УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕМОНТА ОБСАДНЫХ КОЛОНН В СКВАЖИНЕ Российский патент 1994 года по МПК E21B29/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для установки металлических пластырей в скважинах с целью восстановления герметичности обсадных колонн. Устройство может быть использовано для установки пластырей в открытом стволе скважины с целью изоляции отдельных участков ствола при борьбе с обвалами, поглощениями, аномальными давлениями.

Известно устройство для установки пластыря в обсадной колонне, включающее полый корпус с установленными в его верхней части гидравлическим якорем, в корпусе которого расположены телескопически связанные неподвижная внутренняя и подвижная наружная втулки, и упором в нижней части, гидродомкрат в виде телескопически связанного с корпусом полого штока с поршнем, установленную на полом штоке гидродомкрата гидромеханическую дорнирующую головку и расположенный между ней и упором корпуса ремонтный пластырь [1] .

Недостаток устройства заключается в низкой надежности работы устройства.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для установки металлического пластыря в скважине, включающее якорь, гидродомкрат с поршневой системой, шток с радиальными каналами, гидравлически соединяющими полости гидродомкрата и штока и соответствующими им уплотнениями, соединительную муфту, размещенную на штоке, пластырь и дорнирующую головку с кулачками [1] .

Основной недостаток как и у аналога является низкая надежность работы. Это объясняется тем, что полый шток гидродомкрата жестко соединен со штангой, на нижнем конце которой закреплена дорнирующая головка. Пластырь имеет длину до 30 м, таким образом систему шток-штанга - дорнирующая головка можно рассматривать как балку с защемленным концом, имеющую консоль длиной минимум 10 м (пластырь длиной менее 9 м не находит практического применения из-за невозможности точно установить место негерметичности, а затем точно установить в этом месте пластырь, даже в случае, если размеры повреждения обсадной трубы имеют малую протяженность по длине). При таких размерах консоли даже небольшие усилия, перпендикулярные оси штока, вызывают его изгиб. Целый ряд факторов вызывает появление усилий, перпендикулярных оси штока: наличие начальной стрелки прогиба пластыря, который по этой причине невозможно точно установить по оси штока. Начальная стрелка прогиба увеличивается при сжатии длинного пластыря до 30 м усилием до 250 кН. Пластырь имеет отклонение от геометрической формы в поперечном сечении (допуски точности изготовления гофр).

Усилия, перпендикулярные оси штока, возникают при применении дорна в скважинах с резким набором кривизны, в горизонтальных скважинах, в которых возможно неравномерное осаждение песка между внутренней поверхностью обсадной трубы и нерасширенной частью пластыря.

Изгиб штока крайне нежелателен, так как шток испытывает большие напряжения растяжения от осевой нагрузки при расширении пластыря, которые складываются с напряжениями от изгиба и могут привести к его разрушению. С другой стороны, многократно возрастает сопротивление перемещению изогнутого штока в уплотнениях и поршней в цилиндрах, которые жестко закреплены на штоках, приводя к их быстрому износу, а нередко и выходу из строя. Сопротивление перемещению изогнутого штока возрастает настолько, что часто поршни не проходят в цилиндрах полный ход 1500 мм и как следствие недостаточно прочно оказывается закреплен пластырь к обсадной колонне на первоначальном участке, отчего при последующих шагах расширения он смещается и место негерметичности обсадной трубы может оказаться неперекрытым.

Целью изобретения является повышение надежности работы за счет исключения изгиба штока гидродомкрата.

Достигается это тем, что устройство снабжено опорным узлом, служащим одновременно направляющим элементом, размещенным над соединительной муфтой в нижней полости гидродомкрата и закрепленным на штоке с возможностью контакта с внутренней поверхностью последнего. При этом опорный узел имеет корпус, в обоймах которого расположены направляющие тела вращения, например, выполненные в виде плоского диска, эллипса или металлических шариков.

Опорный узел воспринимает усилия, перпендикулярные оси, и передает их на мощный корпус гидродомкрата, таким образом исключается изгиб штока, что повышает надежность работы устройства.

С другой стороны, так как шток все время остается прямым (опорный узел не дает штоку прогибаться), то усилие трения при проходе штока в уплотнениях не возрастает, имеет минимальное значение вследствие равномерного кругового зазора, что создает благоприятные условия работы уплотнений штока и поршней. Эти факторы способствуют тому, что поршни в цилиндрах (а как следствие и дорнирующая головка) всегда проходят свой полный ход, а, следовательно, пластырь надежно закрепляется в обсадной колонне при первом проходе, исключается проскальзывание пластыря по обсадной колонне при последующих проходах, что повышает надежность работы устройства.

Признаки, вынесенные во второй пункт формулы, развивают и уточняют совокупность отдельного существенного признака (опорного узла), которые способствуют достижению искомого положительного эффекта и квалифицируются как частный существенный признак технического решения задачи. Введение его не приводит к нарушению требования единства изобретения.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства в исходном положении; на фиг. 2 - то же, после подачи давления и перемещения поршней гидродомкрата в верхнее положение; на фиг. 3 - после подъема устройства наземной грузоподъемной установкой, на величину хода поршней (устройство подготовлено для совершения следующего хода расширения пластыря подачей давления); на фиг. 4 - поперечное сечение устройства по А-А на фиг. 1 (в месте установки опорного узла); на фиг. 5 - осевое сечение опорного узла; на фиг. 6 - показана расчетная схема известного устройства; на фиг. 7 - то же, предлагаемого устройства.

Устройство для установки пластыря состоит из якоря Б, гидродомкрата В, муфты Г и дорнирующей головки Д. Якорь состоит из корпуса 1, в окнах которого размещены подвижные секторы 2, расположенные на упругой диафрагме 3. Корпус связан с колонной насосно-компрессорных труб 4, на которых устройство спускается к месту повреждения обсадной трубы 5.

Гидродомкрат состоит из силовых цилиндров 6, внутри цилиндров на полом штоке 7 закреплены поршни 8. Рабочая жидкость поступает в цилиндры через радиальный канал 9, выполненный в полом штоке 7. Радиальный канал 10 в штоке служит для подачи рабочей жидкости в дорнирующую головку после прохода им уплотнения 11, когда оно оказывается в нижнем цилиндре гидродомкрата. В нижней полости гидродомкрата 12 расположен опорный узел 13, состоящий из корпуса 14 с обоймой 15, в которой расположены направляющие тела вращения 16. Шток муфтой Г соединен со штангой 17, на нижнем конце которой закреплена дорнирующая головка Д, состоящая из кулачков 18, расположенных на упругой трубчатой диафрагме 19. Пластырь 20 расположен между нижним торцом корпуса гидродомкрата 21 и дорнирующей головкой.

Устройство работает следующим образом.

На трубах 4 устройство спускается к месту повреждения обсадной трубы 5. После спуска на заданную глубину в устройстве создают избыточное давление наземной насосной установкой. Рабочая жидкость по трубам 4 поступает под упругую диафрагму 3 якоря, которая, расширяясь, выдвигает в радиальном направлении сектора 2 до упора в стенку обсадной трубы. Одновременно рабочая жидкость через отверстия 9 поступает под поршни 8. Поршни со штоком 7 и дорнирующей головкой Д начинают перемещаться вверх. Как только радиальный канал 10 в штоке гидродомкрата пройдет уплотнение 11, рабочая жидкость поступает под упругую диафрагму 19 дорнирующей головки Д, расширяя ее в радиальном направлении и раздвигая кулачки 18 до упора в пластырь 20. При этом опорный узел 13 перемещается вместе со штоком, а направляющие тела вращения 16 перекрываются по внутренней поверхности нижней полости корпуса гидродомкрата, препятствуя изгибу штока.

Как только поршни переместятся в крайнее верхнее положение, давление рабочей жидкости сбрасывают и наземной грузоподъемной установкой поднимают устройство на величину хода поршней, при этом дорнирующая головка удерживается пластырем, частично запрессованным в обсадную трубу. Затем опять создают давление рабочей жидкости и рабочий цикл повторяется.

Заявляемое устройство обеспечивает повышение надежности работы за счет исключения изгиба штока путем закрепления на нижнем конце его опорного узла, служащего одновременно направляющим элементом, воспринимающего нагрузки перпендикулярные оси штока и передающего их на корпус гидродомкрата.

Исключение изгиба штока создает благоприятные условия для работы уплотнений штока и поршней (вследствие равномерного кольцевого зазора), что удлиняет срок их службы и исключает работы, связанные с их заменой.

Другим большим преимуществом исключение изгиба штока является расширение области применения устройства, то есть возможность работы в скважинах с резким набором кривизны и в горизонтальных скважинах.

Экономический эффект от ремонта скважин стальными пластырями составляет по Западной Сибири в среднем 30 тысяч рублей на одну скважину. За 1 год ремонтируется 200-300 скважин. По экспертной оценке специалистов экономический эффект от использования предлагаемого устройства может составить 10% от общего эффекта. Таким образом годовой экономический эффект от применения предлагаемого устройства может составить:
Э = 0,1 х 30 х 200 = 600 тыс. руб. (56) Патент ГДР N 203767, кл. В 21 Е 43/10, 1983.

Устройство для ремонта обсадных колонн в скважине относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для установки металлических пластырей в скважине для восстановления герметичности обсадных колонн. Цель - повышение надежности работы за счет исключения игиба штока. Для этого устройство снабжено жестко связанным со штоком опорным узлом, размещенным над соединительной муфтой в полости нижнего силового цилиндра гидродомкрата с возможностью контакта наружной поверхности опорного узла с внутренней поверхностью нижнего силового цилиндра. Опорный узел выполнен в виде корпуса с обоймами, в которых размещены тела вращения. 1 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕМОНТА ОБСАДНЫХ КОЛОНН В СКВАЖИНЕ, включающее полые силовые цилиндры гидродомкрата, жестко связанный с верхним силовым цилиндром якорь, установленный в силовых цилиндрах гидродомкрата с возможностью осевого перемещения полый шток с поршнями, образующими с силовыми цилиндрами кольцевые полости, гидравлически связанные с полостью штока, жестко связанную соединительной муфтой со штоком штангу с дорнирующей головкой на нижнем торце и концентрично установленный относительно штанги между дорнирующей головкой и нижним торцом нижнего силового цилиндра пластырь, отличающееся тем, что оно снабжено жестко связанным со штоком опорным узлом, размещенным над соединительной муфтой в полости нижнего силового цилиндра гидродомкрата с возможностью контакта наружной поверхности опорного узла с внутренней поверхностью нижнего силового цилидра. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что опорный узел выполнен в виде корпуса с обоймами, в которых размещены тела вращения.