырь в виде металлического патрубка, гидравлический посадочный инструмент и расширяющую оправку, выполненную в виде усеченного конуса. По концам пластыря в кольцевых цилиндрических канавках, выполненных снаружи, размещены эластичные уплотнители, у которых наружный размер превышает поперечный габарит пластыря, а посадочный инструмент снабжен гидравлическим якорем. Герметизация дефектного участка обсадной колонны достигается за счет расширения пластыря, выполненного в виде тонкостенного патрубка, фактически методом холодной штамповки при помощи пуансона, роль которого выполняет расширяющая оправка в виде усеченного конуса.
К недостаткам данной конструкции следует отнести большое количество сложных сопрягаемых деталей гидростатического привода, что ведет к удорожанию и снижению надежности всей конструкции, а также общий для всех рассмотренных устройств недостаток - невозможность герметизации значительных по протяженности повреждений обсадной колонны, а также нескольких участков негерметичности, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.
Технической задачей является разработка способа, обеспечивающего надежную герметизацию протяженных дефектных участков эксплуатационной колонны и мест негерметичности, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, при минимальном сужении проходного сечения колонны.
Поставленная задача решается описываемым способом, включающим спуск внутрь предварительно исследованной эксплуатационной колонны к месту расположения ее негерметичности оборудования, состоящего из последовательно свинченных при помощи специальной резьбы пластырей в виде тонкостенных труб из пластичных сортов стали, внутри которых расположены посадочный узел и узел расширения. Общую длину и количество свинченных пластырей определяют по результатам геофизических исследований скважины. Каждый из пластырей имеет снаружи на концах привулканизированные эластичные уплотнительные кольца. Процесс расширения и герметизации осуществляют при помощи гидромеханического воздействия расширяющей оправки на стенки пластырей, которые прижимаются к стенкам обсадной колонны через уплотнительные эластичные кольца, в результате чего дефектные участки колонны надежно изолируются. При этом за счет специальной геометрии резьбы вместе со стенками пластырей расширяются и резьбовые соединения последних, сохраняя прочностные свойства и герметичность.
Заявляемый способ реализуется в оборудовании, включающем гладкие пластыри в виде тонкостенных труб из сортов стали, имеющих вязкопластичные характеристики. Каждый пластырь имеет с одного конца специальную низкопрофильную упорно-трапецеидальную коническую внутреннюю резьбу, а с другого - такую же наружную резьбу, что позволяет свинчивать пластыри последовательно друг с другом. Кроме того, каждый пластырь снаружи имеет на концах привулканизированные эластичные уплотнительные кольца, например, из набухающей резины. Помимо этого, нижний пластырь предварительно расширен с нижнего торца до размера, обеспечивающего гарантированный зазор между стенкой обсадной колонны и расширенной частью. В последней герметично закреплен разбуриваемый башмак с обратным клапаном и седлом прокачиваемой пробки, образуя посадочный узел. Узел расширения выполнен в виде жестко закрепленной на трубчатой тяге оправки с конической поверхностью, при этом вершина конуса направлена вверх. Прокачиваемая пробка также входит в состав узла расширения. Посадочный узел расположен вслед за узлом расширения и соединен с ним трубчатой тягой - с одной стороны, и с подъемным устройством - с другой.
Перед сборкой оборудования на скважине проводят подготовку обсадной колонны, определяют места нарушения герметичности, проводят райбирование, дефектоскопию, запись профиля притока. После получения результатов гидродинамических исследований скважины проводят предварительный расчет количества расширяемых пластырей и определяют места их установки. Затем после опрессовки обсадной колонны, НКТ, поверхностного оборудования (не показано) приступают к спуску оборудования в скважину к месту негерметичного участка, например, с использованием роторных клиньев, безопасного хомута, подъемного патрубка и фальш-ротора, предварительно соединив сборку оборудования с трубой НКТ при помощи безопасного переводника (не показаны). Далее начинают нагнетание рабочей жидкости для создания давления и срабатывания узла запуска. Продавочную пробку сбрасывают в устье скважины, и она садится в седло. По скачку давления определяется посадка пробки в седло, при этом перекрывается доступ нагнетаемой жидкости к обратному клапану башмака, и поток перенаправляется в полость между узлом расширения и башмаком, в результате чего узел расширения, включающий коническую оправку, начинает движение вверх, производя расширение пластырей. При этом резьбовые соединения пластырей также подвергаются расширению в радиальном направлении, сохраняя механическую прочность и герметичность. С целью облегчения процесса расширения пластырей помимо подачи жидкости под давлением в узел расширения, к конусной оправке дополнительно прилагается дополнительно усилие подъемника буровой установки через НКТ. После выхода расширяющего инструмента из верхнего пластыря производят опрессовку отремонтированной обсадной колонны давлением 100 атм в течение 30 минут. Затем разбуривают башмак, выполненный из мягкого металла, например из алюминиевого сплава, проводят геофизические исследования скважины и запускают ее в эксплуатацию.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, являются:
1. Длина ремонтируемого участка колонны не ограничена.
2. Комбинированное воздействие на узел расширения - давлением жидкости и усилием подъемника через НКТ.
Существенными отличительными признаками по устройству являются:
1. Специальная низкопрофильная упорно-трапецеидальная коническая резьба на концах пластырей с возможностью радиального расширения и сохранением прочностных свойств и герметичности.
2. Уплотнительные эластичные кольца из набухающего эластомера на концах пластырей.
3. Сбрасываемая продавочная пробка.
4. Коническая расширяющая оправка одновременно служит поршнем для жидкости под давлением и жестко связана с подъемником буровой установки.
Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволяет установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".
Использование новых признаков в совокупности с известными и новых связей между ними обеспечивает достижение технического результата изобретения, а именно восстановление изношенных и дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин.
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - схема последовательного соединения пластырей.
1 - промежуточный пластырь;
2 - конечный пластырь;
3 - эластичное уплотнительное кольцо.
Фиг. 2 - вид А на фиг. 1 в масштабе увеличения (пример конструктивного исполнения специальной низкопрофильной упорно-трапецеидальной конической резьбы, сохраняющей свойства прочности и герметичности при радиальном расширении).
Фиг. 3 - продольный разрез нижнего конечного пластыря 2.
4 - разбуриваемый башмак;
5 - обратный клапан;
6 - седло продавочной пробки;
7 - узел расширения;
8 - продавочная пробка;
9 - соединительная муфта.
Фиг. 4 - продольный разрез верхнего конечного пластыря 2.
10 - посадочный узел;
11 - мандрель посадочного узла;
12 - центрирующая манжета;
13 - шламоулавливающая манжета;
Фиг. 5 - схема последовательности работы оборудования для восстановления изношенных и дефектных участков обсадной колонны.
5 а - спуск оборудования;
5 б - сброс продавочной пробки;
5 в - запуск расширения пластырей;
5 г - подъем узла расширения;
5 д - разбуривание башмака.
Оборудование для восстановления изношенных и дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин включает соединяемые последовательно при помощи специальной низкопрофильной упорно-трапецеидальной конической резьбы промежуточные (1) и верхний и нижний конечные (2) пластыри в виде тонкостенных труб, например, из вязкопластичных марок сталей. На наружной поверхности по концам каждого из пластырей (1) и (2) расположены (например, привулканизированы) эластичные уплотнительные кольца (3), например, из набухающего водной или нефтяной среде эластомера. Нижний конечный пластырь (2) отличается от промежуточных (1) и конечного верхнего (2) пластырей тем, что имеет на одном конце присоединительную наружную коническую резьбу, а на другом - предварительно расширенный воронкообразный участок, в который герметично вставлен разбуриваемый башмак (4) с обратным клапаном (5) и седлом (6) для продавочной пробки (8). В этом же участке нижнего конечного пластыря (2) расположен узел расширения (7), состоящий из жестко закрепленной на мандрели конической оправки, выполненной из высокопрочных сортов стали и предназначенной для холодной деформации пластыря и увеличения его радиальных размеров. Узел расширения (7) соединен при помощи соединительной муфты (9) и трубчатой тяги (не показана) с посадочным узлом (10), который, в свою очередь, соединен при помощи подъемного устройства и НКТ (не показаны) с подъемником буровой установки. На мандрели (11) посадочного устройства (10) надеты центрирующие (12) и шламоулавливающие (13) манжеты.
Оборудование для восстановления изношенных и дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин работает следующим образом. В соответствии с фиг. 5а сборку из свинченных межу собой пластырей (1) и (2) с помещенными внутрь узлами расширения (7) и посадочным (10) опускают в зону негерметичности эксплуатационной колонны при помощи колонны бурильных или насосно-компрессорных труб (НКТ). Количество промежуточных пластырей (2) и длину всей сборки предварительно определяют при исследовании скважины. Начинается нагнетание рабочей жидкости для создания давления в узле расширения (7). Затем в трубу НКТ (не показана) сбрасывается продавочная пробка (8), которая садится в седло (6), перекрывая обратный клапан (5), в результате чего создается давление жидкости в полости под конической оправкой узла расширения (7), которая начинает движение вверх, производя расширение нижнего пластыря (2), деформируя его в радиальном направлении и прижимая стенки последнего через эластичные уплотнительные кольца (3) к стенкам эксплуатационной колонны, попутно обеспечивается якорение сборки пластырей (фиг. 5б, 5в). Дальнейшее движение узла расширения (7) вверх обеспечивается комбинированным воздействием давления жидкости, нагнетаемой наземным насосным агрегатом, и усилием подъемника буровой установки (не показаны). Центрирующие (12) и шламоулавливающие (13) манжеты посадочного устройства (10) предотвращают перетечки нагнетаемой жидкости из зоны расширения пластырей. После завершения процесса расширения всей сборки пластырей (1) и (2) узел расширения (7) поднимается на поверхность (фиг. 5г). В процессе расширения всей сборки свинченных пластырей (1) и (2) резьбовые соединения последних также расширяются, сохраняя при этом механическую прочность и герметичность. После удаления узла расширения (7) и посадочного узла (10) из сборки пластырей (1) и (2) производится опрессовка восстановленного участка эксплуатационной колонны давлением 100 атм в течение 30 минут. Затем разбуривают башмак (4) вместе с седлом (6) и продавочной пробкой (8) (фиг. 5д), проводят геофизические исследования и запускают скважину в эксплуатацию.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить способ и оборудование для восстановления изношенных и дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин, в котором достигается увеличение надежности и эффективности работы.
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, раскрытой в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.