СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF WELL HEAD PRESSURISING AND FACILITY FOR IMPLEMENTATION OF THIS METHOD

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья скважин и может быть использовано при проведении геофизических исследований в горизонтальных скважинах с избыточным давлением на устье.
Известен лубрикатор, предназначенный для обеспечения спуска и подъема скважинных приборов на кабеле или проволоке без разгерметизации устья скважины («Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах», РД 153-39.0-072-01, МЭРФ, М., 2001, с.231-233), устанавливаемый на буферной задвижке фонтанной арматуры действующих скважин. Основными элементами лубрикатора являются переходник для соединения с буферной задвижкой, шлюзовая камера для размещения прибора, состоящая из свинченных между собой секционных труб и снабженная вентилем для сброса давления, и уплотнительное устройство для герметизации кабеля (герметизатор кабеля), представляющее собой комбинацию уплотнителей, изолирующих лубрикаторную полость от окружающего пространства. Кроме того, лубрикатор может включать кабельный превентор для аварийного перекрытия скважины с кабелем, имеющий форму цилиндра с размещенной в нем парой цилиндрических плашек с торцевыми уплотнениями для герметизации скважинной полости от лубрикаторной, ловушку для индикации входа прибора в лубрикатор при подъеме и предотвращения падения прибора в скважину.
Спуск прибора в скважину через лубрикатор осуществляют следующим образом. На устье скважины, закрытом с помощью буферной задвижки, устанавливают кабельный превентор. Лубрикатор со шлюзовой камерой и предварительно пропущенным через него кабелем с кабельным наконечником поднимают над устьем скважины и к кабельному наконечнику присоединяют геофизический прибор. Присоединенный прибор затягивают в шлюзовую камеру. Лубрикатор с прибором в шлюзовой камере монтируют на кабельном превенторе и выравнивают давление в скважине и шлюзовой камере с помощью буферной задвижки и устройства выравнивания давления (перепускного клапана) кабельного превентора. Открывают кабельный превентор и буферную задвижку и спускают прибор в скважину. При подъеме прибор затягивают в шлюзовую камеру, закрывают буферную задвижку, закрывают кабельный превентор, стравливают давление в шлюзовой камере, демонтируют лубрикатор. Кабельный превентор закрывают также при ремонте лубрикатора и при длительных остановках в работе.
При спуске нескольких приборов, соединенных гибкими связями, например, отрезками кабеля, приборы последовательно помещаются в лубрикатор (патент РФ №2041349 «Устройство для спуска приборов в скважину с высоким давлением», МПК Е21В 47/01, дата публ. 09.08.1995 г.), при этом герметизация скважинной полости от шлюзовой камеры производится с помощью кабельного превентора, когда гибкая связь расположена напротив плашек кабельного превентора.
Недостатком указанного способа и устройства является невозможность их использования при спуске-подъеме на кабеле длинномерных геофизических приборов, не помещающихся в шлюзовую камеру, сборок, состоящих из нескольких, соединенных жесткими разъемами геофизических приборов, сборок, состоящих из геофизических приборов и труб, в частности насосно-компрессорных труб (НКТ), а также приборов, диаметр которых превышает размер внутреннего канала шлюзовой камеры или кабельного превентора.
Известна компоновка оборудования герметизации устья скважины (Справочник «Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением», Москва, изд. «Недра», 1982 г., с.46-51), применяемая фирмой «Бейкер» для спуска-подъема колонны труб. Компоновка включает установленные в последовательности снизу вверх трубный превентор с глухими плашками, аварийный превентор с трубными плашками и нижний и верхний рабочие превенторы, между которыми установлен стояк, образующий шлюзовую камеру. Боковые отводы верхнего рабочего превентора сообщаются со скважиной и выкидом кранами сброса давления. В верхней части компоновки соосно установлен корпус трубного герметизатора.
Компоновка работает следующим образом. Глухие плашки трубного превентора перекрывают устье скважины при монтажных и демонтажных работах. Конструкция аварийного превентора с трубными плашками позволяет кратковременно посадить на его плашки колонну труб и заменить элементы устьевого оборудования над превентором. Стояк образует шлюзовую камеру для перепуска элементов колонны, диаметры которых превышают диаметры труб. Поднятие колонны труб осуществляют при открытых аварийном, трубном и нижнем рабочем превенторе и закрытом верхнем рабочем превенторе до расположения негабаритного элемента в стояке (шлюзовой камере) или до упора соединительной муфты поднимаемых труб в плашки верхнего рабочего превентора. Затем нижний рабочий превентор закрывают, давление в стояке (шлюзовой камере) стравливают при помощи крана сброса давления на выкид, верхний рабочий превентор открывают и колонну труб поднимают до упора негабаритного элемента в плашки нижнего рабочего превентора. Далее закрывают верхний рабочий превентор, закрывают кран сброса давления на выкид, открывают кран, соединяющий шлюзовую камеру со скважиной, при этом давление в стояке (шлюзовой камере) поднимается и становится равным межколонному, открывают нижний рабочий превентор и колонну поднимают выше, повторяя описанную последовательность действий. Спуск колонны осуществляется в обратной последовательности.
Недостатком данной компоновки оборудования герметизации устья скважины является невозможность использования ее при спуске-подъеме оборудования на геофизическом кабеле.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ герметизации устья скважины при использования комплекта оборудования для промывки скважин (ТУ 00221801.002-92), предназначенного для спуска труб под давлением и герметизации устья при размыве гидратно-парафиновых пробок в НКТ неагрессивными средами. Комплект оборудования включает установленные соосно снизу вверх трубный превентор, служащий для герметизации устья и удержания колонны труб с помощью плашек, трубный герметизатор с набором герметизирующих элементов, верхний фланец для установки на него шлипсовой катушки, шлипсовую катушку, служащую для удержания колонны НКТ за счет силы трения между подпружиненными клиньями и поверхностью трубы от возможного перемещения вверх под действием скважинного давления, а также хомут, конструктивно идентичный шлипсовой катушке и служащий для передачи усилия проталкивания (удержания) от строп на колонну спускаемых труб. Недостатком указанного комплекта оборудования является невозможность его использования при спуске в скважину сборки приборов и труб на геофизическом кабеле.
Для доставки сборки, состоящей из нескольких соединенных жесткими разъемами геофизических приборов (в частном случае - одного геофизического прибора), в горизонтальную скважину используют колонну НКТ малого диаметра (33 мм или 42 мм), проталкивающую приборы в горизонтальный участок скважины. Для осуществления электрической связи с приборами используют устройство осуществления электрической связи (УОЭС), располагаемое между колонной НКТ и сборкой приборов, при этом кабель с кабельным наконечником пропускают через внутренний канал спущенных в скважину НКТ до стыковки со специальным разъемом УОЭС. Колонну НКТ с приборами механически присоединяют к кабелю с помощью специального зажима.
Целью предлагаемого изобретения является усовершенствование способа герметизации устья скважины при проведении геофизических исследований с помощью геофизических приборов, присоединенных к колонне НКТ малого диаметра и спускаемых в скважину на кабеле вместе с колонной НКТ.
Технический результат заключается в расширении технических возможностей при проведении геофизических исследований горизонтальных скважин под давлением, а также в повышении надежности герметизации устья скважины при этих исследованиях, в частности, при пропускании через устье скважины приборов, колонны НКТ, кабеля, а также при осуществлении перехода между пропусканием через устье скважины приборов и НКТ и пропусканием через устье скважины кабеля.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что после спуска в скважину с помощью талевой системы, шлипсовой катушки и хомута через блок превенторов и герметизаторов (БПГ) необходимого количества НКТ с геофизическими приборами, к верхней части спущенных НКТ присоединяют специальный трехмуфтовый патрубок, останавливают спуск-подъем сборки в момент, когда между двумя нижними, близко расположенными друг к другу муфтами специального трехмуфтового патрубка, располагаются герметизирующие плашки трубного превентора БПГ, закрывают их, герметизируя таким образом устье скважины и фиксируя спускаемые трубы от осевого перемещения, устанавливают на БПГ лубрикаторный блок с пропущенным через него предварительно и соединенным электрически со сборкой приборов и механически с колонной НКТ геофизическим кабелем, выравнивают давление в БПГ и лубрикаторном блоке, и далее продолжают спуск в скважину сборки геофизических приборов и колонны НКТ на геофизическом кабеле.
Устройство для герметизации устья скважины при спуске-подъеме сборки геофизических приборов и колонны НКТ в скважину содержит блок превенторов и герметизаторов (БПГ), шлипсовую катушку, хомут с пластиной, лубрикаторный блок, специальный трехмуфтовый патрубок, рукав высокого давления, вентили для стравливания и выравнивания давления, манометры.
На фиг.1-3 представлено устройство для реализации предлагаемого способа герметизации устья скважины.
На фиг.1 показан БПГ в момент нахождения в его внутреннем сквозном канале трехмуфтового патрубка.
На фиг.2 показано устройство в конфигурации, реализующей способ герметизации устья скважины при прохождении через него приборов и колонны НКТ.
На фиг.3 показано устройство в конфигурации, реализующей способ герметизации устья скважины при прохождении через него кабеля.
Блок превенторов и герметизаторов (фиг.1) включает установленные последовательно снизу вверх нижний фланец 1, трубный превентор 2 с герметизирующими плашками 3, перепускным клапаном 4, вентилем 5 и манометром 6 (фиг.2), кабельный превентор 7, имеющий перепускной клапан, трубные герметизаторы 8 и 9 и удлинительный патрубок 10 с вентилем 11 и манометром 12, верхний фланец 13.
На фиг.1 показан также трехмуфтовый патрубок 14 в положении, при котором нижние муфты 15 и 16 расположены так, что между ними находятся плашки 3 трубного превентора 2, а верхняя муфта 17 расположена над фланцем 13. Трехмуфтовый патрубок 14 используют для реализации заявляемого способа при переходе от герметизации устья при пропускании через него приборов и труб к герметизации устья при пропускании через него кабеля, и при обратном переходе.
Для реализации способа герметизации устья скважины при пропускании через устье геофизических приборов и НКТ, к фланцу 13 устройства (фиг.2) присоединяют шлипсовую катушку 18, а на спускаемую НКТ или прибор надевают хомут 19 с пластиной 20, посредством которых на них передают усилие проталкивания (при подъеме - усилие удержания) от строп (не показано).
Для реализации способа герметизации устья скважины при пропускании через него геофизического кабеля, к фланцу 13 устройства (фиг.3) присоединяют лубрикаторный блок, в который входят собранные соосно герметизатор кабеля 21, шлюзовая камера 22, переходный патрубок 23 с присоединенным рукавом высокого давления 24, вентилем 25 и манометром 26. Рукав высокого давления 24 другим концом соединен с вентилем 5 и при открывании вентиля 5 обеспечивает выравнивание давления в полости над плашками 3 трубного превентора 2 и в полости шлюзовой камеры 22. Вентиль 25 служит для стравливания давления в шлюзовой камере 22.
Заявляемый способ герметизации устья скважины при спуске в скважину на кабеле сборки геофизических приборов, присоединенных к колонне НКТ, с использованием заявляемого устройства реализуют следующим образом:
- на устье скважины, закрытом с помощью задвижки, монтируют БПГ;
- к верхнему фланцу 13 БПГ присоединяют шлипсовую катушку 18;
- на нижней из спускаемых в скважину НКТ закрепляют хомут 19 и присоединяют к ней сборку геофизических приборов через УОЭС;
- поднимают собранные элементы над устьем скважины и опускают приборы в скважину до задвижки, пропуская при этом через шлипсовую катушку и БПГ;
- приводят в рабочее состояние шлипсовую катушку 18, хомут 19 и другое оборудование принудительного спуска-подъема труб;
- открывают центральную задвижку, переходя на герметизацию устья трубными герметизаторами 8 и 9, и производят спуск, используя шлипсовую катушку, хомут и другое оборудование принудительного спуска труб, а также талевую систему, производя при этом необходимое наращивание труб НКТ;
- после спуска необходимого количества НКТ, к последней из них присоединяют специальный трехмуфтовый патрубок 14, а к нему технологическую трубу 27 и останавливают спуск в момент, когда между двумя нижними муфтами 15 и 16 патрубка 14 окажутся плашки 3 трубного превентора, а верхняя муфта этого патрубка окажется над верхним фланцем 13 БПГ;
- закрывают герметизирующие плашки 3 трубного превентора 2, герметизируя скважину и фиксируя трубы от несанкционированного перемещения;
- отсоединяют от БПГ шлипсовую катушку 18, закрепляют ее вместе с хомутом 19 на технологической трубе 27, отсоединяют технологическую трубу от сборки;
- опускают кабель с кабельным наконечником, предварительно пропущенные через лубрикаторный блок, внутрь колонны труб до стыковки с УОЭС;
- прикрепляют колонну НКТ, находящуюся в скважине, к геофизическому кабелю с помощью кабельного зажима;
- на место шлипсовой катушки, на верхний фланец 13 БПГ герметично устанавливают лубрикаторный блок;
- присоединяют рукав высокого давления 24 лубрикаторного блока к вентилю 5 трубного превентора, открывают вентиль 5, соединяя полость шлюзовой камеры лубрикаторного блока с полостью над плашками трубного превентора;
- частично открывают трубный превентор 2 так, чтобы сработал клапан выравнивания давления 4;
- после выравнивания давления раздвигают плашки 3 трубного превентора, полностью освобождая трубы из зацепления, и закрывают вентиль 5;
- продолжают дальнейший спуск в скважину колонны НКТ с присоединенными приборами на кабеле.
Способ герметизации устья скважины при подъеме сборки геофизических приборов, присоединенных к колонне НКТ, из скважины с использованием заявляемого устройства реализуют следующим образом:
- движение подвески приборов и колонны НКТ на кабеле останавливают в момент, когда верхняя муфта 14 трехмуфтового патрубка 13 оказывается над фланцем 10, а между муфтами 15 и 16 располагаются плашки 3 трубного превентора;
- закрывают трубный превентор 2, открывают последовательно вентили 5, 25 и 11, стравливая давление во всех полостях выше плашек трубного превентора, затем закрывают вентили 5, 25 и 11 и отсоединяют рукав высокого давления 24 от вентиля 5;
- отсоединяют лубрикатор от фланца 10;
- отсоединяют кабель от НКТ и УОЭС, вынимают его из труб;
- поднимают над устьем технологическую НКТ 26 с закрепленными на ней шлипсовой катушкой 17 и хомутом 18 и присоединяют к трехмуфтовому патрубку 13;
- присоединяют к фланцу 10 шлипсовую катушку 17, приводят ее в рабочее состояние, приводят в рабочее состояние хомут 18 и остальное оборудование принудительного спуска-подъема труб;
- открывают трубный превентор 2, переходя на герметизацию устья трубными герметизаторами 8 и 9;
- осуществляют подъем колонны НКТ и сборки приборов, используя талевую систему и оборудование принудительного спуска-подъема труб;
- останавливают подъем в момент, когда низ прибора оказывается над центральной задвижкой;
- закрывают центральную задвижку;
- стравливают давление между трубными герметизаторами и в полости трубного превентора с помощью вентилей 5 и 11;
- извлекают из скважины нижнюю НКТ и прибор;
- демонтируют БПГ.
Скважинные геофизические приборы и сборки геофизических приборов могут иметь габариты, не позволяющие использовать последовательность действий, приведенную выше. В случае, если длина сборки приборов, включая УОЭС, превышает размер для их размещения в полости между центральной задвижкой и БПГ, а также, возможно, имеются негерметизируемые участки в виде окон, в которых размещены датчики, центраторов и мест соединения элементов сборки, указанный способ имеет следующие особенности реализации:
- в начале процесса спуска и в конце процесса подъема роль НКТ при герметизации и удержании выполняет корпус прибора;
- в процессе проталкивания приборов, при подходе негерметизируемого участка к верхнему трубному герметизатору 9, останавливают спуск и стравливают давление между трубными герметизаторами с помощью вентиля 11;
- после стравливания давления закрывают вентиль 11 и продолжают спуск в скважину;
- в процессе подъема приборов, при подходе негерметизируемого участка к верхнему трубному герметизатору 9, когда негерметизируемый участок полностью расположен между трубными герметизаторами 8 и 9, останавливают спуск и стравливают давление между трубными герметизаторами с помощью вентиля 11;
- после стравливания давления закрывают вентиль 11 и продолжают подъем. Расстояние между трубными герметизаторами 8 и 9, которое определяет длину удлинительного патрубка 10, выбирают таким, чтобы оно было несколько больше длины любого негерметизируемого участка сборки и меньше расстояния между соседними негерметизируемыми участками.
В случае, если в сборке геофизических приборов имеется прибор, который может быть размещен между центральной задвижкой и БПГ, но не может быть пропущен через БПГ из-за большого диаметра, указанный способ имеет следующие особенности реализации:
- если прибор большого диаметра является единственным в сборке, то до монтажа БПГ через внутренний канал БПГ пропускают нижнюю НКТ колонны, фиксируют ее плашками трубного превентора, присоединяют к нижней трубе через УОЭС геофизический прибор, а затем поднимают собранные элементы над устьем, опускают геофизический прибор в скважину и присоединяют БПГ к устью; при подъеме после закрытия центральной задвижки стравливают давление с помощью вентилей 5 и 11, фиксируют нижнюю НКТ плашками трубного превентора, отсоединяют БПГ от устья, поднимают БПГ с нижней НКТ и прибором над устьем и укладывают на мостки, отсоединяют прибор от НКТ, извлекают НКТ из БПГ;
- если выше прибора большого диаметра необходимо расположить другие приборы сборки, то роль нижней НКТ выполняет очередной прибор сборки, при этом УОЭС присоединяется между верхним геофизическим прибором и нижней НКТ.
Кабельный превентор 7 закрывают при ремонте установленного лубрикаторного блока. Трубный и кабельный превенторы закрывают также при перерывах в работе и при опасных ситуациях. Стравливание и выравнивание давлений с помощью вентилей производят только при остановках спуска - подъема геофизических приборов и труб. После операций стравливания и выравнивания давлений вентили закрывают. Контроль давлений осуществляют с помощью манометров.
Предлагаемый способ герметизации устья скважины и устройство для его осуществления использует ОАО «Пермнефтегеофизика» для проведения геофизических и гидродинамических исследований на геофизическом кабеле в эксплуатационных и бурящихся горизонтальных скважинах месторождений ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ». Оборудование изготовлено на рабочее давление 35 МПа с использованием колонны НКТ диаметром 33 мм.