УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ УЧАСТКОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН ПРИ ПОМОЩИ КОНУСА-ТРАНСФОРМЕРА Российский патент 2017 года по МПК E21B29/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации обсадных колонн и отключения пластов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство для ремонта обсадной колонны по авторскому свидетельству SU 1659621 А1, МПК Е21В 29/10, опубл. 30.06.1991, бюл. №24. Устройство спускается в скважину на геофизическом кабеле и включает размещенные в корпусе электродвигатель с редуктором, плунжерный гидравлический насос, систему клапанов управления, дифференциальный поршень, а также расположенные снаружи дорнирующий конус с подпружиненными плавающими плашками и раскатывающую головку, кинематически связанную с валом электродвигателя. Дифференциальный поршень перемещает дорнирующий конус с подпружиненными плавающими плашками внутрь пластыря, производя его расширение, а раскатывающая головка своим вращением окончательно распрямляет и выглаживает стенки пластыря, прижимая его к эксплуатационной колонне.

Основным недостатком описанного устройства является сложность конструкции скважинного модуля, в котором смонтирована электрогидромеханическая приводная система с множеством прецизионных деталей и комплектующих изделий. Кроме того, метод раскатывания применим только для тонкостенных продольно-гофрированных пластырей, что ограничивает область применения описанного устройства. И, наконец, самый главный недостаток известного устройства - ограничение по длине пластыря, вытекающее из конструкции. Длина пластыря ограничена ходом поршня и длиной приводного вала раскатывающей головки. Таким образом, данное устройство неприменимо для герметизации протяженных дефектных участков эксплуатационных колонн.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является трехступенчатая дорнирующая головка, раскрытая в описании к патенту RU 2154148 С2, кл. Е21В 29/10, опубл. 20.08.2000.

Известное из наиболее близкого аналога устройство содержит основной конус-пуансон, плавающие секторы, расположенные на самоуплотняющейся манжете, а также подпружиненные конусные плашки, установленные между конусом-пуансоном и плавающими секторами с возможностью продольного перемещения в пазах "ласточкин хвост", выполненных на конической части основного корпуса. При этом конусная часть корпуса направлена вершиной вверх, т.е. по ходу дорнирующей головки в процессе расширения пластыря. При заходе дорнирующей головки в пластырь его предварительное расширение осуществляется конусом-пуансоном, затем промежуточное - конусными плашками за счет их осевого и периферийного смещения в пазах, и окончательное - плавающими секторами под гидравлическим давлением в системе.

К недостаткам известного из наиболее близкого аналога устройства следует отнести его изначальную ориентированность на работу с продольно-гофрированными пластырями, что резко ограничивает сферу его применения. Тонкостенные гофрированные пластыри могут обеспечить герметизацию дефектных участков эксплуатационной колонны только при небольших пластовых давлениях флюида в скважине. Для ремонта скважин с большими пластовыми давлениями, достигающими иногда 100 и более атмосфер, требуется прижатие металлического пластыря к стенке колонны посредством эластичных уплотнительных колец, которые устанавливаются (например, могут быть привулканизированы) на наружной поверхности гладких цилиндрических пластырей. Только в этом случае достигается гарантированная отсечка дефектного участка эксплуатационной колонны. Кроме того, конструкция дорнирующей головки предполагает ее заход в пластырь с торца, а затем начало расширения, т.е. пластырь должен быть заякорен. Таким образом, в комплект оборудования должна дополнительно входить система якорения пластыря, что усложняет и удорожает процесс ремонта эксплуатационной колонны.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача заявляемого изобретения состоит в разработке устройства для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера, а также повышении надежности работы и расширении сферы применяемости устройства в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет применения конуса-трансформера, у которого в конусной части основного корпуса расположены подпружиненные сменные конусообразные сегменты, установленные с возможностью продольного перемещения в пазах, выполненных вдоль образующих. Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном устройстве вершина конусной части основного корпуса направлена против рабочего хода расширяющей оправки, при этом последняя снабжена противовозвратным устройством, включающим крестовину, в проушинах которой установлены с возможностью качания на осях подпружиненные собачки, носовые части которых прижаты к наружной поверхности пустотелой тяги (мандрели). Кроме того, конусообразные сегменты через проставку подпираются силовой армированной манжетой. Помимо этого, образующие конусообразных сегментов представляют собой участки эвольвенты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - общий вид устройства для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера до начала процесса расширения пластыря:

1 - эксплуатационная колонна; 2 - пластырь; 3 - эластичное уплотнительное кольцо; 4 - расширяющая оправка (конус-трансформер); 5 - силовая армированная манжета; 6 - проставка; 7 - противовозвратное устройство; 8 - пружина; 9 - ограничительная втулка; 10 - пустотелая тяга (мандрель); 11 - башмак с обратным клапаном; 12 - стопорное кольцо; 13 - гидравлическое посадочное устройство.

Фиг. 2 - то же, в момент начала расширения пластыря.

Фиг. 3 - то же, в процессе дальнейшего расширения пластыря.

Фиг. 4 - вид А на фиг. 1 в масштабе увеличения:

14 - корпус конуса-трансформера; 15 - конусообразный сегмент; 16 - крестовина; 17 - собачка; 18 - нажимной корпус; 19 - стопор; 20 - ось собачки.

Фиг. 5 - разрез Б-Б на виде А.

Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера содержит пластырь (2) в виде тонкостенной гладкой трубы с наружными эластичными уплотнительными кольцами (3) на концах и расширяющую оправку (4) в виде конуса-трансформера, находящуюся внутри пластыря (2) и надетую на пустотелую тягу (мандрель) (10). С одной стороны расширяющая оправка (4) контактирует со стопорным кольцом (12), а с другой стороны - с проставкой (6), которая, в свою очередь, подпирается силовой армированной манжетой (5). Противовозвратное устройство (7) служит для предотвращения нежелательного осевого перемещения назад расширяющей оправки (4) после запуска процесса расширения пластыря (2) (фиг. 4) и включает крестовину (16), в проушинах которой при помощи осей (20) установлены подпружиненные собачки (17), и нажимной корпус (18), имеющий пазы для беспрепятственного качания собачек (17). Пружина (8) предназначена для силового замыкания деталей устройства, расположенных между заплечиком пустотелой тяги (мандрели) (10) и стопорным кольцом (12). Ограничительная втулка (9) предотвращает заневоливание и поломку пружины (8) при подъеме тяги (мандрели) (10), которая связана с подъемником буровой установки (на рисунках не показан) посредством тяг (не показаны), например, в виде колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Нижний торец пластыря (2) герметично заглушен башмаком (11) с обратным клапаном (на рисунках не показан). В башмак (11) вмонтировано гидравлическое посадочное устройство (13) с седлом (не показано) для сбрасываемой пробки (на рисунках показана пунктиром), которое служит для перенаправления нагнетаемой рабочей жидкости и создания давления, инициирующего начало движения силовой армированной манжеты (5) и расширяющей оправки (4).

Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера работает следующим образом.

Устройство спускают в скважину на тяге, например, на колонне НКТ, до тех пор, пока дефектный участок эксплуатационной колонны (1) не окажется в интервале между эластичными уплотнительными кольцами (3) пластыря (2). При этом последний в зависимости от характера и расположения дефектов эксплуатационной колонны (1) может быть удлинен путем составления из отдельных секций, например, при помощи низкопрофильных резьбовых соединений. Затем сверху сбрасывают пробку (показана пунктиром), которая садится в седло гидравлического посадочного устройства (13), и начинают нагнетание рабочей жидкости. Последняя проникает в полость между стенками пустотелой тяги (мандрели) (10) и пластыря (2), вызывая осевое перемещение силовой армированной манжеты (5), которая выполняет роль поршня. При этом через проставку (6) манжета (5) давит на конусообразные сегменты (15), которые перемещаются вдоль пазов "ласточкин хвост" (фиг. 5) корпуса конуса-трансформера (14), одновременно совершая движение к периферии и воздействуя на стенки пластыря (2), тем самым плавно производя его предварительную раздачу (фиг. 2, фиг. 4). Начало процесса раздачи пластыря (2) попутно производит его якорение в эксплуатационной колонне (1) за счет деформации ближайших эластичных уплотнительных колец (3) (фиг. 2). Силовая армированная манжета (5), распрямляясь в расширенной части пластыря (2), сохраняет контакт с его стенками и продолжает играть роль поршня. Противовозвратное устройство (7) под воздействием пружины (8) перемещается вслед за силовой армированной манжетой (5) до тех пор, пока подпружиненные собачки (17), постоянно прижатые к наружной поверхности тяги (мандрели) (10) и скользящие по ней, не попадут своими носовыми частями в одну из канавок "В", делая невозможным обратный ход подвижных деталей (фиг. 2, фиг. 4). Одновременно с этим проставка (6), пройдя под воздействием силовой манжеты (5) расстояние рабочего хода "L" (фиг. 4), упирается своим буртиком в торец зафиксированного корпуса конуса-трансформера (14), что ограничивает дальнейшее перемещение в его пазах конусообразных сегментов (15) и, следовательно, определяет нужный диаметр пластыря (2) после расширения (фиг. 2). Этот момент определяется по скачку давления нагнетаемой жидкости. Затем при помощи подъемника (не показан) мандрель (10) начинает движение вверх (фиг. 3), производя основной процесс расширения пластыря (2) или его секционной сборки, который длится до тех пор, пока расширяющая оправка (конус-трансформер) (4) не пройдет всю его длину. За счет того, что образующие конусообразных сегментов (15) выполнены в виде участка эвольвенты, достигается минимальная сила трения при перемещении расширяющей оправки (4) в виде конуса-трансформера о стенки пластыря (2), тем самым снижается осевое усилие, требуемое для работы устройства в целом. При этом ограничительная втулка (9) упирается в нажимной корпус (18) противовозвратного устройства (7), разгружая пружину (8) и предохраняя ее от заневоливания и поломки (фиг. 3). Пластырь (2) оказывается расширенным и плотно прижатым к стенкам эксплуатационной колонны (1), при этом уплотнительные эластичные кольца (3) отсекают зону негерметичности от полости скважины. После этого устройство поднимается из скважины, разбуривается башмак (11) с гидравлическим посадочным устройством (13), при этом срезается нерасширенная часть пластыря (2), примыкающего к башмаку (11).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера, которое увеличивает надежность и эффективность работы. Устройство при этом имеет достаточно простую конструкцию, а технология работ с ним легко осуществима.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации эксплуатационных колонн и отключения пластов. Устройство содержит пластырь в виде гладкого металлического патрубка, имеющего снаружи на концах эластичные уплотнительные кольца, и расширяющую оправку, выполненную в виде конуса-трансформера, образованного подпружиненными сменными конусообразными секторами, расположенными в пазах конической части корпуса с возможностью продольного перемещения. При этом вершина корпуса конуса-трансформера направлена в сторону, противоположную рабочему ходу расширяющей оправки, что обеспечивает наиболее плавное расширение пластыря. Для предотвращения обратного хода устройство снабжено противовозвратным устройством. В качестве поршня, приводящего в движение конусообразные секторы, используется силовая армированная манжета. Образующие конусообразных секторов представляют собой участки эвольвенты. Снижается осевое усилие при расширении пластыря, повышается надежность и эффективность работы устройства. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера, включающее пластырь в виде гладкостенного металлического патрубка, имеющего снаружи на концах уплотнительные эластичные кольца, гидравлический посадочный инструмент и насаженную на пустотелую тягу расширяющую оправку в виде конуса-трансфомера, выполненную в виде корпуса, на конической поверхности которого имеются продольные канавки типа "ласточкин хвост" с размещенными в них конусообразными сегментами, обладающими возможностью продольного перемещения, отличающееся тем, что вершина конической части корпуса направлена против рабочего хода расширяющей оправки, при этом последняя снабжена противовозвратным стопорным устройством в виде крестовины, в проушинах которой установлены с возможностью качания на осях подпружиненные собачки, носовые части которых направлены против рабочего хода расширяющей оправки и постоянно прижаты к поверхности пустотелой тяги.

2. Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера, включающее пластырь в виде гладкостенного металлического патрубка, имеющего снаружи на концах уплотнительные эластичные кольца, гидравлический посадочный инструмент и насаженную на пустотелую тягу расширяющую оправку в виде конуса-трансфомера, выполненную в виде корпуса, на конической поверхности которого имеются продольные канавки типа "ласточкин хвост" с размещенными в них конусообразными сегментами, обладающими возможностью продольного перемещения, отличающееся тем, что конусообразные сегменты через проставку подпираются силовой армированной манжетой, а их образующие представляют собой участки эвольвенты.