СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ОСЛОЖНЕНИЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК E21B29/10 

Изобретение относится к бурению и капитальному ремонту скважин, в частности к технологии и средствам изоляции зон осложнения бурения скважин и нарушений герметичности обсадных колонн.

Известен способ ремонта обсадных колонн в скважинах путем установки в зонах нарушения герметичности металлических пластырей, расширяемых дорном, перемещаемым гидродомкратом, содержащим полые гидроцилиндры и соосно подвижный относительно них полый шток с кольцевыми поршнями, жестко соединенный верхним концом с якорным узлом, а нижним - с дорнирующей головкой (патент РФ №2010945, МПК Е21В 29/00, опубл. 15.04.94 в Бюл. №7). При этом пластырь закреплен между нижним торцом корпуса гидроцилиндров и дорнирующей головкой.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является следующее:

- при длине пластыря, равной нескольким сотням метров, сборка его и спуск в скважину совместно со штоком практически невозможны из-за сложности соединения гофрированных труб между собой сваркой с одновременной сборкой штока;

- ненадежное крепление нижнего конца пластыря, поскольку гофрированная труба в этом месте не может прижаться к обсадной колонне, а тем более к стенкам скважины, с достаточным натягом из-за остаточной упругой деформации, т.к. при первом шаге дорнирования пластырь прижимается только на длине, равной ходу поршней гидродомкрата.

Известны также способ и устройство для ремонта обсадных колонн в скважине, которые равнозначно могут применяться и при изоляции зон осложнения бурения скважин профильными перекрывателями (авт. св-во СССР №976020, МПК Е21В 29/10, опубл. 23.11.82, Бюл. №43).

Известный способ включает спуск перекрывателя в зону нарушения герметичности колонны (или зону осложнения бурения) с использованием установочной головки, расширение профильных участков перекрывателя созданием в нем гидравлического давления, раздачу цилиндрических участков с помощью дорна.

Устройство для осуществления этого способа содержит профильный перекрыватель с цилиндрическими концами, на концах которого установлены верхний и нижний якорные узлы в виде конусов с уплотнениями и фиксирующих плашек, образующих с перекрывателем гидравлическую камеру, а также захватный и захватываемый элементы, один из которых соединен с конусом верхнего якорного узла, а другой - с конусом нижнего якорного узла. При этом захватный и захватываемый элементы имеют выступы для взаимодействия с профильной частью перекрывателя. Нижний конец конуса нижнего якорного узла снабжен дорном, а верхний конец конуса верхнего якорного узла - обратным клапаном.

Основными недостатками этих способа и устройства для его осуществления являются низкие качество и надежность перекрытия зон нарушения герметичности обсадных колонн или осложнения бурения скважины, особенно когда интервал перекрытия достигает нескольких сотен метров. Это является следствием того, что при расширении профильных труб гидравлическим давлением происходит заякоривание перекрывателя в колонне обсадных труб или стволе скважины выше и ниже интервала нарушения или осложнения, и при дальнейшей раздаче профильных и цилиндрических участков, в том числе резьбовых соединений, происходит укорачивание средней части перекрывателя от 5 до 10 процентов (в зависимости от степени раздачи), поскольку профильные, резьбовые и цилиндрические участки при гидравлическом расширении профильных труб остаются неприжатыми к стенкам обсадной колонны или скважины. Вследствие этого создаются значительные растягивающие усилия, нарушающие герметичность резьбовых соединений перекрывателя.

Наиболее близким к предлагаемым по технической сущности и количеству совпадающих существенных признаков являются способ и устройство для изоляции зон осложнения бурения скважины по авт. св-ву СССР №1712581, МПК Е21В 29/10, 33/13, опубл. 15.02.92, Бюл. №6.

Способ, осуществляемый с помощью этого устройства, включает спуск перекрывателя, имеющего цилиндрические участки и резьбовые соединения, в зону осложнения бурения с помощью установочного оборудования, расширение профильных участков перекрывателя созданием в нем гидравлического давления до прижатия их стенок к стенкам скважины, раздачу цилиндрических участков с резьбовыми соединениями и калибровку профильных участков путем дорнирования (см. описание изобретения к а.с. №1712581).

Устройство для изоляции зон осложнения бурения скважин по указанному авт. св-ву включает профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, дорнирующую головку, состоящую из нескольких секций, установленных ступенчато с уменьшающимися по диаметру в сторону раздачи дорнирующими элементами, установленный в нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и захватываемым при его отсоединении от перекрывателя элементом, жестко связанные между собой: захватывающий элемент, якорный узел и узел соединения с бурильными трубами.

Недостатком этих способа и устройства для его осуществления является то же, что и у способа и устройства по а.с. СССР №976020 (см. выше). Это низкая надежность изоляции зон осложнения бурения скважин, имеющих большую протяженность, достигающую нескольких сотен метров, вследствие эффекта укорачивания средней части перекрывателя при закрепленных концевых участках, вследствие чего растягивающие усилия, воздействующие при последующем после расширения давлением дорнировании, приводят к нарушению герметичности резьбовых соединений перекрывателя, а иногда и к разрушению их.

Задача изобретения - повышение надежности изоляции зон осложнения бурения скважин большой протяженности за счет уменьшения растягивающих усилий, воздействующих на резьбовые соединения профильного перекрывателя в процессе его установки.

Это достигается тем, что в описываемом способе изоляции зон осложнения бурения скважины профильными перекрывателями с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, включающем спуск перекрывателя в зону осложнения бурения с помощью установочного оборудования, расширение профильных участков перекрывателя созданием в нем гидравлического давления, раздачу цилиндрических участков с резьбовыми соединениями и калибровку профильных участков дорнированием, согласно изобретению все последующие цилиндрические участки перекрывателя с резьбовыми соединениями перед раздачей «отсекают» от уже раздатых предыдущих путем механической блокады их от воздействия на них усилия раздачи последующих, например с помощью жестко соединенных между собой и с установочным оборудованием якорных устройств, которые устанавливают внутри перекрывателя по обе стороны от раздаваемого резьбового соединения, приводимых в действие гидравлическим давлением в процессе раздачи каждого последующего соединения.

А устройство для осуществления этого способа, включающее профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, дорнирующую головку, состоящую из нескольких секций, установленных ступенчато с уменьшающимися по диаметру в сторону раздачи дорнирующими элементами, установленный в нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и захватываемым при его отсоединении от перекрывателя элементом, жестко связанные между собой: захватывающий элемент, якорный узел и узел соединения с бурильными трубами, согласно изобретению снабжено дополнительным якорным узлом и гидродомкратом, содержащим полые гидроцилиндры и соосно подвижный относительно них полый шток с кольцевыми поршнями, жестко соединенный верхним концом с якорным узлом, а нижним - с захватывающим элементом, полости которых гидравлически сообщены между собой и с полостью перекрывателя, при этом захватывающий элемент выполнен с упором для подвески перекрывателя и снабжен перепускным клапаном, перекрывающим полость штока при перемещении его вниз относительно перекрывателя, причем дополнительный якорный узел установлен на нижнем конце штока, а дорнирующая головка жестко связана с гидроцилиндрами и скомпонована из одной гидравлической секции, сообщенной с полостью штока, и не менее одной механической.

Это позволяет значительно уменьшить растягивающие усилия, воздействующие на резьбовые соединения перекрывателя при их раздаче дорнированием, благодаря чему повышается надежность изоляции зон осложнения бурения скважин, в том числе имеющих большую протяженность.

На фиг.1 показан профильный перекрыватель в компоновке с установочным оборудованием в исходном положении перед спуском в скважину; на фиг.2 - то же после спуска перекрывателя в зону осложнения бурения и расширения его гидравлическим давлением; на фиг.3 - процесс дорнирования цилиндрических участков, резьбовых соединений и калибрование профильных участков перекрывателя; на фиг.4 - увеличенное изображение перепускного клапана (см фиг.1, 2); на фиг.5 - то же башмака.

Осуществление способа изоляции зон осложнения бурения скважины приведено ниже при описании работы устройства для его осуществления.

Устройство (фиг.1) состоит из профильного перекрывателя 1 с цилиндрическими участками 2 и резьбовыми соединениями 3. На нижнем конце перекрывателя 1 закреплен съемный башмак 4 (фиг.1, 5) с обратным клапаном 5 и захватываемым элементом 6, а верхний его конец с помощью патрубка 7 закреплен на наружном упоре 8 захватывающего элемента 9, имеющего проходной канал 10, перекрываемый в процессе установки профильного перекрывателя перепускным шаровым клапаном 11 (фиг.1, 4), удерживаемым в нерабочем положении штоком 12, подпружиненным пружиной 13 в сторону выталкивания его из стенки захватывающего элемента 9. Захватываемый элемент 6 башмака 4 (фиг.5) имеет кольцевые канавки 14, а захватывающий элемент 9 - внутреннюю расточку 15, в которой выполнены ответные канавкам 14 кольцевые проточки 16, в которых закреплены разрезные пружинные кольца 17. Башмак 4 закреплен на нижнем конце перекрывателя 1 с помощью патрубка 18, имеющего внутреннее кольцевое углубление 19, в которое упираются подвижные в радиальном направлении сегменты 20, фиксируемые штифтами 21, ввинченными в захватываемый элемент 6 и имеющими пазы 22, взаимодействующие с выступами 23 сегментов 20. Башмак 4 имеет проходной канал 24, сообщенный отверстиями 25 с полостью перекрывателя 1, и упор 26, ограничивающий перемещение захватываемого элемента 6 вверх при освобождении сегментов 20 из зацепления с патрубком 18.

Установочное оборудование устройства состоит из колонны бурильных труб 27 и узла соединения с бурильными трубами, включающего комплект утяжеленных бурильных труб (УБТ) 28 и сливной клапан 29, соединенный с верхним якорным узлом 30, на который навинчен полый шток 31, имеющий наружные кольцевые поршни 32, образующие с охватывающим их соосно подвижным относительно штока 31 цилиндрическим корпусом (не обозначен), гидродомкрат 33 с гидроцилиндрами 34, полости которых отверстиями 35 в штоке 31 сообщены между собой и с полостью 36 штока, и далее, через перепускной клапан 11, - с полостью профильного перекрывателя 1. К нижнему концу полого штока 31 с помощью переходника 37 присоединен дополнительный якорный узел 38, свинченный с захватывающим элементом 9. На соосно подвижном относительно гидроцилиндров 34 штоке 31 смонтирована дорнирующая головка (не обозначена), скомпонованная из одной гидравлической 39, сообщенной за счет зазора 40 с полостью 36 штока 31 через полость гидроцилиндра 34, и двух механических 41 секций. Причем все ступенчато установленные секции жестко контактируют друг с другом своими основаниями 42 и через верхнее основание жестко соединены с гидроцилиндрами 34. При этом все дорнирующие элементы секций выполнены плашечными и имеют диаметры, уменьшающиеся в сторону раздачи. Плашки 43 в процессе дорнирования находятся в верхнем рабочем положении, в расширяющихся вверх конусных поверхностях 44 оснований 42 секций.

Способ осуществляют с помощью описываемого устройства следующим образом.

На колонне бурильных труб 27 устройство спускают в зону 45 (фиг.3) осложнения бурения скважины. При этом заполнение устройства и труб скважинной жидкостью происходит через обратный клапан 5 башмака 4. Затем закачкой жидкости в устройстве создают гидравлическое давление, под действием которого профильные участки перекрывателя 1, расширяясь, прижимаются к стенкам некавернозных интервалов скважины (фиг.2 и 3). Затем сбрасывают давление и установочное оборудование перемещают вниз на длину, равную длине гидроцилиндров 34, и выводят захватывающий элемент 9 из зацепления с патрубком 7 перекрывателя 1. При этом удерживаемый в утопленном положении шаровой клапан 11 перекрывает проходной канал 10, так как удерживающий его в нерабочем положении шток 12 под действием пружины 13 переместится в радиальном направлении влево. Одновременно шток 31, перемещаясь вниз относительно гидроцилиндров 34, заряжает гидродомкрат 34. Вновь в системе создают гидравлическое давление. При этом действующее на поршни 32 через отверстия 35 гидравлическое давление не может переместить шток 31 вверх, поскольку этому препятствуют вес колонны бурильных труб 27, УБТ 28 и якорные узлы 30 и 38, приведенные давлением жидкости в рабочее положение, с которыми шток 31 жестко связан. При достижении давления, при котором усилие, возникающее в гидродомкрате 33, превышает сопротивление металла верхних цилиндрических участков перекрывателя раздаче, гидроцилиндры 34 и секции 39 и 41 дорнирующих головок переместятся вниз на длину хода гидроцилиндров 34. Далее операцию перезарядки гидродомкрата 33 и создание давления в системе повторяют до достижения нижней механической секцией 43 резьбового соединения 3. При этом, поскольку проходной канал 10 перекрыт клапаном 11, якорные узлы 30 и 38 (фиг.2 и 3) приводятся в рабочее положение, «отсекая» резьбовое соединение 3 от уже раздатых и последующих от воздействия на него растягивающих усилий, возникающих при дорнировании цилиндрических участков 2 и резьбовых соединений 3 перекрывателя 1. При этом всякий раз при перезарядке гидродомкрата 33 плашки 43 гидравлической секции 39 дорнирующей головки под действием гидравлического давления, воздействующего на них через зазор 40, и механических секций 41 - под действием пружин 46, выдвигаясь по конусным поверхностям 44 в рабочее положение, раздают цилиндрические участки 2 и резьбовые соединения 3, а также калибруют профильные участки перекрывателя 1 до плотного прижатия их к стенкам скважины.

По достижении захватывающим элементом 9 башмака 4 его пружинные разрезные кольца 17 входят в зацепление с кольцевыми канавками 14 захватываемого элемента 6. Поднятием инструмента до упора 26 освобождают секции 20 из зацепления со штифтами 21. При этом секции 20 выходят из кольцевого углубления 19 патрубка 18, и башмак 4 перемещается вниз, освобождая нижний конец перекрывателя 1 для его раздачи.

Осуществление способа за счет блокирования резьбовых соединений двумя якорными узлами защищает их от повреждений и разрушений, особенно при изоляции зон осложнения бурения скважины, имеющих большую протяженность, благодаря чему повышается надежность изоляции этих зон.

Группа изобретений относится к бурению и капитальному ремонту скважин, в частности к методам изоляции зон осложнений бурения профильными перекрывателями. Способ включает спуск перекрывателя в зону осложнения, расширение профильных участков созданием гидравлического давления, раздачу цилиндрических участков с резьбовыми соединениями и калибровку профильных участков дорнированием. Все последующие цилиндрические участки перед раздачей отсекают от уже раздатых путем механической блокады их от воздействия на них усилия раздачи последующих, в частности с помощью жестко соединенных между собой и с установочным оборудованием якорных устройств внутри перекрывателя по обе стороны от раздаваемого резьбового соединения. Устройство содержит дорнирующую головку из нескольких секций, установленных ступенчато с уменьшающимися по диаметру в сторону раздачи дорнирующими элементами, установленный в нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном, жестко связанные между собой захватывающий элемент, якорный узел и узел соединения с бурильными трубами, дополнительный якорный узел и гидродомкрат, содержащий полые гидроцилиндры и соосно подвижный относительно них полый шток с кольцевыми поршнями, жестко соединенный верхним концом с якорным узлом, а нижним - с захватывающим элементом, полости которых гидравлически сообщены между собой и с полостью перекрывателя. Захватывающий элемент выполнен с упором для подвески перекрывателя и снабжен перепускным клапаном, перекрывающим полость штока при перемещении его вниз относительно перекрывателя. Дополнительный узел установлен на нижнем конце штока. Дорнирующая головка жестко связана с гидроцилиндрами и скомпонована из одной гидравлической секции и не менее одной механической. Повышается надежность изоляции. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ изоляции зон осложнения бурения скважины профильными перекрывателями с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, включающий спуск перекрывателя в зону осложнения бурения с помощью установочного оборудования, расширение профильных участков перекрывателя созданием в нем гидравлического давления, раздачу цилиндрических участков с резьбовыми соединениями и калибровку профильных участков дорнированием, отличающийся тем, что все последующие цилиндрические участки перекрывателя с резьбовыми соединениями перед раздачей «отсекают» от уже раздатых путем механической блокады их от воздействия на них усилия раздачи последующих, например, с помощью жестко соединенных между собой и с установочным оборудованием якорных устройств, которые устанавливают внутри перекрывателя по обе стороны от раздаваемого резьбового соединения, приводимых в действие гидравлическим давлением в процессе раздачи каждого последующего соединения.2. Устройство для осуществления способа изоляции зон осложнения бурения скважины по п.1, включающее профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, дорнирующую головку, состоящую из нескольких секций, установленных ступенчато с уменьшающимися по диаметру в сторону раздачи дорнирующими элементами, установленный в нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и захватываемым при его отсоединении от перекрывателя элементом, жестко связанные между собой захватывающий элемент, якорный узел и узел соединения с бурильными трубами, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным якорным узлом и гидродомкратом, содержащим полые гидроцилиндры и соосно подвижный относительно них полый шток с кольцевыми поршнями, жестко соединенный верхним концом с якорным узлом, а нижним - с захватывающим элементом, полости которых гидравлически сообщены между собой и с полостью перекрывателя, при этом захватывающий элемент выполнен с упором для подвески перекрывателя и снабжен перепускным клапаном, перекрывающим полость штока при перемещении его вниз относительно перекрывателя, причем дополнительный якорный узел установлен на нижнем конце штока, а дорнирующая головка жестко связана с гидроцилиндрами и скомпонована из одной гидравлической секции, сообщенной с полостью штока, и не менее одной механической.