СИСТЕМА ЛИКВИДАЦИИ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН
SYSTEM FOR ELIMINATING LEAKAGE OF CASING STRINGS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для герметизации обсадных колонн.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство для герметизации обсадной колонны (патент RU №2236550, МПК E21B 29/10, опубл. 20.09.2004), включающее пластырь в виде цилиндрического металлического патрубка, гидравлический посадочный инструмент, представляющий собой трехцилиндровый гидростатический привод, и расширяющую оправку, имеющую форму усеченного конуса; по концам пластыря в кольцевых цилиндрических канавках, выполненных в нем, размещены эластичные уплотнители, а гидравлический посадочный инструмент снабжен гидравлическим якорем.
Недостатками данной конструкции является большое количество сложных сопрягаемых прецизионных деталей гидроцилиндров, ведущих к удорожанию и снижению надежности всей конструкции, а также невозможность герметизации значительных по протяженности повреждений обсадной колонны или нескольких участков негерметичности, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.
Известно устройство для герметизации стенок скважины, используемое в способе по патенту RU №2363832, МПК E21B 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 так же, как и в предыдущем аналоге, невозможность герметизации значительных по протяженности повреждений обсадной колонны, а также нескольких участков негерметичности, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту устройством (прототипом) является система расширяющихся труб "MaxWell", предназначенная для ликвидации негерметичности обсадных колонн, включающая последовательно свинчиваемые между собой при помощи специальной резьбы тонкостенные трубы (пластыри) из вязкопластичных сталей (журнал "Бурение и нефть" №10 за 2015 г., стр.40…44; журнал "Вестник Ассоциации буровых подрядчиков" №3 за 2015 г., стр. 27…32). Каждый из пластырей имеет снаружи эластичные уплотнительные кольца, а нижний пластырь, помимо этого, предварительно расширен с торца и герметично соединен с разбуриваемым башмаком, в котором установлен обратный клапан. Кроме того, в состав указанной системы входят узел расширения в виде жестко закрепленной на трубчатой тяге оправки с конической поверхностью, при этом вершина конуса направлена в сторону рабочего хода системы, и прокачиваемая пробка.
При запуске процесса расширения пластырей прокачиваемая пробка сбрасывается в седло разбуриваемого башмака и перекрывает доступ нагнетаемой жидкости к обратному клапану башмака, перенаправляя ее в полость между узлом расширения и башмаком, в результате чего активируется процесс расширения пластыря за счет отрыва узла расширения от башмака и движения вверх. При расширении последовательно свинченных пластырей резьбовые соединения последних также расширяются в радиальном направлении, сохраняя при этом механическую прочность и герметичность.
К недостатками данной системы следует отнести усложнение конструкции, связанное с применением гидравлических уплотняющих устройств и прецизионных деталей, а также необходимость выполнения дополнительной операции по разбуриванию башмака и наличия дополнительного насосного оборудования для нагнетания рабочей жидкости, что снижает надежность системы в целом и увеличивает эксплуатационные затраты.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности системы ликвидации негерметичности обсадных колонн.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в известной системе ликвидации негерметичности обсадных колонн, состоящей из последовательно соединяемых между собой посредством конической резьбы нижнего, верхнего и промежуточных пластырей в виде тонкостенных труб одинаковой геометрии, каждая из которых имеет снаружи эластичные уплотнительные кольца, а также узла расширения, содержащего жестко закрепленную на трубчатой тяге оправку, включающую цилиндрический хвостовик и коническую часть в виде усеченного конуса, направленного вершиной в сторону перемещения узла расширения, нижний пластырь установлен в контакте с мостовым пакером или с искусственным забоем скважины, а узел расширения включает как минимум одну пару соосно расположенных и жестко закрепленных на общей тяге оправок, конические части которых направлены вершинами навстречу друг другу, причем одна из оправок расположена в нижнем пластыре системы, а другая - в верхнем. Вместе с тем, верхний и нижний пластыри имеют каждый на одном конце коническую резьбу, а на другом - предварительно расширенный воронкообразный участок, внутренний диаметр которого номинально равен наружному диаметру оправки. Помимо этого, при перемещении узла расширения вниз его верхняя оправка не доходит до ближайшего к ней резьбового соединения пластырей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - общий вид системы ликвидации негерметичности обсадных колонн.
1 - нижний пластырь; 2 - промежуточный пластырь; 3 - верхний пластырь; 4 - эластичное уплотнительное кольцо; 5 - искусственный забой; 6 - обсадная колонна; 7 - узел расширения.
Фиг. 2 - продольный разрез нижнего пластыря 1.
8 - нижняя оправка; 9 - мандрель нижней оправки; 10 - распорная втулка; 11 - резьбовая втулка; 12 - стопор; 13 - тяга.
Фиг. 3 - продольный разрез верхнего пластыря 3.
14 - верхняя оправка; 15 - мандрель верхней оправки.
Фиг. 4 - вид B на фиг.3 в масштабе увеличения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система ликвидации негерметичности обсадных колонн содержит соединяемые последовательно при помощи низкопрофльной трапецеидально-упорной конической резьбы нижний (1), несколько промежуточных (2) и верхний (3) пластыри в виде тонкостенных труб, например, из вязкопластичных сталей и узла расширения (7), состоящего из одной, как минимум, пары соосно расположенных нижней (8) и верхней (14) оправок, имеющих конические части, которые направлены навстречу друг другу. При этом каждая из оправок (8) и (14) жестко закреплена каждая на своей мандрели (9) и (15) при помощи распорной (10) и резьбовой (11) втулок. Для предотвращения самоотвинчивания резьбовые втулки (11) стопорятся фиксаторами (12). Обе мандрели (9) и (15) с закрепленными на них оправками (8) и (14) размещены внутри нижнего (1) и верхнего (2) пластырей соответственно и механически соединены между собой общей тягой (13), например, в виде колонны бурильных труб, причем мандрель верхней оправки (15) в свою очередь соединена такой же тягой (13) с подъемником (на чертежах не показан) буровой установки. Количество промежуточных пластырей (2) зависит от размера зоны негерметичности обсадной колонны (6). Для создания упора и обеспечения процесса якорения системы служит кольцевой пакер (пробка) или искусственный забой (5) - в зависимости от местоположения зоны негерметичности обсадной колонны (6). На наружной поверхности каждого из пластырей (1), (2) и (3) расположены эластичные уплотнительные кольца (4). Нижний (1) и верхний (3) пластыри имеют каждый на одном конце присоединительную коническую резьбу, а на другом - предварительно расширенный воронкообразный участок, в котором располагается нижняя (8) и верхняя (14) оправки соответственно, при этом длина этих участков подобрана таким образом, что при возможном перемещении вниз верхней оправки (14) последняя не достигала бы резьбового соединения верхнего пластыря (3) с нижерасположенным промежуточным пластырем (2), а связанная с ней нижняя оправка (8) не доходила бы до мостового пакера (искусственного забоя (5)).
Система ликвидации негерметичности обсадных колонн работает следующим образом.
В соответствии с фиг. 1-4 сборку из свинченные межу собой нижнего (1), промежуточных (2) и верхнего (3) пластырей с помещенным внутрь узлом расширения (7) опускают в зону негерметичности обсадной колонны (6) при помощи тяги (13) в виде колонны бурильных или насосно-компрессорных труб. Количество промежуточных пластырей (2) и длину всей сборки предварительно определяют при исследовании скважины. Спуск завершается, когда нижний пластырь (1) упирается в цементную пробку мостового пакера или искусственного забоя (5), в зависимости от предварительно определенного местоположения зоны негерметичности. После того как нижний пластырь (1) коснулся упора, начинается движение узла расширения (7) вниз, при этом верхняя оправка (14) производит расширение верхнего пластыря (3), деформируя его в радиальном направлении и прижимая стенки последнего через эластичные уплотнительные кольца (4) к стенкам обсадной колонны (6), чем обеспечивается якорение системы. В это время нижняя оправка (8) совершает холостой ход, при этом гарантированно не доходя до упора. Движение узла расширения (7) вниз завершается, когда верхняя оправка (14) доходит до резьбового соединения верхнего пластыря (3) с соседним промежуточным пластырем (2). С целью предотвращения возможного задира и нарушения работоспособности системы величина перемещения узла расширения (7) вниз рассчитана таким образом, чтобы верхняя оправка (14) не входила в зону резьбы, конусность которой направлена вверх, как показано на фиг.4. После завершения процесса якорения системы при помощи тяг (13) и подъемника (не показан) начинается движение узла расширения (7) вверх, при этом нижняя оправка (8) совершает рабочий ход, производя расширение нижнего (1), промежуточных (2) и оставшейся части верхнего (3) пластырей. В это время верхняя оправка (14) совершает холостой ход и выходит из верхнего пластыря (3), затем, после завершения рабочего хода, весь узел расширения (7) удаляется из пределов сборки пластырей и поднимается на поверхность. В процессе расширения свинченных пластырей (1), (2) и (3) резьбовые соединения последних также расширяются, сохраняя при этом механическую прочность и герметичность.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить систему ликвидации негерметичности обсадных колонн, в которой достигается увеличение надежности и эффективности ее 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, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.