Способ и устройство для разрушения цементного камня за обсадной трубой Российский патент 2024 года по МПК E21B41/00 E02D9/00 E21B29/00 

Область техники

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для разрушения цементного камня за обсадной трубой скважины без ее разрушения, для последующего извлечения колонны из скважины.

Уровень техники

Известен способ извлечения обсадных труб из скважин (патент RU 2110662 C1), заключающийся в предварительном их обуривании и натяжении с помощью талевой системы буровой установки, при этом обуривание осуществляют бурением рядом с колонной обсадных труб новой скважины, разрушая при этом грунт вокруг трубы не менее чем на 1/4 длины ее окружности, в глубину - на полную длину колонны обсадных труб, а натяжение колонны обсадных труб осуществляют под углом к оси скважины.

Недостатком этого способа является большой объем бурения, связанного с разрушением цементного камня вокруг обсадной трубы, а также необходимость обеспечения высокой точности позиционирования устройства и сложность производимых операций.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому им результату является способ извлечения части эксплуатационной колонны (патент RU 2110662 C1), включающий спуск вырезающего устройства, вырезание участка обсадной колонны в зоне зарезки, при этом обсадную колонну в зоне зарезки отрезают, приподнимают, цементируют, а на открытую часть ствола скважины устанавливают цементный мост и с него забуривают боковой ствол, и при наличии цементного камня в заколонном пространстве предварительно разрушают целостность цементного камня между кондуктором и обсадной колонной до глубины ниже башмака кондуктора не менее 50 м специальным устройством - обурником с ловильным "левым" метчиком или при наличии цементного камня на участке более 50-100 м от башмака кондуктора в заколонном пространстве между кондуктором и эксплуатационной колонной после производства работ по извлечению обсадной колонны и дальнейшей невозможности извлечения обсадной колонны ниже башмака кондуктора устанавливают клин-отклонитель и проводят вырезание "окна" выше башмака кондуктора диаметром больше диаметра планируемого долота и зарезку бокового ствола нормальным диаметром бурильного инструмента.

Недостатком способа является то, что для разрушения цементного камня требуется обеспечить непосредственный доступ к нему путем нарушения целостности обсадной колонны.

Известно гидравлическое силовое устройство (авторское свидетельство SU 1530769), включающее трубку из эластичного материала, торцовые заглушки с штуцерами подвода рабочего тела в трубку, пуансоны с двухскатными в поперечном сечении продольными расточками на внутренних поверхностях, охватывающие трубку, вставки в форме клиньев в поперечном сечении, продольно установленные между пуансонами, прилегающие наклонными гранями к скатам расточек пуансонов и обращенные большими основаниями к трубке, также оно снабжено втулками, жестко связанными с торцовыми заглушками, при этом на наружных поверхностях концов пуансонов выполнены поперечные проточки, а втулки расположены с охватом радиальным зазором концов пуансонов с проточками.

Наиболее близким к устройству, предлагаемому в изобретении по технической сущности и достигаемому результату, является устройство (патент RU 2622275 C1), содержащее разъемный вдоль своей продольной оси корпус с кольцевыми полостями у его торцов, установленный на частях корпуса механизм их возврата в нерабочее положение, расположенную внутри разъемного корпуса эластичную камеру, распирающие вставки, размещенные между частями разъемного корпуса с направляющими пазами, установленные с возможностью перемещения вдоль них выступы распирающих вставок, взаимодействующие с ними и с эластичной камерой, торцевые герметизирующие обоймы с цилиндрическими фланцами со штуцером подвода рабочего агента в эластичную камеру и штуцером вытеснения из этой камеры воздуха, расположенный между штуцерами ограничитель объема рабочего агента, имеющий корпус с продольной прорезью, содержащий втулку, взаимодействующий с ней посредством управляющего элемента подпружиненный толкатель, контактирующий с управляющим элементом, и взаимодействующий с ним упорный элемент, причем управляющий элемент установлен в продольной прорези корпуса ограничителя объема рабочего агента и контактирует с внутренней стенкой эластичной камеры, при этом один конец корпуса ограничителя объема рабочего агента соединен со штуцером подвода рабочего агента посредством толкателя, установленного с возможностью перемещения по осевым каналам корпуса и штуцера и снабженного канавками для пропуска рабочего агента, а противоположный конец корпуса ограничителя свободно размещен в канале штуцера отвода воздуха и контактирует с втулкой, при этом последняя и примыкающий к ней конец корпуса имеют отверстия для пропуска рабочего агента, при этом эластичная камера выполнена с продольными гофрами, причем расстояние между диаметрально расположенными точками гофр в плоскости распирающих вставок меньше, чем расстояние между их аналогичными точками относительно продольной оси частей корпуса, а управляющий элемент, расположенный в плоскости симметрии распирающих вставок, контактирует с внутренней поверхностью продольных гофр максимального диаметра, при этом направляющие пазы и установленные в них выступы распирающих вставок имеют полуцилиндрическую форму.

Недостатком известных устройств разрушения камня является то, что они не сохраняют свою работоспособность в скважинах, заполненных жидкостью, создающей высокое давление снаружи на устройство, что ограничивает область их применения. Перемещение устройства по скважине к неразрушенному участку затруднено, поскольку не предусмотрена возможность возвращения в исходное состояние за счет внешнего давления скважинной жидкости. Также известные устройства не позволяют создавать импульсного (ударного) усилия на камень, что снижает эффективность его работы.

Раскрытие сущности изобретения

Поставленная проблема предлагаемого изобретения заключается в разрушении цементного камня скважины за обсадной трубой при сохранении целостности обсадной трубы для ее дальнейшего извлечения, а также в сокращении времени проведения операций.

Техническим результатом является создание скважинного распорного устройства, которое позволяет реализовать способ разрушения цементного камня за обсадной трубой нефтяной или газовой скважины без повреждения обсадной трубы.

Технический результат достигается следующим образом.

Предлагаемый способ включает спуск в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ) распорного устройства до уровня разрушаемого участка, заполнение НКТ рабочей жидкостью под давлением, обеспечивающем включение в работу скважинного распорного устройства, которое создает радиальное усилие на обсадную трубу скважины в двух диаметрально противоположных направлениях, при этом усилие распорного устройства задают в пределах упругопластической деформации обсадной трубы, что обеспечивает деформацию обсадной трубы без ее разрушения, выполняют сброс давления в НКТ, поворот устройства на заданный угол и повторную подачу давления в НКТ, далее последовательность операций повторяют, после разрушения цементного камня за обсадной трубой распорное устройство перемещают вертикально по скважине до уровня нахождения неразрушенного цементного камня, повышают давление рабочей жидкости в НКТ и повторяют вышеописанную последовательность операций.

Скважинное распорное устройство, включает в себя разводные щеки и установленный между ними гидравлический домкрат, при этом каждая из разводных щек выполнена в форме части цилиндра, отсекаемого плоскостью, параллельной его продольной оси, наружная часть щек ответна внутренней части трубы, в которой устройство будет использоваться, щеки обращены плоскими поверхностями друг к другу, а домкрат установлен так чтобы его воздействие было направлено перпендикулярно плоским поверхностям щек в диаметрально противоположных направлениях.

Предлагаемый способ обеспечивает радиальное деформирование обсадной трубы в двух диаметрально противоположных направлениях при помощи распорного устройства из круга в эллипс без ее разрушения, при этом усилия, передаваемые через обсадную трубу, превышают предел прочности цементного камня, находящегося вокруг обсадной трубы.

За счет выбора усилия на распорном устройстве в пределах упругопластической деформации обсадной трубы сохраняется целостность трубы и только несущественно изменяется ее геометрическая форма.

Внутри устройства установлен гидравлический домкрат, который выполнен таким образом, что усилие создают только по направлению его раскрытия, при этом исключают дополнительные потери на деформацию корпуса в других направлениях и повышают КПД устройства. Домкрат может быть выполнен в виде гидравлического раздвижного цилиндра, содержащего корпус и, по крайней мере, один выдвижной поршень, либо в виде сжатого вдоль продольной оси упругого элемента, который восстанавливает свою первоначальную форму при подаче давления во внутреннюю полость. Выполнение внешней поверхности щек в форме ответной внутренней поверхности обсадной трубы позволяет создать распределенную нагрузку на участок трубы, что позволит избежать ее разрушение. Внешняя поверхность щек может выполняться в форме ответной внутренней поверхности трубы только на участке контакта щек и трубы, оставляя при этом свободную поверхность трубы между щеками.

Сущность технического решения поясняется фигурами, где на фиг. 1 схематично показана скважина и опущенное в нее распорное устройство, а на фиг. 2 – распорное устройство в разрезе; на фиг. 3, 4 сечение по А-А для разных вариантов исполнения распорного устройства.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ осуществляют, а устройство работает следующим образом.

Распорное устройство 1 спускают в скважину 2 на насосно-компрессорных трубах (НКТ) 3 до уровня крайней границы 4 разрушаемого участка, заполняют насосно-компрессорные трубы 3 рабочей жидкостью под давлением Нз (фиг. 1), обеспечивающем включение в работу скважинного распорного устройства 1. Под действием домкрата 5 щеки 6 раздвигаются и создают радиальное усилие на обсадную трубу 7 скважины в двух диаметрально противоположных направлениях. Благодаря тому, что внутренние плоские поверхности щек 6 выполнены параллельными друг другу, а домкрат 5 установлен так чтобы его воздействие было направлено перпендикулярно плоским поверхностям щек, усилие от домкрата 5 передается сфокусировано только в диаметрально противоположных направлениях, что увеличивает КПД работы устройства 1. Усилие скважинного распорного устройства 1 задано в пределах упруго-пластической деформации обсадной трубы 7, поэтому под действием усилия распорного устройства 1 происходит деформация обсадной трубы 7 без ее разрушения. Таким образом, происходит незначительная деформация обсадной трубы 7 в диаметрально противоположных направлениях так, что ее поперечное сечение превращается из круга в эллипс и при этом не разрушается. При этом в цементном камне 8, находящемся вокруг обсадной трубы, возникают усилия, превышающие предел его прочности (превышают предел упругих деформаций цементного камня), разрушая тем самым цементный камень 8 за обсадной трубой 7. Затем сбрасывают давление в НКТ 3. При этом скважинное распорное устройство 1 под действием внешнего давления скважинной жидкости возвращается в исходное состояние и щеки 6 сдвигаются друг к другу, что позволяет повернуть скважинное распорное устройство 1 вокруг своей оси. Повторно подают давление в НКТ 3, разрушают цементный камень за обсадной трубой. Затем сбрасывают давление в НКТ 3 и перемещают скважинное распорное устройство 1 вертикально по скважине до уровня нахождения неразрушенного цементного камня. Далее цикл повторяется.

Импульсная подача жидкости в НКТ позволит создать ударную нагрузку на обсадную трубу, что способствует более эффективному разрушению цементного камня.

Внутри скважинного распорного устройства установлен домкрат 6, который передает усилие, создаваемое жидкостью, расположенной внутри НКТ 3. Домкрат может быть выполнен в виде гидроцилиндра или гибкого резинового деформируемого элемента, который передает свое усилие вдоль одной оси, тем самым значительно повышая КПД устройства и исключая потери связанные с деформацией корпуса устройства.

Распорное устройство крепится к НКТ посредством резьбы, расположенной на крышке 8 в которой расположен канал 9 для подачи рабочей жидкости. Распорное устройство для удобства осуществления технологических операций может быть выполнено длиной до 12 метров, при этом несколько распорных устройств могут быть объединены в вертикальную гирлянду для увеличения площади разрушения цементного камня.

Группа изобретений относится к строительству нефтяных и газовых скважин и может быть использована для разрушения цементного камня за обсадной колонной без ее разрушения, для последующего извлечения колонны. Способ включает спуск в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ) до уровня разрушаемого участка распорного устройства, включающего разводные щеки в форме части цилиндра, отсекаемого плоскостью, параллельной его продольной оси, обращенные плоскими поверхностями друг к другу, и установленный между ними гидравлический домкрат, заполнение НКТ рабочей жидкостью под давлением, обеспечивающим включение в работу скважинного распорного устройства, которое создает радиальное усилие на обсадную колонну нефтяной или газовой скважины в двух диаметрально противоположных направлениях при воздействии домкрата перпендикулярно плоским поверхностям щек в диаметрально противоположных направлениях с усилием, заданным в пределах упругопластической деформации обсадной колонны без ее разрушения и с разрушением цементного камня вокруг обсадной трубы. Выполняют сброс давления в НКТ, осуществляют поворот распорного устройства вокруг своей оси, повторную подачу давления в НКТ. Далее последовательность операций повторяют, перемещают устройство вертикально по скважине до уровня расположения неразрушенного цементного камня, повышают давление рабочей жидкости в НКТ и повторяют цикл операций. Наружная часть щек соответствует внутренней части обсадной трубы на участке их контакта и со свободной поверхностью трубы между щеками. Обеспечивается эффективность разрушения цементного камня, предотвращается повреждение обсадной трубы, сокращается время проведения операций. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ разрушения цементного камня за обсадной трубой нефтяной или газовой скважины, включающий спуск в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ) до уровня разрушаемого участка распорного устройства, включающего разводные щеки в форме части цилиндра, отсекаемого плоскостью, параллельной его продольной оси, обращенные плоскими поверхностями друг к другу, и установленный между ними гидравлический домкрат, заполнение НКТ рабочей жидкостью под давлением, обеспечивающим включение в работу скважинного распорного устройства, которое создает радиальное усилие на обсадную колонну нефтяной или газовой скважины в двух диаметрально противоположных направлениях при воздействии домкрата перпендикулярно плоским поверхностям щек в диаметрально противоположных направлениях с усилием, заданным в пределах упругопластической деформации обсадной колонны без ее разрушения и с разрушением цементного камня вокруг обсадной трубы, выполняют сброс давления в НКТ, осуществляют поворот распорного устройства вокруг своей оси, повторную подачу давления в НКТ, далее последовательность операций повторяют, перемещают устройство вертикально по скважине до уровня расположения неразрушенного цементного камня, повышают давление рабочей жидкости в НКТ и повторяют цикл операций, при этом наружная часть щек соответствует внутренней части обсадной трубы на участке их контакта и со свободной поверхностью трубы между щеками.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что радиальное усилие на обсадную колонну создают вдоль плоскости раскрытия распорного устройства.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что радиальное усилие на обсадную колонну создают путем импульсной подачи жидкости в НКТ.

4. Скважинное распорное устройство, включающее разводные щеки и установленный между ними гидравлический домкрат, при этом каждая из щек выполнена в форме части цилиндра, отсекаемого плоскостью, параллельной его продольной оси, щеки обращены плоскими поверхностями друг к другу, а домкрат установлен с возможностью воздействия, направленного перпендикулярно плоским поверхностям щек в диаметрально противоположных направлениях.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что домкрат выполнен в виде гидравлического цилиндра.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что домкрат выполнен в виде деформируемого упругого элемента, изменяющего свою форму при подаче давления.