Способ цементирования стеклопластиковой обсадной трубы и устройство для его осуществления Российский патент 2021 года по МПК E21B33/14 E21B23/01 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы в стволе скважины.

Как правило в нефтяной промышленности для строительства нефтяных и газовых скважин используются стальные обсадные трубы, которые весьма популярны за счет своей эксплуатационной надежности и доступности.

Известен способ цементирования обсадной колонны в скважине (патент SU № 1837099, МПК E21B 33/14, опубл. 30.08.1993 г.), включающий закачку в обсадную колонну тампонажного раствора и продавку в заколонное пространство до появления его на устье скважины, причем с целью повышения качества цементирования путем приготовления однородного тампонажного раствора во всем его объеме, увеличения объема замещения промывочной жидкости тампонажным раствором в кавернозных зонах и повышения кольматации зон поглощений пород по глубине скважины, после появления на устье скважины тампонажного раствора его закачивают обратно в обсадную колонну и создают круговую циркуляцию до стабилизации физико-химических параметров тампонажного раствора, при этом на устье скважины осуществляют контроль и регулирование его свойств, а круговую циркуляцию чередуют с обратной круговой циркуляцией.

Недостатками являются использование стальных труб в качестве обсадных, указанный способ технологически возможен только при использовании стальных обсадных труб, также существенным недостатком является коррозия стальных труб от агрессивных вод и эксплуатации при добыче. При этом известный способ не предназначен для проведения цементирования стеклопластиковой обсадной трубы.

Наиболее близким является способ цементирования, в котором в качестве обсадной колонны применяют обсадную колонну, состоящую из стеклопластиковых (полимерных) обсадных труб (Опыт ПАО «Татнефть» по строительству скважин с эксплуатационной колонной, составленной из стеклопластиковых обсадных труб /Зарипов И.М., Исхаков А.Р., к.т.н. Катеев Р.И., Зарипов А.М. // Нефтяное хозяйство. – 2018. – № 1137. – С. 18–20). Способ включает спуск в скважину стеклопластиковой обсадной трубы, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу буферного и тампонажного раствора и его продавку продавочной жидкостью – буровым раствором, при этом выбирают разницу между плотностью бурового раствора и тампонажного раствора не более 200 кг/м³.

Основным недостатком способа является строгое ограничение в плотности тампонажного раствора и продавочной жидкости, разница между плотностями которых не должна превышать 300 кг/м³, для исключения всплытия стеклопластиковой обсадной трубы при цементировании. Это усложняет процесс цементирования, требует дополнительные временные затраты и сужает область применения различных составов тампонажного и бурового растворов.

Известен якорь для фиксации скважинного оборудования (патент RU № 2516119, МПК E21B 23/04, опубл. 20.05.2014 г.), включающий корпус, связанный с колонной труб и полым штоком, конус со шлипсами, подпружиненный и опирающийся на шлипсы патрубок, установленный снаружи корпуса с возможностью ограниченного продольного перемещения вниз, причем пружина сжатия установлена между верхним упором патрубка и нижним упором корпуса, а шлипсы выполнены с возможностью радиального перемещения наружу относительно патрубка под действием конуса, при этом корпус с патрубком размещен сверху конуса, расширяющегося сверху вниз, нижний упор корпуса изготовлен в виде поршня, герметично вставленного в патрубок, герметичное подпоршневое пространство которого сообщено с полостью штока.

Недостатками являются сложная конструкция устройства, наличие гидравлических каналов, которые могут забиваться в процессе цементирования, что в конечном итоге приведет к нештатной работе устройства. Наличие пружины также усложняет конструкцию и при спуске в случае ударных нагрузок может выйти из строя. Также недостатком является то, что оно не позволяет зацементировать стеклопластиковую обсадную трубу зафиксировав ее внутри скважины на необходимой глубине.

Наиболее близким является якорь для фиксации скважинного оборудования (патент RU №2434116, МПК E21B 23/06, опубл. 20.11.2011 г.), включающий связанный с колонной труб конус со шлипсами, корпус с фиксатором и патрубок, установленный снаружи корпуса с возможностью ограниченного продольного перемещения вниз, поджатый пружиной от корпуса вниз и снабженный внутри кольцевой проточкой под фиксатор, при этом конус жестко соединен с корпусом, на наружной поверхности которого выполнена выборка под фиксатор, выполненный в виде пружинного разжимного кольца, пружина установлена между верхним и нижним упорами, которые выполнены с возможностью опоры соответственно на патрубок и корпус в транспортном положении, в котором зафиксированы срезным элементом, при этом патрубок выполнен упирающимся снизу на шлипсы, которые выполнены с возможностью радиального перемещения относительно него, причем фиксатор выполнен с возможностью входа в проточку патрубка при сжатии пружины.

Недостатком известного якоря является то, что фиксация выдвижных шлипсов не достаточно надежна, и как следствие недостаточная фиксация колонны на заданной глубине с вероятностью ее движения вверх. При этом устройство не предназначено для фиксации стеклопластиковых обсадных труб внутри скважины на необходимой глубине.

Техническими задачами являются повышение эффективности способа и устройства для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, а также качества и надежности цементирования за счет гарантированной фиксации стеклопластиковой обсадной трубы в скважине, создания конструкции устройства, позволяющей надежно удерживать стеклопластиковую обсадную трубу внутри нефтяных и газовых скважин, а также исключить ее всплытие в процессе цементирования.

Технические задачи решаются способом цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, включающим спуск в скважину стеклопластиковой обсадной трубы, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором.

Новым является то, что предварительно на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной трубы с помощью резьбового соединения наворачивают устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, включающее корпус, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами, причем корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами и конусной проточкой, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса, при этом корпус дополнительно оснащен башмачной частью, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами с возможностью совмещения с ограничительными штифтами корпуса при срезании срезных элементов и ограниченном осевом движении корпуса вниз, и как минимум тремя лапами с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой, выполненной зеркально по отношению к конусной проточке в нижней части корпуса и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси и поджатыми пружинами, а также оснащенной сквозными промывочными отверстиями между лапами, после спуска стеклопластиковой обсадной трубы до проектной глубины и ее фиксации в скважине осуществляют ее разгрузку на забой на величину веса трубы.

Технические задачи решаются устройством для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, включающим корпус, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами.

Новым является то, что корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами и конусной проточкой, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса, при этом корпус дополнительно оснащен башмачной частью, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами с возможностью совмещения с ограничительными штифтами корпуса при срезании срезных элементов и ограниченном осевом движении корпуса вниз, и как минимум тремя лапами с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой, выполненной зеркально по отношению к конусной проточке в нижней части корпуса и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси и поджатыми пружинами, при этом между лапами на башмачной части выполнены сквозные промывочные отверстия.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в транспортном положении в процессе спуска стеклопластиковой обсадной трубы.

На фиг. 2, 3 изображено предлагаемое устройство в рабочем положении.

Способ цементирования стеклопластиковой обсадной трубы осуществляют следующим образом.

Предварительно на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной трубы 1 (см. фиг. 1) с помощью резьбового соединения наворачивают устройство для цементирования, включающее корпус 2, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами 3, причем корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами 4 и конусной проточкой 5. В нижней части корпуса 2 располагают башмачную часть 6, оснащенную как минимум двумя вертикальными пазами 7 с возможностью совмещения с ограничительными штифтами 4 корпуса 2 при срезании срезных элементов 3 и ограниченном осевом движении корпуса 2 вниз, и как минимум тремя лапами 8 с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой (на фиг. 1-3 показаны условно), выполненной зеркально по отношению к конусной проточке 5 (см. фиг. 1) в нижней части корпуса 2 и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси 9 и поджатыми пружинами, а также оснащенную сквозными промывочными отверстиями 10. Затем спускают стеклопластиковую обсадную трубу 1 с устройством в скважину до достижения проектной глубины. После спуска стеклопластиковой обсадной трубы 1 до проектной глубины и ее фиксации в скважине посредством раскрытия (упора) лап 8 (см. фиг. 2) и внедрения насечек на концах лап 8 башмачной части 6 устройства в стенки скважины (породу) осуществляют ее разгрузку на забой 11 на величину веса трубы 1 (см. фиг. 1). Далее производят цементирование: осуществляют последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу 1 буферной жидкости, тампонажного раствора. После этого производят продавку буровым раствором.

Таким образом предлагаемый способ позволяет надежно фиксировать стеклопластиковую обсадную трубу в скважине и производить цементирование последовательной закачкой внутрь трубы буферной жидкости, цементного раствора любой плотности, продавливая их в затрубное пространство буровым раствором любой плотности, в том числе и технической водой с плотностью 1000 кг/м³, полностью исключая риски всплытия обсадной колонны на устье.

Устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы 1 (см. фиг. 1) включает корпус 2, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами 3. Корпус 2 с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами 4 и конусной проточкой 5, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса 2. При этом корпус 2 дополнительно оснащен башмачной частью 6, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами 7 с возможностью совмещения с ограничительными штифтами 4 в верхней части корпуса 2 при срезании срезных элементов 3 и ограниченном осевом движении корпуса 2 вниз. Также башмачная часть 6 оснащена как минимум тремя лапами 8 с наружной насечкой по концам и конусной проточкой (на фиг. 1-3 показано условно), выполненной зеркально по отношению к конусной проточке 5 (см. фиг. 1) в нижней части корпуса 2 и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси 9 и поджатыми пружинами (на фиг. 1-3 показано условно), при этом между лапами 8 (см. фиг 1) на башмачной части 6 выполнены сквозные промывочные отверстия 10. В транспортном положении устройства лапы 8 подпружинены (поджаты пружинами) на оси 9. При срезании срезных элементов 3 и ограниченном движении корпуса 2 вниз пружины разжимаются, лапы 8 (см. фиг. 2 и фиг. 3) раздвигаются и насечки на наружной стороне лап 8 упираются в породу скважины.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы 1 (см. фиг. 1) изготавливают из металла и устанавливают посредством наружной резьбы (резьбового соединения) на нижней стеклопластиковой обсадной трубе 1. После спуска стеклопластиковой обсадной трубы 1 в скважину до достижения проектной глубины ее разгружают на забой 11 на величину веса колонны. При этом срезные элементы 3 срезаются и корпус 2 ограниченно перемещается вниз по вертикальным пазам 7 башмачной части 6, при этом пружины на оси 9 разжимаются, лапы 8 раздвигаются. Движение происходит до тех пор, пока уступ конусной проточки 5 корпуса 2 не зайдет в уступ конусной проточки лап 8. Таким образом лапы 8, раздвигаются и упираются в стенки скважины насечками на наружной части, которые внедряются в породу и удерживают всю стеклопластиковую обсадную трубу 1 от движения вверх. Далее производят цементирование обсадной трубы 1 с последовательной закачкой внутрь трубы буферной жидкости, цементного раствора любой плотности, продавливая их в затрубное пространство буровым раствором любой плотностью, в том числе продавка возможна и технической водой с плотностью 1000 кг/м³.

Таким образом за счет упора лап предлагаемого устройства в стенки скважины при закачке в стеклопластиковую обсадную трубу и в затрубное пространство различных рабочих жидкостей с абсолютно разными плотностями стеклопластиковая обсадная труба удерживается внутри скважины и не всплывает в процессе цементирования. Обеспечивается качественное цементирование.

Предлагаемые способ и устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы повышают эффективность цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, качество и надежность цементирования за счет гарантированной фиксации стеклопластиковой обсадной трубы в скважине, создания конструкции устройства. Предлагаемые способ и устройство позволяют надежно удерживать стеклопластиковую обсадную трубу внутри нефтяных и газовых скважин, а также исключить ее всплытие в процессе цементирования.

Изобретение относится к способам и устройствам для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы в стволе скважины. Техническим результатом является повышение эффективности, качества и надежности цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, за счет гарантированной фиксации стеклопластиковой обсадной трубы в скважине, и исключение ее всплытия в процессе цементирования. Способ цементирования стеклопластиковой обсадной трубы включает спуск в скважину стеклопластиковой обсадной трубы, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором. Предварительно на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной трубы с помощью резьбового соединения наворачивают устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы. Устройство включает корпус, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами. Корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами и конусной проточкой, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса. Корпус дополнительно оснащен башмачной частью, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами с возможностью совмещения с ограничительными штифтами корпуса при срезании срезных элементов и ограниченном осевом движении корпуса вниз. Устройство оснащено минимум тремя лапами с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой, выполненной зеркально по отношению к конусной проточке в нижней части корпуса и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси и поджатыми пружинами. Устройство оснащено сквозными промывочными отверстиями между лапами. После спуска стеклопластиковой обсадной трубы до проектной глубины и ее фиксации в скважине осуществляют ее разгрузку на забой на величину веса трубы. Также заявлено устройство для реализации способа цементирования стеклопластиковой обсадной трубы. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, включающий спуск в скважину стеклопластиковой обсадной трубы, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором, отличающийся тем, что предварительно на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной трубы с помощью резьбового соединения наворачивают устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, включающее корпус, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами, причем корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами и конусной проточкой, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса, при этом корпус дополнительно оснащен башмачной частью, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами с возможностью совмещения с ограничительными штифтами корпуса при срезании срезных элементов и ограниченном осевом движении корпуса вниз и как минимум тремя лапами с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой, выполненной зеркально по отношению к конусной проточке в нижней части корпуса и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси и поджатыми пружинами, а также оснащенной сквозными промывочными отверстиями между лапами, после спуска стеклопластиковой обсадной трубы до проектной глубины и ее фиксации в скважине осуществляют ее разгрузку на забой на величину веса трубы.

2. Устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, включающее корпус, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами, отличающееся тем, что корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами и конусной проточкой, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса, при этом корпус дополнительно оснащен башмачной частью, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами с возможностью совмещения с ограничительными штифтами корпуса при срезании срезных элементов и ограниченном осевом движении корпуса вниз и как минимум тремя лапами с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой, выполненной зеркально по отношению к конусной проточке в нижней части корпуса и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси и поджатыми пружинами, при этом между лапами на башмачной части выполнены сквозные промывочные отверстия.