УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА ПОДВЕСКИ И ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ХВОСТОВИКА В СКВАЖИНЕ Российский патент 2020 года по МПК E21B33/14 E21B23/00 

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно, к устройствам для спуска, крепления и цементирования потайных колонн и хвостовиков в боковых стволах многозабойных скважин.

Известно устройство для спуска, крепления и цементирования хвостовика в боковом стволе скважины (патент RU2658154, МПК E21B 43/10, E21B 33/14, опубл. 19.06.2018 г.), содержащее узел разъединения подвески хвостовика от бурильных труб с помощью захвата с левой резьбой, соединенный с якорно-пакерным узлом, в нижней части которого установлен узел фиксации подвесной цементировочной пробки. При этом узел разъединения подвески хвостовика от бурильных труб снабжен посадочной втулкой с винтовой - в половину оборота, опорной торцевой поверхностью; якорно-пакерный узел содержит две герметично соединенные между собой профильные экспандируемые трубы, одна из которых обрезинена и соединена с узлом фиксации подвесной цементировочной пробки, содержащим плунжер, зафиксированный срезными элементами и перекрывающий каналы сообщения между внутренней полостью подвеса и внутренним пространством профильных труб, к последнему узлу через колонну обсадных труб хвостовика и башмак, с обратным клапаном и стоп-кольцом, крепится с помощью срезного винта направляющий узел, содержащий полый клин - со сквозным центральным отверстием, снабженный направляющей втулкой с винтовой - в половину оборота, опорной торцевой поверхностью.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является устройство для спуска подвески и цементирования хвостовика в скважине, включающее узел разъединения подвески хвостовика, состоящий из разъединительного переводника с замковой резьбой под бурильные трубы и соединенный с направляющей воронкой якорно-пакерного узла, имеющего гидравлический привод и во внутренней полости которого установлен полый шток с радиальными отверстиями, образующий с корпусом якорно-пакерного узла кольцевую полость. Причем разъединительный переводник оснащен левой соединительной (трапецеидальной) резьбой для соединения с направляющей воронкой, при этом якорный и пакерный узлы совмещены и состоят из профильной трубы, которая установлена между верхним и нижним концевыми переводниками, причем нижняя часть кольцевой полости устройства загерметизирована уплотнительными манжетами, а в ее верхней части установлен плунжер, зафиксированный срезными элементами и перекрывающий канал сообщения между гидрокамерой, сообщенной с внутренней полостью полого штока и внутренним пространством профильной трубы, при этом крепление верхнего конца полого штока выполнено шарнирно-подвижным посредством установки верхней подвесной муфты с полусферической поверхностью в ответную поверхность разъединительного переводника, а на противоположном конце полого штока установлен узел фиксации подвесной цементировочной пробки, включающий нижнюю муфту с закрепленной на ней посредством срезных винтов подвесной цементировочной пробкой, причем узел фиксации пробки входит во внутреннюю полость патрубка хвостовика, который с верхней стороны соединен с нижним концевым переводником, а с нижней - с хвостовиком (патент RU2441140, МПК E21B 43/10, E21B 33/14, опубл. 27.01.2012 г.)

Недостатком прототипа является сложность конструкции якорно-пакерного узла, а именно, плунжера, при работе которого возможны случаи отказа (заклинка плунжера при его извлечении из корпуса устройства), а также недостаточные прочностные свойства профильной трубы на страгивающие нагрузки (сжимающие, растягивающие), возникающие при спуске «длинных» хвостовиков, весом более 20 тонн, что ограничивает широкое применение устройства.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства.

Технический результат - повышение надежности устройства.

Проблема решается, а технический результат достигается устройством для спуска подвески и цементирования хвостовика в скважине, включающим разъединительный переводник с замковой резьбой под бурильные трубы, соединенный посредством левой соединительной трапецеидальной резьбы с направляющей воронкой, при этом в корпусе устройства установлена полая труба, а между верхним и нижним концевыми переводниками установлена профильная труба с образованием между полой трубой и внутренней поверхностью профильной трубы гидрокамеры в виде кольцевой полости, причем нижняя часть кольцевой полости загерметизирована уплотнительными манжетами, а в конце полой трубы установлен узел фиксации подвесной цементировочной пробки, включающий нижнюю муфту с закрепленной на ней посредством срезных винтов подвесной цементировочной пробкой, причем узел фиксации пробки входит во внутреннюю полость патрубка хвостовика, который с верхней стороны соединен с нижним концевым переводником, а с нижней - с хвостовиком. В отличие от прототипа верхний конец полой трубы жестко закреплен внутри разъединительного переводника, а нижний конец трубы закреплен с нижним концевиком профильной трубы посредством левого резьбового соединения c возможностью перераспределения страгивающих нагрузок, возникающих в процессе спуска или подъема хвостовика, с профильной трубы на полую трубу и ее резьбовое соединение для уменьшения воздействия на профильную трубу, причем на корпусе полой трубы установлен запорный узел, образующий канал сообщения между внутритрубным пространством полой трубы и гидрокамерой, при этом запорный узел включает перекрывающий указанный канал поршень, зафиксированный срезными элементами с возможностью перемещения и открытия канала сообщения через отверстия в корпусе запорного узла при создании избыточного внутритрубного давления путем среза фиксирующих поршень элементов и перемещения поршня.

Согласно изобретению:

- полая труба выполнена в виде высокопрочной насосно-компрессорной трубы;

- запорный узел представляет собой сегмент кольца, жестко установленный, например, приваренный, к наружной поверхности полой трубы и имеющий с ней канал сообщения в виде отверстия, перекрытого подвижным поршнем, установленным внутри сегмента с возможностью открытия канала сообщения путем перемещения поршня.

Технический результат достигается представленной совокупностью существенных признаков.

В предлагаемом устройстве установлен запорный узел, перекрывающий канал сообщения между внутритрубным пространством насосно-компрессорной трубы и гидрокамерой устройства, с возможностью его открытия при создании избыточного внутритрубного давления. Запорный узел не имеет сопряженных поверхностей (в отличие от прототипа) и при его извлечении нет риска заклинивания, что повышает надежность устройства.

Полая труба совместно с нижним левым резьбовым соединением выполняет функцию по несению и передаче части страгивающих нагрузок (осевые сжимающие и растягивающие нагрузки, действующие при спуске/подъеме хвостовиков), тем самым уменьшая воздействие этих нагрузок на профильную трубу и предотвращая возможные повреждения корпуса профильной трубы (изгиб, смятие и т.д.). Уменьшение воздействия на профильную трубу происходит путем перераспределения части страгивающих нагрузок с профильной трубы на полую трубу и ее резьбовое соединение. По окончании работ по спуску и цементированию хвостовика, при разъединении бурильной колонны от хвостовика, нижнее левое резьбовое соединение полой трубы отворачивается совместно с верхним левым резьбовым соединением и извлекается из внутренней части подвески хвостовика совместно с полой трубой. Все это также повышает надежность устройства.

Сущность поясняется чертежами, где показано заявляемое устройство для спуска подвески и цементирования хвостовика.

Фиг. 1 - устройство в транспортном положении;

Фиг.2 (а, б) - запорный узел устройства:

а - в транспортном положении,

б - после активации узла;

Фиг.3 (а, б) - общий вид устройства в скважине:

а) до начала цементирования; б) после цементирования и активации профильной трубы;.

Фиг.4 - поперечное сечение устройства;

Вид А-А - в транспортном положении;

Вид Б-Б - после цементирования и активации (раскрытия) профильной трубы.

На фигурах обозначено:

1 - разъединительный переводник;

2 - верхнее левое резьбовое соединение разъединительного переводника;

3 - направляющая воронка;

4 - запорный узел;

5 - гидрокамера;

6 - внутритрубное пространство;

7 - полая труба (в частном случае насосно-компрессорная труба);

8 - профильная труба (якорь);

9 - уплотнительные манжеты;

10 - нижнее левое резьбовое соединение полой трубы;

11 - посадочное гнездо для малой цементировочной пробки;

12 - пробка цементировочная подвесная;

13 - патрубок хвостовика;

14 - обсадная колонна;

15 - корпус запорного узла;

16 - поршень запорного узла;

17 - срезной винт запорного узла;

18 - выходное отверстие в корпусе запорного узла;

19 - концевик профильной трубы;

20 - канал сообщения между внутритрубным пространством 6 и гидрокамерой 5;

21 - башмак хвостовика;

22 - обратный клапан хвостовика;

23 - «стоп»-кольцо хвостовика;

24 - хвостовик;

25 - продуктивный горизонт;

26 - бурильная труба;

27 - цемент;

28 - пробка цементировочная малая;

29 - скважина.

Заявляемое устройство состоит из трех функционально раздельных узлов (фиг.1): узел передачи нагрузок и разъединения хвостовика от бурильных труб (I); узла активации якоря (II); узла подвески цементировочной пробки (III).

Узел передачи нагрузок и разъединения предназначен для передачи страгивающих нагрузок (растягивающих и сжимающих сил) от бурильных труб хвостовику, возникающих при спуске колонны хвостовика, а также для разъединения хвостовика от колонны бурильных труб по окончании спуска хвостовика и его цементирования (или без цементирования). Узел состоит из разъединительного переводника 1 (фиг. 1), содержащего замковую резьбу под бурильные трубы и левую трапецеидальную резьбу 2 для соединения с направляющей воронкой 3 хвостовика; полой трубы 7, закрепленной внутри разъединительного переводника 1 с возможностью передачи страгивающих нагрузок и крутящего момента на нижнее левое резьбовое соединение 10.

Узел активации якоря служит для привода в действие якоря (раскрытия профильной трубы 8) путем открытия канала сообщения между внутритрубным пространством полой трубы 6 и гидрокамерой 5, и фиксации колонны хвостовика 24 в обсадной колонне 14. Узел состоит из профильной шестилучевой трубы 8 с концевыми переводниками; гидрокамеры 5, образованной между наружной поверхностью полой трубы 7 и внутренней поверхностью профильной трубы 8; запорного узла 4, перекрывающего канал сообщения гидрокамеры 5 с внутритрубным пространством 6 посредством поршня 16 (фиг.2, а), зафиксированного срезным винтом 17 в корпусе 15 запорного узла с возможностью перемещения и открытия канала сообщения через отверстия 20 и 18 при создании избыточного внутритрубного давления; уплотнительных манжет 9, установленных в нижней части гидрокамеры для герметизации гидрокамеры 5.

Узел подвески цементировочной пробки предназначен для фиксации подвесной цементировочной пробки в нижней части полой трубы с возможностью ее освобождения при перекрытии проходного отверстия малой цементировочной пробкой 28 и созданием избыточного внутритрубного давления. Узел состоит из подвесной цементировочной пробки 12; малой цементировочной пробки 28 (фиг.3); посадочного гнезда 11 для малой цементировочной пробки, встроенного в корпусе подвесной пробки 12.

Устройство работает следующим образом.

Производят сборку низа хвостовика с технологической оснасткой (фиг.3, а): башмак хвостовика 21, обратный клапан 22, «стоп»-кольцо 23, и спускают хвостовик 24 в скважину на определенную планом работ глубину. Далее, на последнюю трубу хвостовика устанавливают заявляемое устройство с разъединительным переводником 1, на которую наворачивают бурильную трубу 26, и продолжают спуск хвостовика на бурильных трубах до проектной глубины с промежуточными промывками.

Страгивающие нагрузки, возникающие в процессе спуска хвостовика 24 (растягивающие - от веса колонны хвостовика и сжимающие - от сил трения -сопротивления при движении колонны хвостовика в скважине) передаются как по телу (корпусу) профильной трубы 8, так и через полую трубу 7 и его резьбовые соединения 2 и 10, тем самым снижая страгивающие нагрузки на профильную трубу и, соответственно, исключая риски повреждения устройства (изгиба или смятия профильной трубы) и возможности возникновения аварийных ситуаций.

По окончании спуска хвостовика скважину (фиг. 3) промывают, на верхнюю бурильную трубу наворачивают цементировочную головку (на фиг. не показано) с зафиксированной в ней малой цементировочной пробкой 28 и производят закачку цементного раствора в объеме, предусмотренном планом работ. По окончании закачки цементного раствора в цементировочной головке освобождают малую цементировочную пробку 28, и производят продавку цементного раствора буровым раствором или водой поверх нее. В процессе продавки, при достижении малой пробкой 28 посадочного гнезда 11, она садится в нее и перекрывает проходное отверстие подвесной цементировочной пробки 12, в результате чего повышается давление во внутритрубном пространстве 6 (необходимая величина перепада давления - ∆Р-30кгс/см2), и происходит срез винтов фиксирующих подвесную пробку 12. Далее, обе цементировочные пробки 12 и 28 под действием давления закачки совместно (спарено) перемещаются вниз до «стоп»-кольца 23, где они перекрывают проходное отверстие последнего, при этом отмечается резкое повышение внутритрубного давления (до 130кгс/см2, давление «стоп»). При получении давления «стоп» создается внутритрубное избыточное давление, которое через канал сообщения 20 передается на поршень 16 запорного узла, и происходит срез винта 17 фиксирующего поршень 16, и перемещение последнего в крайнее положение до упора (фиг.2,б). При этом, открывается выходное отверстие 18 запорного узла, и буровой раствор заполняет гидрокамеру 5. В результате созданного гидродинамического сообщения в гидрокамере 5 повышается гидравлическое давление до величины, соответствующей внутритрубному давлению, и возникает сила, воздействующая на внутреннюю поверхность профильной трубы 8 и раздвигающая ее стенки в радиальном направлении до плотного прижатия к внутренней поверхности обсадной колонны 14 (фиг.4, сечение А-А, Б-Б).

Величина силы прижатия довольно значительна (до 130 кгс/см2), что обеспечивает надежную фиксацию устройства в обсадной колонне. (Заводские испытания показали, что сила сцепления «раздутой» профильной трубы в обсадной колонне составила 50т на 1м профильной трубы, при этом труба так и не была «стронута»).

После заякоривания устройства (раскрытия профильной трубы 8), производят отсоединение бурильных труб 26 от хвостовика 24 (фиг. 3,б). Для этого путем правого вращения ротором бурового станка производят отворот бурильных труб 26 совместно с полой трубой 7 по верхнему и нижнему левому резьбовому соединению 2 и 10, и осуществляют подъем извлекаемой части устройства: разъединительного переводника 1, полой трубы 7 с запорным клапаном и уплотнительными манжетами 9.

В скважине остается: направляющая воронка 3, раскрытая профильная труба 8 и хвостовик 24 с технологической оснасткой (фиг. 3б). Внутреннее проходное сечение оборудования при этом остается равным внутреннему диаметру самого хвостовика и позволяет проводить внутрискважинные работы.

Таким образом, применение изобретения позволяет повысить надежность и расширить функциональные возможности устройства для спуска подвески и цементирования хвостовика в скважине.

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для спуска, крепления и цементирования потайных колонн и хвостовиков в боковых стволах многозабойных скважин. Техническим результатом является повышение надежности устройства. Устройство для спуска подвески и цементирования хвостовика в скважине включает разъединительный переводник с замковой резьбой под бурильные трубы, соединенный посредством левой соединительной трапецеидальной резьбы с направляющей воронкой. При этом в корпусе устройства установлена полая труба, а между верхним и нижним концевыми переводниками установлена профильная труба с образованием между полой трубой и внутренней поверхностью профильной трубы гидрокамеры в виде кольцевой полости. Причем нижняя часть кольцевой полости загерметизирована уплотнительными манжетами. В конце полой трубы установлен узел фиксации подвесной цементировочной пробки, включающий нижнюю муфту с закрепленной на ней посредством срезных винтов подвесной цементировочной пробкой. Узел фиксации пробки входит во внутреннюю полость патрубка хвостовика, который с верхней стороны соединен с нижним концевым переводником, а с нижней - с хвостовиком. Верхний конец полой трубы жестко закреплен внутри разъединительного переводника, а нижний конец трубы закреплен с нижним концевиком профильной трубы посредством левого резьбового соединения c возможностью перераспределения страгивающих нагрузок, возникающих в процессе спуска или подъема хвостовика, с профильной трубы на полую трубу и ее резьбовое соединение для уменьшения воздействия на профильную трубу. На корпусе полой трубы установлен запорный узел, образующий канал сообщения между внутритрубным пространством полой трубы и гидрокамерой. При этом запорный узел включает перекрывающий указанный канал поршень, зафиксированный срезными элементами с возможностью перемещения и открытия канала сообщения через отверстия в корпусе запорного узла при создании избыточного внутритрубного давления путем среза фиксирующих поршень элементов и перемещения поршня. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для спуска подвески и цементирования хвостовика в скважине, включающее разъединительный переводник с замковой резьбой под бурильные трубы, соединенный посредством левой соединительной трапецеидальной резьбы с направляющей воронкой, при этом в корпусе устройства установлена полая труба, а между верхним и нижним концевыми переводниками установлена профильная труба с образованием между полой трубой и внутренней поверхностью профильной трубы гидрокамеры в виде кольцевой полости, причем нижняя часть кольцевой полости загерметизирована уплотнительными манжетами, а в конце полой трубы установлен узел фиксации подвесной цементировочной пробки, включающий нижнюю муфту с закрепленной на ней посредством срезных винтов подвесной цементировочной пробкой, причем узел фиксации пробки входит во внутреннюю полость патрубка хвостовика, который с верхней стороны соединен с нижним концевым переводником, а с нижней - с хвостовиком, отличающееся тем, что верхний конец полой трубы жестко закреплен внутри разъединительного переводника, а нижний конец трубы закреплен с нижним концевиком профильной трубы посредством левого резьбового соединения c возможностью перераспределения страгивающих нагрузок, возникающих в процессе спуска или подъема хвостовика, с профильной трубы на полую трубу и ее резьбовое соединение для уменьшения воздействия на профильную трубу, причем на корпусе полой трубы установлен запорный узел, образующий канал сообщения между внутритрубным пространством полой трубы и гидрокамерой, при этом запорный узел включает перекрывающий указанный канал поршень, зафиксированный срезными элементами с возможностью перемещения и открытия канала сообщения через отверстия в корпусе запорного узла при создании избыточного внутритрубного давления путем среза фиксирующих поршень элементов и перемещения поршня.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полая труба выполнена в виде высокопрочной насосно-компрессорной трубы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что запорный узел представляет собой сегмент кольца, жестко установленный, например приваренный, к наружной поверхности полой трубы и имеющий с ней канал сообщения в виде отверстия, перекрытого подвижным поршнем, установленным внутри сегмента с возможностью открытия канала сообщения путем перемещения поршня.