СПОСОБ РАЗОБЩЕНИЯ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ ПРОФИЛЬНЫМ ПЕРЕКРЫВАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ВНУТРЕННЕГО РАДИАЛЬНОГО РАСШИРЕНИЯ УЧАСТКОВ ПРОФИЛЬНОЙ ЧАСТИ ТРУБ ПЕРЕКРЫВАТЕЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕНТРАТОРОВ
METHOD OF FORMATION SEGREGATION IN WELL USING PROFILE PACKER AND DEVICE FOR INTERNAL RADIAL EXPANSION OF SECTIONS OF PROFILE PART OF PACKER PIPES FOR FABRICATION OF CENTRALISERS

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технологии и средствам ликвидации зон осложнения при бурении скважин.
Известен способ разобщения пластов в скважине профильным перекрывателем, включающий профилирование составляющих его обсадных труб с образованием продольных гофр (складок) и цилиндрических концов, заполнение впадин гофр герметиком, свинчивание спрофилированных труб, спуск перекрывателя в необходимый интервал скважины, радиальное расширение его до диаметра скважины и развальцовывание (Нефтяное хозяйство. - №4. - 1982. - С.26-28).
Недостатком этого способа является то, что при расширении перекрывателя давлением изнутри выпуклые части гофр, упираясь в стенку скважины, препятствуют распространению герметика вокруг перекрывателя, вследствие чего он выдавливается в продольных направлениях по впадинам гофр, оставляя разгерметизированные участки, в результате чего не обеспечивается герметичность и надежность разобщения пластов.
Также известен способ разобщения пластов в скважине профильным перекрывателем (патент RU №2083798, МПК E21B 33/12, опубл. 10.07.1997 г.), являющийся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и включающий в себя профилирование составляющих его труб с образованием продольных гофр (складок) и цилиндрических концов, осаживание этих концов труб до диаметра описанной окружности их профильной части, заполнение складок гофр герметиком, свинчивание труб и спуск перекрывателя в необходимый интервал скважины, радиальное расширение перекрывателя внутренним давлением до диаметра скважины в интервале его установки и развальцовыванием, причем участки профильных частей концевых труб, прилегающие к их цилиндрическим концам, перед свинчиванием труб осаживают до диаметра описанной вокруг них окружности на 2-3% меньшего по сравнению с диаметром окружности, описанной вокруг их средней части, и по периметру осаженных профильных участков выполняют замкнутые ободья (рубцы) с высотой, при которой диаметр окружности, описанной вокруг этих ободьев (рубцов), приблизительно равен диаметру окружности, описанной вокруг средней профильной части труб.
Недостатками данного способа являются сложность выполнения замкнутых ободьев (рубцов) на профильной трубе, а также опасность отрыва приваренных к трубе элементов (проволоки, шин и т.п.) при спуске перекрывателя в скважину, что в последующем может привести к аварийной ситуации. Недостатком этого способа является также то, что при спуске перекрывателя в скважину выпуклые части гофр трутся о стенки скважины, и при этом удаляется слой нанесенного на гофры герметика. Вследствие этого после установки перекрывателя будет отсутствовать надежное разобщение пластов из-за перетоков жидкости вдоль перекрывателя в местах отсутствия герметика. Кроме этого, для развальцовывания перекрывателя в месте выполнения замкнутых рубцов (ободьев), где толщина перекрывателя значительно превышает толщину стенки профильной трубы, необходимы очень большие осевые и радиальные усилия, что ведет к неоправданным энергопотерям и нагрузкам на инструмент, вследствие чего возможны поломки и выход из строя инструмента (вальцевателя) в скважине. Кроме этого, по данному способу герметик закладывают в складки (впадины) гофр профильной трубы. При этом предполагается, что впоследствии при развальцовывании трубы герметик должен заполнить по всей окружности (периметру) замкнутые полости между стенкой скважины и профильной трубой в месте исполнения рубцов (ободьев). Как показывает практика данного способа нанесения герметика на профильную трубу, герметик не всегда полностью заполняет полости по всему периметру, и вследствие этого не достигается требуемая герметичность изоляции пласта.
Известно устройство для получения многогранных труб (патент RU №2473410, МПК B21D 39/20, B21D 41/02, опубл. 27.01.2013 г., БИ №3), являющееся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству и содержащее корпус с каналами для подачи рабочей жидкости, гидравлические цилиндры со штоками и установленные на штоках профильные пуансоны, а также снабженное полой штангой для подачи устройства внутрь трубной заготовки, пружинами сжатия для возврата пуансонов в исходное положение.
Недостатком данного устройства является невозможность одновременного выполнения следующих условий. Все (по количеству профилей трубы) гидравлические цилиндры, возвратные пружины и пуансоны должны умещаться во внутреннее пространство профильной трубы, при этом гидравлические цилиндры должны создавать усилие, необходимое для пластического деформирования стальной трубы, возвратные пружины должны быть достаточно мощными, чтобы предотвратить заклинивание пуансонов и обеспечить их возврат в исходное положение. Поэтому для профильных труб малого диаметра, имеющих небольшое внутреннее пространство, работа подобного устройства будет ненадежной.
Техническими задачами изобретения являются упрощение технологии изготовления центраторов (в прототипе - замкнутых ободьев (рубцов)) и повышение надежности их крепления на профильной трубе для предотвращения аварийных ситуаций при спуске перекрывателя в скважину. Кроме этого, технической задачей изобретения является повышение надежности работы герметика, нанесенного на профильную трубу, для изолирования пласта скважины. Также технической задачей является предотвращение сдирания герметика с выпуклостей гофр профильной трубы при спуске перекрывателя в скважину. Кроме этого, технической задачей изобретения является уменьшение нагрузок на инструмент (вальцеватель) при развальцовывании перекрывателя в месте выполнения замкнутых рубцов (ободьев) для предотвращения энергопотерь и возможных поломок и выхода инструмента из строя в скважине.
Указанные задачи решаются способом разобщения пластов в скважине профильным перекрывателем, включающим профилирование составляющих его труб с образованием продольных гофр и цилиндрических концов, изготовление центраторов на профильных участках труб, нанесение на профильные участки труб герметика, соединение труб и спуск перекрывателя в необходимый интервал скважины, радиальное расширение до диаметра скважины в интервале его установки и окончательное механическое прижатие к стенкам скважины.
Новым является то, что герметик наносят по периметру профильного участка целиком или с разрывами по длине, а центраторы выполняют внутренним радиальным расширением участков профильной части через 1-2 м или в разрывах герметика с получением диаметра описанной окружности центратора, превышающего диаметр описанной окружности профильных участков с герметиком, но меньшего внутреннего диаметра скважины.
Технические задачи для реализации данного способа решаются устройством внутреннего радиального расширения участков профильной части труб перекрывателя для получения центраторов, включающим штангу, корпус с каналами для подачи внутрь рабочей жидкости, гидравлические цилиндры с поршнями и профильными пуансонами, выполненными с возможностью радиального перемещения относительно корпуса.
Новым является то, что корпус выполнен в виде полого заглушенного с двух концов стакана с соосными цилиндрами на концах, штанга вставлена внутрь корпуса с возможностью продольного герметичного перемещения, два поршня вставлены внутрь цилиндров с возможностью продольного перемещения, причем камеры между поршнями и заглушками выполнены с возможностью поочередной подачи рабочей жидкости, при этом один из поршней оснащен конусом, сужающимся в сторону пуансонов, соединен со штангой с возможностью осевого герметичного перемещения при подаче рабочей жидкости в соответствующую камеру с раздвижением клиньями конуса пуансонов в рабочее положение, второй поршень жестко и герметично соединен со штангой и выполнен с возможностью взаимодействия с торцом конуса первого поршня и совместного продольного перемещения при подаче рабочей жидкости в соответствующую камеру с возвратом клиньев с первым поршнем и пуансонов в транспортное положение.
Новым является также то, что пуансоны соединены с конусом поршня с возможностью перемещения вдоль его поверхности.
На фиг. 1 показана установка профильного перекрывателя в интервал зоны осложнения скважины.
На фиг. 2 изображены перекрыватель и устройство, выполняющее на перекрывателе местное радиальное расширение для получения центратора.
На фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 2.
На фиг. 4 изображено устройство внутреннего радиального расширения участков профильной части труб перекрывателя для получения центраторов.
На фиг. 5 в увеличенном масштабе изображен разрез Б-Б фиг. 4.
На фиг. 6 в увеличенном масштабе изображен разрез В-В фиг. 4, где пуансоны соединены с конусом поршня.
Предлагаемый способ разобщения пластов 1 (фиг. 1) в скважине 2 профильным перекрывателем 3 заключается в следующем. Входящие в компоновку перекрывателя 3 трубы 4 (фиг. 1, 2) профилируют известным способом с помощью протяжного механизма (не показан) и устройства для профилирования (не показано), оставляя концы 5 (фиг. 2) труб 4 цилиндрическими. В результате профилирования на трубе 4 образуется профильный участок 6, состоящий из продольных гофр (складок) 7 с выпуклостями 8 и впадинами 9. Количество гофр 7 может быть различным в зависимости от типа профильных труб 4 (на фиг. 2 показаны профильные трубы 4 с шестью гофрами 7). На цилиндрических концах 5 труб 4 изготавливается резьба 10 для обеспечения последующей сборки труб 4 в перекрыватель 3 (фиг. 1) необходимой длины. По всему периметру профильных участков 6 труб 4 (фиг. 2), целиком или с разрывами 11 по длине наносят герметик 12, который предназначен для надежной изоляции пласта 1 (фиг. 1) и предотвращения перетоков жидкости после установки перекрывателя 3 в скважину 2. С помощью устройства 13 (фиг. 2, 4), которое посредством штанги 14 подают внутрь профильной трубы 4 (фиг. 2), через 1-2 м или в разрывах 11 герметика 12 изготавливают центраторы 15 путем радиального расширения участков 6 профильной части труб 4 до диаметра окружности, описанной около наружной поверхности центратора 15, превышающего диаметр описанной окружности профильных участков 6 с герметиком 12, но меньшего внутреннего диаметра скважины 2 (фиг. 1). Затем подготовленные указанным образом трубы 4 (фиг. 1, 2) свинчивают с другими профильными трубами, располагая при этом трубы 4 с нанесенным герметиком 12 (фиг. 2) и центраторами 15 по концам перекрывателя 3 (фиг. 1), который потом на колонне бурильных труб 16 спускают в необходимый интервал 17 скважины 2. При спуске перекрывателя 3 в скважину 2 до интервала 17 его установки центраторы 15, соприкасаясь со стенками скважины 2, предотвращают обдирание герметика 12 с поверхности труб 4 перекрывателя 3. После спуска перекрывателя 3 в интервал 17 его установки подачей гидравлического давления внутрь перекрывателя 3 расширяют профили 6 труб 4, затем вальцевателем (не показан) развальцовывают цилиндрические 5 и недовыправленные внутренним давлением участки 6 профильных труб 4 и отсоединяют башмак 18. В процессе радиального расширения труб 4 внутренним гидравлическим давлением и развальцеванием слой герметика 12 по всему периметру плотно прижимается к стенкам скважины 2, что обеспечивает герметичность и надежность разобщения пластов 1. Центраторы 15 во время спуска перекрывателя 3 предотвращают нарушение герметика 12 от механического воздействия стенок скважины 2.
Устройство 13 (фиг. 2, 4) внутреннего радиального расширения участков 6 (фиг. 2) профильной части труб 4 для получения центраторов 15 состоит из штанги 14 (фиг. 2, 4), корпуса 19 (фиг. 4) с каналами 20 и 21 для подачи внутрь рабочей жидкости, гидравлических цилиндров 22 и 23 с поршнями 24 и 25 и профильными пуансонами 26, выполненными с возможностью радиального перемещения относительно корпуса 19. Корпус 19, заглушенный с двух концов заглушками 27, образует соосные цилиндры 22 и 23 на концах. Внутрь корпуса 19 вставлена штанга 14 с возможностью продольного герметичного перемещения. Поршни 24 и 25 вставлены соответственно внутрь цилиндров 22 и 23 и имеют возможность продольного перемещения, причем камеры 28 и 29 между соответственно поршнями 24 и 25 и заглушками 27 выполнены с возможностью поочередной подачи жидкости. При этом поршень 24 оснащен конусом 30 с клиньями 31, сужающимся в сторону пуансонов 26, и соединен со штангой 14 с возможностью осевого герметичного продольного перемещения при подаче жидкости в камеру 28 с раздвижением клиньями 31 на конусе 30 пуансонов 26 в рабочее положение. Второй поршень 25 жестко и герметично соединен со штангой 14 и выполнен с возможностью взаимодействия с торцом 32 конуса 30 первого поршня 24 и совместного продольного перемещения при подаче рабочей жидкости в камеру 29 с возвратом клиньев 31 конуса 30 первого поршня 24 и пуансонов 26 в транспортное положение.
Устройство 13 (фиг. 2, 4) работает следующим образом. Устройство 13 с помощью штанги 14 подают внутрь профильной трубы 4 (фиг. 2) к месту предполагаемого радиального расширения участка 6 профильной части труб 4 или в место разрыва 11 герметика 12. В камеру 28 (фиг. 4) по каналу 20 гидравлического цилиндра 22 подают рабочую жидкость. Под действием гидравлического давления поршень 24, воздействуя клиньями 31 конуса 30 (фиг. 3, 4) на пуансоны 26, выводит их в рабочее положение, при этом расширяя в радиальном направлении гофры 7 (рис.2, 3). Сбрасывают давление жидкости в камере 28 (фиг. 4). Затем подают рабочее давление жидкости в камеру 29 другого гидравлического цилиндра 23. Поршень 25, жестко установленный на штанге 14, перемещаясь в продольном направлении под действием гидравлического давления, взаимодействует с торцом 32 конуса 30 первого поршня 24 и возвращает клинья 31 (фиг. 4, 5, 6) конуса 30 поршня 24 (фиг. 4) в транспортное положение. Пуансоны 26 (фиг. 4, 5) устройства 13 (фиг. 4) возвращаются в транспортное положение при перемещении штанги 14 к новому нерасширенному профильному участку 6 (фиг. 2) на трубе 4. В устройстве 13 (фиг. 4) по пункту 3 формулы изобретения, где пуансоны 26 (фиг. 4, 6) соединены с конусом 30 с возможностью их перемещения вдоль его поверхности (например, Т-образным соединением 33 (фиг. 6), соединением "ласточкин хвост" (на фиг. не показано) и т.п.), возврат пуансонов 26 (фиг. 4, 6) в транспортное положение происходит одновременно с возвратом клиньев 31 конуса 30 с поршнем 24 (фиг. 4) при подаче рабочей жидкости в камеру 29 гидравлического цилиндра 23. После этого устройство 13 (фиг. 2) с помощью штанги 14 подают к следующему месту предполагаемого радиального расширения участка 6 профильной части труб 4 или в место разрыва 11 герметика 12.
Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он упрощает изготовление центраторов (в прототипе - замкнутых ободьев (рубцов)) на профильной трубе, исключает возможность отрыва приваренных к трубе элементов (проволоки, шин и т.п.) при спуске перекрывателя в скважину вследствие того, что центраторы выполняют радиальным расширением участков профильной части той же трубы. Преимуществом предлагаемого способа является также повышение надежности работы герметика, нанесенного на профильную трубу, при изолировании пласта скважины за счет того, что герметик наносится по всему периметру профильного участка, а не только во впадины гофр профильной трубы. Также преимуществом предлагаемого способа является предотвращение сдирания герметика с выпуклостей гофр профильной трубы из-за механического воздействия стенок скважины при спуске перекрывателя. Это решается выполнением центраторов с наружным диаметром, большим, чем диаметр описанной окружности около профильной трубы с нанесенным герметиком, но меньшим, чем диаметр скважины. Преимуществом данного способа является также уменьшение нагрузок на инструмент (вальцеватель) при развальцовывании перекрывателя в месте выполнения замкнутых рубцов (ободьев), где толщина перекрывателя значительно превышает толщину стенки профильной трубы, что ведет к неоправданным энергопотерям и также может привести к поломкам и выходу из строя инструмента (вальцевателя) в скважине. Это решается за счет уменьшения толщины перекрывателя в месте выполнения центраторов (замкнутых ободьев (рубцов) в прототипе) внутренним радиальным расширением участков профильной части трубы.
Преимуществами предлагаемого устройства внутреннего радиального расширения участков профильной части труб перекрывателя для получения центраторов по сравнению с прототипом являются возможность его применения для профильных труб малого диаметра, простота конструкции и надежность его работы.