Устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине

 

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для спуска и герметизации заколонного пространства обсадных колонн, в частности хвостовиков обсадных колонн. Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение надежности его в работе и повышение надежности герметизации заколонного пространства хвостовика. Сущность изобретения: устройство включает корпус и связанную с ним транспортировочную колонну. В верхней части хвостовика помещены разъединитель, пакер и якорь. Устройство имеет патрубок с радиальными отверстиями и под этими отверстиями дроссельно-запорный клапан для перекрытия этим клапаном внутреннего сечения патрубка при заданном расходе жидкости с заданными реологическими свойствами. При этом патрубок связан с корпусом, образует с хвостовиком в верхней его части кольцевую полость, гидравлически связанную с полостью патрубка через его радиальные отверстия, и с узлами привода якоря, пакера и разъединителя и имеет возможность его извлечения из скважины с корпусом и транспортировочной колонной. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для спуска и герметизации заколонного пространства обсадных колонн и, в частности, хвостовиков обсадных колонн.

Известно устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны, включающее корпус, клапанный узел и узел уплотнительного элемента, выполненный из легкодеформируемого материала, например, алюминия (1).

Недостатком известного устройства является невысокая надежность его работы в случае установки в наклонном или горизонтальном участке ствола скважины. Дело в том, что предусмотренный в устройстве элемент (шар) для привода этого устройства в действие не обеспечивает достаточной герметичности устройства при посадке шара на седло.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус, связанные с ним транспортировочную колонну и разъединитель, пакер и якорь, помещенные в верхней части хвостовика под разъединителем (2).

Недостатком этого устройства является то, что с его применением возникает необходимость выполнения многочисленных технологических операций, связанных с герметизацией заколонного пространства хвостовика и отсоединением этого хвостовика от транспортировочной колонны.

Для привода устройства в действие необходимо применение составной (секционной) пробки. Только это уже может служить причиной негерметичности устройства (при посадке одной секции пробки на другую) и, как следствие, еще больших осложнений вышеупомянутых технологических операций (из-за трудности обеспечения необходимых давлений для привода в действие исполнительных узлов устройства).

Кроме того, известное устройство не обеспечивает возможности возврата его в исходное состояние при ошибочных действиях, например, при несвоевременном пуске верхней секции пробки, и осуществления незапланированной, но необходимой, в текущий момент, промывки для устранения возникшего осложнения.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение надежности его работы и повышение надежности герметизации заколонного пространства хвостовика.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус, связанную с ним транспортировочную колонну, разъединитель, пакер и якорь, помещенные в верхней части хвостовика, согласно изобретению снабжено патрубком с радиальными отверстиями и, под этими отверстиями, дроссельно-запорным клапаном для перекрытия этим клапаном внутреннего сечения патрубка при заданном расходе жидкости с заданными реологическими свойствами, при этом патрубок связан с корпусом и образует с хвостовиком, в верхней его части, кольцевую полость, гидравлически связанную с полостью патрубка, через его радиальные отверстия, и с узлами привода якоря, пакера и разъединителя.

Кроме того, хвостовик ниже пакера выполнен в виде фильтровой колонны с отверстиями в верхней части для вытеснения тампонажного раствора в заколонное пространство хвостовика.

А также, патрубок выполнен с возможностью его извлечения из скважины с корпусом и транспортировочной колонной.

При этом, дроссельно-запорный клапан выполнен в виде цилиндрической втулки с посадочным седлом в нижней части, жестко связанной с патрубком, и закрепленного во втулке штока, подпружиненного относительно втулки, образующего с ней калиброванный кольцевой канал и имеющего возможность осевого перемещения до посадки на посадочное седло.

На фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 - общий вид дроссельно-запорного клапана; на фиг. 3 - сечение дроссельно-запорного клапана.

Устройство (фиг. 1) включает в себя корпус 1. С ним связана транспортировочная колонна 2. В верхней части хвостовика 3 помещены разъединитель 4, пакер 5 и якорь 6. Устройство имеет патрубок 7 с радиальными отверстиями 8 и дроссельно-запорным клапаном 9 для перекрытия этим клапаном внутреннего сечения патрубка при заданном расходе жидкости с заданными реологическими свойствами. Патрубок 7 связан с корпусом 1 и образует с хвостовиком 3, в верхней его части, кольцевую полость 10, гидравлически связанную с полостью патрубка 7, через его радиальные отверстия 8, и с гидравлическими узлами привода якоря 6, пакера 5 и разъединителя 4. Якорь 6, пакер 5 и разъединитель 4 выполнены с возможностью приведения их в действие в соответствующей последовательности. Патрубок 7 установлен (в хвостовике 3) с возможностью его извлечения вместе с корпусом 1 и транспортировочной колонной 2. Собственно гидравлические узлы привода якоря, пакера и разъединителя показаны на фиг. 1 позициями соответственно 11, 12 и 13 и представляют собой, например, дифференциальные втулки, закрепленные на корпусах якоря, пакера и разъединителя срезными элементами 14, рассчитанными на разные давления среза. Каждая из дифференциальных втулок образует с соответствующим корпусом рабочую полость, гидравлически связанную с кольцевой полостью 10. При этом дифференциальная втулка разъединителя фиксирует, например, элементы относительной фиксации 15 разъединителя 4 с корпусом 1. В верхней части хвостовика установлен центратор 16.

Хвостовик 3 ниже пакера 5 может быть выполнен в виде фильтровой колонны с отверстиями в верхней части (не показаны) для вытеснения тампонажного раствора в заколонное пространство хвостовика.

Дроссельно-запорный клапан (фиг. 2) выполнен в виде цилиндрической втулки 17 с посадочным седлом 18 в нижней части. При этом цилиндрическая втулка 17 жестко связана с патрубком 7. В этой же цилиндрической втулке 17 закреплен шток 19, например, с помощью гайки 20 с прорезями 21 (фиг. 3) для обеспечения циркуляции жидкости. Шток 19 подпружинен относительно цилиндрической втулки (ее соединительного элемента - гайки 20) и образует с внутренней поверхностью цилиндрической втулки калиброванный кольцевой канал 22. При этом шток 19 имеет возможность осевого перемещения до посадки на посадочное седло 18. Регулировку давления срабатывания дроссельно-запорного клапана осуществляют посредством сжатия пружины 23 регулировочными гайками 24.

Устройство работает следующим образом.

Хвостовик 3 с разъединителем 4, пакером 5 и якорем 6 спускают на транспортировочной колонне 2 в скважину. Во время спуска хвостовика в скважину могут быть его посадки, обусловленные состоянием ствола скважины, которое, в свою очередь, определяется геологическими условиями. В этих случаях могут быть осуществлены промывки ствола скважины с определенным расходом и подачей промывочного раствора по транспортировочной колонне 2 через дроссельно-запорный клапан 9.

После установки хвостовика 3 в заданном интервале скважины создают циркуляцию жидкости через дроссельно-запорный клапан 9, осуществляют промывку скважины. Затем, при необходимости, закачивают через верхние отверстия фильтра нетвердеющий вязкоупругий тампонажный состав (например, на основе полиакриламида) для дополнительной герметизации заколонного пространства верхней части хвостовика. После этого осуществляют циркуляцию жидкости с увеличенным (в сравнении с промывкой) расходом. Под действием перепада давления, возникающего в калиброванном кольцевом канале 22, шток 19 сжимает пружину 23 и садится на посадочное седло 18. При дальнейшем увеличении давления в транспортировочной колонне 2 оно через радиальные отверстия 8 патрубка 7 передается в кольцевую полость 10, а через нее в полости приводных узлов 11, 12, 13 соответственно якоря 6, пакера 5 и разъединителя 4. Каждый из этих узлов настроен на разные давления срабатывания. При достижении каждого из этих давлений обеспечивается возможность последовательного автоматического срабатывания якоря 6, затем пакера 5 и, после этого, разъединителя 4. Срабатывание вышеупомянутых приводных узлов происходит после передачи соответствующих давлений из кольцевой полости 10 в рабочие полости дифференциальных втулок этих узлов, срезания в каждом из этих узлов срезных элементов 14 и перемещения дифференциальных втулок с приводом узлов в рабочее положение. Срабатывание разъединителя происходит с перемещением ее дифференциальной втулки и освобождением элементов относительной фиксации 15 корпуса 1 и разъединителя 4. Давление срабатывания якоря может составить, например, 12 МПа, пакера - 15 МПа, а разъединителя - 18 МПа. После срабатывания разъединителя транспортировочную колонну с корпусом и патрубком приподнимают над верхней частью хвостовика и осуществляют циркуляцию жидкости для вымывания нетвердеющего тампонажного раствора из скважины (в случае его применения). Затем транспортировочную колонну с корпусом и патрубком из скважины извлекают.

Таким образом, с применением устройства по данному изобретению создают значительное упрощение технологических операций по установке и герметизации хвостовика обсадной колонны. Все операции могут быть осуществлены автоматически при достижении определенных давлений в транспортировочной колонне. При этом, в случае возможных осложнений устройство может быть переключено в промежуточное положение, обеспечивающее возможность дополнительной промывки скважины для устранения возможных осложнений.

За счет этого может быть обеспечена и более надежная герметизация заколонного пространства хвостовика. При этом она может быть усилена за счет дополнительного тампонирования хвостовика в интервале размещения пакера.

Источники информации 1. Устройство типа ПМП для спуска и подвески хвостовиков. Каталог выпускаемой продукции ОАО НПО "Буровая техника" - ВНИИБТ", 1998 - 1999 г.г.

2. Устройство спуска, подвески и герметизации хвостовика. Рекламный проспект, НПО "Буровая техника" - ВНИИБТ", АООТ "Тяжпрессмаш", 1986.

Формула изобретения

1. Устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус, связанную с ним транспортировочную колонну, разъединитель, пакер и якорь, помещенные в верхней части хвостовика, отличающееся тем, что оно снабжено патрубком с радиальными отверстиями и под этими отверстиями дроссельно-запорным клапаном для перекрытия этим клапаном внутреннего сечения патрубка при заданном расходе жидкости с заданными реологическими свойствами, при этом патрубок связан с корпусом и образует с хвостовиком в верхней его части кольцевую полость, гидравлически связанную с полостью патрубка через его радиальные отверстия и с узлами привода якоря, пакера и разъединителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что хвостовик ниже пакера выполнен в виде фильтровой колонны с отверстиями в верхней части для вытеснения тампонажного раствора в заколонное пространство хвостовика.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что патрубок выполнен с возможностью его извлечения из скважины с корпусом и транспортировочной колонной.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дроссельно-запорный клапан выполнен в виде цилиндрической втулки с посадочным седлом в нижней части, жестко связанной с патрубком, и закрепленного во втулке штока, подпружиненного относительно втулки, образующего с ней калиброванный кольцевой канал и имеющего возможность осевого перемещения до посадки на посадочное седло.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3