УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ОСЛОЖНЕНИЙ В СКВАЖИНЕ Российский патент 2003 года по МПК E21B33/13 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для изоляции зон осложнений в скважине и, конкретно, к изоляции зон поглощений, водопритоков, перекрытия неустойчивых пород и зон кавернозности скважины, а также перекрытия зон негерметичности обсадной колонны.

Известно устройство для изоляции зон осложнений в скважине, включающее перекрыватель в виде трубы с продольными гофрами, башмака с обратным клапаном, размещенным в нижней части трубы, и узла передачи давления в гофрированную трубу (1).

Известное устройство спускают в скважину на бурильных трубах и устанавливают в зоне осложнения. Трубы выправляют внутренним давлением путем нагнетания в них жидкости, и закрепления к стенкам скважины.

Недостатком известного устройства является то, что труба от действия давления выправляется неравномерно и ее необходимо дополнительно выправлять устройствами механического действия, что требует значительных затрат времени.

К тому же отмечено, что перекрыватели с продольными гофрами имеют низкую герметичность. Очень часто с их применением были отмечены факты перетоков жидкости по стволу скважины. Возможно проявляется эффект памяти формы металла при восприятии такими летучками внешнего пластового давления.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для изоляции зон осложнений в скважине, содержащее перекрыватель с уплотнительными элементами на его наружной поверхности и узел для радиального деформирования перекрывателя в его верхней и нижней частях (2).

Недостатком этого устройства является ограничение длины перекрывателя, сложность его доставки в скважину (в составе обсадной колонны), длительность процесса изоляции зоны осложнения и сложность устройства, а также невозможность извлечения перекрывателя из скважины, например, в случае неэффективной его установки или отработке своего ресурса.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, возможность спуска в скважину перекрывателя увеличенной длины (до нескольких десятков метров), повышение надежности изоляционных работ, возможность извлечения перекрывателя из скважины, а также снижение затрат времени и средств на изоляцию зон осложнений.

Необходимый технический результат достигается тем, что в устройстве для изоляции зон осложнений в скважине, включающем перекрыватель с уплотнительными элементами на его наружной поверхности и узел для радиального деформирования перекрывателя в его верхней и нижней частях, согласно изобретению узел для радиального деформирования перекрывателя имеет верхние и нижние шлипсы для фиксирования их на внутренней стенке перекрывателя в рабочем положении устройства, шток, размещенный внутри шлипсов, привод осевого перемещения штока, верхний и нижний конусы, жестко связанные со штоком и выполненные с возможностью их взаимодействия с соответствующими шлипсами, а перекрыватель в верхней и нижней частях выполнен с зонами концентрации напряжений и возможностью его деформирования в каждой из этих зон в наружные поперечные гофры при установке в них узла для радиального деформирования перекрывателя и при осевом перемещении штоком одних шлипсов с одной частью перекрывателя, относительно других шлипсов, зафиксированных на другой части перекрывателя, отделенной от первой части перекрывателя зоной концентрации напряжений.

При этом:
Привод штока выполнен в виде реверсивного электродвигателя с корпусом и редуктором, размещенных в узле для радиального деформирования перекрывателя, причем шток имеет наружную, например, ленточную резьбу, а корпус имеет внутреннюю резьбу, ответную резьбе штока.

Узел для радиального деформирования перекрывателя содержит втулку с радиальными окнами, размещенную на корпусе реверсивного электродвигателя с возможностью осевого перемещения и связанную с ним, например, шлицевым соединением, при этом шлипсы размещены в радиальных окнах втулки.

Подвеска узла радиального деформирования перекрывателя выполнена в виде кабель-каната.

В качестве подвески перекрывателя использована подвеска узла радиального деформирования перекрывателя.

Устройство снабжено локатором зон концентрации напряжений, размещенным на штоке между конусами.

Перекрыватель в зонах концентрации напряжений выполнен из немагнитного материала, например из нержавеющей стали, а локатор зоны концентрации напряжений выполнен электромагнитным.

Перекрыватель выполнен с дополнительными зонами концентрации напряжений в его средней части.

Зоны концентрации напряжений выполнены в виде кольцевых проточек на внутренней поверхности перекрывателя, например, с возможностью образования двойных наружных поперечных гофр
Зоны концентрации напряжений выполнены в виде начальных наружных поперечных гофр, при этом гофры выполнены, например, двойными
Перекрыватель выполнен в виде последовательно соединенных труб, образующих длинномерную сборку.

Перекрыватель выполнен с соединительными концами, обеспечивающими возможность образования длинномерной сборки в скважине.

Перекрыватель выполнен с возможностью подвески его за гофры и спуска в скважину.

Уплотнительные элементы размещены между двойными гофрами.

На наружной поверхности уплотнительных элементов помещен клей.

При этом деформирование частей перекрывателя в наружные поперечные гофры подразумевает получение таких гофр, которые не изменяют внутреннего проходного сечения перекрывателя.

На фиг 1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - устройство в рабочем положении; на фиг.3 - перекрыватель в рабочем положении (узел для радиального деформирования перекрывателя извлечен).

Устройство содержит перекрыватель 1 с уплотнительными элементами 2 на его наружной поверхности, узел для радиального деформирования перекрывателя с верхними 3 и нижними 4 шлипсами для фиксирования их на внутренней стенке перекрывателя в рабочем положении устройства. Внутри шлипсов 3, 4 размещен шток 5 с приводом его осевого перемещения, который может быть выполнен, например, в виде реверсивного электродвигателя 6. Электродвигатель может быть размещен с любой стороны перекрывателя (над ним или под ним), а также и внутри перекрывателя в зависимости от того, как будет скомпонован узел радиального деформирования перерывателя.

Привод штока может быть выполнен и гидравлическим (этот вариант условно не показан).

На штоке 5 размещены верхний 7 и нижний 8 конусы, жестко связанные со штоком 5 и выполненные с возможностью их взаимодействия с соответствующими шлипсами 3, 4. Перекрыватель 1 в верхней и нижней частях выполнен с зонами концентрации напряжений. Каждая из этих зон может быть выполнена, например, в виде начальных гофр 9 или в виде кольцевых проточек на внутренней поверхности перекрывателя 1.

Реверсивный электродвигатель имеет корпус 10 и редуктор 11 и размещен в узле радиального деформирования перекрывателя. Шток 5 имеет наружную ленточную резьбу 12, а корпус имеет внутреннюю ленточную резьбу, ответную резьбе штока.

На корпусе реверсивного электродвигателя 6 размещена втулка 13 с радиальными окнами 14. Втулка 13 связана с корпусом реверсивного электродвигателя 10 шлицевым соединением. Верхние шлипсы 3 размещены в радиальных окнах 14 втулки 13.

Подвеска узла радиального деформирования перекрывателя 1 выполнена в виде кабель-каната 15.

На штоке 5 между конусами 7 и 8 размещен локатор зоны концентрации напряжений 16 (в цилиндрической части 17 штока между конусами).

Вал реверсивного электродвигателя 18 установлен на подшипнике 19. Шлипсы в исходном положении удерживают пружины 20, 21.

При выполнении перекрывателя 1 в зонах концентрации напряжений, например, из нержавеющей стали, локатор зоны концентрации напряжений может быть выполнен, например, электромагнитным.

Перекрыватель может быть выполнен с дополнительными зонами концентрации напряжений в его средней части. Это зависит от конкретных геологических условий в скважине, состояния ствола скважины или ремонтируемой колонны.

Уплотнительные элементы 2 перекрывателя 1 могут быть размещены между двойными гофрами. В этом случае создаются наилучшие условия деформирования уплотнительных элементов и достигается более надежная герметизация перекрывателя на его контакте с перекрываемой поверхностью (стволом скважины или внутренней стенкой ремонтируемой колонны).

Устройство работает следующим образом.

Вначале спускают перекрыватель 1 в скважину до определенного интервала (в зону осложнения). Спуск перекрывателя можно осуществить известными средствами с помощью любых подвесок с любыми разъемньми соединениями (условно не показаны). Наиболее оптимальным предполагается спуск перекрывателя с помощью вышеописанного узла для радиального деформирования перекрывателя, т.е. спуск на подвеске в виде кабель-каната 15 и с фиксацией собственно перекрывателя с помощью шлипсов 3, 4 (к внутренней поверхности перекрывателя). Усилие фиксации регулируют ходом (осевым перемещением штока 5). Шлипсы 3, 4 могут быть зафиксированы к внутренней поверхности перекрывателя 1 в любой его части (в верхней, средней или нижней). В оптимальном случае (если это допускают конкретные условия) шлипсы узла для радиального деформирования перекрывателя могут быть зафиксированы (перед спуском устройства в скважину) к внутренней поверхности перекрывателя 1 таким образом, что зона концентрации напряжений 9 будет размещена между шлипсами 3, 4. После спуска снаряженного таким образом устройства в необходимый интервал скважины остается только перевести устройство в режим работы радиального деформирования перекрывателя 1. Для этого по кабель-канату 15 подают ток, например, прямой полярности к реверсивному электродвигателю 6. Вращающий момент от вала электродвигателя через редуктор 11, шток 5 с ленточной резьбой 12 преобразуется в тяговое осевое усилие. При осевом перемещении штока (при ранее выдвинутых шлипсах), например, верхние шлипсы 3 (как это показано на фиг. 1) остаются на месте (зафиксированы на внутренней поверхности перекрывателя 1). Шток 5 в это время своей цилиндрической частью 17 находится против верхних шлипсов 3. Нижние шлипсы 4, тоже зафиксированные на внутренней поверхности перекрывателя (под зоной концентрации напряжений перекрывателя), штоком 5 перемещаются (вместе с подвижной втулкой в шлицах корпуса 10) в осевом направлении (в данном случае вверх) и деформируют перекрыватель в поперечные гофры в его верхней части и, конкретно, в зоне концентрации напряжений перекрывателя, т.е., например, в ранее созданных двух начальных гофрах. Деформацию задают в наружную сторону перекрывателя. Двумя кольцевыми деформированными в гофры частями перерыватель прижимают к стенке скважины. Уплотнительный элемент 2 между этими двумя гофрами деформируется в радиальном направлении и перекрывает зазор между стенкой скважины (колонны) и перекрывателем. Еще большая степень герметизации достигается, если уплотнительный элемент снаружи покрыт клеем.

После посадки верхней части перекрывателя на реверсивный электродвигатель 6 подают ток обратной полярности. Шток 5 перемещается в обратном направлении, а шлипсы 3, 4 перемещаясь по конусам к центру, освобождают верхнюю часть перекрывателя. Подвижная втулка 13 тоже перемещается вниз и узел для радиального деформирования освобождается от перекрывателя.

Для закрепления нижней части перекрывателя 1 узел для радиального деформирования спускают, например, в нижнюю часть перекрывателя (до следующей зоны концентрации напряжений перекрывателя). Конкретную отметку установки перекрывателя 1 определяют с учетом мерности самого перекрывателя, размещения на нем зон концентрации напряжений и по мерности кабель-каната 15. Наиболее оптимальным является установка перекрывателя по локатору зон концентрации напряжений. Для этого применяют известные устройства, например локаторы электромагнитного действия. При выполнении перекрывателя в зонах концентрации напряжений из немагнитных материалов, например из нержавеющей стали, локатор электромагнитного действия выделяет аномалию. По глубине выделения аномалии устанавливают узел радиального деформирования. При этом операции в нижней части перекрывателя отличаются от ранее описанных операций в верхней части перекрывателя лишь только тем, что первоначально шлипсы фиксируют на внутренней поверхности перекрывателя (ранее эту операцию выполняли перед спуском устройства в скважину). Только затем производят деформирование перекрывателя.

После выполнения всех операций в нижней части перекрывателя операция в целом по изоляции зоны осложнения в скважине считается завершенной.

Длина перекрывателя может быть от 8 м (минимальная длина одной трубы) до 200 м с деформированием перекрывателя в 2 - 20(30) местах в зависимости от конкретной обстановки в скважине. Время же посадки перекрывателя, даже удлиненного, исчисляется всего лишь несколькими часами. При этом нет необходимости в применении специальных агрегатов, рассчитанных на большую грузоподъемность или большое гидравлическое давление.

После отработки своего срока перерыватель достаточно легко может быть извлечен из скважины с помощью специального ловителя известной конструкции. Для этого вначале осевым усилием выправляют верхнюю деформированную часть перекрывателя. Также освобождают следующие части перекрывателя, после чего его полностью извлекают из скважины.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1712581, кл. Е 21 В 33/13,15.02.1992.

2. Патент РФ 2137903, кл. Е 21 В 33/13, 20.09.1999.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для изоляции зон осложнений в скважине, а конкретно - к изоляции зон поглощений, водопритоков, перекрытия неустойчивых пород и зон кавернозности скважины, а также перекрытия зон негерметичности обсадной колонны. Обеспечивает упрощение устройства, возможность спуска в скважину перекрывателя увеличенной длины, повышение надежности изоляционных работ, возможность извлечения перекрывателя из скважины, а также снижение затрат времени и средств на изоляцию зон осложнений. Сущность изобретения: устройство включает перекрыватель и узел для радиального деформирования перекрывателя. На наружной поверхности перекрывателя установлены уплотнительные элементы. Перекрыватель в верхней и нижней частях выполнен с зонами концентрации напряжений. Перекрыватель деформируется в каждой из этих зон в поперечные наружные гофры. В гофрах установлен узел для радиального деформирования перекрывателя. Узел для радиального деформирования перекрывателя имеет верхние и нижние шлипсы, шток, привод осевого перемещения штока, верхний и нижний конусы. Шлипсы фиксируются на внутренней стенке перекрывателя в рабочем положении устройства. Внутри шлипсов размещен шток. Конусы жестко связаны со штоком и выполнены с возможностью их взаимодействия с соответствующими шлипсами. При установке в гофрах узла для радиального деформирования и при осевом перемещении штоком одних шлипсов с одной частью перекрывателя относительно других шлипсов, зафиксированных на другой части перекрывателя, отделенной от первой части перекрывателя зоной концентрации напряжений, перекрыватель деформируется в верхней и нижней частях, 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для изоляции зон осложнений в скважине, включающее перекрыватель с уплотнительными элементами на его наружной поверхности и узел для радиального деформирования перекрывателя в его верхней и нижней частях, отличающийся тем, что узел для радиального деформирования перекрывателя имеет верхние и нижние шлипсы для фиксирования их на стенке перекрывателя в рабочем положении устройства, шток, размещенный внутри шлипсов, привод осевого перемещения штока, верхний и нижний конусы, жестко связанные со штоком и выполненные с возможностью их взаимодействия с соответствующими шлипсами, а перекрыватель в верхней и нижней частях выполнен с зонами концентрации напряжений и возможностью его деформирования в каждой из этих зон в поперечные наружные гофры при установке в них узла для радиального деформирования перекрывателя и при осевом перемещении штоком одних шлипсов с одной частью перекрывателя относительно других шлипсов, зафиксированных на другой части перекрывателя, отделенной от первой части перекрывателя зоной концентрации напряжений. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод штока выполнен в виде реверсивного электродвигателя с корпусом и редуктором, размещенными в узле для радиального деформирования перекрывателя, причем шток имеет наружную, например, ленточную резьбу, а корпус имеет внутреннюю резьбу, ответную резьбе штока. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что узел для радиального деформирования перекрывателя содержит втулку с радиальными окнами, размещенную на корпусе реверсивного электродвигателя с возможностью осевого перемещения и связанную с ним, например, шлицевым соединением, при этом шлипсы размещены в радиальных окнах втулки. 4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что подвеска узла для радиального деформирования перекрывателя выполнена в виде кабель-каната. 5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве подвески перекрывателя использована подвеска узла радиального деформирования перекрывателя. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено локатором зон концентрации напряжений, размещенным на штоке между конусами. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перекрыватель в зонах концентрации напряжений выполнен из немагнитного материала, например нержавеющей стали, а локатор зоны концентрации напряжений выполнен электромагнитным. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перекрыватель выполнен с дополнительными зонами концентрации напряжений в его средней части. 9. Устройство по одному из пп. 1, 7 и 8, отличающееся тем, что зоны концентрации напряжений выполнены в виде кольцевых проточек на внутренней поверхности перекрывателя, например, с возможностью образования двойных наружных поперечных гофр. 10. Устройство по одному из пп. 1, 7 и 8, отличающееся тем, что зоны концентрации напряжений выполнены в виде начальных наружных поперечных гофр, при этом гофры выполнены, например, двойными. 11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перекрыватель выполнен в виде последовательно соединенных труб, образующих длинномерную сборку. 12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перекрыватель выполнен с соединительными концами, обеспечивающими возможность образования длинномерной сборки в скважине. 13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перекрыватель выполнен с возможностью подвески его за гофры и спуска в скважину. 14. Устройство по п. 9 или 10, отличающееся тем, что уплотнительные элементы размещены между двойными гофрами. 15. Устройство по п. 1 или 14, отличающееся тем, что на наружной поверхности уплотнительных элементов помещен клей.