Способ крепления скважин потайными колоннами и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано, в частности, при креплении скважин потайными колоннами в условиях аномально высоких пластовых давлений (АВПД).

Известно разобщение пластов с применением муфты ступенчатого цементирования с установленным выше муфты пакером.

После цементирования первой ступени в процессе твердения цементного раствора поддерживают давление на пласт при промывке через отверстия муфты. Но это не исключает образования каналов для перетока газа за счет неполного вытеснения бурового раствора и плохого контакта тампонажНого раствора с обсадной колонной.

Установка пакера обычной конструкции не решает проблему, т.к. в процессе цементирования второй ступени возможно .проникновение газа из пласта по каналам, образовавшимся по вы- . шеуказанным причинам, а противодавление после цементирования второй ступени создать невозможно, так как отверстия муфты уже закрыты и про- . мывку за пакером осуществить невозможно. Это является недостатком ступенчатого цементирования.

Известна конструкция пакерующего устройства с уплотнительными элементами, деформируемыми механическим путем для создания герметичной промывки.

00

ю ю

00 Os

Недостатком пакерующего устройства является невозможность включить его в работу после. ОЗЦ из-за наличия затвердевшего цементного раствора в кольцевом пространстве вокруг пакера.

В качестве прототипа, содержащего общие признаки по способу и по устройству заявленного технического решения, принимается устройство для подвески потайных обсадных колонн.

Оно состоит из разъединителя с левой гайкой, связанного с втулкой, несущего ствола взаимодействующего с рычагами замка стыковывающего устройства, промежуточной колонны, пакерно го устройства, что в комплексе позволяет обеспечивать крепление глубоких скважин при малых межколонных зазорах.

Это устройство позволяет осуществить подвеску потайной обсадной колонны на клиньях, герметизацию межколонного пространства и цементировочные работы, в малых межколонных зазорак.

Указанное устройство имеет недостатки:

1. Оно не обеспечивает восстановление циркуляции в скважине за паке- ром в процессе затвердевания цементного раствора.

2. Деформация при пакеровке резиновых элементов осуществляется кратковременным сжатием за счет массы спусковой колонны, что не обеспечивает надежной герметизации межколонног пространства.

Целью изобретения является повышение надежности герметизации пакеров за счет создания возможности промывки межколонного пространства между пакером и обсадной колонной за счет предотвращения возможности возникновения межколонных проявлении.

Предлагаемый способ крепления потайной колонной осуществляется промывкой скважины за пакерным узлом при обратной циркуляции и избыточном давлении на пласт с последующим е.го поддержанием в процессе затвердевания цементного раствора, а герметизацию межколонного пространства производят в конце процесса затвердеваний цементного раствора.

Указанная цель в устройстве осуществляется за счет того, что оно снабжено втулкой с циркуляционными

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

отверстиями, зафиксированной на корпусе между неподвижным упором и уп- лотнительным элементом, втулка размещена на корпусе с возможностью осевого перемещения для перекрытия циркуляционных отверстий и выполнена в верхней части с эксцентриситетом на резьбовом участке и пересекающимися

продольной и поперечной прорезями, i

На фиг.1 (а и б) изображено предлагаемое устройство, на фиг.2 - устройство после подвески потайной колонны на клиньях, на фиг.З - момент отсоединения бурильной колонны от обсадной, на фиг. - положение спусковой колонны при обратной циркуляции во время ОЗЦ, на фиг.5 - положение пакера в рабочем состоянии при креплении скважины потайной колонной, на фиг.6 - сечение разрезной - втулки пакера.

Устройство (см. фиг. 1а, б) в статическом состоянии состоит из несколько функционально связанных частей: пакера 1, клиновой подвески 2, разъединителя 3, цементировочной головки Ц, подвесной и разделительной пробок 5 и 6, срезного седла 7, шара 8 и ловушки 9.

Пакер 1 состоит из корпуса 10 с размещенными на нем нажимной втулкой 11, набором разделительных и уплот- нительных элементов 12, 13 и разрезной втулки 1.

В разъединитель 3 ввернута труба 15, на которой срезными винтами 16 закреплена подвесная пробка 6.

В транспортном положении соединение разъединителя 3 с корпусом 10 герметизируется уплотнением 17, а при цементировании - уплотнениями 18 и 19.

В нижней части корпуса пакера расположены циркуляционные отверстия 20, которые при их закрытий герметизируются уплотнениями 21. Центратор 22 соединяет корпус пакера 10 и корпус подвески 23.

На корпусе выполнены клиновые выступы 24, ниже размещен цилиндр 25 с поршнем 26 и уплотнениями 27. Поршень закреплен срезными винтами 28, соединён с тягами 29 и плашками 30.

В нижней части потайной колонны 31 (см. фиг.1,6) на расстоянии 20- 30 м от башмака 32 устанавливается ловушка 9 и на 10м выше ловушки расположен срезной клапан 7, в кото51

ром срезными винтами 33 закреплено седло 3.

Подшибник разъединителя 35 установлен над корпусом пакера, а гайка 36 расположена внутри корпуса для снятия осевой нагрузки с левой резьбы.

Кран 37 служит для закачки цемент1 ного раствора. Устройство содержит плашку превентора 38, стопор 39 цементировочной головки. Краны включены в дополнительную обвязку.

Работа устройства.

После сборки и спуска в скважину потайной колонны 31 к ней подсоединя ется клиновая подвеска 23, центратор 22, пакер и спусковая колонна через разъединитель. Потайная колонна допускается до заданной глубины и промывается.

Во время промывки в колонну сбрасывается шар 8. При посадке шара в срезной клапан 7 перекрывается-отверстие в нем ив колонне поднимается давление до 10-15 МПа. Происходит срез винтов 28 поршня 26 и тяги 29 надвигают плашки 30 на клиновые вы- .ступы 2k.

Колонну подают вниз и подвешивают на -клиньях (фиг.2), после чего разгружают на клинья всю массу потайной колонны и сверх нее еще 50-100 кН за счет массы спусковёй колонны. Эту перегрузку воспримет подшибник 35 и гайка 36 освободится от осевой нагрузки. Вращением вправо спусковой колонны не менее 15 оборотов отсоединяют ее от потайной и оставляют в положении разгрузки на подшибник (фиг.З) 100-150 кН. Создают в колонне давление 20-25 МПа и срезают винты 33 срезного клапана, части которого падают на ловушку и они не мешают работе обратного клапана. Закачивают расчетный объем цементного раствора через кран 37 превентор 38 открыт, освобождают пробку 5 из цементировочной головки k стопором 39 и, открыв краны 1 и (0 и закрыв кран 37, закачивают продавочную жидкость. При посадке пробки 5 в подвесную пробку 6 произойдет повышение давления продавки на 5-7 МПа, при этом срезаются винты 16 и дальнейшее движение обе пробки осуществляют вместе до посадки их на срезной клапан 7, давление поднимают на 3 МПа

199866

выше давления продавки и на этом процесс цементирования заканчивают. Спусковую колонну принимают на

- 15-20 см, при этом труба 15 (фиг.) выдается из втулки с уплотнением 19 (фиг.4), закрывают кран 37 и превен- тер 38, промывают скважину через кран k2. При этом цемент, поднятый выше

10 пакера, будет вымываться через отверстия 20, трубу 15, разъединитель 3 и головку А (фиг.4). Краны АО и k прикрывают длл создания расчетного давления на пласт. Конструктивно втулка

15 1 имеет совмещенные с корпусом пакера отверстия 20 и в исходном положении размещена так, что предохраняет уплотнения 21 от повреждения при промывке. Втулку можно было бы раз20 местить выше отверстий корпуса 1;, но в этом случае уплотнение 21 и канавка подвергались бы опасности загрязнения или нарушения, от чего надежность устройства значительно снизи25 лась.

Разрезная втулка И (фиг.6) выпол няет несколько функций:

предохраняет уплотнения от повреждения,

30 перекрывает циркуляционные отверстия,

служит стопором и нижним упором уплотнений пакера.

Резьба выполнена из эксцентричной части втулки, входит .в зацепление с

резьбой корпуса и удерживает втулку от самопроизвольного перемещения вниз. При вращении нажимной втулки 11 пакера начнется перемещение всего

-0 пакета уплотнений вместе с втулкой, которая при создании на нее давления освободится в резьбовой части за счет разжатия разрезной части и передвинется до упора в центратор 32, после

„. чего начнется сжатие уплотнительных элементов (13).

Промывка осуществляется за паке- ром, что позволяет повысить надежность герметизации.

50 В предлагаемом способе устройство позволяет осуществлять промывку за пакером, создавая противодавление на пласт и предотвращая проникновение газа через цементный раствор. Однако

55 это не исключает возможности образования каналов в цементном камне, за счет неполного замещения бурового раствора цементным и плохого контакта цементного раствора с колонной,

поэтому пакер необходимо включать в работу в конце ОЗЦ. Для того,чтобы обеспечить надежную герметичность па- кера, промывку во время ОЗЦ осуществ- ляют за пакером, что не позволяют существующие конструкции пакеров. На фиг.5 показано окончательное положе- ние устройства после пакеровки.

.. - .. . . .л /

Технические преимущества заявляемого способа, заключающиеся в.том, что промывку осуществляют за пакером при обратной циркуляции и избыточном давлении на пласту а герметизацию межколонного пространства производят в. конце процесса затвердеваний цементного раствора, становятся возможными при использовании пакера с циркуляционными отверстиями, перекры- ваемыми втулкой.

Предлагаемое изобретение способ- ствует повышению надежности герметизации и сокращению затрат, зависящих от расхода тампонажного материалаj числа агрегатоопераций, продолжительности проведения операций на 20-303 от существующих.

Формула и зо б ре те н и я

1. Способ крепления скважин потайными колоннами, включающий спуск в скважину на бурильных трубах потайной колонны, подвешивание ее на кли- ньях в ранее спущенной обсадной колонне, отсоединение бурильной колонны от потайной колонны с сохранением гидравлической связи, закачку и продувку цементного раствора, гермети- зацию межколонного пространства па- керным узлом в верхней части потайной колонны, перемещение бурильной колонны вверх и промывки скважины для §ы- мыва излишков цементного раствора, о тли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности крепления за счет предотвращения возможности возникновения межколонных проявлений,

промывку скважины осуществляют за па- керным узлом при обратной циркуляции и избыточном давлении на пласт с последующим его поддержанием в процессе затвердевания цементного раствора, а герметизацию межколонного пространства производят в конце процесса затвердевания цементного раствора. j 2 Устройство для крепления сква- жин потайными колоннами, содержащее пакерный узел с полым корпусом с размещенными На нем верхним нажимным и нижним неподвижным упорами и установленным между ними уплотнительным элементом, якорный узел, размещенный на корпусе под пакерным Узлом, разъединитель, соединенный с верхней частью корпуса, верхним нажимным упором и с центральной трубой с закрепленной на нижнем ее конце разделительной пробкой, размещенной концентрично внутри корпуса, 6 т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности крепления за счет предотвращения возможности возникновения межкрлонных проявлений, оно снабжено втулкой с циркуляционными отверстиями,зафиксированной на корпусе между неподвижным упором и уплотнительным элементом j а корпус выполнен с рез ьбовым участкбм на внешней поверхности и циркуляционными отверстиями, совме-. щёнными с циркуляционными отверстиями ; втулки, центральная втулка уплотнена по наружной поверхности ниже И выше циркуляционных отверстий корпуса, втулка установлена с возможностью осевого перемещения и перекрытия циркуляционных отверстий корпуса в нижнем положении и выполнена в верхней части с эксцентричным резьбовым участком с пересекающимися продольными и поперечными прорезями, взаимодействующим с резьбовым участком корпуса, а центральная трубка установлена с возможностью осевого перемещения и размещения нижнего ее торца выше нижнего уплотнения. Г.

4f 40

8

7

Л J4

/.

J/

J/

Использование: в строительстве нефтяных и газовых скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений и может быть применено на этапе крепления скважин. Сущность изобретения: для предотвращения возникнове- ния межпластовых перетоков за счет улучшения, герметизации промывку осу- . ществляют за пакером при обратной циркуляции с одновременным созданием избыточного давления на пласт, а герметизацию межколонного пространства производят в конце ОЗЦ. Осуществление способа крепления потайными колоннами возможно только при использовании пакера, снабженного подвижной втулкой, перекрывающей циркуляционные отверстия. 7 ил., 2 с.п. ф-лы.

фиг.{

v ь $Ј:$ StsSfe fcfc Sfc. 3

lt t t

UA-X

sO 00 CT

cn oo

Ц г Ц Ц fcS§ «9 u 5fe « KXE jgjgS; iQ

SZ

0/7 //7

9866L81

III W

M

J-A

Фиг.6