ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЗАДЕЛКИ ОТВЕРСТИЙ ИЛИ ТРЕЩИН В НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБАХ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ
HYDRAULIC DEVICE AND METHOD OF DETECTION AND SEALING OF HOLES OR CRACKS IN OIL WELL TUBING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к насосно-компрессорным трубам нефтяных скважин, а также к устройству и способу заделки отверстий или трещин на месте повреждения, которые образовались в результате коррозии и воздействия других факторов на стенки труб, предназначенных для добычи нефти, на любом из участков труб. В частности, изобретение относится к новому устройству, которое позволяет герметически уплотнить отверстие или трещину, через которое происходит утечка. После того как местоположение утечки определено с поверхности при помощи контролируемого гидравлического перемещения устройства к месту утечки, данное устройство крепится к отверстию или трещине таким образом, чтобы после расположения, крепления и заделки можно было сразу продолжить подачу нефти, без необходимости остановки добычи на длительный срок до тех пор, пока трубопровод не будет извлечен и пока отверстие не будет заделано на поверхности.
Уровень техники
Добыча нефти через скважины выполняется при помощи насосно-компрессорных труб, которые устанавливают с поверхности до забоя скважины, на уровне, на котором находится месторождение. Такие трубы с диаметром меньше диаметра обсадных труб для скважины изготавливают из стали и обычно они обладают высокой устойчивостью к коррозии, вызванной флюидами (вода, нефть и газ), которые переносятся из скважины на поверхность. Однако устойчивость труб к коррозии имеет определенные пределы, выход за которые может привести к серьезным изменениям, в том числе к возникновению отверстий или трещин, которые могут серьезно повлиять на непрерывность добычи.
Что касается нефти и других флюидов, наличие отверстия или трещины может быть быстро обнаружено при снижении давления добываемого флюида. Таким образом, при обнаружении утечки в насосно-компрессорных трубах необходимо как можно скорее устранить причину, в частности, по финансовым соображениям (из-за потерь продукта), а также из-за того, что это может привести к усугублению проблем, если не принять соответствующие меры, вплоть до прекращения добычи на долгое время для устранения проблемы, что приведет к значительному увеличению расходов на добычу не только из-за остановки добычи нефти, но и из-за расходов, связанных с трубопроводом и управляющими приспособлениями, насосами для добычи флюида (при наличии), муфтами и другими элементами, которые являются частью трубопровода и внутреннего эксплуатационного оборудования насосно-компрессорных труб нефтяной скважины, а также к увеличению расходов на последующую замену для продолжения добычи.
В нефтяной промышленности существует большое количество скважин, которые закрыты из-за поврежденных труб или образования отверстий, или трещин, что приводит к производственным потерям. Время, требуемое для замены поврежденного трубопровода, зависит от доступности ремонтных буров; таким образом, восстановление скважины может занять несколько недель или месяцев.
Из уровня техники известно несколько способов решения данной проблемы, которые, в частности, описаны в следующих патентах:
патент ЕР 2304306 А1 «Способ ремонта на месте для отверстия в системе "труба в трубе"», от 31 марта 2009 г. В данном патенте раскрыт способ ремонта на месте отверстий в системе «труба в трубе». Данный способ содержит следующие этапы: вводят устройство для заделки отверстий в систему «труба в трубе», обнаруживают отверстие в системе «труба в трубе», и подают закупоривающий материал для заделки в отверстие через устройство для заделки отверстия. Следовательно, любые отверстия в трубах системы «труба в трубе» могут быть отремонтированы без расходов на извлечение внутренней трубы из наружной трубы. Кроме того, для данного способа используется специальное устройство.
Патент США 5785120 «Накладка для труб» от 28 июля 1998 г. В данном патенте раскрыто следующее: система для установки накладок на трубы, которая в соответствии с одним вариантом реализации используется в качестве системы для установки накладок «по трубам» и имеет корпус и серию выборочно удлиняемых элементов, которые после перемещения через трубу с первым диаметром, растягиваются в трубе со вторым диаметром, превышающим первый диаметр, при этом они могут использоваться для расширения поверхностной накладки, предназначенной для заделки утечки в трубе со вторым диаметром. Данная система может быть использована в трубе, расположенной внутри скважины, или в трубе, расположенной на поверхности земли.
Способы, предложенные в вышеуказанных патентах, отличаются от способа, предложенного в настоящем изобретении, поскольку в заявленном способе не требуется использование материалов для заделки или накладок для заполнения отверстия. Вместо этого используется гидравлическое устройство для обнаружения и заделки отверстия или трещины; при этом данное устройство устанавливается в месте, где расположено отверстие или трещина; после чего добыча незамедлительно возобновляется.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к гидравлическому устройству и способу определения места утечки в подземном трубопроводе, вызванной наличием отверстия или трещины, или утечки через резьбовое соединение в трубопроводе, по которому проходит нефть или другая аналогичная жидкость и который расположен под землей. Новые гидравлическое устройство и способ позволяют обнаруживать и заделывать отверстия или трещины в насосно-компрессорных трубах нефтяных скважин. Данное устройство содержит верхний участок, нижний участок, удлинительный участок, гидравлический позиционер для определения места утечки, а также средства для крепления устройства на уровне отверстия или трещины.
2
Данное устройство гидравлически перемещается с поверхности через внутреннюю часть насосно-компрессорных труб с помощью флюида, подаваемого под давлением 344,74 кПа (50 фунт/дюйм). При обнаружении отверстия или трещины устройство останавливается. В этот момент технический специалист, контролирующий работу на поверхности, увеличивает гидравлическое давление флюида в несколько этапов таким образом, чтобы оборудование зафиксировалось в соответствующем месте и обеспечило герметичную заделку между корпусом гидравлического устройства и отверстием или трещиной, обнаруженным в насосно-компрессорных трубах, чтобы восстановить нормальное течение потока флюида в скважине через внутренние трубы, являющиеся частью гидравлического устройства, после заделки отверстия или трещины с помощью указанного устройства.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет быстро и безопасно решить проблему снижения скорости выходного потока и давления, вызванного утечкой добываемого флюида, в частности, в нефтяных насосно-компрессорных трубах, которая, как было отмечено ранее, привела бы к значительным эксплуатационным потерям из-за больших расходов, связанных с современными методами добычи.
Цель настоящего изобретения заключается в следующем: при появлении отверстия или трещины в насосно-компрессорных трубах нефтяной скважины или в резьбовом соединении на любой глубине не должна возникать необходимость ремонта скважины с помощью вышки, которая позволяет восстановить всю эксплуатационную колонну и обнаружить место повреждения трубы или вспомогательное оборудование, которое требуется заменить. Это связано с тем, что данный подход приведет к потере, как минимум, 7 дней работы скважины, а также увеличению расходов из-за необходимости технического обслуживания или замены вспомогательного оборудования и скважинного насоса. Данную проблему можно решить простым и экономичным способом, путем использования заявленных в настоящем документе гидравлического устройства и способа обнаружения и заделки отверстий или трещин в насосно-компрессорных трубах нефтяных скважин, благодаря чему восстановление нормальной работы скважины занимает около 6 часов.
Устройство и способ, описанные в настоящем изобретении, предпочтительно используются в скважинах с устройствами для подъема нефти при помощи погружных электрических насосов, гидравлических насосов или фонтанным способом. Данное устройство имеет длину от 2 м до 3 м и диаметр от 75 мм до 115 мм.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение стандартного механического оборудования нефтяной скважины для добычи при помощи гидравлических и/или электрических насосов, фонтанным способом, на котором изображены: устье скважины с соответствующей пробкой 01; центральный клапан для ввода инструментов или устройств к забою скважины 02 через насосно-компрессорные трубы, насосно-компрессорные трубы 03, по которым под высоким давлением проходит и нагнетается рабочая жидкость к грунтовому насосу, расположенному в циркуляционной муфте 04, который может представлять собой струйный гидравлический насос или погружной электрический насос, либо насос может отсутствовать в случае добычи флюида фонтанным способом; кольцевое пространство 05; обсадная труба 06; уплотнительную прокладку 07, установленную в забое скважины, которая изолирует месторождение 08 от кольцевого пространства 05. Кроме того, механическое оборудование содержит посадочный ниппель 09, в котором расположен гидравлический запорный клапан для проведения проверок насосно-компрессорных труб 03 на герметичность; а также глухую пробку 11 для отделения более глубоких месторождений.
На Фиг. 2 представлено поперечное сечение гидравлического устройства в сборе, в соответствии с настоящим изобретением, которое содержит четыре участка: верхний участок, удлинительный участок, центральный участок и нижний участок.
Верхний участок содержит: ловильную шейку 12, используемую для возврата гидравлического устройства с помощью каната; один верхний цилиндр 13А, в котором соединены верхние средства для перемещения, содержащие две прокладки 14А, два фиксирующих резиновых элемента 15А, два резиновых фиксатора 16А и регулировочная гайка 17А для регулировки фиксирующих резиновых элементов 15А. Также установлен один патрубок 18А.
Удлинительный участок содержит: один верхний поршень 19В, к которому прикреплены верхние средства для заделки, содержащие три компенсатора 20В, прикрепленных к верхнему концу удлинительной трубы 24 В при помощи верхнего фиксатора уплотнения 21 В, который в свою очередь крепится к указанной удлинительной трубе при помощи двух срезных установочных болтов 22В. На нижнем конце верхнего поршня 19 В расположены средства для временного перекрытия внутреннего потока, которые содержат один фиксатор мембраны 23В и разрывную мембрану 34В.
Центральный участок содержит: нижний переходник 25С, с которого начинается участок и с помощью которого соединяются удлинительная труба 24В и центральный цилиндр 26С, на котором установлены нижние приспособления для перемещения, содержащие две прокладки 14С, два фиксирующих резиновых элемент 15С, один резиновый фиксатор 16С. Это позволяет обнаружить отверстия или трещины в насосно-компрессорных трубах, используя нижний фиксирующий резиновый элемент 15С, который расположен в перевернутом положении по сравнению с верхним фиксирующим резиновым элементом.
Нижний участок содержит: нижний корпус поршня 27D, у которого сходятся центральный цилиндр 26С и нижний цилиндр 29D, имеющий два отверстия для протока 35D; при этом нижний поршень 28D скользит внутри корпуса и приводит в движение нижние средства для заделки, которые содержат 3 компенсатора 20D и нижний фиксатор уплотнения 30D, который фиксирует компенсаторы в определенном положении. К нижнему концу нижнего поршня 28D присоединен скользящий конус 31D, который, в свою очередь, приводит в движение средства для крепления, которые содержат корпус 33D, два клина 32D, фиксатор мембраны 23D и разрывную мембрану 34D.
На Фиг. 3 представлено поперечное сечение гидравлического устройства (по Фиг. 2), перемещающегося через внутреннюю часть насосно-компрессорных труб 03. Верхний и нижний фиксирующие резиновые элементы 15А и 15С находятся в выдвинутом положении, при этом флюид вытекает через отверстие или трещину 10, в то время как гидравлическое устройство (фиг. 2) продолжает перемещаться к отверстию или трещине через внутреннюю часть насосно-компрессорных труб 03.
На Фиг. 4 представлено поперечное сечение гидравлического устройства (по Фиг. 2) после его установки, крепления и заделки обнаруженного отверстия или трещины 10. На данной фигуре показано, что фиксирующий резиновый элемент 15С находится в перевернутом положении, блокируя движение флюида через отверстие или трещину 24В; 2 верхних срезных установочных болта 22В срезаны; верхний поршень 19В смещен внутрь удлинительной трубы 24В; 3 верхних компенсатора 20В расширены; разрывная мембрана 34В здесь разорвана; флюид проходит через удлинительную трубу 24В, центральный цилиндр 26С, нижний цилиндр 29D и два отверстия для протока 35D; у корпуса нижнего поршня 24В два нижних срезных установочных болта 22D срезаны, нижний поршень 28D смещен вниз, три нижних компенсатора 20D расширены, два нижних клина 32D закреплены в насосно-компрессорных трубах при помощи скользящего конуса 31D, смещенного вниз, а нижняя разрывная мембрана 34D разорвана.
На Фиг. 5 представлено поперечное сечение пути потока флюида через внутреннюю часть гидравлического устройства после обнаружения отверстия или трещины, и обратного внутреннего пути потока флюида, проходящего вверх от нижнего цилиндра 29D через центральный цилиндр 26С, удлинительную трубу 24В, верхний цилиндр 13А и выходящего наружу через ловильную шейку 12, чтобы можно было возобновить использование насосно-компрессорных труб 03 после заделки отверстия или трещины.
На Фиг. 6 представлено поперечное сечение средств для крепления, установленных в гидравлическом устройстве (по Фиг. 2), при их использовании. На данном чертеже показано отверстие или трещина 10 в насосно-компрессорных трубах 03, а также расположение двух нижних клиньев 32D и скользящего конуса 31D.
Осуществление изобретения
Для использования гидравлического устройства и способа для определения и заделки отверстий или трещин в насосно-компрессорных трубах нефтяных скважин необходимо выполнение следующих этапов:
Первый этап: перед выполнением заделки определяют технические характеристики работы эксплуатационного оборудования и скважины, которые должны соответствовать следующим требованиям:
a) тип подъема нефти; предпочтительные варианты: использование гидравлического струйного насоса (JHP), естественное фонтанирование (NF) или использование погружного электрического насоса (SEP) (Фиг. 1);
b) диаметр установленных насосно-компрессорных труб 03 должен находиться в пределах от 75 мм до 115 мм;
c) наличие посадочного ниппеля 09 и циркуляционной муфты 04 в нижней части насосно-компрессорных труб;
d) наличие следующих данных о скважине и эксплуатационном оборудовании: скорость потока, параметры добываемых флюидов, давления в забое скважины и рабочие давления для механизированной добычи.
Второй этап: проводят испытания труб на герметичность.
2
2
После получения информации о скважине и эксплуатационном оборудовании проводят проверку насосно-компрессорных труб 03 на герметичность, для чего устанавливают клапан на посадочном ниппеле 09 в забое скважины или на циркуляционной муфте 04; такая установка является стандартной и известна из уровня техники. После установки клапана в забое скважины, в насосно-компрессорных трубах создают давление путем нагнетания флюида с поверхности, при повышенном давлении в пределах от 689,48 кПа (100 фунт/дюйм) до 27939,03 кПа (4000 фунт/дюйм); когда давление нагнетаемого флюида перестает увеличиваться, насосно-компрессорные трубы считаются герметичными; при этом снижение давления свидетельствует о наличии утечки флюида через отверстие или трещину 10 на любом участке насосно-компрессорных труб 03 по направлению к кольцевому пространству 05. После этого собирают информацию о потоке флюида, циркулирующего через кольцевое пространство 05, который будет соответствовать потоку флюида, циркулирующего через отверстие или трещину 10, используя расходомер, установленный на поверхности. Информация о потоке флюида необходима для того, чтобы определить характеристики отверстия или трещины в насосно-компрессорных трубах.
Третий этап: способ герметичной заделки.
После выполнения вышеуказанных этапов и подтверждения наличия отверстия или трещины в насосно-компрессорных трубах 03, выполняют следующий этап, основанный на использовании нового гидравлического устройства, как описано в отношении Фиг. 2, которое вводят и прикрепляют к насосно-компрессорным трубам, чтобы выполнить герметичную заделку:
2
Гидравлическое устройство (Фиг. 2) гидравлически перемещают с поверхности через внутреннюю часть насосно-компрессорных труб, которые заполнены флюидом, использованным для выполнения вышеуказанной проверки на герметичность, под давлением 344,74 кПа (50 фунт/дюйм); остановка устройства и увеличение давления указывают на обнаружение местоположения отверстия или трещины 10 (см. Фиг. 4), это связано с тем, что устройство перестает двигаться вперед из-за достижения им уровня столба жидкости, находящегося между нижним клапаном и уровнем, на котором расположено отверстие или трещина; в этот момент техник, контролирующий работу на поверхности, начинает увеличивать гидравлическое давление, чтобы устройство могло зафиксироваться в соответствующем месте (Фиг. 5) и обеспечило герметичную заделку между корпусом гидравлического устройства и насосно-компрессорными трубами при помощи верхних компенсаторов 20В и нижних компенсаторов 20D, заполняя отверстие или трещину 10, обнаруженное в насосно-компрессорных трубах 03 и тем самым обеспечивая свободную циркуляцию флюидов через гидравлическое устройство без утечек между скважиной и поверхностью, или, наоборот, через гидравлическое устройство.
Для выполнения вышеуказанного способа необходимо выполнить следующие действия:
I. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА
1. Нагнетаемый флюид подается через ловильную шейку 12, и проходит через верхний цилиндр 13А до того, как он достигнет разрывную мембрану 34В, тем самым принуждая гидравлическое устройство перемещаться вниз.
2. При этом флюид снаружи гидравлического устройства (см. Фиг. 2) вызывает расширение фиксирующих резиновых элементов 15А, которые контролируют перемещение гидравлического устройства вниз.
3. Таким образом, флюид в насосно-компрессорных трубах постепенно перемещают с помощью гидравлического устройства (см. Фиг. 2), которое выталкивает флюид вниз к выходу через отверстие или трещину 10 в насосно-компрессорных трубах 03 до тех пор, пока средства для обнаружения или фиксирующий резиновый элемент 15С, находящийся в перевернутом положении (см. Фиг. 4), не закроет отверстие или трещину, тем самым устраняя утечку.
II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОТВЕРСТИЯ ИЛИ ТРЕЩИНЫ И УСТАНОВКА ВЕРХНЕГО УЧАСТКА
2
1. В тот момент, когда отверстие или трещина 10 (См. Фиг. 4) закрыто, давление, измеренное на поверхности, увеличивается до 8273,76 кПа (1200 фунт/дюйм), что приводит к разрушению срезных установочных болтов 22 В и освобождению верхнего поршня 19В, который начинает перемещаться вниз через внутреннюю часть удлинительной трубы 24В удлинительного участка, а затем перемещается внутрь верхних компенсаторов 20В и прижимает их к внутренним стенкам насосно-компрессорных труб 03, устанавливая верхний участок (см. Фиг. 4) гидравлического устройства и герметично заделывая его (см. Фиг. 2).
III. УСТАНОВКА НИЖНЕГО УЧАСТКА
2
1. Для установки нижнего участка увеличивают давление до 15168,56 кПа (2200 фунт/дюйм), в результате чего происходит разрушение верхней разрывной мембраны 34В в верхнем участке, что приводит к перемещению флюида, нагнетаемого с поверхности, вниз через удлинительную трубу 24В удлинительного участка в центральный цилиндр 24В центрального участка и в нижний цилиндр 29D нижнего участка, до достижения им нижней разрывной мембраны 34D. После этого давление снижается до исходного более низкого значения.
2
2. Давление флюида увеличивают для того, чтобы он прошел через отверстия для протока 35D в нижнем цилиндре 29D до тех пор, пока флюид не начнет давить на нижний поршень 27D и пока не будет достигнуто давление 9652,72 кПа (1400 фунт/дюйм), при котором происходит разрушение двух нижних срезных установочных болтов 22D, из-за чего нижний поршень 24В начинает перемещаться вниз до тех пор, пока он не попадет внутрь нижних компенсаторов уплотнений 20D и не прижмет их к внутренним стенкам насосно-компрессорных труб 03, устанавливая нижний участок (см. Фиг. 4) гидравлического устройства и герметично заделывая его.
IV. КРЕПЛЕНИЕ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНУСА
1. Данное завершающее действие приводит к креплению скользящего конуса 31D, который привинчен к нижнему поршню 28D, в клиньях 32D через внутреннюю часть корпуса 33D, при этом нижний участок гидравлического устройства остается герметично заделанным и прикрепленным (см. Фиг. 2) к стенкам насосно-компрессорных труб 03.
V. ЗАВЕРШЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОЙ ЗАДЕЛКИ
2
1. Давление нагнетания непрерывно увеличивают до 17237 кПа (2500 фунт/дюйм) для проверки установки гидравлического устройства (см. Фиг. 2). После такой проверки нижняя разрывная мембрана 34D разрушается (Фиг. 4), в результате чего нижний 29D, центральный 26С и верхний цилиндры 13А начинают сообщаться друг с другом (Фиг. 5), благодаря чему флюиды 08 могут нормально проходить (см. Фиг. 1) через внутреннюю часть гидравлического устройства (Фиг. 2) и насосно-компрессорные трубы в любом направлении.