Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления, и может найти применение при спуске дополнительных обсадных колонн в скважины, обсадные колонны которых пришли в негодность. Устройство содержит корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху с расширяющим узлом. Расширяющий элемент расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз. Механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху. Толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб герметично с возможностью осевого перемещения вверх. Якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб. Срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину. Устройство просто и дешево в изготовлении и использовании с небольшим количеством деталей, большинство из которых могут использоваться по нескольку раз, при этом надежно за счет отсутствия нагрузок, которые нарушают герметичность его после установки. 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления, и может найти применение при спуске дополнительных обсадных колонн в скважины, обсадные колонны которых пришли в негодность.

Известен ″Пакер (патент РФ №2215864, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №31 от 10.11.2003), включающий спускаемые на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) полые верхний и нижний корпусы, присоединенный к концу нижнего корпуса расширяемый патрубок с уплотнительным элементом, размещенным на его поверхности, в виде эластичной оболочки, дорн, установленный в корпусе, и гидравлическую камеру, при этом его расширяемый патрубок выполнен с наружным кольцевым выступом, над которым расположен якорный участок с зубчатыми насечками, а под ним - уплотнительный элемент, верхняя часть которого контактирует с конической поверхностью кольцевого выступа, а нижний конец выполнен в виде ласточкиного хвоста и в сжатом состоянии размещен в стакане-центраторе, прикрепленном к концу нижнего корпуса, при этом его дорн снабжен съемным клапаном, выполнен полым и двухступенчатым и помещен в верхнем корпусе с возможностью заклинивания второй ступенью в зоне расположения кольцевого выступа расширяемого патрубка при его установке, а гидравлическая камера образована корпусом, полостями дорна с клапаном и НКТ.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, для установки пакера требуется высокое давление посадки (для стального расширяемого патрубка - 40 МПа, для алюминиевого - 25 МПа), во время которого колонна насосно-компрессорных труб (НКТ), на которых спускается пакер, удлиняется;

во-вторых, при снятии давления посадки колонна НКТ сжимается с большим усилием (в зависимости от прилагаемого давления от 15 до 35 тонн), что может привести к срыву пакера.

Известно ″Пакерующее устройство (св. на полезную модель РФ №26075, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2002 г.), содержащее основной пакер, включающий корпус с размещенной на его наружной поверхности эластичной манжетой, подвижной клиновой цилиндр, связанный с приводом, срезные и уплотнительные элементы и упоры, при этом устройство снабжено дополнительным пакером, состоящим из корпуса, соединенного через переводник с корпусом основного пакера, с надетой на него эластичной манжетой, подвижным клиновым цилиндром, образующим с корпусом и уступом на его наружной поверхности гидрокамеру, соединенную через радиальные каналы в корпусе с внутритрубным пространством.

Недостатками устройства являются большое количество сложных деталей, которые размещены в составе дополнительной обсадной колонны, остаются в каждой скважине, что приводит к удорожанию конструкции и необходимости изготовления большого числа технологически сложных деталей, что приводит к удорожанию его использования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является ″Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны (Патент на полезную модель РФ №32182, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №25 от 10.09.2003 г.), содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел, включающий конус, и срезной элемент, при этом корпус является деформируемым элементом и снабжен с нижнего конца вогнутым участком, расширяющий узел установлен внутри корпуса, а его конус наружной поверхностью плотно прижат к вогнутому участку и снабжен снизу с внутренней стороны цилиндрической выборкой, в которой жестко установлена промежуточная втулка, упомянутый узел снабжен воронкой с коническими и цилиндрическими участками на внутренней поверхности, упирающейся в торец конуса и имеющей две цилиндрические выборки, причем верхняя контактирует с верхней зоной внутренней поверхности конуса, а нижняя жестко соединена с фиксирующей втулкой с внутренним кольцевым выступом, а срезной элемент установлен между торцами упомянутых втулок и уступами цилиндрических выборок конуса и воронки, внутренние диаметры цилиндрического участка воронки и кольцевого выступа фиксирующей втулки выбраны под диаметр корпуса замкового механизма, установленного на нижнем конце опущенных в дополнительную обсадную колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и снабженного со стороны нижнего торца кольцевой расточкой, в которой жестко установлена втулка с коническим наружным срезом в верхней части, причем в зоне конического среза расположено коническое разрезное кольцо, взаимодействующее в рабочем положении с кольцевым выступом фиксирующей втулки, дополнительная обсадная колонна на устье скважины жестко связана с устьевым оборудованием.

Недостатки устройства:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;

во-вторых, механическая пакеровка приводит к большим усилиям посадки (для алюминиевого патрубка - 15-17 тонн, для стального - 35-40 тонн), которое сжимает дополнительную обсадную колонну, на которой спускается пакерующее устройство;

в-третьих, возможность использования устройства ограничивается техническими характеристиками подъемной вышки;

в-четвертых, при снятии усилия посадки при снятии давления дополнительная колонна возвращается в исходное состояние с большим усилием (в зависимости от прилагаемого усилия от 15 до 40 тонн), что может привести к срыву с места посадки корпуса после установки.

Технической задачей изобретения является создание устройства, простого и надежного в применении, конструктивно дешевого, за счет уменьшения количества технически сложных деталей и снятия нагрузки с дополнительной обсадной колонны во время посадки пакерующего устройства.

Техническая задача решается предлагаемым пакерующим устройством дополнительной обсадной колонны, содержащим корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и воздействующий сверху на расширяющий узел.

Новым является то, что расширяющий узел расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху с расширяющим узлом и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб, срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.

На чертеже изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны 1 содержит корпус 2, выполненный в виде патрубка 3 с установленной на нем эластичной манжетой 4, расширяющий узел 5 с конусом 6, срезной элемент 7, механизм 8, спускаемый на колонне труб 9 в дополнительную обсадную колонну 1 и взаимодействующий сверху с расширяющим узлом 5. Расширяющий узел 5 расположен сверху и зафиксирован конусом 6 вниз в патрубке 3. Механизм 8 выполнен в виде толкателя 10 внизу и якорного узла 11 вверху. Толкатель 10 выполнен в виде гидроцилиндра 12, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел 5 и оснащенного поршнем 13 и полым штоком 14, который соединен с поршнем 13 жестко, а с колонной труб 9 герметично с возможностью осевого перемещения вверх. Якорный узел 11 выполнен в виде плашек 15, установленных на полом штоке 14 с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока 14 вверх относительно колонны труб 9. Это можно осуществить, например, при помощи упора 16 колонны труб 9 и клинового толкателя 17 полого штока 14, с которыми плашки 15 взаимодействуют при помощи Т-образного соединения и/или соединения ″ласточкин хвост" в любых сочетаниях, например с клиновым толкателем 17 - при помощи ″ласточкиного хвоста″, а с упором 16 - при помощи Т-образного соединения. Срезной элемент 7 фиксирует полый шток 14 относительно колонны труб 9 во время спуска в скважину 18. Несанкционированные перетоки жидкости в устройстве предотвращаются уплотнительными кольцами 19 и 20.

Устройство работает следующим образом.

После исследования эксплуатационной колонны скважины 18 во внутрь нее на дополнительной обсадной колонне 1 спускают пакерующее устройство с таким расчетом, чтобы корпус 2 оказался ниже нарушений (не показаны) в эксплуатационной колонне скважины 18. При этом дополнительную обсадную колонну 1 герметично и жестко фиксируют на устье 21 скважины 18. После этого в дополнительную обсадную колонну 1 спускают колонну труб 9 с механизмом 8 на нижнем конце до тех пор, пока толкатель 10 гидроцилиндром 12 не обопрется на расширяющий конус 4 (определяется по снижению веса колонны труб 9). По достижению расчетного усилия разрушается срезной элемент 7, приводя якорный узел 11 в действие. В результате упор 16 колонны труб 9 перемещается вниз относительно расширяющего узла 5, а полый шток 14 с клиновым толкателем 17 - вверх относительно колонны труб 9, раздвигая плашки 15 до прижатия их зубчатой части к дополнительной обсадной колонне 1. При этом полый шток 14 фиксируется относительно дополнительной обсадной колонны 1. После чего в колонне труб 9 создают избыточное давление, которое через полый шток 14 передается под поршень 13 в гидроцилиндр 12, который благодаря фиксации полого штока 14 перемещается вниз, оказывая давление на расширяющий узел 5. При этом расширяющий узел 5 конусом 6 расширяет патрубок 3 до прижатия эластичной манжеты 4 к дополнительной обсадной колонне 1, изолируя межтрубное пространство 22 от внутритрубного 23, изолируя нарушения эксплуатационной колонны скважины 18. После прохождения патрубка 3 расширяющим узлом 5, он падает на забой (не показан) скважины 18. В результате давление внутри колонны труб 9 сначала резко падает, так как опоры для гидроцилиндра 12 нет, а затем резко возрастает, после того как гидроцилиндр 12 упрется в поршень 13. Процесс установки пакерующего устройства дополнительной колонны труб 1 завершен. Давление сбрасывается в колонне труб 9, которая приподнимается, в результате полый шток 14 перемещается вниз относительно колонны труб 9, клиновой толкатель 17 и упор 16 раздвигаются, плашки 15 выходят из зацепления с дополнительной обсадной колонной 1. После чего колонну труб 9 с механизмом 8 извлекают из скважины 18. Так как усилие, создаваемое гидроцилиндром 12 во время расширения патрубка 3, уравновешивается якорным узлом 11, то дополнительная обсадная колонна не удлиняется. В результате после прохождения патрубка 3 расширяющим узлом 5 на корпус 2 пакерующего устройства после его установки не действуют большие усилия, которые могут его сорвать, то есть нарушить герметичность соединения с обсадной колонной скважины.

Предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны просто и дешево в изготовлении и использовании с небольшим количеством деталей, большинство из которых могут использоваться по несколько раз, при этом надежно за счет отсутствия нагрузок, которые нарушают герметичность его после установки.

Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны, содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, отличающееся тем, что расширяющий узел расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб - герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб, срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.