СПОСОБ УСТАНОВКИ ЦЕМЕНТНОГО МОСТА В ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PLACING CEMENT PLUG IN CASED WELL AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при испытании и ремонте нефтяных и газовых скважин.
Известен способ установки цементного моста в скважине, при осуществлении которого в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) спускают башмак до нижней границы цементного моста. Причем перед спуском в скважину между колонной НКТ и башмаком устанавливают патрубок с радиальными отверстиями, выше которых патрубок оснащен кольцевой проточкой с кольцевым сужением, а ниже - посадочным седлом меньшего внутреннего диаметра, чем внутренний диаметр кольцевого сужения. Между цементным раствором и продавочной жидкостью устанавливают продавочную пробку с фиксирующей головкой, которая фиксируется в кольцевой проточке кольцевого сужения после закачки цементного раствора в затрубное пространство. После этого осуществляют подъем патрубка на колонне НКТ до верхней границы цементного моста и создают избыточное давление, достаточное для продавки продавочной пробки через кольцевое сужение и фиксации ее в посадочном седле с открытием радиальных каналов патрубка, через которые вымывают излишки цементного раствора. Исключается разбавление цементного раствора за счет герметичного перекрытия трубного пространства в колонне НКТ при подъеме патрубка до верхней границы цементного моста [Патент РФ №2435937, E21B 33/16, опубл. 10.12.2011].
Недостатками этого способа является невозможность установки мало протяженных цементных мостов под давлением и с высокой точностью.
Известен способ установки цементных мостов под давлением в обсаженной скважине, который включает спуск в скважину на колонне НКТ пакера вместе с циркуляционным клапаном, расположенным на пусковом устройстве, после чего путем сбрасывания в НКТ запорного шара приводят в действие пусковое устройство, которое фиксирует пакер в эксплуатационной колонне с помощью выдвижных плашек и одновременно открывает циркуляционные каналы, через которые производят промывку скважины, продавку цементного раствора в заданный интервал, затем герметизируют устье скважины и задавливают в пласт или в заколонное пространство через перфорационные отверстия эксплуатационной колонны цементный раствор под давлением, после этого, не снижая давления, путем натяжения колонны НКТ распакеровывают уплотнительный элемент пакера с одновременным закрытием его циркуляционных отверстий и отсоединением пускового устройства, оставляя под давлением цементный раствор в подпакерной зоне, после чего снижают давление в НКТ, разгерметизируют устье скважины, вымывают излишки цементного раствора из надпакерной зоны и поднимают на поверхность НКТ вместе с пусковым устройством [Патент РФ №2247824, E21B 33/13, опубл. 10.03.2005].
Недостатками этого способа является невозможность обеспечить полное замещение технологической жидкости, находящейся под пакером, тампонажным раствором, а также ограничения применения данного способа в интервалах с непроницаемыми и плохо проницаемыми пластами.
Известно устройство для осуществления установки цементного моста под давлением в обсаженной скважине, включающее пакер с уплотнительным элементом, выполненным в виде тороидального кольца, заключенного в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны металлическую оболочку, выдвижные плашки, пакер снабжен пружинным пусковым устройством, расположен на нижней части корпуса пускового устройства.
Недостатком этого устройства является сложность пружинного пускового устройства и невозможность устранять смешивание между собой технологических жидкостей в колонне труб и в интервале установки цементного моста [Патент РФ №2247824, E21B 33/13, опубл. 10.03.2005].
Задача, стоящая при создании изобретения, состоит в разработке надежного и безопасного способа установки цементного моста в обсаженной скважине.
Достигаемый технический результат, который получается в результате создания изобретения, состоит в обеспечении надежности, повышении безопасности, сокращении технологических операций и сохранении недр при установке цементного моста.
Поставленная задача и технический результат по объекту - способ достигаются тем, что в способе установки цементного моста в обсаженной скважине, включающем спуск в скважину на рабочей колонне устройства, состоящего из башмачного узла, хвостовика и пакер-якоря, промывку скважины и последовательное закачивание первой буферной жидкости, тампонажного раствора, второй буферной жидкости и продавочной жидкости, при этом между тампонажным раствором и второй буферной жидкостью пропускают разделительную пробку, башмачный узел располагают в нижнем интервале установки цементного моста, а в верхнем интервале размещают пакер-якорь, состоящий из пакерного узла и якорного узла, зафиксированных срезным штифтом, а также включающий обратный клапан, при прохождении разделительной пробки через пакерный узел, разделительная пробка сбивает полый штифт и открывает нагнетательный канал для сообщения гидравлической камеры с внутриколонным пространством, а после посадки разделительной пробки в башмачный узел повышением давления приводится в действие якорный узел, в результате чего пакер-якорь фиксируется на обсадной колонне и открепляется от рабочей колонны, а разделительная пробка фиксируется в башмачном узле, при этом тампонажный раствор размещается в интервале установки цементного моста в кольцевом пространстве между обсадной колонной и хвостовиком, а также выше пакер-якоря из расчета его запаса для замещения объема, высвободившегося после подъема хвостовика с башмачным узлом из интервала установки цементного моста, вторая буферная жидкость и продавочная жидкость размещаются внутри хвостовика и рабочей колонны, затем производят подъем рабочей колонны с хвостовиком до интервала размещения пакер-якоря, в момент выхода башмачного узла из пакер-якоря происходит закрытие обратного клапана, перекрывающего центральный канал пакер-якоря, после чего с помощью выдвижных кулачков, через башмачный узел, рабочей колонной создается осевая нагрузка на верхнюю часть пакер-якоря и производится пакеровка, последующим повышением давления в рабочей колонне в башмачном узле открывают циркуляционные отверстия и при помощи второй буферной жидкости вымывают избыточный тампонажный раствор из интервала выше установки пакер-якоря, затем рабочую колонну с хвостовиком и башмачным узлом поднимают на поверхность.
Поставленная задача и технический результат по объекту - устройство - достигаются тем, что устройство для установки цементного моста в обсаженной скважине, спускаемое в скважину на рабочей колонне, включает башмачный узел, хвостовик и пакер-якорь, при этом башмачный узел соединен с хвостовиком, состоит из корпуса с циркуляционными отверстиями и закрепленными в нем на осях подпружиненными кулачками, в корпусе размещена посадочная втулка, перекрывающая циркуляционные отверстия, по внешней поверхности посадочной втулки выполнены продольные пазы для возможности захода в них подпружиненных кулачков, а во внутренней поверхности посадочной втулки выполнены кольцевые проточки для фиксации разделительной пробки, при этом посадочная втулка зафиксирована в корпусе с помощью выдвижных штифтов, расположенных в продольных пазах посадочной втулки, и взаимодействующих с подпружиненными кулачками, хвостовик состоит из безмуфтовых насосно-компрессорных труб, в нижней части хвостовика закреплен пружинный центратор, пакер-якорь состоит из пакерного узла и якорного узла, зафиксированных срезным штифтом на штоке, а также включает обратный клапан, пакер-якорь при спуске соединен с рабочей колонной, а после спуска в заданный интервал фиксируется в обсадной колонне, в штоке выполнен нагнетательный канал, закрытый полым штифтом, шток соединен с рабочей колонной и хвостовиком, при этом наружная поверхность штока является частью плунжерной пары с поршнем якорного узла, которые образуют с корпусом пакер-якоря гидравлическую камеру.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку образует единый изобретательский замысел, причем один из объектов группы - устройство - предназначен для осуществления другого заявленного объекта группы - способа. При этом оба объекта направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.
Надежность, повышение безопасности и сохранение недр обеспечивается за счет того, что башмачный узел располагают в нижнем интервале установки цементного моста, а пакер-якорь размещают в верхнем интервале установки цементного моста и в результате чего исключается необходимость залавливать технологическую жидкость в продуктивный пласт, а также сокращается количество технологических операций при установке цементного моста, так как они, в своем большинстве, осуществляются в автоматическом режиме.
На фиг. 1, 2 и 3 показана схема осуществления способа установки цементного моста в обсаженной скважине с применением пакер-якоря. На фиг. 1 изображена компоновка устройства, спущенного в скважину в интервал установки цементного моста, на фиг. 2 показаны операции - конца продавки тампонажного раствора, фиксации разделительной пробки в башмачном узле, открепления пакер-якоря от рабочей колонны, фиксации пакер-якоря в обсадной колонне. На фиг. 3 изображены операции - пакеровки, закрытия обратного клапана, перекрывающего центральный канал, открытия циркуляционных отверстий и вымыва избыточного тампонажного раствора из надпакерной зоны.
Устройство для установки цементного моста в обсаженной скважине, спускаемое в скважину на рабочей колонне 1, включает башмачный узел 2, хвостовик 3 и пакер-якорь 4. Башмачный узел 2 соединен с хвостовиком 3. Башмачный узел 2 состоит из корпуса 5 с циркуляционными отверстиями 6 и закрепленными в нем на осях подпружиненными кулачками 7. В корпусе 5 размещена посадочная втулка 8, перекрывающая циркуляционные отверстия 6. По внешней поверхности посадочной втулки 8 выполнены продольные пазы 9 для возможности захода в них подпружиненных кулачков 7, а во внутренней поверхности посадочной втулки 8 выполнены кольцевые проточки 10 для фиксации разделительной пробки 11. Посадочная втулка 8 зафиксирована в корпусе 5 с помощью выдвижных штифтов 12, расположенных в продольных пазах 9 и взаимодействующих с подпружиненными кулачками 7. Хвостовик 3 состоит из безмуфтовых насосно-компрессорных труб (не показано), в нижней части хвостовика 3 закреплен пружинный центратор 13. Пакер-якорь 4 состоит из пакерного узла 14 и якорного узла 15, зафиксированных срезным штифтом 16 на штоке 17, а также включает обратный клапан 18. Пакер-якорь 4 при спуске соединен с рабочей колонной 1, а после спуска в заданный интервал фиксируется в обсадной колонне 19. В штоке 17 выполнен нагнетательный канал 20, закрытый полым штифтом 21. Шток 17 соединен с рабочей колонной 1 и хвостовиком 3, при этом наружная поверхность штока 17 является частью плунжерной пары с поршнем 22 якорного узла 15, которые образуют с корпусом 23 пакер-якоря 4 гидравлическую камеру 24.
Способ посредством устройства осуществляется следующим образом.
На рабочей колонне 1 (фиг. 1) в скважину спускается к заданному интервалу устройство для установки цементного моста, включающее башмачный узел 2, хвостовик 3 и пакер-якорь 4. При этом пакерь-якорь 4 состоит из пакерного узла 14 и якорного узла 15. Во время спуска в скважину пакер-якорь 4 зафиксирован срезным штифтом 16 на штоке 17 и соединен с рабочей колонной 1. Башмачный узел 2 размещают в нижнем интервале установки цементного моста, а пакер-якорь 4 - в верхнем интервале установки цементного моста. Затем промывают скважину и последовательно закачивают первую буферную жидкость (не показано), тампонажный раствор 25, вторую буферную жидкость 26 и продавочную жидкость, причем между тампонажным раствором 25 и второй буферной жидкостью 26 пропускают разделительную пробку 11. В процессе продавки тампонажного раствора 25, при прохождении разделительной пробки 11 через пакер-якорь 4 сбивается полый штифт 21 и открывается нагнетательный канал 20 для сообщения гидравлической камеры 24 с внутриколонным пространством, тем самым активизируется якорный узел 15. В конце продавки тампонажного раствора 25 разделительная пробка 11 садится в посадочную втулку 8, размещенную в корпусе 5 башмачного узла 2, фиксируется в ней при помощи кольцевых проточек 10 и перекрывает центральный канал (не показано) башмачного узла 2 (фиг. 2). После этого в рабочей колонне 1 повышают давление, которое через нагнетательный канал 20 передается в гидравлическую камеру 24 и на поршень 22 якорного узла 15. В результате этого приводится в действие якорный узел 15, пакер-якорь 4 фиксируется в обсадной колонне и открепляется от рабочей колонны 1. При этом тампонажный раствор 25 размещается в интервале установки цементного моста в кольцевом пространстве между обсадной колонной 19 и хвостовиком 3, а также выше пакер-якоря 4 из расчета его запаса для замещения объема, высвободившегося после подъема хвостовика 3 с башмачным узлом 2 из интервала установки цементного моста. Вторая буферная жидкость 26 и продавочная жидкость (не показано) размещаются внутри хвостовика 3 и рабочей колонны 1. Затем производят подъем рабочей колонны 1 с хвостовиком 3 и башмачным узлом 2 до интервала размещения пакер-якоря 4. При прохождении башмачного узла 2 через пакер-якорь 4 подпружиненные кулачки 7 задвигаются в продольные пазы 9 корпуса 5, тем самым передавая усилие на штифты 12, которые перемещаются и освобождают от фиксации посадочную втулку 8 в корпусе 5. Пружинный центратор 13, при прохождении через пакер-якорь 4, сжимается до его внутреннего диаметра. В момент выхода башмачного узла 2 из пакер-якоря 4 происходит закрытие обратного клапана 18, перекрывающего центральный канал (не показано) пакер-якоря 4. После этого, с помощью подпружиненных кулачков 7, через башмачный узел 2, рабочей колонной 1 создают осевую нагрузку на верхнюю часть пакер-якоря 4, в результате этого осуществляется пакеровка и герметизация верхнего интервала установки цементного моста (фиг. 3). Последующим повышением давления в рабочей колонне 1 в башмачном узле 2 открываются циркуляционные отверстия 6 и вымывается при помощи второй буферной 26 и продавочной (не показано) жидкостей избыточный тампонажный раствор 25 из интервала выше установки пакер-якоря 4. Затем рабочую колонну 1 со штоком 17, хвостовиком 3 и башмачным узлом 2 поднимают на поверхность.
Реализация этого способа установки цементного моста позволяет получить следующие преимущества по сравнению с традиционно используемой технологией установки цементных мостов:
- значительно или полностью уменьшается зона смешения тампонажного раствора с технологическими жидкостями в интервале установки цементного моста;
- герметично перекрыть при помощи пакер-якоря верхний интервал установки моста, создав условия для формирования надежного цементного камня;
- исключить операцию герметизации устья при установке цементного моста;
- выполнить все операции за один спуск и исключить из технологического цикла время на ожидание затвердевания цемента;
Простота конструкции устройства позволяет производить стандартные операции изменения внутреннего давления в рабочей колонне и ее осевого перемещения для реализации способа установки цементного моста.