Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера

Авторы патента:

Малышев Михаил Владимирович (RU)

Юлдашев Рамиль Радикович (RU)

E21B29/10 - восстановление обсадных труб, например выпрямление

Владельцы патента RU 2639002:

Общество с ограниченной ответственностью "Пласт Инжиниринг" (RU)

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации эксплуатационных колонн и отключения пластов. Устройство содержит пластырь в виде гладкого металлического патрубка, имеющего снаружи на концах эластичные уплотнительные кольца, и расширяющую оправку, выполненную в виде конуса-трансформера, образованного подпружиненными сменными конусообразными секторами, расположенными в пазах конической части корпуса с возможностью продольного перемещения. При этом вершина корпуса конуса-трансформера направлена в сторону, противоположную рабочему ходу расширяющей оправки, что обеспечивает наиболее плавное расширение пластыря. Для предотвращения обратного хода устройство снабжено противовозвратным устройством. В качестве поршня, приводящего в движение конусообразные секторы, используется силовая армированная манжета. Образующие конусообразных секторов представляют собой участки эвольвенты. Снижается осевое усилие при расширении пластыря, повышается надежность и эффективность работы устройства. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации обсадных колонн и отключения пластов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство для ремонта обсадной колонны по авторскому свидетельству SU 1659621 А1, МПК Е21В 29/10, опубл. 30.06.1991, бюл. №24. Устройство спускается в скважину на геофизическом кабеле и включает размещенные в корпусе электродвигатель с редуктором, плунжерный гидравлический насос, систему клапанов управления, дифференциальный поршень, а также расположенные снаружи дорнирующий конус с подпружиненными плавающими плашками и раскатывающую головку, кинематически связанную с валом электродвигателя. Дифференциальный поршень перемещает дорнирующий конус с подпружиненными плавающими плашками внутрь пластыря, производя его расширение, а раскатывающая головка своим вращением окончательно распрямляет и выглаживает стенки пластыря, прижимая его к эксплуатационной колонне.

Основным недостатком описанного устройства является сложность конструкции скважинного модуля, в котором смонтирована электрогидромеханическая приводная система с множеством прецизионных деталей и комплектующих изделий. Кроме того, метод раскатывания применим только для тонкостенных продольно-гофрированных пластырей, что ограничивает область применения описанного устройства. И, наконец, самый главный недостаток известного устройства - ограничение по длине пластыря, вытекающее из конструкции. Длина пластыря ограничена ходом поршня и длиной приводного вала раскатывающей головки. Таким образом, данное устройство неприменимо для герметизации протяженных дефектных участков эксплуатационных колонн.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является трехступенчатая дорнирующая головка, раскрытая в описании к патенту RU 2154148 С2, кл. Е21В 29/10, опубл. 20.08.2000.

Известное из наиболее близкого аналога устройство содержит основной конус-пуансон, плавающие секторы, расположенные на самоуплотняющейся манжете, а также подпружиненные конусные плашки, установленные между конусом-пуансоном и плавающими секторами с возможностью продольного перемещения в пазах "ласточкин хвост", выполненных на конической части основного корпуса. При этом конусная часть корпуса направлена вершиной вверх, т.е. по ходу дорнирующей головки в процессе расширения пластыря. При заходе дорнирующей головки в пластырь его предварительное расширение осуществляется конусом-пуансоном, затем промежуточное - конусными плашками за счет их осевого и периферийного смещения в пазах, и окончательное - плавающими секторами под гидравлическим давлением в системе.

К недостаткам известного из наиболее близкого аналога устройства следует отнести его изначальную ориентированность на работу с продольно-гофрированными пластырями, что резко ограничивает сферу его применения. Тонкостенные гофрированные пластыри могут обеспечить герметизацию дефектных участков эксплуатационной колонны только при небольших пластовых давлениях флюида в скважине. Для ремонта скважин с большими пластовыми давлениями, достигающими иногда 100 и более атмосфер, требуется прижатие металлического пластыря к стенке колонны посредством эластичных уплотнительных колец, которые устанавливаются (например, могут быть привулканизированы) на наружной поверхности гладких цилиндрических пластырей. Только в этом случае достигается гарантированная отсечка дефектного участка эксплуатационной колонны. Кроме того, конструкция дорнирующей головки предполагает ее заход в пластырь с торца, а затем начало расширения, т.е. пластырь должен быть заякорен. Таким образом, в комплект оборудования должна дополнительно входить система якорения пластыря, что усложняет и удорожает процесс ремонта эксплуатационной колонны.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача заявляемого изобретения состоит в разработке устройства для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера, а также повышении надежности работы и расширении сферы применяемости устройства в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет применения конуса-трансформера, у которого в конусной части основного корпуса расположены подпружиненные сменные конусообразные сегменты, установленные с возможностью продольного перемещения в пазах, выполненных вдоль образующих. Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном устройстве вершина конусной части основного корпуса направлена против рабочего хода расширяющей оправки, при этом последняя снабжена противовозвратным устройством, включающим крестовину, в проушинах которой установлены с возможностью качания на осях подпружиненные собачки, носовые части которых прижаты к наружной поверхности пустотелой тяги (мандрели). Кроме того, конусообразные сегменты через проставку подпираются силовой армированной манжетой. Помимо этого, образующие конусообразных сегментов представляют собой участки эвольвенты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - общий вид устройства для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера до начала процесса расширения пластыря:

1 - эксплуатационная колонна; 2 - пластырь; 3 - эластичное уплотнительное кольцо; 4 - расширяющая оправка (конус-трансформер); 5 - силовая армированная манжета; 6 - проставка; 7 - противовозвратное устройство; 8 - пружина; 9 - ограничительная втулка; 10 - пустотелая тяга (мандрель); 11 - башмак с обратным клапаном; 12 - стопорное кольцо; 13 - гидравлическое посадочное устройство.

Фиг. 2 - то же, в момент начала расширения пластыря.

Фиг. 3 - то же, в процессе дальнейшего расширения пластыря.

Фиг. 4 - вид А на фиг. 1 в масштабе увеличения:

14 - корпус конуса-трансформера; 15 - конусообразный сегмент; 16 - крестовина; 17 - собачка; 18 - нажимной корпус; 19 - стопор; 20 - ось собачки.

Фиг. 5 - разрез Б-Б на виде А.

Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера содержит пластырь (2) в виде тонкостенной гладкой трубы с наружными эластичными уплотнительными кольцами (3) на концах и расширяющую оправку (4) в виде конуса-трансформера, находящуюся внутри пластыря (2) и надетую на пустотелую тягу (мандрель) (10). С одной стороны расширяющая оправка (4) контактирует со стопорным кольцом (12), а с другой стороны - с проставкой (6), которая, в свою очередь, подпирается силовой армированной манжетой (5). Противовозвратное устройство (7) служит для предотвращения нежелательного осевого перемещения назад расширяющей оправки (4) после запуска процесса расширения пластыря (2) (фиг. 4) и включает крестовину (16), в проушинах которой при помощи осей (20) установлены подпружиненные собачки (17), и нажимной корпус (18), имеющий пазы для беспрепятственного качания собачек (17). Пружина (8) предназначена для силового замыкания деталей устройства, расположенных между заплечиком пустотелой тяги (мандрели) (10) и стопорным кольцом (12). Ограничительная втулка (9) предотвращает заневоливание и поломку пружины (8) при подъеме тяги (мандрели) (10), которая связана с подъемником буровой установки (на рисунках не показан) посредством тяг (не показаны), например, в виде колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Нижний торец пластыря (2) герметично заглушен башмаком (11) с обратным клапаном (на рисунках не показан). В башмак (11) вмонтировано гидравлическое посадочное устройство (13) с седлом (не показано) для сбрасываемой пробки (на рисунках показана пунктиром), которое служит для перенаправления нагнетаемой рабочей жидкости и создания давления, инициирующего начало движения силовой армированной манжеты (5) и расширяющей оправки (4).

Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера работает следующим образом.

Устройство спускают в скважину на тяге, например, на колонне НКТ, до тех пор, пока дефектный участок эксплуатационной колонны (1) не окажется в интервале между эластичными уплотнительными кольцами (3) пластыря (2). При этом последний в зависимости от характера и расположения дефектов эксплуатационной колонны (1) может быть удлинен путем составления из отдельных секций, например, при помощи низкопрофильных резьбовых соединений. Затем сверху сбрасывают пробку (показана пунктиром), которая садится в седло гидравлического посадочного устройства (13), и начинают нагнетание рабочей жидкости. Последняя проникает в полость между стенками пустотелой тяги (мандрели) (10) и пластыря (2), вызывая осевое перемещение силовой армированной манжеты (5), которая выполняет роль поршня. При этом через проставку (6) манжета (5) давит на конусообразные сегменты (15), которые перемещаются вдоль пазов "ласточкин хвост" (фиг. 5) корпуса конуса-трансформера (14), одновременно совершая движение к периферии и воздействуя на стенки пластыря (2), тем самым плавно производя его предварительную раздачу (фиг. 2, фиг. 4). Начало процесса раздачи пластыря (2) попутно производит его якорение в эксплуатационной колонне (1) за счет деформации ближайших эластичных уплотнительных колец (3) (фиг. 2). Силовая армированная манжета (5), распрямляясь в расширенной части пластыря (2), сохраняет контакт с его стенками и продолжает играть роль поршня. Противовозвратное устройство (7) под воздействием пружины (8) перемещается вслед за силовой армированной манжетой (5) до тех пор, пока подпружиненные собачки (17), постоянно прижатые к наружной поверхности тяги (мандрели) (10) и скользящие по ней, не попадут своими носовыми частями в одну из канавок "В", делая невозможным обратный ход подвижных деталей (фиг. 2, фиг. 4). Одновременно с этим проставка (6), пройдя под воздействием силовой манжеты (5) расстояние рабочего хода "L" (фиг. 4), упирается своим буртиком в торец зафиксированного корпуса конуса-трансформера (14), что ограничивает дальнейшее перемещение в его пазах конусообразных сегментов (15) и, следовательно, определяет нужный диаметр пластыря (2) после расширения (фиг. 2). Этот момент определяется по скачку давления нагнетаемой жидкости. Затем при помощи подъемника (не показан) мандрель (10) начинает движение вверх (фиг. 3), производя основной процесс расширения пластыря (2) или его секционной сборки, который длится до тех пор, пока расширяющая оправка (конус-трансформер) (4) не пройдет всю его длину. За счет того, что образующие конусообразных сегментов (15) выполнены в виде участка эвольвенты, достигается минимальная сила трения при перемещении расширяющей оправки (4) в виде конуса-трансформера о стенки пластыря (2), тем самым снижается осевое усилие, требуемое для работы устройства в целом. При этом ограничительная втулка (9) упирается в нажимной корпус (18) противовозвратного устройства (7), разгружая пружину (8) и предохраняя ее от заневоливания и поломки (фиг. 3). Пластырь (2) оказывается расширенным и плотно прижатым к стенкам эксплуатационной колонны (1), при этом уплотнительные эластичные кольца (3) отсекают зону негерметичности от полости скважины. После этого устройство поднимается из скважины, разбуривается башмак (11) с гидравлическим посадочным устройством (13), при этом срезается нерасширенная часть пластыря (2), примыкающего к башмаку (11).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера, которое увеличивает надежность и эффективность работы. Устройство при этом имеет достаточно простую конструкцию, а технология работ с ним легко осуществима.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

1. Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера, включающее пластырь в виде гладкостенного металлического патрубка, имеющего снаружи на концах уплотнительные эластичные кольца, гидравлический посадочный инструмент и насаженную на пустотелую тягу расширяющую оправку в виде конуса-трансфомера, выполненную в виде корпуса, на конической поверхности которого имеются продольные канавки типа "ласточкин хвост" с размещенными в них конусообразными сегментами, обладающими возможностью продольного перемещения, отличающееся тем, что вершина конической части корпуса направлена против рабочего хода расширяющей оправки, при этом последняя снабжена противовозвратным стопорным устройством в виде крестовины, в проушинах которой установлены с возможностью качания на осях подпружиненные собачки, носовые части которых направлены против рабочего хода расширяющей оправки и постоянно прижаты к поверхности пустотелой тяги.

2. Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин при помощи конуса-трансформера, включающее пластырь в виде гладкостенного металлического патрубка, имеющего снаружи на концах уплотнительные эластичные кольца, гидравлический посадочный инструмент и насаженную на пустотелую тягу расширяющую оправку в виде конуса-трансфомера, выполненную в виде корпуса, на конической поверхности которого имеются продольные канавки типа "ласточкин хвост" с размещенными в них конусообразными сегментами, обладающими возможностью продольного перемещения, отличающееся тем, что конусообразные сегменты через проставку подпираются силовой армированной манжетой, а их образующие представляют собой участки эвольвенты.

Группа изобретений относится к инструментам для бурения и заканчивания скважин. Инструмент содержит расширяющий модуль и приводной модуль для приведения в движение расширяющего модуля и выполнения расширения.

Система ликвидации негерметичности обсадных колонн // 2635805

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации обсадных колонн. Система включает нижний, верхний и промежуточный пластыри, последовательно соединяемые между собой посредством конической резьбы, в виде тонкостенных труб одинаковой геометрии, имеющих снаружи эластичные уплотнительные кольца.

Оборудование для восстановления изношенных и дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин // 2629501

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к герметизации эксплуатационных колонн и отключению пластов. Устройство включает один или несколько пластырей в виде тонкостенных труб, узел расширения с конической оправкой.

Способ крепления скважины потайной колонной с фильтром // 2626108

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности для использования при строительстве скважин и спуске колонн с фильтром в стволы скважин ниже башмака эксплуатационных колонн и при ремонте скважин со спуском потайных колонн с фильтром во вторые стволы скважин.

Устройство для изоляции зон осложнения профильным перекрывателем с цилиндрическими участками при бурении скважины // 2618546

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для изоляции зоны осложнения ствола скважины при бурении. Устройство включает профильный перекрыватель, на его конце башмак с седлом обратного клапана и ловителем 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, соединенный с верхним концом перекрывателя, с нижним дорном и ловильной головкой внизу под ловитель башмака.

Способ разобщения горизонтальной скважины на отдельные участки // 2611791

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам изоляции зон осложнений при бурении и ремонте скважин. Способ включает определение геофизическими исследованиями длины и расположения зон разобщения, спуск на колонне труб профильных разобщителей с цилиндрическими концами, каждый из которых размещен на центральном стволе между верхним и нижним упорами.

Перепускной клапан для скважинного гидродомкрата // 2601886

Изобретение относится к бурению и ремонту нефтяных и газовых скважин, в частности предназначено для изоляции зон осложнения бурения скважин профильными перекрывателями.

Способ восстановления герметичности обсадных колонн и устройство для его осуществления // 2597597

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к ремонтно-изоляционным работам при восстановлении герметичности обсадных колонн. Способ включает перекрытие зоны негерметичности изнутри пластырем в виде деформируемой трубы, его расширение по всей длине путем создания водой избыточного давления.

Устройство для разобщения открытого ствола горизонтальной скважины на отдельные участки // 2595123

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к разработке и эксплуатации нефтяных пластов с зонами различной проницаемости в горизонтальных скважинах.

Устройство извлекаемого резьбового пластыря для герметизации нарушений эксплуатационной колонны // 2592310

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к эксплуатации и ремонту скважин, и может использоваться для герметизации нарушений эксплуатационной колонны и обводненных пластов.

Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин с управляемым конусом-трансформером // 2639006

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации эксплуатационных колонн и отключения пластов. Устройство содержит пластырь в виде гладкого металлического патрубка, имеющего снаружи на концах эластичные уплотнительные кольца, и расширяющую оправку, выполненную в виде конуса-трансформера, образованного конусообразными секторами, расположенными в пазах конической части корпуса с возможностью продольного перемещения. При этом вершина корпуса конуса-трансформера направлена в сторону, противоположную рабочему ходу расширяющей оправки, что обеспечивает наиболее плавное расширение пластыря. Для предотвращения обратного хода устройство снабжено противовозвратным устройством. В качестве поршня, приводящего в движение конусообразные секторы, используется блок силовых армированных манжет. Для управления геометрией конуса-трансформера последний снабжен деблокирующим механизмом. Предотвращаются аварийные ситуации в случае заклинивания расширяющей оправки при ликвидации негерметичности эксплуатацоинных колонн, повышается надежность и эффективность работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Устройство для установки пластыря в эксплуатационную колонну скважины с управляемым конусом-трансформером // 2639007

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации эксплуатационных колонн и отключения пластов. Устройство содержит пластырь в виде гладкого металлического патрубка, имеющего снаружи на концах эластичные уплотнительные кольца, и расширяющую оправку, выполненную в виде конуса-трансформера, образованного конусообразными секторами, расположенными в пазах конической части корпуса с возможностью продольного перемещения. Вершина корпуса конуса-трансформера направлена в сторону, противоположную рабочему ходу расширяющей оправки. Для предотвращения обратного хода устройство снабжено противовозвратным устройством. В качестве поршня, приводящего в движение конусообразные секторы, используется блок силовых армированных манжет. Конус-трансформер снабжен деблокирующим механизмом в виде стакана с расположенными по кругу поперечными прорезями, в которых расположены z-образные лапки с возможностью качания в продольных плоскостях. Носовые части лапок подпираются торцом резьбового переводника, который при необходимости освобождает лапки и приводит в действие деблокирующий механизм, обеспечивающий возврат конуса-трансформера к исходным радиальным размерам. Предотвращаются аварийные ситуации в случае заклинивания расширяющей оправки при ликвидации негерметичности эксплуатационных колонн, повышается надежность и эффективность работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Скважинная разжимная труба // 2639344

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к разжимным трубам, применяемым для перекрывания отверстия в обсадной колонне или для образования барьера для потока. Устройство предназначено для разжимания в скважине от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра так, чтобы примыкать к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины. Разжимная труба имеет наружную поверхность, вытянута в продольном направлении и содержит по меньшей мере одну первую круговую кромку и по меньшей мере одну вторую круговую кромку, выполненные на наружной поверхности на расстоянии друг от друга в продольном направлении. Между первой и второй круговыми кромками расположен уплотняющий элемент и удерживающий элемент в виде разрезного кольца, который образует упор для уплотняющего элемента, и имеет более одного витка, так что при разжимании разжимной трубы от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра обеспечивается частичное раскручивание удерживающего элемента в виде разрезного кольца. Повышается надежность герметизации и улучшаются уплотнительные свойства. 4 н. 16 з.п. ф-лы, 18 ил.

Устройство для восстановления дефектных участков эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин // 2644959

Устройство для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера // 2645060

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации эксплуатационных колонн и отключения пластов. Устройство содержит пластырь в виде гладкого металлического патрубка, имеющего снаружи на концах эластичные уплотнительные кольца, и расширяющую оправку, выполненную в виде сдвоенного конуса-трансформера и состоящую из головного и хвостового конусов-трансформеров, каждый их которых образовано подпружиненными конусообразными сегментами, расположенными в пазах конической части корпуса с возможностью продольного перемещения. При этом вершина корпуса каждого конуса-трансформера направлена в сторону, противоположную рабочему ходу расширяющей оправки, что обеспечивает наиболее плавное расширение пластыря. Максимальный диаметр головного конуса-трансформера меньше максимального диаметра хвостового конуса, что создает появление внеконтактной зоны деформации пластыря и снижает осевое усилие. Для предотвращения обратного хода устройство снабжено противовозвратным устройством. В качестве поршня, приводящего в движение конусообразные сегменты, используется блок силовых армированных манжет. Для управления геометрией сдвоенного конуса-трансформера предусмотрен деблокирующий механизм, при помощи которого обеспечивается возврат сдвоенного конуса-трансформера к исходным диаметральным размерам. Снижением усилия деформации пластыря предотвращаются аварийные ситуации в случае заклинивания расширяющей оправки при ремонте обсадных и эксплуатационных колонн, повышается надежность и эффективность работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Перепускной клапан // 2648383

Изобретение относится к бурению и ремонту нефтяных и газовых скважин и может быть применено для изоляции зон осложнений при бурении скважин. Перепускной клапан, расположенный выше расширяющей головки и ниже гидравлического домкрата, содержит полый корпус и полый шток, вставленный телескопически с возможностью ограниченного перемещения в полом корпусе. При этом полый корпус и полый шток соединены соответственно с расширяющей головкой и гидравлическим домкратом. Причем полый шток оснащен снизу центратором проходным с отверстиями, продольными выборками и конусом в его нижней части, конус при этом снабжен эластомерным уплотнительным кольцом. При перемещении полого штока вниз относительно полого корпуса конус центратора проходного герметично взаимодействует с соответствующей упорной конической поверхностью, выполненной в нижней части полого корпуса. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности используемого оборудования при изоляции зон осложнения при бурении или ремонте скважин. 3 ил.