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 насосоно-компрессорных труб (НКТ) и снабженного ей 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 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 механизма. Кроме того, при подъеме 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, 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.
Новым является то, что гидроцилиндр снабжен ступенчатым сквозным центральным отверстием, в котором размещен шар, при этом корпус выполнен в виде нескольких соединенных между собой патрубков, на наружной поверхности каждого из которых установлены эластичные манжеты, количество которых позволяет загерметизировать каждое нарушение обсадной колонны в отдельности.
На фигуре изображено предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны в продольном разрезе.
n
n
Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны 1 состоит из корпуса 2, выполненного в виде нескольких соединенных между собой патрубков 3'; 3"...3, на наружной поверхности каждого из которых установлены эластичные манжеты 4'; 4"...4, расширяющий узел 5 с конусом 6, срезной элемент 7, механизм 8, спускаемый на колонне труб 9 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 8 выполнен в виде толкателя 10 внизу и якорного узла 11 вверху. Толкатель 10 выполнен в виде гидроцилиндра 12, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел 5 и оснащенного поршнем 13 и полым штоком 14, который соединен с поршнем 13 жестко, а с колонной труб 9 - герметично с возможностью осевого перемещения вверх. Якорный узел 11 выполнен в виде плашек 15, установленных на полом штоке 14 с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока 14 вверх относительно колонны труб 9 и взаимодействия с обсадной дополнительной колонны 1. Это можно осуществить, например, при помощи упора 16 колонны труб 9 и клинового толкателя 17 полого штока 14, с которыми плашки 15 взаимодействуют при помощи Т-образного соединения и/или соединения «ласточкин хвост» в любых сочетаниях, например: с клиновым толкателем 17 - при помощи «ласточкиного хвоста», а
с упором 16 - при помощи Т-образного соединения. Срезной элемент 7 фиксирует полый шток 14 относительно колонны труб 9 во время спуска в обсадную колонну 18 скважины.
Гидроцилиндр 12 снабжен ступенчатым сквозным центральным отверстием 19, в котором размещен шар 20.
Несанкционированные перетоки жидкости в устройстве предотвращаются уплотнительными кольцами 21 и 22.
Устройство работает следующим образом.
n
n
n
n
n
После исследования обсадной колонны 1 и определения в ней нескольких нарушений 23'; 23"...23 во внутрь нее на дополнительной обсадной колонне 1 спускают предлагаемое пакерующее устройство в сборе, как показано на фигуре, с таким расчетом, чтобы корпус 2 оказался напротив нарушений 23'; 23"...23 обсадной колонны 1 скважины, при этом патрубок 3' с эластичной манжетой 4' на наружной поверхности должен располагаться ниже нарушения 23'. Таким же образом каждые нижележащие патрубки 3"...3 с эластичными манжетами 4"...4 должны находится соответственно ниже нарушения 23"...23.
В процессе спуска механизма 8 на конце колонны труб 9 жидкость, находящаяся в скважине, не изливается на дневную поверхность, загрязняя и замедляя скорость спуска, а заполняет колонну труб 9 через шар 20 и ступенчатое сквозное центральное отверстие 19 гидроцилиндра 12. Далее дополнительную обсадную колонну 1 герметично и жестко фиксируют на устье 24 скважины на опорном фланце обсадной колонны 18. После этого в дополнительную обсадную колонну 1 спускают колонну труб 9 с механизмом 8 на нижнем конце до тех пор, пока толкатель 10 гидроцилиндром 12 не обопрется на расширяющий конус 4 (определяется по снижению веса колонны труб 9). По достижению расчетного усилия разрушается срезной элемент 7, приводя якорный узел 11 в действие. В результате упор 16 колонны труб 9 перемещается вниз относительно расширяющего узла 5, а полый шток 14 с клиновым толкателем 17 - вверх относительно колонны труб 9, раздвигая плашки 16 до взамодействия их с дополнительной обсадной колонной 1. При этом полый шток 14 фиксируется относительно дополнительной обсадной колонны 1. После чего в колонне труб 9 создают избыточное давление, которое через полый шток 14 передается под поршень 13 в гидроцилиндр 12, который, благодаря фиксации полого штока 14, 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 нарушение 23' обсадной колонны 18 скважины.
Избыточное давление в колонне труб 9 продолжают создавать, при этом избыточное давление через полый шток 14 передается под поршень 13 в гидроцилиндр 12,
n
n
n
n
который, благодаря фиксации полого штока 14, продолжает перемещается вниз, оказывая давление на расширяющий узел 5. При этом расширяющий узел 5 конусом 6 расширяет патрубок 3" корпуса 2 до прижатия уже эластичной манжеты 4" к дополнительной обсадной колонне 1, изолируя нарушение 23" обсадной колонны 18 скважины. Таким образом, процесс запакеровки эластичных манжет 4'''...4 патрубков 3'''...3 корпуса 2 продолжается до прижатия всех эластичных манжет 4'''...4 к дополнительной обсадной колонне 1. В результате каждое нарушение 23'''...23 обсадной колонны 18 оказывается герметично изолированным друг от друга. После прохождения корпуса 2 расширяющим узлом 5, последний падает на забой (на Фиг. не показан) скважины.
В результате давление внутри колонны труб 9 сначала резко падает, так как опора для гидроцилиндра 12 отсутствует, а затем резко возрастает, после того, как гидроцилиндр 12 упрется в поршень 13. Процесс установки пакерующего устройства дополнительной колонны труб 1 завершен. Давление внутри колонны труб 9 сбрасывается, колонна труб 9 приподнимается, в результате полый шток 14 перемещается вниз относительно колонны труб 9, клиновой толкатель 17 и упор 16 раздвигаются, плашки 15 выходят из зацепления с дополнительной обсадной колонной 1. После чего колонну труб 9 с механизмом 8 извлекают из скважины. Так как усилие, создаваемое гидроцилиндром 12 во время расширения патрубка 3 уравновешивается якорным узлом 11, то дополнительная обсадная колонна не удлиняется. 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 позволяет исключить излив скважинной жидкости на устье скважины в процессе спуска механизма на колонне труб в дополнительную обсадную колонну, в связи с чем не затягивается продолжительность спуска и не загрязняется близлежащая к скважине территория. Кроме того, корпус, выполненный в виде патрубка, удлиненного вниз, на наружной поверхности которого установлены эластичные манжеты, количество которых позволяет загерметизировать каждое нарушение обсадной колонны в отдельности, повышает качество ремонта и позволяет продлить срок службы скважины до следующего ремонта.