устройство для ремонта обсадной колонны

Формула изобретения

Устройство для ремонта обсадной колонны, включающее патрубок, расширяющий конус, выполненный с возможностью прижатия патрубка к стенкам обсадной колонны и с диаметром основания, меньшим внутреннего диаметра патрубка в его рабочем положении, отличающееся тем, что патрубок сверху жестко присоединен к колонне труб, в состав которой включены жестко установленные дополнительные патрубки конструктивно аналогичные патрубку, внутренний диаметр колонны труб достаточен для прохождения расширяющего конуса, все патрубки сверху и снизу снабжены расширениями, причем в нижнее расширение патрубка установлен циркуляционный клапан, пропускающий снизу вверх, корпус которого герметично прикреплен к патрубку срезными винтами, расширяющий конус вставлен в верхнее расширение верхнего дополнительного патрубка и выполнен с отверстием и с седлом под сбрасываемый с устья клапан, к расширяющему конусу жестко прикреплена самоуплотняющаяся сверху вниз манжета, все патрубки между верхними и нижними расширениями оснащены продольными гофрами, выполненными более пластичными, чем колонна труб, и на их наружной поверхности расположены эластичные оболочки, а расширяющий конус и корпус циркуляционного клапана выполнены из легкоразбуриваемых материалов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам восстановления герметичности обсадных колонн.

Известно «Устройство для установки пластырей в обсадной колонне» (патент RU №2154149, Е 21 В 29/10, опубл. БИ №22 от 10.08.2000г.), содержащее циркулярный клапан, подвижный силовой гидравлический толкатель, состоящий из цилиндра, поршня и полого штока, сердечник с цанговыми упорами и размещенный на нем пластырь между дорнирующей головкой и упором, при этом нижний упор выполнен в виде конуса с пазами, в которых на шарнирах с подпружиненными лепестками расположены упорные пластины пластыря, при этом в рабочем состоянии они занимают положение перпендикулярно образующим пластыря, контактируя одним концом с его нижним торцом, а другим - со ступнями пазов конусного упора.

Недостатками данного устройства является сложность конструкции и сборки перед спуском, так как тяга располагается внутри пластыря, при необходимости перекрытия больших участков длиной более одной трубы, пластырь собирается при помощи сварки на устье скважины, все это требует использования высококвалифицированных специалистов и больших затрат времени как на подготовку оборудования к работе, так и при дор-нировании пластыря по всей длине, большие усилия дорнирования, все это в совокупности требует больших материальных затрат, причем ненадежность изоляции из-за отсутствия изолирующих материалом, компенсирующих неровности обсадной колонны.

Известно также «Устройство для ремонта обсадной колонны» (патент RU №2161238, Е 21 В 29/10, опубл. БИ №36 от 27.12.2000г.), включающее привод со штоком, расширяющий патрубок и расширяющие конусы, при этом расширяющие конусы выполнены полыми с насечками с наружной стороны, диаметры которых увеличиваются от вершины конуса, причем концы расширяемого патрубка выполнены легкодеформируемыми и снабжены с наружной стороны уплотнительным материалом, нижний расширяемый конус взаимодействует со штоком привода через разъединительный элемент, а верхний через нажимную втулку с корпусом привода.

Недостатками данного устройства является сложность конструкции и сборки перед спуском, так как привод располагается внутри расширяемого патрубка, при необходимости перекрытия больших участков длиной более одной трубы, расширяемый патрубок и тяга собираются труба в трубе на устье скважины, все это требует использования высококвалифицированных специалистов и больших затрат времени на подготовку оборудования к работе, все это в совокупности требует больших материальных затрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для ремонта обсадной колонны» (авт.св. SU №1627663, Е 21 В 29/10, опубл. БИ №6 от 15.02.91г.), включающее расширяющий конус с приводом его перемещения и расположенный на расширяющем конусе патрубок, при этом расширяющий конус выполнен с углом при вершине 25-60° с диаметром основания, меньшим внутреннего диаметра патрубка в рабочем положении не более чем на величину, определяемую в соответствии со следующей зависимостью:

d - прирост внутреннего диаметра патрубка в рабочем положении над диаметром основания расширяющего конуса, м;

d - диаметр основания расширяющего конуса, м;

- угол при вершине расширяющего конуса, рад.

Недостатками данного устройства является сложность конструкции и сборки перед спуском, так как тяга располагается внутри пластыря, при необходимости перекрытия больших участков длиной более одной трубы, пластырь собирается при помощи сварки на устье скважины, все это требует использования высококвалифицированных специалистов и больших затрат времени как на подготовку оборудования к работе, так и при дорнировании пластыря по всей длине, большие усилия дорнирования, все это в совокупности требует больших материальных затрат, причем ненадежность изоляции из-за отсутствия изолирующих материалом, компенсирующих неровности обсадной колонны, возможность аварийных ситуаций в случае заклинивания конуса в патрубке.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции за счет уменьшения деталей спускаемых в скважину, снижение усилия посадки при изоляции больших интервалов повреждения обсадной колонны за счет использования распирающего усилия внутритрубного давления и уменьшения расстояния расширения патрубка, повышение надежности изоляции, исключение аварийных ситуаций и сварочных работ на устье скважины и, как следствие, снижение материальных затрат на сборку, спуск и посадку.

Техническая задача решается устройством для ремонта обсадной колонны, состоящим из патрубка, расширяющего конуса с углом при вершине, достаточным для плотного прижатия патрубка к стенкам обсадной колонны, и с диаметром основания, меньшим внутреннего диаметра патрубка в рабочем положении.

Новым является то, что сверху патрубок жестко присоединен к колонне труб, в состав которой жестко установлены дополнительные патрубки, конструктивно аналогичные патрубку, а внутренний диаметр колонны труб достаточен для прохождения расширяющего конуса, при этом все патрубки сверху и снизу снабжены расширениями, причем в нижнее расширение патрубка установлен циркуляционный клапан, пропускающий снизу вверх, корпус которого герметично прикреплен к патрубку срезными винтами, при этом на наружной поверхности всех патрубков расположены эластичные оболочки, причем в верхнее расширение верхнего дополнительного патрубка вставлен расширяющий конус, имеющий отверстие с седлом под сбрасываемый с устья клапан, при этом к расширяющему конусу жестко прикреплена самоуплотняющаяся сверху вниз манжета, причем патрубки более пластичны, чем колонна труб.

Новым является также то, что все патрубки между верхними и нижними расширениями оснащены продольными гофрами.

Новым является также то, что расширяющий конус и корпус циркуляционного клапана выполнены из легкоразбуриваемых материалов.

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, т.е. о соответствии заявляемого решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

На Фиг.1 изображен продольный разрез устройства.

На Фиг.2 изображен поперечный разрез А-А устройства.

На Фиг. 3 изображен продольный разрез устройства во время изоляции. Устройство для ремонта обсадной колонны 1 (см. Фиг.1), состоящее из патрубка 2, расширяющего конуса 3 с углом 4 (см. Фиг.3) при вершине, достаточным для плотного прижатия патрубка 2 к стенкам обсадной колонны 1, и с диаметром основания 5, меньшим внутреннего диаметра 6 патрубка 2 в рабочем положении. Сверху патрубок 2 (см. Фиг.1) жестко присоединен к колонне труб 7, в состав которой жестко установлены дополнительные патрубки 8, конструктивно аналогичные патрубку 2. Внутренний диаметр 9 колонны труб 7 достаточен для прохождения расширяющего конуса 3, при этом патрубок 2 и дополнительные патрубки 8 сверху и снизу снабжены расширениями 10, 11 и 12, 13 соответственно. В нижнее расширение 11 патрубка 2 установлен циркуляционный клапан 14, пропускающий снизу вверх, корпус 15 которого герметично прикреплен к патрубку 2 срезными винтами 16. На наружной поверхности 17 и 18 патрубка 2 и дополнительных патрубков 8 расположены соответственно эластичные оболочки 19 и 20. В верхнее расширение 12 верхнего дополнительного патрубка 8 вставлен расширяющий конус 3, имеющий отверстие 21 с седлом 22 под сбрасываемый с устья клапан 23 (например, шар).

К расширяющему конусу 3 жестко прикреплена самоуплотняющаяся сверху вниз манжета 24, причем патрубок 2 и все дополнительные патрубки 8 более пластичны, чем колонна труб 7.

Патрубок 2 и дополнительные патрубки 8 между верхними и нижним расширениями 10, 11 и 12, 13 соответственно могут быть снабжены продольными гофрами 25 (см. Фиг.2) для облегчения расширения патрубка.

Расширяющий конус 3 (см. Фиг.1) и корпус 15 циркуляционного клапана 14 могут быть выполнены из легкоразбуриваемых материалов при необходимости дальнейшего разбуривания.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском устройства в скважины исследуют состояние обсадной колонны 1 по всей ее длине и определяют зоны нарушений. Количество дополнительных патрубков 8 зависит от количества зон нарушений по всей длине эксплуатационной колонны, а при наличии отработанных или не нужных пластов для последующей эксплуатации выше и ниже пласта (не показан). Далее устройство для ремонта обсадной колонны 1 в сборе (см. Фиг.1) на колонне труб 7 спускают в скважину, причем патрубок 2 расположен ниже зоны самого нижнего нарушений обсадной колонны 1. При этом колонна 7 заполняется через циркуляционный клапан 14, через который при необходимости производят промывку скважины, нижние расширения 11 и 13 не позволяют стираться и сдираться эластичным оболочкам 19 и 20. После чего колонну труб 7 фиксируют и герметизируют на устье (не показано) и создают внутри избыточное давление, которое предварительно раздает патрубок 2 и дополнительные патрубки 8, приближая по сечению к внутреннему диаметру обсадной колонны 1, так как патрубок 2 и дополнительные патрубки 8 выполнены более пластичными, чем колонна труб 7. Если патрубок 2 и дополнительные патрубки 8 снабжены продольными гофрами 25 (см. Фиг.2), то они под действием давления распрямляются, приближаясь по сечению к внутреннему диаметру обсадной колонны 1. Избыточное давление поднимают в колонне труб 7 до разрушения срезных винтов 16 и освобождения от патрубка 2 корпуса 15 циркуляционного клапана 14, который падает на забой скважины (не показан). Затем с устья сбрасывают клапан 23 (например, шар), который садится в седло 22 расширяющего конуса 3, перекрывая отверстие 21. Затем в колонне труб 7 снова создается избыточное давление, в результате расширяющий конус 3 (см. Фиг.3) выходит из верхнего расширения 12 и перемещается вниз, дожимая все дополнительные патрубки 8 и патрубок 2 после расширения давлением. Благодаря углу 4 при вершине расширяющего конуса 3 дополнительные патрубки 8 и патрубок 2 окончательно плотно прижимаются к обсадной колонне 1, а расположенные на наружных поверхностях 17 и 18 патрубка 2 и дополнительных патрубков 8 соответственно эластичные оболочки 19 и 20 заполняют все неровности обсадной колонны 1, исключая перетоки жидкости из зон нарушений 26 между собой и внутрь колонны 7.

Из-за того что диаметр основания 5 расширяющего конуса 3 меньше внутреннего диаметра 6 парубка 2 в рабочем положении, внутренний диаметр 9 колонны труб 7 достаточен для прохождения расширяющего конуса 3, что впоследствии не затруднит спуск необходимого оборудования (не показано) для последующей эксплуатации скважины. Самоуплотняющаяся манжета 24, закрепленная на расширяющем конусе 3, исключает несанкционированные перетоки сверху вниз при перемещении расширяющего конуса 3 за счет избыточного давления в колонне труб 7. После прохождения патрубка 2 расширяющий конус 3 с самоуплотняющейся манжетой 24 и клапаном 23 падают на забой. Работа по восстановлению герметичности обсадной колонны 1 завершена.

В случаях, когда необходимо дальнейшее углубление скважины, зарезка дополнительных стволов или не исключено заклинивание расширяющего конуса 3 в дополнительных патрубках 8 при движении его вниз или в патрубке 2 (например, в случаях критического нарушения геометрии внутреннего сечения обсадной колонны 1), корпус 15 циркуляционного клапана 14 и расширяющий конус 3 выполняются из легкоразбуриваемых материалов (например, чугун), исключая аварийные ситуации.

Использование предлагаемого устройства при изоляции больших интервалов повреждения обсадной колонны позволяет повысить надежность изоляции, исключить аварийные ситуации и сварочные работы на устье скважины, снизить материальные затраты на сборку, спуск и посадку за счет упрощения конструкции, уменьшения деталей, спускаемых в скважину, снижения усилий посадки при изоляции, уменьшения расстояния расширения патрубков, достаточного для изоляции.