Вставной кольцевой уступ обсадной колонны скважины и устройство для его доставки и установки в обсадной колонне
Группа изобретений относится к горной промышленности, а именно к технологии и технике строительства и эксплуатации многозабойных скважин. Включает вставной кольцевой уступ и устройство для доставки и установки кольцевого уступа. Кольцевой уступ выполнен из одной или более соосно соединенных между собой в пакет тонкостенных втулок. Каждая втулка выполнена из пружинной стали с продольным по всей высоте разрезом и с насечкой на наружной поверхности. Устройство для доставки представляет собой верхний и нижний переводники, соединенные между собой штоком, между которыми установлена эластичная гидрокамера. Втулки, стянутые бандажными поясами, размещают в устройстве доставки и спускают к месту установки уступа, после чего подают гидравлическое давление, от которого при расширении эластичной гидрокамеры бандажные пояса разрушаются, а втулки плотно прижимаются к внутренней поверхности обсадной колонны, образуя единый уступ. После снятия давления устройство доставки возвращают на поверхность. Обеспечивает азимутально-ориентированную посадку в обсадной колонне ранее пробуренной скважины уступа для установки и ориентации на нем технологического оборудования, требующего разгрузки на забой. Позволяет регулировать грузоподъемность уступа, иметь в уступе без дополнительных операций проходной канал максимально возможного диаметра, что позволяет эксплуатировать скважину ниже уступа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к горной промышленности, а именно - к технологии и технике строительства и эксплуатации многозабойных скважин.
Известно устройство для забуривания дополнительного ствола из скважины, включающее полый корпус, отклоняющий клин и узел спуска устройства в скважину в виде надетого на клин и связанного с ним разъемным соединением кожуха, причем корпус выполнен в виде продольно-гофрированной трубы, один конец которой закреплен на клине, а другой - заглушен, причем полости корпуса и кожуха выполнены герметичными и сообщены между собой (патент РФ 2164282, 09.08.1999 г., кл. Е21В 7/08).
Недостатком устройства является его неизвлекаемость, что позволяет пробурить только один боковой ствол, при этом нижняя часть основной скважины остается недоступной к эксплуатации.
Из числа известных технических решений того же назначения по совокупности существенных признаков и положительному эффекту наиболее близким (прототипом) является устройство для установки клина-отклонителя в стволе скважины по патенту на изобретение RU 2231608 С1 (МПК(7), Е21В 7/08, заявлено 15.12.2002 г., опубл. 27.06.2004 г.), часть существенных признаков которого совпадает с частью признаков заявляемой группы изобретений.
Устройство по прототипу включает в себя вставной кольцевой уступ в виде разрезанной втулки и зубцы его крепления в обсадной колонне. Кроме того, устройство по прототипу содержит устройство для доставки и установки вставного кольцевого уступа в обсадной колонне скважины.
Вставной кольцевой уступ (в прототипе - узел опоры) состоит из корпуса 1, который выполнен в виде полого цилиндра, продольно разрезанного на сегменты 2. Зубцы крепления 5 корпуса 1 в обсадной колонне 21 в прототипе выполнены выдвижными, концы 6 которых имеют форму конуса. Зубцы крепления выдвигаются сборным распорным элементом, пластически деформируют (продавливают) стенку обсадной колонны, чем закрепляют корпус узла опоры в интервале установки.
Устройство для доставки и установки вставного кольцевого уступа в обсадной колонне скважины по прототипу включает в себя верхний и нижний переводники, в обращенных друг к другу концах которых герметично закреплена гидрокамера, при этом верхний переводник своим верхним резьбовым концом соединен с технологической колонной труб и имеет осевой канал. При этом гидрокамера в прототипе выполнена в виде полого металлического цилиндра (корпус 9) с квадратной внутренней поверхностью, нижняя часть которой заглушена подпятником 13. Внутри гидрокамеры (в корпусе 9) размещен сборный распорный элемент.
После спуска устройства на колонне труб в скважину в интервал его установки при подаче в гидрокамеру жидкости под давлением распорный элемент выдвигает зубцы крепления, чем обеспечивает установку и крепление узла опоры в обсадной колонне.
Однако известное по прототипу устройство имеет следующие недостатки:
- при установке и креплении узла опоры в обсадной колонне происходит нарушение целостности самой обсадной колонны при продавливании ее выдвижными зубцами распорного элемента, одновременно в местах проколов разрушается заколонный цементный камень, что ведет к перетокам заколонной жидкости, и не гарантируется герметичность обсадной колонны в местах продавливания;
- далеко не во всех случаях удается обеспечить внутренний проходной диаметр корпуса узла опоры по прототипу максимально возможных размеров, что ограничивает использование некоторого технологического оборудования;
- затруднено автоматическое азимутальное ориентирование при спуске и установке устанавливаемых на уступ устройств.
Задачей изобретения является создание в полости обсадной колонны ранее пробуренной скважины уступа, обеспечивающего установку на нем разнообразного дополнительного технологического оборудования: это могут быть клинья-отклонители для направленной вырезки боковых «окон»; пакерные системы, требующие по своей конструкции разгрузку на забой; технологические отклонители, позволяющие попадать в тот или иной боковой ствол многоствольной скважины, а также обеспечивать подвеску технологических трубных колонн.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении предлагаемой группы изобретений, являются:
- обеспечение целостности обсадной колонны скважины и сохранение целостности заколонного цементного камня при установке и креплении вставного кольцевого уступа в обсадной колонне;
- формирование максимально возможного внутреннего проходного диаметра в уступе, что позволяет эксплуатировать любое технологическое оборудование;
- упрощение автоматического азимутального ориентирования при спуске и установке устанавливаемых на уступ устройств.
Указанный технический результат достигается тем, что вставной кольцевой уступ обсадной колонны скважины для установки на него технологического оборудования, включающий разрезанную втулку и зубцы в форме упорной насечки, согласно предлагаемому изобретению содержит новые конструктивные элементы с иной формой их выполнения и взаимосвязи между собой, а именно: вставной кольцевой уступ, по меньшей мере, состоит из одной втулки, разрезанной продольно и выполненной тонкостенной из пружинной стали, при этом зубцы в форме упорной насечки выполнены на наружной поверхности втулки и расположены по высоте на средней части разрезанной втулки, на наружных концах которой выполнены цилиндрические проточки с диаметром, меньшим диаметра основания зубцов упорной насечки, для размещения в них тонкостенных разрывных бандажных поясов, стягивающих разрезанную втулку из пружинной стали на время ее доставки к месту установки.
А также тем, что:
- вставной кольцевой уступ для регулирования грузоподъемности может быть выполнен из нескольких продольно разрезанных соосно установленных втулок из пружинной стали, сопрягаемые торцы которых соединены между собой кулачковыми соединениями, имеющими Т-образную форму, в единый пакет, в котором продольно разрезанные пазы всех втулок размещены в одной вертикальной плоскости;
- стенки продольно разрезанной втулки из пружинной стали по их кольцевому периметру выполнены равноупругими.
Указанный технический результат совокупно достигается также и тем, что устройство для доставки и установки вставного кольцевого уступа в обсадной колонне скважины, включающее верхний и нижний переводники, в обращенных друг к другу концах которых герметично закреплена гидрокамера, при этом верхний переводник своим верхним резьбовым концом соединен с технологической колонной труб и имеет осевой канал, согласно предлагаемому изобретению содержит новые конструктивные элементы, часть известных элементов выполнена из иного материала, часть их имеет новую форму выполнения, а именно: верхний и нижний переводники соединены между собой штоком, а установленная между ними гидрокамера выполнена эластичной, на наружной поверхности нижнего переводника выполнен кольцевой выступ для опоры на него продольно разрезанной втулки или пакета таких втулок при доставке к месту установки, а снаружи нижней части верхнего переводника выполнен шпоночный выступ для взаимодействия соответственно с продольным разрезным пазом разрезанной втулки или с продольным разрезным пазом верхней разрезанной втулки, входящей в пакет таких втулок, при этом осевой канал верхнего переводника соединен с внутренней полостью эластичной гидрокамеры посредством радиальных каналов, выполненных в нижней части верхнего переводника.
Указанные выше конструктивные признаки предлагаемого вставного кольцевого уступка и устройства для доставки и установки его в обсадной колонне скважины являются существенными и новыми, они обеспечивают заявленной группе изобретений при их использовании достижение нового единого технического результата, изложенного выше.
На фиг.1 дан общий вид вставного кольцевого уступа и устройства для его доставки и установки в обсадную колонну скважины в транспортном положении (продольный разрез); на фиг.2 - вид А фиг.1; на фиг.3 - вид по Б-Б фиг.1; на фиг.4 - вид В фиг.1; на фиг.5 - общий вид вставного кольцевого уступа после установки его в обсадной колонне скважины с установленным на уступ технологическим изделием (продольный разрез); на фиг.6 - вид по Г-Г фиг.5; на фиг.7 - общий вид продольно разрезанной втулки из пружинной стали, из которых формируют вставной кольцевой уступ в виде единого пакета из соосно устанавливаемых втулок при сопряжении их торцов кулачковыми соединениями, имеющими Т-образную форму; на фиг.8 - поперечный разрез варианта втулки 1, выполненной равноупругой по ее кольцевому периметру.
Вставной кольцевой уступ обсадной колонны скважины представляет собой продольно разрезанную по всей высоте втулку 1, выполненную из пружинной стали. На средней части по высоте наружной поверхности втулки выполнены зубцы 2 в форме упорной насечки с целью увеличения коэффициента трения.
Для достижения грузоподъемности уступа более, чем способна обеспечить одна продольно разрезанная втулка 1 из пружинной стали, предлагаемый вставной кольцевой уступ предусмотрено выполнять из нескольких продольно разрезанных, соосно устанавливаемых втулок 1 из пружинной стали, сопрягаемые торцы которых предложено соединять между собой кулачковыми соединениями 3, имеющими Т-образную форму, в единый пакет, который способен воспринимать крутящий осевой момент и осевые нагрузки как единое целое. Количеством втулок 1 в пакете регулируется грузоподъемность уступа. Продольно разрезанные пазы 4 всех втулок 1 в пакете размещены в одной вертикальной плоскости.
Каждую втулку 1 из пружинной стали, включая втулки с равноупругими стенками, изначально изготавливают цельной с наружным диаметром больше внутреннего диаметра обсадной колонны в месте установки уступа, а затем делают вырез по всей ее высоте и на наружной поверхности выполняют зубцы в форме упорной насечки. Наружный диаметр втулки, толщина ее стенки, высота втулки, упругие свойства пружинной стали, ширина выреза выбираются с таким расчетом, чтобы продольно разрезанную втулку можно было бы стянуть до диаметра, обеспечивающего ее транспортировку во внутреннем пространстве обсадной колонны, а при снятии стягивающих усилий втулка в пределах упругой деформации пружинной стали была бы способна при разжимании обеспечить контакт ее со стенкой обсадной колонны с радиальным усилием, способным воспринять расчетную осевую нагрузку на упор.
С верхнего торца верхней втулки 1 продольный паз 4 выполнен расширяющимся с заходными фасками 5. Наружные концы втулок 1 выполнены в виде цилиндрических проточек (на чертеже не обозначены). Диаметр цилиндрических концов втулки выполнен менее диаметра основания зубцов 2 насечки. В проточках размещены тонкостенные разрывные бандажные пояса 6 для стягивания разрезанных втулок 1 на время их доставки к месту установки в обсадной колонне 7.
Устройство для доставки и установки предлагаемого вставного кольцевого уступа включает верхний резьбовой 8 и нижний 9 переводники, которые соединены между собой штоком 10. В обращенных друг к другу концах переводников 8 и 9 герметично закреплена эластичная гидрокамера 11. На наружной поверхности нижнего переводника 9 выполнен кольцевой выступ 12, на который опираются втулка 1 или пакет втулок. В верхнем переводнике 8 с его верхнего конца выполнен осевой канал 13, который через радиальные каналы 14, выполненные в нижней части верхнего переводника 8, соединен с внутренней полостью эластичной гидрокамеры 11. Снаружи нижней части верхнего переводника 8 выполнен шпоночный выступ 15. Верхний переводник 8 своим верхним резьбовым концом соединен с технологической колонной труб (на чертеже не обозначено).
Работают предлагаемые устройства следующим образом.
Вставной кольцевой уступ и устройство для его доставки к месту установки в обсадную колонну готовят к спуску в скважину совместно. Для этого между переводниками 8 и 9 герметично закрепляют эластичную гидрокамеру 11, снаружи которую охватывают втулкой 1 или соединенными между собой, например, кулачковыми Т-образными соединениями 3 в единый пакет втулками 1, которые предварительно стягивают тонкостенными разрывными бандажными поясами 6 до диаметра, гарантирующего доставку втулок 1 в обсадную колонну 7 к месту установки уступа. После соединения переводников 8 и 9 штоком 10 нижний торец втулки 1 или пакета втулок 1 опирается на кольцевой выступ 12.
Переводник 8 резьбовым верхним концом соединяют с нижним концом технологической колонны труб, на которой устройство для доставки со вставным кольцевым уступом спускают в обсадную колонну 7 к месту установки уступа. Благодаря тому, что шпоночный выступ 15 верхнего переводника 8 изначально при подготовке к спуску заведен в продольно разрезанный паз 4 втулки 1, появляется возможность при спуске устройств в скважину с поверхности обеспечивать азимутальную ориентировку установки упора.
При достижении устройством места установки и ориентировании его в заданном азимутальном положении, в технологической колонне труб создают расчетное гидравлическое давление, при котором от расширения эластичной камеры 11 разрушаются тонкостенные разрывные бандажные пояса 6. Под действием упругих сил пружинной стали, из которой выполнены продольно разрезанные втулки 1, последние при разжимании, в пределах упругой деформации, плотно прижимаются к внутренним стенкам обсадной колонны 7 скважины, обеспечивая этим максимально возможный проходной канал через уступ. После снятия гидравлического давления эластичная гидрокамера 11 восстанавливает свой изначальный диаметр. На технологической колонне труб переводники 8 и 9 вместе со штоком 10 и эластичной гидрокамерой 11 поднимают на поверхность. В обсадной колонне 7 скважины остается жестко зафиксированный кольцевой уступ, способный воспринимать на себя расчетную грузоподъемность при наибольшем диаметре проходного канала, что позволяет производить необходимые работы в стволе скважины ниже уступа. Благодаря размещению в одной вертикальной плоскости разрезных пазов 4 втулок 1, после азимутально-ориентированной установки кольцевого уступа в обсадной колонне создается возможность азимутально ориентировать в необходимом направлении также и то технологическое оборудование, которое будет устанавливаться на кольцевой уступ, например, при зарезке боковых стволов. Для этого достаточно на нижнем конце устанавливаемого на уступ, например, технологического изделия 16 выполнить шпоночный выступ 17 (см. фиг.5 и 6).
1. Вставной кольцевой уступ обсадной колонны скважины для установки на него технологического оборудования, включающий разрезанную втулку и зубцы в форме упорной насечки, отличающийся тем, что вставной кольцевой уступ, по меньшей мере, состоит из одной втулки, разрезанной продольно и выполненной тонкостенной из пружинной стали, при этом зубцы в форме упорной насечки выполнены на наружной поверхности втулки и расположены по высоте на средней части разрезанной втулки, на наружных концах которой выполнены цилиндрические проточки с диаметром, меньшим диаметра основания зубцов упорной насечки, для размещения в них тонкостенных разрывных бандажных поясов, стягивающих разрезанную втулку из пружинной стали на время ее доставки к месту установки.
2. Вставной кольцевой уступ по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из нескольких продольно разрезанных соосно установленных втулок из пружинной стали, сопрягаемые торцы которых соединены между собой кулачковыми соединениями, имеющими Т-образную форму, в единый пакет, в котором продольно разрезанные пазы всех втулок размещены в одной вертикальной плоскости.
3. Вставной кольцевой уступ по любому пп. 1 или 2, отличающийся тем, что стенки продольно разрезанной втулки из пружинной стали по их кольцевому периметру выполнены равноупругими.
4. Устройство для доставки и установки вставного кольцевого уступа в обсадной колонне скважины, включающее верхний и нижний переводники, в обращенных друг к другу концах которых герметично закреплена гидрокамера, при этом верхний переводник своим верхним резьбовым концом соединен с технологической колонной труб и имеет осевой канал, отличающееся тем, что верхний и нижний переводники соединены между собой штоком, а установленная между ними гидрокамера выполнена эластичной, на наружной поверхности нижнего переводника выполнен кольцевой выступ для опоры на него продольно разрезанной втулки или пакета таких втулок при доставке к месту установки, а снаружи нижней части верхнего переводника выполнен шпоночный выступ для взаимодействия соответственно с продольным разрезным пазом разрезанной втулки или с продольным разрезным пазом верхней разрезанной втулки, входящей в пакет таких втулок, при этом осевой канал верхнего переводника соединен с внутренней полостью эластичной гидрокамеры посредством радиальных каналов, выполненных в нижней части верхнего переводника.
