Способ определения интервала негерметичности колонны труб и скважинная пробка для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК E21B47/117 E21B33/12 

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 явялется 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, характеризующийся тем, что предварительно устанавливают в устройство запуска – лубрикатор устьевой арматуры скважинную пробку, состоящую из закрытого снизу пробкой с нижним ударником полого ствола, как минимум двух пропускающих снизу вверх самоуплотняющихся манжет и расположенных соответственно выше и ниже манжет верхний и нижний центраторы, заполняют колонну труб выше скважинной пробки жидкостью, после чего создают давление продавливания для проталкивания скважинной пробки по колонне труб до момента фиксации роста давления на устье скважины при достижении пробкой интервала негерметичности и перекрытии его самоуплотняющимися манжетами, после чего закачку жидкости прекращают и определяют расположение интервала негерметичности колонны труб, с последующим подъемом колонны труб для замены дефектного участка, при этом для слива жидкости при подъеме колонны труб в колонну труб спускают груз, под действием которого скважинная пробка опускается до взаимодействия и разрушения сбивного клапана ударником и размещения самоуплотняющихся манжет ниже сбивного клапана.

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, характеризующаяся тем, что включает полый ствол, закрытый снизу пробкой, оснащенной снизу ударником, выполненным с возможностью взаимодействия и разрушения сбивного клапана колонны труб при механическом перемещении грузом, как минимум две пропускающих снизу вверх самоуплотняющиеся манжеты, жестко зафиксированные на стволе для герметизации и исключения несанкционированного перемещения по стволу скважины, и расположенные соответственно выше и ниже манжет верхний и нижний жесткие центраторы, при этом верхний центратор выполнен с возможностью взаимодействия с грузом, спускаемым с устья скважины.

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 последовательно установленными как минимум двумя самоуплотняющимися манжетами 2. Количество манжет 2 выбирается эмпирическим путем, чтобы, взаимодействуя с внутренней поверхностью колонны труб (на фиг. 1 и 2 не показаны), исключить несанкционированное (без давления с устья скважины) сползание скважинной пробки в колонне труб скважины (на фиг. 1 и 2 не показана). Выше и ниже манжет 3 расположены соответственно верхний 3 и нижний 4 жесткие центраторы для исключения сильных деформаций манжет 2 при спуске в колонне труб скважины, что может привести к разрушению манжет 2. Верхний центратор 3 выполнен с возможностью взаимодействия с грузом (на фиг. 1 и 2 не показан), спускаемым с устья скважины, для механического перемещения скважинной пробки вниз. Полый ствол 1 снизу перекрыт пробкой 5, оснащенной снизу ударником 6, выполненным с возможностью взаимодействия и разрушения сбивного клапана (на фиг. 1 и 2 не показан) колонны труб при механическом перемещении грузом.

Фиксацию манжет 2 осуществляют при помощи клея, термической напайки (не показаны) или упоров 7.

В лабораторных условиях усилие F, необходимое для надежного перемещения скважинной пробки внутри колонны труб, зная наружный диаметр D (фиг. 2) манжет 2 рассчитывают давление продавливания:

, (1)

где Р_п – давление продавливания, Па;

F – усилие, Н;

π≈ 3,14159 – постоянное число;

D – диаметр манжет 2, м.

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 2) для выталкивания из лубрикатора и проталкивания ее по колонне труб. 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 манжетами 2 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 – груза на технологическом канате (в вертикальной скважине) или жесткими толкателями (колтюбингом или штангами для наклонных и/или горизонтальных скважин) с отметками длины на поверхности при снижении веса, определяемого устьевым индикатором веса (не показан), или любым другим известным способом.

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.

Для слива жидкости при подъеме всей колонны труб грузом при помощи его веса или проталкивая жесткими толкателями, воздействуя сверху на верхний центратор 3, скважинную пробку проталкивают вниз до взаимодействия ударника 6 пробки 5 с сбивным клапаном, который разрушается. После чего скважинную пробку проталкивают для размещения манжет 2 ниже сбивного клапана, обеспечивая сообщение колонны труб с затрубьем для слива жидкости. При проталкивании скважинной пробки вниз под механическим воздействием груза жидкость перетекает из пространства колонны ниже скважинной пробки в вверх через манжеты 2, пропускающие жидкость снизу вверх.

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.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения интервала негерметичности аварийных колонн труб колтюбинга, лифтовых труб или насосно-компрессорных труб (НКТ), установленных выше насосного оборудования. Техническим результатом является повышение точности определения расположения интервала негерметичности. В частности, заявлен способ определения интервала негерметичности колонны труб, характеризующийся тем, что предварительно устанавливают в устройство запуска - лубрикатор устьевой арматуры - скважинную пробку, заполняют колонну труб выше скважинной пробки жидкостью, после чего создают давление продавливания для проталкивания скважинной пробки по колонне труб до момента фиксации роста давления на устье скважины при достижении пробкой интервала негерметичности и перекрытии его самоуплотняющимися манжетами, после чего закачку жидкости прекращают и определяют расположение интервала негерметичности колонны труб с последующим подъемом колонны труб для замены дефектного участка. При этом скважинная пробка состоит из закрытого снизу пробкой с нижним ударником полого ствола, как минимум двух пропускающих снизу вверх самоуплотняющихся манжет и расположенных соответственно выше и ниже манжет верхнего и нижнего центраторов. Для слива жидкости при подъеме колонны труб в колонну труб спускают груз, под действием которого скважинная пробка опускается до взаимодействия и разрушения сбивного клапана ударником и размещения самоуплотняющихся манжет ниже сбивного клапана. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения интервала негерметичности колонны труб, характеризующийся тем, что предварительно устанавливают в устройство запуска - лубрикатор устьевой арматуры - скважинную пробку, состоящую из закрытого снизу пробкой с нижним ударником полого ствола, как минимум двух пропускающих снизу вверх самоуплотняющихся манжет и расположенных соответственно выше и ниже манжет верхнего и нижнего центраторов, заполняют колонну труб выше скважинной пробки жидкостью, после чего создают давление продавливания для проталкивания скважинной пробки по колонне труб до момента фиксации роста давления на устье скважины при достижении пробкой интервала негерметичности и перекрытии его самоуплотняющимися манжетами, после чего закачку жидкости прекращают и определяют расположение интервала негерметичности колонны труб с последующим подъемом колонны труб для замены дефектного участка, при этом для слива жидкости при подъеме колонны труб в колонну труб спускают груз, под действием которого скважинная пробка опускается до взаимодействия и разрушения сбивного клапана ударником и размещения самоуплотняющихся манжет ниже сбивного клапана.

2. Скважинная пробка для определения интервала негерметичности колонны труб, характеризующаяся тем, что включает полый ствол, закрытый снизу пробкой, оснащенной снизу ударником, выполненным с возможностью взаимодействия и разрушения сбивного клапана колонны труб при механическом перемещении грузом, как минимум две пропускающие снизу вверх самоуплотняющиеся манжеты, жестко зафиксированные на стволе для герметизации и исключения несанкционированного перемещения по стволу скважины, и расположенные соответственно выше и ниже манжет верхний и нижний жесткие центраторы, при этом верхний центратор выполнен с возможностью взаимодействия с грузом, спускаемым с устья скважины.