Устройство для спуска и установки профильного перекрывателя в скважине

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для изоляции зоны осложнения ствола скважины при бурении. Технический результат заключается в повышении надежности устройства. Устройство для спуска и установки профильного перекрывателя в скважине включает профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака, верхний и нижний концы профильного перекрывателя выполнены в виде продольно-гофрированной трубы с пятью и более лучами, при этом замковый механизм выше перекрывателя снабжен специальным дорном, торец конусной поверхности которого выполнен с возможностью взаимодействия с внутренним дорном, установленным в цилиндрической части перекрывателя. Конусная поверхность специального дорна выполнена гладкой, внутренний дорн выполнен сборным, состоящим из верхнего и нижнего расширителей, а расширяющая головка оснащена полым цилиндрическим штоком с боковым отверстием, соединенным внизу с нижним расширителем, а сверху - оснащенным упором, при этом специальный дорн и верхний расширитель установлены на цилиндрическом штоке с возможностью ограниченного перемещения вверх до упора под действием избыточного давления внутри перекрывателя, причем верхний расширитель герметично установлен в цилиндрической части перекрывателя, оснащен замковым механизмом, фиксирующим на цилиндрическом штоке от сдвига вниз, и боковым сквозным каналом, выполненным с возможностью сообщения с боковым отверстием цилиндрического штока в верхнем крайнем положении, причем верхний расширитель сверху оснащен конической поверхностью с углом при вершине, позволяющим произвести расширение конца перекрывателя после раздачи избыточным давлением профильных труб перекрывателя. 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для изоляции зоны осложнения ствола скважины при бурении.

Известно устройство изоляции зон осложнения бурения скважины профильным перекрывателем с цилиндрическими участками (патент RU №2374424, E21B 29/10, опубл. 27.11.2009 г., бюл. №33). Данное устройство включает профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака, причем устройство дополнительно содержит якорный узел, выполненный с возможностью взаимодействия со стенками скважины или профильным перекрывателем при повышении внутреннего давления, и установленные последовательно ниже гидродомкрат, гидравлический центратор и перепускной клапан, расположенный выше расширяющей головки, секции которой выполнены в виде раздвижных пуансонов с уменьшающимися от секции к секции в сторону перекрывателя рабочими максимальными диаметрами.

Недостатками данного устройства являются:

- большое усилие при раздаче верхнего цилиндрического конца перекрывателя пуансонами, что вынуждает увеличивать вес колонны труб с помощью утяжеленных бурильных труб или использовать гидродомкрат с якорем;

- наличие «концевого эффекта» (цилиндрические концы перекрывателя вследствие упругой деформации после раздачи перекрывателя пуансонами отходят внутрь расширенных участков, уменьшая тем самым диаметры проходных сечений на входе и выходе из перекрывателя), что в дальнейшем может вызвать проблемы с прохождением скважинного оборудования через перекрыватель.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и количеству совпадающих существенных признаков является устройство для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины (патент RU №2522326, E21B 29/10, опубл. 10.07.2014 г., бюл. №19), включающее профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака, причем верхний и нижний концы профильного перекрывателя выполнены в виде продольно-гофрированной трубы с пятью и более лучами, при этом замковый механизм выше перекрывателя снабжен специальным дорном, конусная поверхность и нижняя направляющая которого оснащены выступами под внутреннюю поверхность лучей концов перекрывателя, причем направляющая выполнена с возможностью взаимодействия с внутренним дорном, установленным в цилиндрической части перекрывателя, башмак выполнен сборным, состоящим из внутренней вставки с ловильной головкой и клапаном, герметично размещенной в цилиндрической части нижнего конца перекрывателя, и фиксатора, взаимодействующего с нижним торцом перекрывателя и соединенного с внутренней вставкой, причем внутренняя вставка оснащена снизу наружной конусной поверхностью, выполненной с возможностью расширения нижнего конца профильного перекрывателя при перемещении вниз.

Недостатками этого устройства являются:

- большое усилие при раздаче верхнего продольно-гофрированного конца перекрывателя специальным дорном, расположенным выше перекрывателя, так как перераспределение металла сверху вниз в сторону жесткой заделки перекрывателя требует больших усилий, чем изнутри перекрывателя снизу вверх;

- неконтролируемый процесс раздачи верхнего конца перекрывателя, когда нагрузка при его прохождении дорнами резко меняется с максимальной на минимальную, что может привести к поломке гидродомкрата.

Технической задачей изобретения является повышение надежности устройства путем снижения нагрузки на дорнирующий инструмент при раздаче верхнего конца перекрывателя за счет перераспределения усилия раздачи снизу вверх в сторону незаделанного конца перекрывателя, а также получение сигнала на устье скважины в виде снижения давления внутри колонны труб о завершении установки перекрывателя гидравлическим давлением и одновременной раздаче верхнего конца перекрывателя.

Техническая задача решается устройством для спуска и установки профильного перекрывателя в скважине, включающим профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака, верхний и нижний концы профильного перекрывателя выполнены в виде продольно-гофрированной трубы с пятью и более лучами, при этом замковый механизм выше перекрывателя снабжен специальным дорном, торец конусной поверхности которого выполнен с возможностью взаимодействия с внутренним дорном, установленным в цилиндрической части перекрывателя.

Новым является то, что конусная поверхность специального дорна выполнена гладкой, внутренний дорн выполнен сборным, состоящим из верхнего и нижнего расширителей, а расширяющая головка оснащена полым цилиндрическим штоком с боковым отверстием, соединенным внизу с нижним расширителем, а сверху - оснащенным упором, при этом специальный дорн и верхний расширитель установлены на цилиндрическом штоке с возможностью ограниченного перемещения вверх до упора под действием избыточного давления внутри перекрывателя, причем верхний расширитель герметично установлен в цилиндрической части перекрывателя, оснащен замковым механизмом, фиксирующим на цилиндрическом штоке от сдвига вниз, и боковым сквозным каналом, выполненным с возможностью сообщения с боковым отверстием цилиндрического штока в верхнем крайнем положении, причем верхний расширитель сверху оснащен конической поверхностью с углом при вершине, позволяющим произвести расширение верхнего конца перекрывателя после раздачи избыточным давлением профильных труб перекрывателя.

На фиг. 1 показан общий вид устройства, на фиг. 2 - выносной элемент А на фиг. 1 (увеличено), на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 (увеличено).

Устройство для спуска и установки профильного перекрывателя в скважине содержит перекрыватель 1 (фиг. 1), состоящий из профильных труб (на фиг. не показаны) с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями на концах, башмака (на фиг. не показан) на нижнем конце перекрывателя 1 (фиг. 1) с обратным клапаном и ловильной головкой (на фиг. не показаны), расширяющей головки 2 сверху.

Расширяющая головка 2 состоит из двух и более секций 3 в виде пуансонов (на фиг. 1 показана одна секция 3, остальные выполнены аналогично), установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя 1 и узла соединения с колонной труб (на фиг. не показан) выше секций 3, а снизу - замкового механизма 4 (фиг. 2). Замковый механизм 4 герметично, благодаря манжетам 5, 6 (фиг. 1), соединен с верхним концом перекрывателя 1 за счет круговой проточки 7 (фиг. 2) на наружной поверхности нижнего расширителя 8 (фиг. 1, 2) внутреннего дорна 9 (фиг. 1), соединенного цилиндрическим штоком 10 с расширяющей головкой 2, взаимодействующей с внутренним выступом 11 (фиг. 2) цилиндрической части 12 (фиг. 1, 2) верхнего конца перекрывателя 1 (фиг. 1) и удерживающей его от смещения вниз. Кроме того, замковый механизм 4 (фиг. 2) имеет внизу ловитель 13 (фиг. 1) под ловильную головку башмака в виде раструба 14 с замковыми кольцами 15.

Верхний и нижний концы перекрывателя 1 для исключения упругой деформации при их раздаче выполнены в виде продольно-гофрированной трубы 16 (фиг. 3) с пятью и более лучами 17. При этом замковый механизм 4 (фиг. 2) выше перекрывателя 1 снабжен специальным дорном 18 (фиг. 1), торец 19 конусной поверхности 20 которого выполнен с возможностью взаимодействия с верхним расширителем 21 внутреннего дорна 9, установленным герметично (благодаря манжетам 5, 6) в цилиндрической части 12 перекрывателя 1.

Причем конусная поверхность 20 специального дорна 18 для уменьшения трения при раздаче выполнена гладкой, цилиндрический шток 10 расширяющей головки 2 выполнен полым с боковым отверстием 22 и оснащен сверху упором 23. При этом специальный дорн 18 и верхний расширитель 21 внутреннего дорна 9 установлены на цилиндрическом штоке 10 с возможностью ограниченного перемещения вверх до упора 23 под действием избыточного давления внутри перекрывателя 1.

Верхний расширитель 21 внутреннего дорна 9 оснащен замковым механизмом в виде стопорного кольца 24, фиксирующим его (благодаря ответным радиальным канавкам 25) на цилиндрическом штоке 10 от сдвига вниз, и боковым сквозным каналом 26, выполненным с возможностью сообщения с боковым отверстием 22 цилиндрического штока 10 в верхнем крайнем положении. Кроме того, верхний расширитель 21 сверху оснащен конической поверхностью 27 с углом при вершине, позволяющим произвести расширение верхней гофрированной трубы 16 перекрывателя 1 при перемещении вверх после раздачи избыточным давлением профильных труб перекрывателя 1.

Работает устройство следующим образом.

Перед спуском в скважину (на фиг. не показана) на нижнюю профильную трубу перекрывателя 1 устанавливают башмак с обратным клапаном и ловильной головкой, а в верхнюю цилиндрическую часть 12 перекрывателя 1 через специальный дорн 18 и продольно-гофрированную трубу 16 (фиг. 3) помещают полый шток 10 (фиг. 1), на который снизу последовательно устанавливают верхний расширитель 21 с манжетами 5, 6, стопорным кольцом 24 и нижний расширитель 8 внутреннего дорна 9 с ловителем 13 башмака. После этого цилиндрическую часть 12 с продольно-гофрированной трубой 16 (фиг. 3) перекрывателя 1 (фиг. 1) соединяют (например, при помощи сварки) с верхней профильной трубой перекрывателя 1. Выше специального дорна 18 устанавливают (например, с помощью резьбового соединения 28) секции 3 расширяющей головки 2 и узел соединения с колонной труб.

Затем перекрыватель 1 спускают в скважину, последовательно соединяя с помощью резьб профильные трубы между собой. Причем внутренний выступ 11 (фиг. 2) замкового механизма 4, выполненный в верхней цилиндрической части 12 перекрывателя 1 (фиг. 1), за счет взаимодействия с наружной проточкой 7 (фиг. 2), выполненной на наружной поверхности нижнего расширителя 8 внутреннего дорна 9 (фиг. 1), надежно и герметично (благодаря уплотнениям 5 и 6) фиксирует перекрыватель 1 на колонне труб. При этом скважинная жидкость заполняет внутреннюю полость перекрывателя 1 через обратный клапан башмака.

После спуска перекрывателя 1 в интервал изоляции зоны осложнения в колонне труб с помощью бурового насоса создают избыточное гидравлическое давление, которое через центральные каналы расширяющей головки 2 и полый цилиндрический шток 10 передается во внутреннюю полость перекрывателя 1 и за счет перекрытия обратного клапана башмака выправляет профильные трубы перекрывателя 1 до плотного их прижатия к стенкам скважины, фиксируя перекрыватель 1 относительно скважины.

При этом верхний расширитель 21 внутреннего дорна 9 под действием избыточного гидравлического давления внутри перекрывателя 1 и благодаря манжетам 5, 6 начинает перемещаться вверх по полому цилиндрическому штоку 10, раздавая в радиальном направлении с помощью конуса 27 верхнюю продольно-гофрированную трубу 16 (фиг. 3) и перемещая одновременно (при достижении торца 19 (фиг. 1) специального дорна 18) специальный дорн 18 вверх.

При достижении упора 23 цилиндрического штока 10 специальным дорном 18 верхний расширитель 21 внутреннего дорна 9 прекращает раздачу гофрированной трубы 16 (фиг. 3) и останавливается, при этом стопорное кольцо 24 (фиг. 1) верхнего расширителя 21 попадает в радиальные канавки 25 штока 10, фиксируя верхний расширитель 21 и специальный дорн 18 на штоке 10 от сдвига вниз. Одновременно боковой сквозной канал 26 верхнего расширителя 21 совмещается с боковым отверстием 22 цилиндрического штока 10. Гидравлическое давление внутри перекрывателя 1 падает и сравнивается с внутрискважинным давлением, что регистрируется на устьевом манометре (на фиг. не показан). Процессы фиксации перекрывателя 1 в скважине гидравлическим давлением и образования верхнего раструба на входе в перекрыватель 1 завершены.

Затем, создавая нагрузку на колонну труб (при недостаточном весе колонны труб используют скважинный гидродомкрат (на фиг. не показан)), начинают с помощью дорнов 9, 18 и расширяющей головки 2 последовательно дорнировать профильные трубы перекрывателя 1 до более плотного прижатия их к стенкам скважины, при этом специальный дорн 18 (с помощью конусной поверхности 20) и секции 3 расширяющей головки 2 без труда (благодаря предварительной раздаче изнутри верхним расширителем 21 внутреннего дорна 9) проходят верхнюю профильную трубу 16 (фиг. 3), распрямляя ее лучи 17 до формы круга, образуя раструб необходимого размера на входе в перекрыватель 1 (фиг. 1).

По достижении ловителем 13 расширяющей головки 2 башмака перекрывателя 1 ловильная головка башмака входит в раструб 14 ловителя 13 и благодаря замковым кольцам 15 ловителя 13, вошедшим в зацепление с кольцевыми канавками ловильной головки башмака, надежно фиксируется в нем.

После полной раздачи профильных труб перекрывателя 1 компоновку, состоящую из башмака, ловителя 13, штока 10 с дорнами 9, 18, и секций 3 расширяющей головки 2 на колонне труб, извлекают из скважины.

Предложенное устройство обладает большой надежностью и более широким спектром технологических возможностей за счет предварительной раздачи верхнего профильного конца перекрывателя, используя гидравлическое давление на дорн изнутри в сторону незаделанного конца перекрывателя, что значительно снижает усилие раздачи и уменьшает последующие нагрузки на дорнирующий инструмент при прохождении верхнего конца перекрывателя и окончательной его раздаче до необходимых размеров, кроме того, за счет совмещения радиальных отверстий подвижного внутреннего дорна и полого штока при окончании предварительной раздачи верхнего конца перекрывателя происходит снижение давления внутри колонны труб, что служит сигналом о завершении установки перекрывателя гидравлическим давлением.

Устройство для спуска и установки профильного перекрывателя в скважине, включающее профильный перекрыватель с цилиндрическими участками и резьбовыми соединениями, установленный на нижнем конце перекрывателя башмак с обратным клапаном и ловильной головкой вверху, расширяющую головку, состоящую из нескольких секций, установленных друг над другом с уменьшающимися по диаметру рабочими поверхностями в сторону перекрывателя, и содержащую сверху узел соединения с колонной труб, а снизу - замковый механизм, герметично соединенный с верхним концом перекрывателя, с ловителем внизу под ловильную головку башмака, верхний и нижний концы профильного перекрывателя выполнены в виде продольно-гофрированной трубы с пятью и более лучами, при этом замковый механизм выше перекрывателя снабжен специальным дорном, торец конусной поверхности которого выполнен с возможностью взаимодействия с внутренним дорном, установленным в цилиндрической части перекрывателя, отличающееся тем, что конусная поверхность специального дорна выполнена гладкой, внутренний дорн выполнен сборным, состоящим из верхнего и нижнего расширителей, а расширяющая головка оснащена полым цилиндрическим штоком с боковым отверстием, соединенным внизу с нижним расширителем, а сверху - оснащенным упором, при этом специальный дорн и верхний расширитель установлены на цилиндрическом штоке с возможностью ограниченного перемещения вверх до упора под действием избыточного давления внутри перекрывателя, причем верхний расширитель герметично установлен в цилиндрической части перекрывателя, оснащен замковым механизмом, фиксирующим его на цилиндрическом штоке от сдвига вниз, и боковым сквозным каналом, выполненным с возможностью сообщения с боковым отверстием цилиндрического штока в верхнем крайнем положении, причем верхний расширитель сверху оснащен конической поверхностью с углом при вершине, позволяющим произвести расширение верхнего конца перекрывателя после раздачи избыточным давлением профильных труб перекрывателя.