УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ МОСТОВ В СКВАЖИНАХ Российский патент 2013 года по МПК E21B27/02 E21B33/14 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение работ в нефтяных и газовых скважинах.

Известно устройство для установки мостов в скважинах, содержащее корпус, головку, воздушную камеру с поршнем и толкателем, желонку, ограниченную верхней и нижней перегородками с осевыми и радиальными отверстиями, имеющую поршень-разделитель в верхней части и заполненную тампонажным материалом, эластичную пробку, установленную под нижней перегородкой (а.с. СССР №996718, МКИ E21B 33/14).

Упомянутое устройство позволяет доставить тампонажный материал в зону установки моста, вытолкнуть эластичную пробку в обсадную колонну скважины и произвести опорожнение желонки от тампонажного материала на искусственный забой из эластичной пробки.

Недостатком устройства является то, что тампонажный материал, вытекая из желонки, контактирует с буровым раствором, находящимся в скважине, и перемешивается с ним, а на стенке обсадной колонны скважины остается слой глинистой корки, который препятствует сцеплению тампонажного материала с обсадной колонной, что существенно снижает прочность и герметичность получаемого моста.

Известно устройство для установки мостов в скважинах, содержащее корпус, головку, воздушную камеру с поршнем, толкателем и перегородкой, желонку, заполненную тампонажным материалом, с осевыми и радиальными отверстиями, поршнем-разделителем в верхней части, перегородкой в нижней части с осевым отверстием под шток, эластичной пробкой, кольцевым поршнем со штоком, установленным в транспортном положении с возможностью взаимодействия с эластичной пробкой и выполненным полым, установленной на штоке самоуплотняющейся манжетой, размещенной над эластичной пробкой и зафиксированной относительно полого штока (Патент РФ №2049908, МКИ E21B 33/14) - прототип.

Такое устройство позволяет доставить тампонажный материал в зону установки моста, вытолкнуть эластичную пробку в обсадную колонну скважины, переводя устройство из транспортного в рабочее положение, провести опорожнение желонки от тампонажного материала на искусственный забой из эластичной пробки, исключая его перемешивание со скважинной средой и одновременно обеспечивая удаление глинистой корки со стенки скважины в зоне установки моста.

Однако после перевода устройства в рабочее положение, подача тампонажного материала в колонну скважины осуществляется подъемом устройства вверх при помощи каротажного кабеля, на котором оно спущено в скважину. При этом возникает дополнительная нагрузка на кабель за счет взаимодействия самоуплотняющейся манжеты со скважинной средой и стенкой обсадной колонны. После опорожнения желонки необходимо еще больше повысить нагрузку на кабель, чтобы осуществить отделение эластичной манжеты от устройства. Эта операция является источником дополнительной нагрузки на кабель и осуществляется с помощью рывка. Она сопряжена с риском обрыва кабеля или отделения устройства от кабеля при отсутствии необходимых навыков работы с устройством у машиниста каротажного подъемника, особенно при больших глубинах скважин. В процессе установки моста самоуплотняющаяся манжета устройства контактирует с обсадной колонной, обеспечивая удаление глинистой корки и принудительное замещение скважинной среды тампонажным материалом.

В случае некачественной подготовки скважины перед установкой моста или при необходимости установки моста в районе нарушения целостности обсадной колонны, например на участке перфорированной колонны, в зоне контакта могут оказаться остатки тампонажного материала, острые выступы или посторонние предметы, связанные со стенкой скважины. Указанные обстоятельства могут стать причиной стопорения самоуплотняющейся манжеты или вызвать потерю ее герметичности, в результате чего опорожнение желонки в зоне установки моста станет невозможным. В случае потери герметичности отделить самоуплотняющуюся манжету вообще не возможно до подъема устройства на поверхность. При этом велика вероятность заклинивания манжеты на каком-либо участке ствола скважины, что существенно осложняет условия подъема устройства и может привести к возникновению аварийной ситуации.

Указанные недостатки существенно снижают надежность работы устройства и его эксплуатационные возможности.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Устройство для установки мостов в скважинах, содержащее корпус, головку, воздушную камеру с поршнем, толкателем и перегородкой, желонку, заполненную тампонажным материалом, с осевым и радиальными отверстиями и поршнем-разделителем в верхней части, перегородкой в нижней части с осевым отверстием под шток, эластичной пробкой и установленной на штоке самоуплотняющейся манжетой, размещенной над эластичной пробкой и зафиксированной относительно полого штока. Поршень-разделитель устройства снабжен грузом-толкателем и упором, установленным с возможностью взаимодействия при нижнем положении поршня-разделителя с распорной втулкой шарикового замка, размещенного в полом штоке кольцевого поршня, шарики которого входят в проточку скользящей втулки, фиксирующей самоуплотняющуюся манжету.

В этом случае окончание процесса вытеснения тампонажного материала в скважину будет сопровождаться нажатием упора поршня-разделителя на распорную втулку шарикового замка, за счет чего шарики замка, выйдя из проточки скользящей втулки, освобождают самоуплотняющуюся манжету без возрастания усилия на каротажный кабель. В случае стопорения самоуплотняющейся манжеты в обсадной колонне в процессе вытеснения тампонажного материала также нет необходимости осуществлять отрыв устройства от места посадки увеличением усилия на кабель, поскольку тампонажный раствор будет все равно удален из желонки под действием груза-толкателя, который создает избыточное давление в желонке и обеспечивает вытеснение тампонажного раствора в зону установки моста с последующим отделением самоуплотняющейся манжеты. Такая же последовательность работы устройства гарантирована и в случае потери герметичности самоуплотняющейся манжеты, поскольку и в этом случае поршень-разделитель под действием груза-толкателя обеспечит вытеснение тампонажного раствора из желонки, а упор поршня-разделителя при взаимодействии с распорной втулкой шарикового замка обеспечит освобождение самоуплотняющейся манжеты и беспрепятственный подъем устройства из скважины.

Такое выполнение устройства позволяет исключить увеличение нагрузки на каротажный кабель при отделении эластичной манжеты, осуществить безусловное опорожнение желонки в зоне установки моста и обеспечить отделение самоуплотняющейся манжеты независимо от состояния стенки обсадной колонны в зоне установки моста.

Заявляемое изобретение решает задачу повышения надежности работы устройства для установки мостов в скважинах и расширения его эксплуатационных возможностей за счет снижения зависимости результата использования устройства от конкретных условий, которые имеют место в скважине в процессе его работы.

Использование заявляемого устройства позволит значительно упростить технологию установки цементных мостов и повысить безопасность работ.

На фиг.1 показана схема устройства в разрезе.

На фиг.2 показано положение функциональных узлов устройства в момент его перехода из транспортного положения в рабочее.

На фиг.3 показано положение функциональных узлов устройства в момент отделения самоуплотняющейся манжеты.

Устройство состоит из головки 1 с установленным в ней взрывпатроном 2, соединенным с каротажным кабелем 3, закрепленным в головке 1. Головка 1 присоединена к корпусу 4. Корпус 4 имеет воздушную камеру 5, в которой размещен палец 6 с отверстием 7 и поршень 8 с толкателем 9. Корпус 4 соединен с желонкой 10. имеющей радиальное отверстие 11. В желонке 10 установлен поршень-разделитель 12 с грузом-толкателем 13 и упором 14. Желонка 10 имеет верхнюю перегородку 15 и нижнюю перегородку 16, в которой установлен кольцевой поршень 17 с полым штоком 18. На штоке 18 установлена самоуплотняющаяся манжета 19 со скользящей втулкой 20, имеющей проточку 21, в которую входят шарики 22 шарикового замка 23, размещенного в полом штоке 18. Шарики 22 заперты в проточке 21 при помощи распорной втулки 24 с канавкой 25. Втулка 24 удерживается в верхнем положении пружиной 26, которая упирается в упор 27 штока 18. Нижняя часть штока 18 герметично перекрыта эластичной пробкой 28, размещенной в нижней части желонки 10. Желонка 10 имеет радиальное отверстие 29, размещенное над эластичной манжетой 19, и заполнена тампонажным материалом 30. Устройство опускается в обсадную колонну 31 скважины, в которой находится буровой раствор 32.

Эксплуатация устройства осуществляется следующим образом. Устройство опускают на каротажном кабеле 3 в обсадную колонну 31 под буровой раствор 32 в нижнюю часть интервала установки моста. В процессе спуска радиальные отверстия 11 и 29 обеспечивают выравнивание давления в полости устройства над поршнем 12 и под поршнем 17. При достижении устройством места установки моста по кабелю 3 подается электрический импульс, который вызывает срабатывание взрывпатрона 2. Взрывом разрушается палец 6 и через отверстие 7 воздушная камера 5 сообщается с пространством скважины. Гидростатическое давление столба бурового раствора 32 оказывает воздействие на поршень 8, под которым остается атмосферное давление. Поршень 8 перемещается вниз и толкателем 9 нажимает на поршень-разделитель 12, который перемещает тампонажный материал 30. Движение тампонажного материала 30 в желонке 10 вызывает перемещение вниз кольцевого поршня 17 до упора его в нижнюю перегородку 16. За счет этого полый шток 18 выталкивает в обсадную колонну 31 эластичную пробку 28 и самоуплотняющуюся манжету 19, которые выходят из нижней части желонки 10. Затем производится натяжение каротажного кабеля 3. Это вызывает перемещение устройства вверх. Самоуплотняющаяся манжета 19 увлекается вверх перемещающимся вместе с устройством штоком 18, а эластичная пробка 28 остается на месте, выполняя роль искусственного забоя и отсекая буровой раствор 32 снизу. Перемещение самоуплотняющейся манжеты 19 обеспечивает поршневание скважины. При этом над манжетой 19 и под ней создается перепад давления, усиливающий ее взаимодействие с обсадной колонной 31 и обеспечивающий очищение обсадной колонны 31 от корки бурового раствора 32 при протаскивании манжеты 19 по обсадной колонне. Одновременно буровой раствор 32 поступает в полость устройства над поршнем - разделителем 12 через отверстие 11, вызывая совместно с грузом - толкателем 13 принудительное опускание поршня 12 вниз, обеспечивая выдавливание тампонажного материала 30 из желонки 10 через полый шток 18 и нагнетание его под самоуплотняющуюся манжету 19, где образуется зона раздела бурового раствора 32.

В процессе выдавливания тампонажного материала 30 из желонки 10 под самоуплотняющуюся манжету 19 при поднятии устройства и перемещении манжеты 19 относительно обсадной колонны 31 на высоту установки моста усилие натяжения каротажного кабеля 3 сохраняется постоянным. Когда тампонажный материал 30 полностью выдавливается из желонки 10, упор 15 поршня 12 садится на распорную втулку 24 и отжимает ее вниз за счет сжатия пружины 26 под действием движущегося поршня 12. Шарики 22 шарикового замка 23 попадают в канавку 25, освобождая скользящую втулку 20 и самоуплотняющуюся манжету 19 от фиксации на штоке 18. При этом самоуплотняющаяся манжета 19 и скользящая втулка 20 сходят с посадки на штоке 18 и остаются в обсадной колонне 31 на голове установленного моста. Эта операция не вызывает какого-либо увеличения нагрузки на каротажный кабель 3, а ее окончание будет легко установлено по существенному снижению нагрузки на кабель 3. Это позволяет судить об окончании процесса установки моста и переходе устройства в транспортное положение.

Если в процессе выдавливания тампонажного материала 30 из желонки 10 при перемещении манжеты 19 вверх вместе с устройством произойдет увеличение нагрузки на кабель 3, вызванное стопорением манжеты 19 в обсадной колонне 31, то в этом случае машинист подъемника прекращает движение кабеля 3 вверх, не уменьшая его натяжения, и осуществляет выдержку во времени. В это время поршень 12 под действием груза-утяжелителя 13 продолжает вытеснение тампонажного материала 30 из желонки 10. Тампонажный материал 30, выходя из желонки 10, будет поступать в зону над остановившейся в обсадной колонне 31 манжетой 19, которая, сжимаясь, пропускает тампонажный материал 30. Выдержка кабеля 3 под натяжением производится до уменьшения нагрузки на кабель 3, которое произойдет после полного выдавливания тампонажного материала 30 в обсадную колонну 31 и отсоединения манжеты 19 от устройства за счет нажатия упора 14 поршня-разделителя 12 под действием груза-толкателя 13 на распорную втулку 24 шарикового замка 23. Это позволяет затем извлечь устройство из скважины в обычном порядке. Если в процессе выдавливания тампонажного материала 30 из желонки 10 произойдет преждевременное снижение усилия натяжения кабеля 3, то это позволит установить потерю герметичности манжеты 19 в результате ее порыва или повреждения. В этом случае скорость подъема устройства уменьшается до прохождения высоты подъема моста. Тампонажный материал 30 также будет выдавлен из желонки 10 под действием груза-толкателя 13, который обеспечит перевод устройства в транспортное положение с отсоединением манжеты 19 от устройства, предотвращая вероятные осложнения при подъеме устройства с неотсоединенной манжетой 19.

После подъема на поверхность устройство промывают от бурового раствора и остатков тампонажного материала.

Перед повторной установкой моста в скважине производят замену взрывпатрона 2 и пальца 6, поднимают в верхнее положение поршень 8 и устанавливают на штоке 18 новую манжету 19 с фиксацией ее шариковым замком 23 и скользящей втулкой 20. Запрессовывают манжету 19 вместе с устанавливаемой на штоке 18 новой пробкой 28 в нижней части желонки 10, которую заполняют тампонажным материалом 20. Затем в желонку 10 устанавливают поршень-разделитель 12 с грузом-толкателем 13 и упором 14 и соединяют ее с корпусом 4.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение работ в нефтяных и газовых скважинах. Сущностью изобретения является изменение конструкции поршня-разделителя, в результате чего исключается возможность увеличения нагрузки на каротажный кабель при отделении эластичной манжеты, осуществляется безусловное опорожнение желонки в зоне установки моста и обеспечивается отделение самоуплотняющейся манжеты независимо от состояния стенки обсадной колонны в зоне установки моста. Поршень-разделитель устройства снабжается грузом-толкателем и упором, установленным с возможностью взаимодействия при нижнем положении поршня-разделителя с распорной втулкой шарикового замка, выполненного в полом штоке, шарики которого размещены в проточке скользящей втулки, фиксирующей самоуплотняющуюся манжету. Использование заявляемого устройства позволит значительно упростить технологию установки цементных мостов и повысить безопасность работ. 3 ил.

Устройство для установки мостов в скважинах, содержащее корпус, головку, воздушную камеру с поршнем и толкателем, желонку, заполненную тампонажным материалом, с осевым и радиальными отверстиями и поршнем-разделителем в верхней части, перегородкой в нижней части с осевым отверстием под шток, эластичной пробкой и надетой на шток самоуплотняющейся манжетой, размещенной над эластичной пробкой и зафиксированной относительно штока, отличающееся тем, что поршень-разделитель снабжен грузом-толкателем и упором, установленным с возможностью взаимодействия при нижнем положении поршня-разделителя с распорной втулкой шарикового замка, выполненного в полом штоке, шарики которого размещены в проточке скользящей втулки, фиксирующей самоуплотняющуюся манжету.