Способ герметизации головы вращающегося хвостовика в скважине Российский патент 2024 года по МПК E21B33/14 E21B23/06 E21B43/10 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам крепления хвостовика в открытом и обсаженном стволе скважины.

Известен способ цементирования хвостовика в скважине и устройство для его осуществления (патент RU №2595122, МПК Е21В 33/14, опубл. 20.08.2016, бюл. № 23). Способ включает присоединение хвостовика с нижним башмаком отцепным устройством через установочную муфту к нижнему концу транспортировочной колонны труб, спуск в скважину хвостовика на заданную глубину, закачку в транспортировочную колонну труб расчетного объема тампонажного раствора, пуск с устья скважины вслед за последней порцией цементного раствора пробки и продавку ее продавочной жидкостью до фиксации ее в седле сердечника блока конических манжет, создание избыточного давления, под действием которого срезаются винты и пробка в компоновке с блоком конических манжет под действием повышенного давления перемещается вниз до стоп-кольца, в котором посадочный конус кольца плотно садится в седло стоп-кольца, при этом тампонажный раствор из полости хвостовика полностью поступает в заколонное пространство, а обратный клапан предотвращает вход раствора в полость хвостовика из заколонного пространства, повышение давления до расчетного для разрушения диафрагмы с открытием отверстий, через которые промывочной жидкостью отмывают излишки раствора созданием прямой циркуляции, отсоединение от корпуса установочной муфты с транспортировочной колонной труб за счет сброса шара и высвобождения удерживающих шариков, которые поднимают их на поверхность.

Недостатками указанного способа являются:

- соединение установочной муфты и хвостовика осуществляют за счет шариков, существует вероятность оставления шариков в радиальных отверстиях муфты в начальном положении и возникает риск отсутствия отцепа хвостовика;

- сужения внутри устройства за счет наличия седла под бросовый шар, через который проходит продавочная пробка, может привести к заклиниванию пробки внутри седла, или сдвигу седла раньше расчетного времени и, как следствие, получению аварийной ситуации;

- отсутствие герметичного кольцевого перекрытия на голове хвостовика может привести к промывке головной части от цемента и негерметичности головы хвостовика особенно при установке хвостовиков в боковых стволах, что снижает качество крепления хвостовика в целом.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ установки вращающегося хвостовика в скважине (патент RU №2777240, МПК Е21В 33/14, 23/00, опубл. 01.08.2022, бюл. № 22), включающий присоединение нижней части корпуса устройства для установки вращающегося хвостовика отцепным устройством через верхнюю часть корпуса устройства для установки вращающегося хвостовика к нижнему концу транспортировочной колонны труб, спуск в скважину хвостовика на заданную глубину, закачку в транспортировочную колонну труб расчетного объема тампонажного раствора, пуск с устья скважины вслед за последней порцией тампонажного раствора продавочной пробки и продавку ее продавочной жидкостью до фиксации ее в посадочном седле блока конических манжет, создание избыточного давления с дальнейшим срезом винтов и перемещением подвесной цементировочной пробки в компоновке с блоком конических манжет под действием повышенного давления вниз до стоп-кольца и получения сигнала о завершении процесса цементирования, промывку излишков тампонажного раствора промывочной жидкостью и отсоединение транспортировочной колонны труб, при этом устройство для установки вращающегося хвостовика дополнительно оснащают манжетной частью с наружной резьбой снизу для соединения с хвостовиком и расположенную ниже нижней части корпуса, при этом манжетную часть сверху оснащают конусным штоком со сквозными пазами в верхней части и радиальным углублением, в которое устанавливают резиновую манжету с характерными уступами на нижнем торце, совпадающими с уступами радиального углубления, и верхним торцом в форме внутреннего радиального конуса с уступом, выполненным зеркально наружному уступу конусного штока, отцепное устройство выполняют в виде как минимум двух срезных элементов толщиной, обеспечивающей возможность выдержки весовой нагрузки спускаемого в скважину на манжетной части корпуса хвостовика, а выше и ниже срезных элементов на равном расстоянии от них выполняют радиальные проточки, оснащенные герметизирующими манжетами, на поверхности верхней части корпуса выполняют сквозные пазы, на верхнем торце нижней части корпуса с внутренней стороны выполняют конусную проточку, а на поверхности нижней части корпуса - наружные выступы с возможностью совмещения со сквозными пазами верхней части корпуса, при этом подвесную цементировочную пробку устанавливают в кольцевом сужении установочной втулки верхней части корпуса и фиксируют относительно установочной втулки при помощи срезных винтов, после их среза под действием давления перемещают подвесную цементировочную пробку вниз до посадки в стоп-кольцо, для чего внутренний диаметр поверхности нижней части корпуса, контактирующей с подвесной цементировочной пробкой, выбирают равным внутреннему диаметру спускаемого в скважину хвостовика, после получения сигнала о завершении процесса цементирования сначала производят отсоединение транспортировочной колонны труб посредством разгрузки хвостовика на забой на вес, превышающий вес хвостовика не менее чем на 150 %, затем транспортировочную колонну труб приподнимают на высоту не менее 10 м и после этого производят промывку излишков тампонажного раствора до полного выхода на устье остатков тампонажного раствора с интервала головы хвостовика с одновременным расхаживанием и вращением транспортировочной колонны труб, промывку головы хвостовика от излишков тампонажного раствора производят как прямым способом через трубное пространство транспортировочной колонны труб, так и обратным через затрубное пространство, после отсоединения транспортировочной колонны труб скважину оставляют на ожидание затвердевания цемента и проводят перфорирование.

Недостатком данного способа является то, что пакер установлен сразу на подвеске хвостовика и в процессе спуска в скважину возможна посадка хвостовика на уступах, оставшихся в стволе скважине, что в свою очередь приводит к разгрузке хвостовика и преждевременному срабатыванию пакерующей части головы хвостовика. Также небольшая длина пакерующей части, связанная с короткой длиной наружных выступов отцепного устройства, ограничивает диапазон перепада давлений, возникающих на голове хвостовика, что значительно сужает область применения способа, связанную с обеспечением необходимой герметизации головы хвостовика.

Технической задачей является создание эффективного способа герметизации кольцевого пространства на голове вращающегося хвостовика после цементирования, позволяющего использовать его в широком диапазоне перепада давлений.

Техническая задача решается способом герметизации вращающегося хвостовика в скважине, включающим присоединение нижней части корпуса устройства отцепным устройством через верхнюю часть корпуса устройства к нижнему концу транспортировочной колонны бурильных труб, спуск в скважину на заданную глубину хвостовика, оснащенного отцепным устройством с верхней частью, оснащенной сквозными пазами, и нижней частью, оснащенной наружными выступами, с возможностью их совмещения со сквозными пазами верхней части, закачку в транспортировочную колонну бурильных труб расчетного объема тампонажного раствора, пуск с устья скважины вслед за последней порцией тампонажного раствора продавочной пробки и продавку ее продавочной жидкостью до фиксации ее в посадочном седле блока конических манжет, создание избыточного давления с дальнейшим срезом винтов и перемещением подвесной цементировочной пробки в компоновке с блоком конических манжет под действием повышенного давления вниз до стоп-кольца и получения сигнала о завершении процесса цементирования, отсоединение транспортировочной колонны бурильных труб и промывку излишков тампонажного раствора промывочной жидкостью.

Новым является то, что после вымыва излишков тампонажного раствора скважинную жидкость заменяют на жидкость активации водонабухающего пакера - ВНП, извлекают верхнюю часть отцепного устройства на устье, в скважину спускают ВНП, имеющий в своей нижней части пазы с возможностью их совмещения с наружными выступами нижней части отцепного устройства, при этом длину пакерующей части ВНП выбирают в зависимости от перепада давления в скважине, причем с увеличением давления длину пакерующей части увеличивают, ВНП соединяют с транспортировочной колонной бурильных труб через муфту, имеющую левую резьбу в ее нижней части, после совмещения пазов ВНП и наружных выступов нижней части корпуса отцепного устройства поворачивают транспортировочную колонну бурильных труб вместе с муфтой вправо до полного отцепления от ВНП с последующим извлечением транспортировочной колонны бурильных труб на поверхность земли, скважину оставляют на ожидание затвердевания цемента и реагирование жидкости активации с ВНП до полного набухания пакерующей части ВНП и герметичного перекрытия заколонного пространства на голове хвостовика.

На фиг. 1 изображено отцепное устройство в собранном виде перед спуском в скважину.

На фиг. 2, 3 изображен порядок работы отцепного устройства и элементы конструкции устройства, остающиеся в скважине после проведения всех операций по цементированию и отсоединению транспортировочной колонны бурильных труб.

На фиг. 4 изображен спуск водонабухающего пакера - ВНП на голову хвостовика.

На фиг. 5 изображена стыковка ВНП с головой хвостовика.

На фиг. 6 показан отцеп транспортировочной колонны бурильных труб от ВНП и подъем на устье скважины.

На фиг. 7 изображен водонабухающий пакер после набухания.

Способ герметизации головы вращающегося хвостовика в скважине осуществляют следующим образом.

Верхнюю часть корпуса (на фиг. 1-7 не показано) устройства для установки вращающегося хвостовика присоединяют к нижнему концу транспортировочной колонны бурильных труб (на фиг. 1-7 не показана), при этом верхняя часть соединена с нижней частью корпуса устройства для установки вращающегося хвостовика отцепным устройством. В скважину на заданную глубину на транспортировочной колонне бурильных труб (на фиг. 1-7 не показано) спускают хвостовик, оснащенный отцепным устройством с верхней частью 1 (фиг. 1,2,3), оснащенной сквозными пазами (на фиг. 1-2 показаны условно), и нижней частью 2 (фиг. 1,2,3), оснащенной наружными выступами 3 (на фиг. 3), с возможностью их совмещения со сквозными пазами верхней части 1 корпуса (отцепное устройство по патенту RU № 2773092, авторы не претендуют на конструкцию отцепного устройства хвостовика). В транспортировочную колонну бурильных труб последовательно производят закачку буферной жидкости, расчетного объема тампонажного раствора.

Пускают с устья скважины вслед за последней порцией тампонажного раствора продавочную пробку (на фиг. 1-7 не показана), осуществляют продавку ее продавочной жидкостью до фиксации ее в посадочном седле блока конических манжет (на фиг. 1 показано условно). Затем создают избыточное давление с дальнейшим срезом винтов (на фиг. 1-7 не показаны) и перемещением подвесной цементировочной пробки (на фиг. 1-7 не показана) в компоновке с блоком конических манжет под действием повышенного давления вниз до стоп-кольца и получения сигнала о завершении процесса цементирования.

После получения сигнала о завершении процесса цементирования сначала производят отсоединение транспортировочной колонны бурильных труб посредством разгрузки хвостовика на забой на вес, превышающий вес хвостовика не менее чем на 150 %, после этого подключают насосы (на фиг. 1-7 не показаны) и производят промывку излишков тампонажного раствора промывочной жидкостью до полного выхода на устье остатков тампонажного раствора с интервала головы хвостовика с одновременным расхаживанием и вращением транспортировочной колонны бурильных труб, причем промывку головы хвостовика от излишков тампонажного раствора производят как прямым способом через трубное пространство транспортировочной колонны бурильных труб, так и обратным через затрубное пространство, при этом одновременно расхаживая и вращая транспортировочную колонну бурильных труб.

После вымыва излишков тампонажного раствора меняют скважинную жидкость на жидкость активации ВНП 4 (например, пресную воду). После полной замены скважинной жидкости транспортировочную колонну бурильных труб поднимают на устье, при этом верхняя часть 1 (фиг. 3) корпуса отцепного устройства извлекается на устье.

Далее в скважину спускают ВНП 4 (фиг. 4-7), имеющий в своей нижней части пазы 5 (фиг. 4) (полностью повторяющие по форме сквозные пазы верхней части 1 на фиг. 1, 2 отцепного устройства) с возможностью их совмещения с наружными выступами 3 (на фиг. 3) нижней части 2 (фиг. 1-5) отцепного устройства. При этом пакерующая часть 6 (фиг. 6, 7) ВНП 4 может иметь различную длину, которая выбирается в зависимости от перепада давления, возникающего в скважине, таким образом позволяя герметизировать голову хвостовика в широком диапазоне перепадов давлений. Причем с увеличением давления длину пакерующей части 6 ВНП 4 увеличивают.

При этом ВНП 4 соединяют с транспортировочной колонной бурильных труб через муфту 7 (фиг. 4-6), имеющую левую резьбу в ее нижней части. Вышеуказанную компоновку спускают до полной состыковки (совмещения) пазов 5 (фиг. 4) ВНП 4 (фиг. 5) с наружными выступами 3 (фиг. 3) нижней части 2 (фиг. 1-5) отцепного устройства.

После захода пазов 5 (фиг. 4) ВНП 4 в наружные выступы 3 (фиг. 3) нижней части 2 корпуса отцепного устройства (фиг. 5) производят поворот транспортировочной колонны бурильных труб вместе с муфтой 7 (фиг. 6) вправо, до полного отцепления от ВНП 4 с последующим извлечением транспортировочной колонны бурильных труб на поверхность земли. Скважину оставляют на ожидание затвердевания цемента и на реагирование жидкости активации с ВНП 4 до полного набухания пакерующей части 6 (фиг. 7) и герметичного перекрытия заколонного пространства на голове хвостовика.

По окончании времени реагирования проводят опрессовку головы хвостовика и при положительных результатах проводят операцию перфорирования хвостовика.

Предлагаемый способ позволяет гарантированно загерметизировать заколонное пространство на голове хвостовика при любом перепаде давлений, возникающего в скважине, что в целом повышает качество крепления хвостовика на всем протяжении от забоя и до головы хвостовика.

Пример практического применения.

Скважина пробурена до проектной глубины 1900 м и обсажена 178 мм колонной до глубины 1750 м. По проекту запланирован спуск хвостовика диаметром 114 мм в интервал 1650 -1900 м. В процессе спуска на обсадной колонне установили последовательно башмак, обратный клапан, далее колонну из 114 мм труб, на последнюю трубу хвостовика (верхнюю) присоединили отцепное устройство (по патенту RU № 2773092). Произвели контрольный замер веса хвостовика в сборе - 7 т, данные занесли в вахтовый журнал. Далее присоединили транспортировочную колонну бурильных труб и спустили хвостовик до глубины 1895 м.

После спуска хвостовика до забоя провели промывку скважины в двойном объеме затрубного пространства для очистки забоя скважины. В соответствии с утвержденным планом работ в транспортировочную колонну бурильных труб последовательно закачали буферную жидкость, тампонажный раствор и осуществили продавку их буровым раствором до получения давления «СТОП» 11,0 МПа. Стравили давление до нуля.

Разгрузили хвостовик на забой на вес 10,5 тонн (превышающий вес хвостовика на 150 %) и произвели отцеп. Приподняли транспортировочную колонну бурильных труб с верхней частью отцепного устройства на высоту 10 м, и произвели промывку излишков тампонажного раствора до полного выхода на устье остатков тампонажного раствора с интервала головы хвостовика с одновременным расхаживанием и вращением транспортировочной колонны бурильных труб.

После вымыва излишков тампонажного раствора на устье, произвели замену бурового раствора, находящегося в скважине, на пресную воду (жидкость активации ВНП). Извлекли транспортировочную колонну бурильных труб с верхней частью отцепного устройства на устье. Бурильные трубы в свечах по две штуки установили в удерживающее устройство на буровой площадке (за «палец»).

Для герметизации головы хвостовика было принято решение о спуске ВНП, имеющего в своей нижней части характерные пазы, с длиной пакерующей части 1,5 м, что соответствует удержанию перепада давления в 30,0 МПа, необходимого для качественной герметизации головы хвостовика.

Выбранный ВНП соединили с транспортировочной колонной бурильных труб через муфту, имеющую левую резьбу в ее нижней части, и спустили в скважину до полной состыковки пазов ВНП с наружными выступами нижней части корпуса отцепного устройства (состыковку определили по разгрузке транспортировочной колонны на 1,5 т). После захода пазов ВНП в наружные выступы нижней части корпуса отцепного устройства хвостовика произвели поворот транспортировочной колонной бурильных труб вместе с муфтой вправо на 5 оборотов, до полного отцепления от ВНП. Далее извлекли транспортировочную колонну бурильных труб на поверхность земли.

Скважину оставили на ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ) и на реагирование пресной воды с ВНП на 5 суток. Через 5 суток произвели опрессовку головы хвостовика на давление в 15,0 МПа через противовыбросовое оборудование (ПВО), при этом падения давления не зафиксировано. Голова хвостовика - герметична.

Предлагаемый способ позволяет гарантированно загерметизировать заколонное пространство на голове хвостовика при любом перепаде давлений, возникающего в скважине, что в целом повышает качество крепления хвостовика на всем протяжении от забоя и до головы хвостовика.

Изобретение относится к способу герметизации головы вращающегося хвостовика в скважине. Техническим результатом является создание эффективного способа герметизации кольцевого пространства на голове вращающегося хвостовика после цементирования, позволяющего использовать его в широком диапазоне перепада давлений. Способ включает присоединение нижней части корпуса устройства отцепным устройством через верхнюю часть корпуса устройства к нижнему концу транспортировочной колонны бурильных труб. Также способ включает спуск в скважину на заданную глубину хвостовика, оснащенного отцепным устройством с верхней частью, оснащенной сквозными пазами, и нижней частью, оснащенной наружными выступами, с возможностью их совмещения со сквозными пазами верхней части. Также способ включает закачку в транспортировочную колонну бурильных труб расчетного объема тампонажного раствора. Также способ включает пуск с устья скважины вслед за последней порцией тампонажного раствора продавочной пробки и продавку ее продавочной жидкостью до фиксации ее в посадочном седле блока конических манжет. Также способ включает создание избыточного давления с дальнейшим срезом винтов и перемещением подвесной цементировочной пробки в компоновке с блоком конических манжет под действием повышенного давления вниз до стоп-кольца и получения сигнала о завершении процесса цементирования, отсоединение транспортировочной колонны бурильных труб и промывку излишков тампонажного раствора промывочной жидкостью. После вымыва излишков тампонажного раствора скважинную жидкость заменяют на жидкость активации водонабухающего пакера - ВНП, извлекают верхнюю часть отцепного устройства на устье, в скважину спускают ВНП, имеющий в своей нижней части пазы с возможностью их совмещения с наружными выступами нижней части отцепного устройства. Длину пакерующей части ВНП выбирают в зависимости от перепада давления в скважине. С увеличением давления длину пакерующей части увеличивают. ВНП соединяют с транспортировочной колонной бурильных труб через муфту, имеющую левую резьбу в ее нижней части, после совмещения пазов ВНП и наружных выступов нижней части корпуса отцепного устройства поворачивают транспортировочную колонну бурильных труб вместе с муфтой вправо до полного отцепления от ВНП с последующим извлечением транспортировочной колонны бурильных труб на поверхность земли. Скважину оставляют на ожидание затвердевания цемента и реагирование жидкости активации с ВНП до полного набухания пакерующей части ВНП и герметичного перекрытия заколонного пространства на голове хвостовика. 7 ил.

Способ герметизации вращающегося хвостовика в скважине, включающий присоединение нижней части корпуса устройства отцепным устройством через верхнюю часть корпуса устройства к нижнему концу транспортировочной колонны бурильных труб, спуск в скважину на заданную глубину хвостовика, оснащенного отцепным устройством с верхней частью, оснащенной сквозными пазами, и нижней частью, оснащенной наружными выступами, с возможностью их совмещения со сквозными пазами верхней части, закачку в транспортировочную колонну бурильных труб расчетного объема тампонажного раствора, пуск с устья скважины вслед за последней порцией тампонажного раствора продавочной пробки и продавку ее продавочной жидкостью до фиксации ее в посадочном седле блока конических манжет, создание избыточного давления с дальнейшим срезом винтов и перемещением подвесной цементировочной пробки в компоновке с блоком конических манжет под действием повышенного давления вниз до стоп-кольца и получения сигнала о завершении процесса цементирования, отсоединение транспортировочной колонны бурильных труб и промывку излишков тампонажного раствора промывочной жидкостью, отличающийся тем, что после вымыва излишков тампонажного раствора скважинную жидкость заменяют на жидкость активации водонабухающего пакера - ВНП, извлекают верхнюю часть отцепного устройства на устье, в скважину спускают ВНП, имеющий в своей нижней части пазы с возможностью их совмещения с наружными выступами нижней части отцепного устройства, при этом длину пакерующей части ВНП выбирают в зависимости от перепада давления в скважине, причем с увеличением давления длину пакерующей части увеличивают, ВНП соединяют с транспортировочной колонной бурильных труб через муфту, имеющую левую резьбу в ее нижней части, после совмещения пазов ВНП и наружных выступов нижней части корпуса отцепного устройства поворачивают транспортировочную колонну бурильных труб вместе с муфтой вправо до полного отцепления от ВНП с последующим извлечением транспортировочной колонны бурильных труб на поверхность земли, скважину оставляют на ожидание затвердевания цемента и реагирование жидкости активации с ВНП до полного набухания пакерующей части ВНП и герметичного перекрытия заколонного пространства на голове хвостовика.