Способ определения интервала негерметичности колонны труб и скважинная пробка для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК E21B33/12 G01M3/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для опыления интервала негерметичности аварийных колон труб колтюбинга, лифтовых труб или насосно-компрессорных труб (НКТ), установленных выше насосного оборудования, при освоении, эксплуатации и ремонте скважин.

Известен способ опрессовки колонны насосно-компрессорных труб (патент RU №2445479, МПК E21B 47/00, E21B 33/10, G01M 3/28, опубл. 10.07.2012 Бюл. № 19), включающий закачку воды в колонну насосно-компрессорных труб и измерение давления, причем колонну насосно-компрессорных труб оборудуют пакером, размещаемым над интервалом перфорации, определяют приемистость скважины и одновременно проверяют целостность эксплуатационной колонны, устанавливают пакер, в межтрубном пространстве создают рабочее давление, закачивают жидкость в колонну насосно-компрессорных труб в объеме 3-9 м³ с расходом 1,2-4 м³/мин при давлении до 50 МПа, при росте давления в межтрубном пространстве со скоростью до 1,5 МПа/мин до давления не более 5 МПа стравливают избыточное давление и доводят давление до рабочего, при спаде давления в межтрубном пространстве со скоростью до 1,5 МПа/мин закачивают воду в межтрубное пространство, доводя давление до рабочего, при превышении роста давления более 1,5 МПа/мин и давления более 5 МПа делают вывод о негерметичности колонны насосно-компрессорных труб, при превышении спада давления более 1,5 МПа/мин делают вывод о негерметичности эксплуатационной колонны.

Основным недостатком данного способа является невозможность определения интервала нарушения целостности колонны НКТ.

Наиболее близким является способ определения места негерметичности насосно-компрессорных труб в скважине (патент RU № 2339812, МПК E21B 47/10, G01M 3/26, опубл. 27.11.2008 Бюл. №33), основанный на заполнении колонны преимущественно маловязкой жидкостью и дальнейшем наблюдении за положением уровня жидкости в ней, причем с целью уменьшения времени поиска утечек и возможности определения места малых утечек, замеряют расходы жидкости из-за утечек Q1 и Q2 при различных высотах столба жидкости в колонне труб, а расстояние от устья до места негерметичности определяют, например, из выражения

,

где h=H1-Н2 - длина удаленных из скважины НКТ, м;

H1 и H2 - расстояния уровня жидкости от устья до места негерметичности, в моменты измеренных расходов Q1 и Q2 соответственно.

Недостатками данного способа являются сложность реализации из-за необходимости наличия и использования маловязкой жидкости, которой заполняют скважину и контролируют уровни, и высокая погрешность связанная с погрешностями в изменении уровней жидкости и соответствующих расходов жидкости и отсутствием измерения изменения вязкости жидкости при смешивании с пластовой жидкостью.

Техническим результатом является создание способа определения интервала негерметичности колонны труб, позволяющего точно определить интервал негерметичности колонны труб за счёт перекрытия его пробкой при продавливании давлением с устья скважины.

Техническим решением является способ определения интервала негерметичности колонны труб, включающий заполнение колонны труб жидкостью и контроль уровня.

Новым является то, что предварительно устанавливают в устройство запуска - лубрикатор устьевой арматуры скважинную пробку, состоящую из закрытого снизу пробкой с разрушаемой давлением мембраной полого ствола, верхней и нижней пропускающих снизу вверх самоуплотняющихся манжет, расположенный между манжетами подпружиненный наружу центратор, а после заполнения колонны труб выше скважинной пробки создают давление продавливания для проталкивания ее по колонне труб до остановки и установки соответствующих манжет выше и ниже нарушения с фиксацией скачка деления на устье скважины, обеспечивая точное определение интервала негерметичности колонны труб.

Новым является также то, что для слива жидкости при подъеме колонны труб или дальнейшей эксплуатации для разрушения мембраны пробки в колонне труб создают давление выше на 10% выше давления продавливания и ниже давления разрушения колонны труб, обеспечивая сообщение пространств колонны труб выше и ниже скважинной пробки.

Известна секционная разделительная пробка для цементирования ступенчатых обсадных колонн (патент RU № 2684626, МПК E21B 33/16, опубл. 10.04.2019 Бюл. №10), состоящая из сердечника и связанных с ним наконечника и эластичных манжет, имеющих уплотнительную и коническую разделительную части, причем манжеты изнутри подпружинены наружу пластинами, а наконечник снабжен эластичными центраторами, причем расстояние по оси между верхней манжетой и нижним центратором больше, чем максимальный внутренний диаметр обсадной колонны.

Недостатками данной пробки являются узкая область применения из-за возможности использования только при цементировании колонны труб и отсутствие возможности слива жидкости через сердечник при подъеме всей колонны труб.

Наиболее близким по технической сущности является устройство изоляции негерметичности труб (патент RU №2796067, МПК E21B 33/124, опубл. 16.05.2023 Бюл. №14), состоящее из нижнего и верхнего гидроприводов, содержащих манжеты, соответственно, нижние и верхние, установленные с возможностью ограничения при фиксации участка негерметичности, причем каждый гидропривод состоит из ствола, причем верхний ствол соединен с одной стороны через муфту с переводником, а с другой стороны - через муфту с патрубком, который связывает оба гидропривода между собой, соответственно нижний ствол с одной стороны соединен через муфту с переводником, соединенным, в свою очередь, с патрубком, а с другой стороны нижний ствол также через муфту соединен с клапаном, в полости которого установлены втулка, седло и шар, выполненный из растворяющегося материала, при этом на переводниках установлены транспортные манжеты с кольцами, причем под верхней муфтой верхнего гидропривода, связанной с переводником, установлена крышка храповика, опирающаяся верхней своей частью на храповик, взаимодействующий с ответной частью ствола, а нижней частью с помощью резьбового соединения скреплена с корпусом, который, в свою очередь, нижней частью соединен с конусообразной крышкой, упирающейся своей торцевой частью в выступающую часть ствола, а конусообразной частью - в манжету, которая упирается в нижнюю муфту верхнего гидропривода, при этом крышка храповика, храповик, корпус с конусообразной крышкой верхнего гидропривода установлены с возможностью перемещения вдоль оси ствола на величину работы храповика, а манжета установлена с возможностью ее деформации, под верхней муфтой нижнего гидропривода, связанной с переводником, установлена упирающаяся в нее манжета, в которую упирается конусообразная крышка своей конусообразной частью, а торцевой - в выступающую часть ствола, причем нижняя часть крышки соединена с верхней частью корпуса, нижняя часть корпуса соединена с верхней частью крышки храповика и с помощью срезного штифта - со стволом, нижняя часть крышки храповика упирается в храповик, взаимодействующий с ответной частью ствола, при этом крышка храповика, храповик, корпус с конусообразной крышкой нижнего гидропривода установлены с возможностью перемещения вдоль оси ствола на величину работы храповика после среза штифта, а манжета установлена с возможностью ее деформации.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции из-за наличия двух гидроприводов, клапана с растворимым со временем шаром, фиксирующие механизмы и т.д. и, как следствие, большие габаритные размеры и материалоемкость, что делает практически невозможным использование устройства в наклонных и горизонтальных скважинах.

Техническим результатом является создание скважинной пробки для определения интервала негерметичности колонны труб, позволяющей упростить конструкцию, уменьшить габариты и материалоемкость и расширить функциональных возможностей за счет использования в наклонных и горизонтальных скважинах.

Техническим решением является скважинная пробка для определения интервала негерметичности колонны труб, включающая полый ствол, закрытый снизу, верхнюю и нижнюю самоуплотняющиеся манжеты.

Новым является то, что самоуплотняющиеся манжеты жестко зафиксированы на стволе на расстоянии 0,5-1,8 м, а между ними расположен подпружиненный наружу центратор с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью колонны труб, полый ствол снизу перекрыт пробкой, оснащенной мембранной, перекрывающей сообщение ствола с пространством колонны труб ниже скважинной пробки и изготовленной с возможностью разрушения при давлении выше давления продавливания как минимум на 10%

На фиг. 1 изображена скважинная пробка в изометрии.

На фиг. 2 изображена скважинная пробка в продольном разрезе.

Изобретение реализуется следующим образом.

Сначала изготавливают скважинную пробку для определения интервала негерметичности колонны труб. Для этого на полый ствол 1 (фиг. 1 и 2) оснащают жестко зафиксированными верхней 2 и нижней 3 самоуплотняющимися манжетами, между которыми предварительно размещают подпружиненный наружу центратор 4, который выполнен с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью колонны труб (на фиг. 1 и 2 не показаны). Причем фиксацию манжет 2 (фиг. 2) и 3 на расстоянии друг от друга L=0,5-1,8 м осуществляют при помощи клея, термической напайки (не показаны) или упоров 5. Как показала практика при расстоянии не менее L≥0,5 м надежно перекрываются нарушения (негерметичности) колонны труб, вызванные коррозией или некачественными участками, а расстояние не более L≤1,8 м - позволяет проникать в наклонные и/или горизонтальные участки ствола скважины. Снизу на ствол 1 присоединяют пробку 6 с продольными отверстием 7. В лабораторных условиях усилие F, необходимое для надежного перемещения скважинной пробки внутри колонны труб, зная наружный диаметр D манжет 2 и 3 рассчитывают давление продавливания:

, (1)

где Р_п - давление продавливания, Па;

F - усилие, Н;

π≈3,14159 - постоянное число;

D - диаметр D манжет 2 и 3, м.

После чего подбирают толщину h мембраны 8, чтобы она разрушалась при давлении Р выше давления продавливания Р_п как минимум на 10% (Р≥Р_п+10%) для исключения несанкционированного разрушения мембраны 8 при скачках давления (что на практике существует всегда) во время спуска скважинной пробки в колонну труб (определено практическим путем).

Мембраной 8 фиксируют (например, негерметичной заглушкой 9) на пробке 6 с перекрытием отверстия 7.

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и т.п., не влияющие на работоспособность скважинной пробки, на чертежах (фиг.1 и 2) не показаны или показаны условно.

Скважинную пробку в сборе устанавливают в устройство запуска - лубрикатор (на фиг. 1 и 2 не показан) устьевой арматуры (не показана). После заполнения колонны труб жидкостью выше скважинной пробки создают давление продавливания, воздействующее на манжеты 2 (фиг. 1) и 3 для выталкивания из лубрикатора и проталкивания ее по колонне труб. При этом установленный на стволе 1 центратор 4, взаимодействуя с внутренней поверхностью колонны труб, исключает несанкционированное (без давления продавливания) сползание скважинной пробки в колонне труб и при спуске в колонне труб сильную деформацию манжет 2 и 3, что часто приводит к их разрушения в аналогах. Жидкость из-под скважинной пробки при ее спуске через негерметичность вытекает из колонны труб в затрубье и далее на поверхность. По достижении скважинной пробки интервала негерметичности, она перекрывает этот интервал нижней манжетой 3 или интервал негерметичности оказывается между манжетами 2 и 3 независимо на каком участке ствола скважины этот интервал находится, что исключает переток жидкости через него из колонны труб в затрубье. При этом на устье скважины начинается рост давления, после чего закачку жидкости прекращают.

Интервал негерметичности можно точно определить аппаратными способами эхолотом или лазером (в вертикальных скважинах), так как скважинная пробка является хорошим отражателем сигналов, непосредственным измерением длины при спуске лота на технологическом канате с отметками длины на поверхности при снижении веса, определяемого устьевым индикатором веса (на фиг. 1 и 2 не показан), или любым другим известным способом.

Для слива жидкости при подъеме колонны труб или дальнейшей эксплуатации в колонне труб создают давление Р разрушающее мембрану 8 (фиг. 2), для обеспечения гидравлической связи (сообщения) пространств колонны труб выше и ниже скважинной пробки.

Если колонну труб необходимо извлечь для замены только дефектного участка колонны труб, то измерения можно не проводить. При извлечении колонны труб поднятие производят до трубы, в которой остановилась скважинная пробка, перекрывая интервал негерметичности.

Трубу со скважинной пробкой заменяют на новую или опрессованную, после чего колонну труб спускают в скважину для дальнейшей эксплуатации. После чего удалённую трубу отправляют на определение дефекта, вызывающего негерметичность этой трубы (дефектовку), исход из чего далее отправляют эту трубу на ремонт или утилизацию.

Если скважинная пробка расположена на стыке двух труб, то обе их заменяю на новые или опрессованные. После чего отправляют обе эти трубы на дефектовку и исправление нарушения резьбового соединения.

Предлагаемый способ определения интервала негерметичности колонны труб позволяет точно определить интервал негерметичности колонны труб за счёт перекрытия его простой и технологичной скважинной пробкой при продавливании давлением с устья скважины в любой ее участок, в том числе наклонный или горизонтальный.

Группа изобретений относится к способу определения интервала негерметичности колонны труб и скважинной пробке для определения интервала негерметичности колонны труб. Техническим результатом является определение интервала негерметичности колонны труб и упрощение конструкции, уменьшение габаритов и материалоемкости и расширение функциональных возможностей за счет использования в наклонных и горизонтальных скважинах. Способ включает заполнение колонны труб жидкостью и контроль уровня. Предварительно устанавливают в устройство запуска - лубрикатор устьевой арматуры скважинную пробку. Пробка состоит из закрытого снизу пробкой с разрушаемой давлением мембраной полого ствола, верхней и нижней пропускающих снизу вверх самоуплотняющихся манжет. Между манжетами расположен подпружиненный наружу центратор. После заполнения колонны труб выше скважинной пробки создают давление продавливания для проталкивания ее по колонне труб до остановки и установки соответствующих манжет выше и ниже нарушения с фиксацией скачка давления на устье скважины, обеспечивая точное определение интервала негерметичности колонны труб. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения интервала негерметичности колонны труб, включающий заполнение колонны труб жидкостью и контроль уровня, отличающийся тем, что предварительно устанавливают в устройство запуска - лубрикатор устьевой арматуры скважинную пробку, состоящую из закрытого снизу пробкой с разрушаемой давлением мембраной полого ствола, верхней и нижней пропускающих снизу вверх самоуплотняющихся манжет, расположенный между манжетами подпружиненный наружу центратор, а после заполнения колонны труб выше скважинной пробки создают давление продавливания для проталкивания ее по колонне труб до остановки и установки соответствующих манжет выше и ниже нарушения с фиксацией скачка давления на устье скважины, обеспечивая точное определение интервала негерметичности колонны труб.

2. Способ определения интервала негерметичности колонны труб по п. 1, отличающийся тем, что для слива жидкости при подъеме колонны труб или дальнейшей эксплуатации для разрушения мембраны пробки в колонне труб создают давление выше на 10% выше давления продавливания и ниже давления разрушения колонны труб, обеспечивая сообщение пространств колонны труб выше и ниже скважинной пробки.

3. Скважинная пробка для определения интервала негерметичности колонны труб, включающая полый ствол, закрытый снизу, верхнюю и нижнюю самоуплотняющиеся манжеты, отличающийся тем, что самоуплотняющиеся манжеты, пропускающие снизу вверх жестко зафиксированы на стволе на расстоянии 0,5-1,8 м, а между ними расположен подпружиненный наружу центратор с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью колонны труб, полый ствол снизу перекрыт пробкой, оснащенной мембранной, перекрывающей сообщение ствола с пространством колонны труб ниже скважинной пробки и изготовленной с возможностью разрушения при давлении выше давления продавливания как минимум на 10%.