Башмак с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации эксплуатационных колонн и отключения пластов. Устройство содержит башмак с центратором, герметично соединенный с пластырем в виде гладкого металлического патрубка, имеющего снаружи на концах эластичные уплотнительные кольца, а внутри - узел расширения пластыря. В корпусе башмака имеются продольные проушины с криволинейным дном, в которых при помощи осей попарно расположены разновеликие по длине коромысла, каждое из которых имеет плоскую хвостовую часть с продолговатым отверстием. Хвостовые части коромысел выполнены таким образом, что их выпуклые нижние криволинейные кромки соприкасаются с вогнутым криволинейным дном проушин. Каждое из коромысел может совершать плоско-параллельное движение в продольной плоскости. При продвижении пластыря с башмаком вдоль эксплуатационной колонны горизонтального участка скважины коромысла за счет трения о стенки колонны смещаются назад, одновременно совершая поворот вокруг осей, закрепленных в проушинах корпуса башмака, увеличивая выступание своих хвостовых частей за габариты башмака и тем самым обеспечивая центровку устройства в ЭК и беспрепятственное прохождение по горизонтальному участку скважины. После установки пластыря башмак с центратором разбуривается. Повышается надежность и эффективность работы устройства в горизонтальных скважинах. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

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

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен башмак для установки профильного перекрывателя в скважине по патенту к полезной модели RU 52904 U1, МПК Е21В 29/10, опубл. 27.04.2006, бюлл. №12, включающий цилиндрический корпус с заостренной носовой частью, жестко соединенный, например, при помощи сварки, с профильным перекрывателем (пластырем). В корпусе расположен шаровой обратный клапан для промывки скважины, причем седло клапана выполнено из легко разбуриваемого материала. Кроме того, в корпусе выполнены радиальные промывочные отверстия. Башмак с профильным пластырем спускается в скважину на колонне буровых труб до упора в забой, затем осуществляется промывка скважины, после чего нагрузкой на колонну буровых труб башмак приводится в рабочее положение, при котором перекрываются радиальные промывочные отверстия, а башмак фактически становится герметичной заглушкой профильного перекрывателя (пластыря). Далее профильный перекрыватель при помощи давления нагнетаемой жидкости развальцовывается (распрямляется) и устанавливается в скважине.

Основным недостатком описанного устройства является отсутствие центрирующих устройств, необходимых для прохождения длинномерных сборок, например, геофизических приборов и ремонтных пластырей, по наклонно-направленным и горизонтальным участкам нефтегазовых скважин. Кроме того, указанное устройство позволяет устанавливать пластырь только в зоне забоя скважины, что ограничивает область применения описанного устройства.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является клапан-башмак, раскрытый в описании к патенту на полезную модель RU 22175 U1, кл. Е21В 34/10, Е21В 17/14, опубл. 10.03.2002, бюлл. №7.

Известное из наиболее близкого аналога устройство содержит снабженный обтекаемым наконечником полый корпус, в котором расположен обратный клапан для промывки скважины. На наружной поверхности корпуса башмака закреплены V-образные центрирующие элементы - планки, а сам корпус жестко закреплен на конце спускаемой в скважину колонны труб. Центрирующие планки обеспечивают более качественную промывку за счет лучшего позиционирования башмака относительно оси скважины, а также обеспечивают проводку колонны труб по скважине при дальнейшем бурении.

К недостаткам известного из наиболее близкого аналога устройства следует отнести повышенную силу трения центрирующих планок о стенки ствола скважины или о стенки обсадной колонны, если в скважину спускается геофизический прибор или ремонтный пластырь, поскольку они прижаты к стенкам скважины за счет свойств упругости с постоянным усилием, что приводит к повышенному износу и повышает энергозатраты операции.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача заявляемого изобретения состоит в разработке башмака с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах, а также повышение надежности работы устройства в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет применения с качестве центрирующих элементов разновеликих по длине коромысел, попарно установленных при помощи осей в продольных проушинах корпуса башмака, профиль дна которых имеет вогнутый криволинейный участок, с возможностью плоско-параллельного движения в продольной плоскости, при этом каждое из коромысел имеет продолговатое отверстие в хвостовой части, а ее нижняя профильная криволинейная кромка направлена вогнутостью в сторону дна проушины корпуса башмака и составляет с ним касательное сопряжение. Кроме того, каждое из коромысел имеет головную часть в виде клинообразного утолщения. Вместе с тем, корпус башмака и коромысла выполнены из легкоразбуриваемого материала. Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном устройстве каждое коромысло под действием сил сопротивления движению смещается назад, скользя хвостовой частью по криволинейному дну проушины и одновременно поворачиваясь вокруг оси, что вызывает увеличение диаметрального размера устройства и его центрирование, а также силовое уравновешивание, в эксплуатационных колоннах (ЭК) наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважин.

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 башмака с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах:

1 - эксплуатационная колонна; 2 - гибкая НКТ; 3 - пластырь; 4 - эластичное уплотнительное кольцо; 5 - верхний центратор; 6 - башмак в сборе; 7 - устройство расширения.

Фиг. 2 - вид А на фиг. 1 в масштабе увеличения.

Фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2 в масштабе увеличения:

8 - корпус башмака; 9 - коромысло удлиненное; 10 - коромысло укороченное; 11 - ось.

Фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2 в масштабе увеличения.

Фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 2 в масштабе увеличения.

Фиг. 6 - аксонометрическая проекция башмака в сборе.

Фиг. 7 - то же, вид с разнесенными частями.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Башмак с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах включает собственно башмак в сборе (6), герметично закрепленный на торце пластыря (3), который выполнен в виде тонкостенной гладкой трубы с наружными эластичными уплотнительными кольцами (4) на концах и с предварительно расширенной нижней частью (фиг. 1). Внутри пластыря (3) расположено устройство расширения (7), к которому в зависимости от профиля скважины крепится при помощи резьбового соединения либо колонна насосно-компрессорных труб (НКТ), либо гибкая НКТ (2) колтюбинговой установки (на рисунках не показана) (фиг. 1, фиг. 2). Для выравнивания всей сборки в горизонтальных участках скважин имеется дополнительный верхний центратор (5), например, рессорного типа, установленный на НКТ. Башмак в сборе (6) включает корпус (8), в котором выполнены радиально расположенные проушины с криволинейным вогнутым дном (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 7). В проушинах при помощи осей (11) (фиг. 5) попарно установлены коромысла: удлиненное (9) и укороченное (10). Каждое коромысло имеет в плоской хвостовой части продолговатое отверстие, предназначенное для оси (11), при этом нижняя кромка хвостовой части имеет форму выпуклой кривой и касательна к поверхности дна проушины корпуса башмака (8) (фиг. 3, фиг. 4). Коромысла (9) и (10) имеют клинообразные изогнутые головные части (фиг. 5, фиг. 6), придающие обтекаемость конструкции.

Башмак с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах работает следующим образом.

Устройство спускают в скважину на тяге, например, на гибкой НКТ (2) при помощи колтюбинговой установки (не показана), до тех пор, пока дефектный участок эксплуатационной колонны (1) не окажется в интервале между эластичными уплотнительными кольцами (4) пластыря (3) (фиг. 1). Во время движения по наклонно-направленному или горизонтальному участку скважины под действием сил трения о стенки ЭК или при встрече со случайным препятствием, например, с парафиновой пробкой, коромысла (9) и (10) смещаются назад и к периферии, скользя нижними кромками хвостовых частей по дну проушин корпуса башмака (8) и одновременно поворачиваясь вокруг осей (11), чему способствуют продолговатые отверстия, выполненные в их хвостовых частях (фиг. 3., фиг. 4). Это плоскопараллельное перемещение коромысел (9) и (10) (штрих-пунктиром показано исходное положение) вызывает либо увеличение их выступания за габариты корпуса башмака (8) и увеличение диаметрального размера с D₁ до D₂ (фиг. 3, фиг. 4), либо усиливает прижатие наружных кромок их хвостовых частей к стенкам ЭК, что обеспечивает автоматическое центрирование всей сборки в наклонно-направленной или горизонтальной скважине. За счет того, что головные части коромысел (9) и (10) выполнены в виде клиновидных утолщений (фиг. 6, фиг. 7), устройство приобретает обтекаемую форму, необходимую для преодоления непредвиденных препятствий и снижения сил трения при движении. После доставки устройства к месту негерметичности ЭК при помощи устройства расширения (7) известным способом производится якорение и расширение ремонтного пластыря (3), например, давлением нагнетаемой жидкости после установки сбрасываемой пробки. Пластырь (3) оказывается расширенным и плотно прижатым к стенкам эксплуатационной колонны (1), при этом уплотнительные эластичные кольца (4) отсекают зону негерметичности от полости скважины. Затем устройство расширения (7) поднимается из скважины, корпус башмака (8) вместе с коромыслами (9) и (10), выполненные из материала невысокой прочности, например, из алюминиевого сплава, разбуриваются.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить башмак с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах, который 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. Башмак с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах, включающий жестко соединенный с ремонтным пластырем пустотелый корпус с закрепленными на нем центрирующими элементами, отличающийся тем, что центрирующие элементы выполнены в виде разновеликих по длине коромысел, попарно установленных при помощи осей в продольных проушинах корпуса башмака, профиль дна которых имеет вогнутый криволинейный участок, с возможностью плоско-параллельного движения в продольной плоскости, при этом каждое из коромысел имеет продолговатое отверстие в хвостовой части, а ее нижняя профильная криволинейная кромка направлена вогнутостью в сторону дна проушины корпуса башмака и составляет с ним касательное сопряжение.

2. Башмак с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах по п. 1, отличающийся тем, что каждое из коромысел имеет головную часть в виде клинообразного утолщения.

3. Башмак с центратором для установки ремонтного пластыря в наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважинах по п. 1, отличающийся тем, что корпуса башмака и коромысла выполнены из легкоразбуриваемого материала.