Устройство для крепления скважины (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК E21B33/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

1

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности, к креплению скважин, работаюш,их в условиях высоких температур и давлений.

Известно устройство для крепления скважины, включающее колонну обсадных труб 5 с узлами соединения и телескопический компенсатор ее температурных удлинений.

При использовании устройства в скважине колонну обсадных труб ниже телескопического компенсатора цементируют для обес- Q печения надежности герметизации затрубного пространства, а выше компенсатора в затрубном пространстве размещают специальный жидкий заполнитель для обеспечения осевых перемещений верхней части колонны 1. .15

Недостатком этого устройства является то, что в зацементированной части колонна обсадных труб имеет жесткое сцепление с цементным камнем и не имеет возможности 20 удлиняться, что неизбежно вызывает возникновение опасных температурных напряжений, которые могут привести к порыву обсадных труб и цементного кольца, нарушению изоляции пластов и образованию грифонов.

Кроме того, телескопический компенсатор устройства не надежен в работе из-за радиальных температурных перемещений его частей и может быть извлечен из скважины только после завершения ее эксплуатации. Причем компенсатор является дорогостоящим.

Известно устройство для крепления скважины, включающее колонну обсадных труб с узлами соединения и размещенную на ее наружной поверхности предохранительную оболочку из легкоплавкого твердого материала, например капрона 2.

Недостатком устройства является отсутствие жесткой связи колонны обсадных труб с цементным кольцом в радиальном направлении, что при высокой температуре в скважине и большом давлении среды в колонне обсадных труб может вызвать ее радиальный разрыв, привести к разрушению цементного кольца и нарушению изоляции пластов. Кроме того, к материалу оболочки предъявляются высокие требования и его

использование, как правило, ограничено температурами до 325°С.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства при высоких температурах и больших давлениях.

Указанная цель достигается тем, что предохранительная оболочка выполнена в виде проволоки, уложенной витками, а между колонной обсадных труб и витками проволоки размещена термостойкая смазка.

Для обеспечения компенсации температурного расширения колонны обсадных труб с муфтовыми соединениями устройство снабжено установленными концентрично муфтам колонны обсадных труб защитными кожухами с уплотнительными кольцами на торце.

Указанная цель может быть достигнута также тем, что предохранительная болочка выполнена в виде проволоки, уложенной витками в два ряда, а между колонной обсадных труб и витками проволоки размещен термостойкий уплотнительный материал, например армированный асбографитовый щнур Для обеспечения компенсации температурного расширения колонны обсадных труб с муфтовыми соединениями устройство снабжено установленными концентрично муфтам колонны обсадных труб защитных кожу-хами с уплотнительными кольцами на торце. На фиг. 1 показано устройство для крепления скважины с одним слоем проволоки; на фиг. 2 - то же, с двумя слоями проволоки.

Устройство для крепления скважины включает колонну обсадных труб 1 с узлами соединения в виде муфт 2, кожух 3 с уплотнительным кольцо.м 4, проволоку 5, смазку 6, уплотнительный материал 7, цементное кольцо 8.

Металлическая проволока, например алюминиевая, намотана на предварительно густо смазанную термостойкой консистентной смазкой 6 колонну обсадных труб 1.

По первому варианту (фиг. 1) проволока 5 намотана вплотную в один слой, а каналы между витками проволоки 5 и колонной обсадных труб 1 заполнены термостойкой консистентной смазкой 6.

По второму варианту (фиг. 2) проволока 5 намотана на колонну обсадных труб 1 в два слоя, а между витками и колонной обсадных труб 1. размещен термостойкий уплотнительный материал 7, например армированный асбографитовый шнур.

При этом каждый виток проволоки 5 наружного слоя плотно прилегает к двум смежным виткам проволоки 5 внутреннего слоя и уплотнительному материалу 7.

Цементное кольцо 8 снаружи плотно охватывает проволоку 5 и уплотнительный материал 7.

Для предотвращения сцепления цемента во время его схватывания с соединительными муфтами 2 и обеспечения возможности

их свободного перемещения в цементном кольце при удлинении колонны обсадных труб 1 муфты 2 могут быть снабжены защитными кожухами 3 с уплотнительными кольцами 4 по их торцам.

В случае применения безмуфтовых соединений колонны обсадных труб 1 необходимость в защитных кожухах 3 с уплотнительными кольцами отпадает.

Устройство работает следующим образом.

При повыщении температуры и давления в скважине колонна обсадных труб 1 и цементное кольцо 8 расширяются в осевом и радиальном направлениях.

При этом защитные кожухи 3 срываются с колонны обсадных труб 1 и удерживаются цементным кольцом 8, не препятствуя соединительным муфтам 2 свободно перемещаться в кожухах 3. Колонна обсадных труб 1, не имея жесткого сцепления с уплотнительными элементами 5, 6 и 7 и цементным кольцом 8, перемещается внутри витков проволоки вдоль оси скважины, не вызывая, возникновения в них опасных температурных напряжений. Наличие смазки 6 между витками проволоки 5 снижает силу трения колонны обсадных труб об уплотнительную прволоку 5. Одновременно с осевым удлине нием колонны обсадных труб 1 и цементного кольца 8 происходит их температурное расширение в радиальном направлении, в результате чего расстояние между колонной обсадных труб 1 и цементным кольцом 8 сокращается и цементное кольцо 8 все время плотно обжимает уплотнительную проволоку 5 вокругКОЛОННЫ обсадных труб 1, сохраняя герметичность затрубного пространства во время работы скважины. Витки проволоки 5 на теле колонны обсадных труб 1 повышают прочность труб на разрыв не менее чем в 2 раза, предотвращают их разрыв большим давлением среды в колонне, что очень важно при ее нагретом состоянии. Причем витки проволоки 5 обеспечивают свободное температурное расширение колонны в радиальном направлении. При двуслойной намотке проволоки 5 герметичность затрубного пространства улучшается, так как при осевом удлинении и расхождении витков нажнего слоя проволоки 5 витки второго слоя проволоки 5 под воздействием окружной обжимающей силы все время плотно заходят между витками проволоки внутреннего слоя, поджимая уплотнительный материал 7. При охлаждении скважины все процессы, происходящие в элементах конструкции устройства, осуществляются в обратном порядке, не нарущая ее герметичности и целостности.

Таким образом, устройство для крепления скважины в условиях высоких температур (до 400°С) и больших давлений благодаря отсутствию жесткого сцепления цементного кольца с колонной обсадных труб и