Оборудование для ремонта эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации эксплуатационных колонн и отключения пластов. Оборудование включает один или несколько пластырей в виде тонкостенных труб с возможностью их радиального расширения, сочленяемых последовательно при помощи резьбовых соединений. На наружной поверхности каждого из пластырей расположен ряд привулканизированных эластичных уплотнительных колец, которые могут деформироваться при расширении пластыря, и узел расширения с конической оправкой. Нижний пластырь имеет предварительно расширенный воронкообразный участок, в который герметично вставлен разбуриваемый башмак с обратным клапаном и седлом для продавочной пробки, сбрасываемой с поверхности. Коническая оправка узла расширения служит поршнем при подаче жидкости под давлением и одновременно жестко соединена тягой с подъемником. На наружную поверхность пластыря нанесен слой эластичной битумной мастики, толщина которого меньше толщины эластичного уплотнительного кольца до радиального расширения пластыря или равна ей, но больше толщины того же кольца после радиального расширения пластыря. Повышается надежность и эффективность работы устройства. 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для герметизации обсадных колонн нефтегазовых скважин.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ антикоррозионной защиты трубопровода (патент RU №2340830, МПК F16L 58/04 (2006.01), опубл. 10.12.2008, Бюл. №34), включающий спиральную намотку с нахлестом рулонного армированного материала на основе битумно-полимерной мастики, и термоусаживаемую обертку с нагревом и одновременной прикаткой эластичными роликами.

Как следует из описания, к патенту, указанный способ нанесения антикоррозионной защиты трубопроводов предназначен прежде всего для имеющих электросварной шов газонефтепроводов большого диаметра (1000 мм и более) и требует наличия достаточно сложного технологического оборудования. Толщина антикоррозионной защиты не контролируется и зависит от параметров рулонного материала. Для бесшовных тонкостенных труб гораздо меньшего диаметра, которые применяются для изготовления скважинных ремонтных пластырей, такая трудоемкая технология антикоррозионной защиты нецелесообразна и неприменима для уплотнения ремонтных пластырей нефтегазовых скважин.

Известен также способ перекрытия интервалов скважины (патент RU №2422617, МПК Е21В 33/12 (2006.1), опубл. 27.06.2011, Бюл. №18) и содержащееся в описании к нему устройство, включающее металлический пластырь в виде трубы, имеющей расширяемые и нерасширяемые давлением нагнетаемой жидкости участки, на наружной поверхности которых расположен тампонажный состав из разбухающего эластомера на основе резины или полиуретана в форме поясов (колец), закрепленных приклеиванием или вулканизацией. После разбухания поясов (колец) производят предварительное расширение участков пластыря давлением нагнетаемой жидкости, а затем спускают в скважину развалыдеватель и расширяют (калибруют) пластырь по всей длине механическим путем, при этом все пояса (кольца), предварительно разбухшие, прижимаются к стенкам ствола скважины или эксплуатационной колонны (ЭК), обеспечивая герметизацию дефектного участка колонны и минимизируя вероятность перетоков пластовых флюидов в вертикальном направлении.

К недостаткам указанного технического решения следует отнести необходимость дополнительной спускоподъемной операции (СПО) для доставки в интервал негерметичности ЭК механического развальцевателя, а также отсутствие антикоррозионной защиты металлического пластыря в агрессивных пластовых жидкостях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту решением (прототипом) является оборудование для герметизации обсадной колонны по технологии "MaxWell" фирмы "Mohawk Energy" (США), включающее спускаемые в интервал установки в скважине последовательно свинчиваемые между собой при помощи специальной резьбы тонкостенные трубы (пластыри) из вязко-пластичных сталей (журнал "Бурение и нефть" №10 за 2015 г., стр. 40. 44; журнал "Вестник Ассоциации буровых подрядчиков" №3 за 2015 г., стр. 27…32), при этом каждый из пластырей имеет снаружи эластичные уплотнительные кольца, а нижний пластырь, помимо этого, предварительно расширен с торца и герметично заглушен разбуриваемым башмаком, в котором установлен обратный клапан. Кроме того, в состав указанного оборудования входят узел расширения, включающий насаженной на трубчатую тягу (мандрель) оправку в виде усеченного конуса, и продавочная (сбрасываемая) пробка. При запуске процесса расширения пластырей указанная пробка сбрасывается сверху в седло разбуриваемого башмака и перекрывает доступ нагнетаемой жидкости к обратному клапану башмака, перенаправляя жидкость в полость между узлом расширения и башмаком, в результате чего активируется процесс расширения пластыря за счет отрыва узла расширения от башмака и движения вверх.

Недостатки данного технического решения - это недостаточно надежная герметизация дефектов ЭК и низкая коррозионная стойкость металлических пластырей в агрессивных пластовых жидкостях, что ограничивает срок службы ремонтных пластырей.

Технической задачей является разработка оборудования, обеспечивающего надежную герметизацию дефектных участков ЭК и увеличение срока службы ремонтного пластыря.

Поставленная задача решается описываемым оборудованием, в котором на наружную поверхность пластыря нанесен слой эластичной битумной мастики, толщина которого меньше толщины эластичного уплотнительного кольца до радиального расширения пластыря или равна ей, но больше толщины того же кольца, деформированного в результате радиального расширения пластыря и его прижатия к стенке ЭК.

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 оборудования внутри ЭК.

1 - ЭК;

2 - пластырь,

3 - узел расширения;

4 - насосно-компрессорная труба (НКТ).

Фиг. 2 - вид "А" на фиг. 1 в масштабе увеличения, продольный разрез (пример конструктивного исполнения узла расширения).

5 - полая тяга (мандрель);

6 - конусная оправка;

7 - седло сбрасываемой (продавочной) пробки;

8 - сбрасываемая (продавочная) пробка;

9 - разбуриваемый башмак;

10 - обратный клапан;

11 - наружное уплотнительное кольцо до расширения пластыря;

12 - слой эластичной битумной мастики до расширения пластыря.

Фиг. 3 - вид "В" на фиг. 2 в масштабе увеличения; пластырь до расширения.

Фиг. 4 - вид "В" на фиг. 2 в масштабе увеличения; пластырь после расширения.

13 - пластырь расширенный;

14 - наружное уплотнительное кольцо после расширения пластыря;

15 - слой эластичной битумной мастики после расширения пластыря.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Оборудование для ремонта эксплуатационных колонн включает гладкий пластырь (2) в виде тонкостенной трубы из стали, имеющей вязко-пластичные характеристики. В случае большой протяженности зоны негерметичности ЭК (1), пластырь (2) может быть выполнен в виде последовательно свинченных между собой отдельных секций (не показаны), имеющих на концах специальную низкопрофильную трапецеидальную резьбу (на рисунках не показана), сохраняющую свои прочностные и герметичные свойства при радиальном расширении всего секционного пластыря. Пластырь (2) имеет снаружи ряд привулканизированных эластичных наружных уплотнительных колец (11) (см. фиг. 2), например, из набухающей резины. Помимо этого, пластырь (2) имеет снизу предварительно расширенный воронкообразный участок, наружный диаметр которого обеспечивает гарантированный зазор между ним и стенкой ЭК (1). В этом уширении герметично закреплен разбуриваемый башмак (9) с обратным клапаном (10) и седлом (7) для сбрасываемой пробки (8). Узел расширения (3) (фиг. 1) также расположен в предварительно расширенном воронкообразном участке пластыря (2) и выполнен в виде жестко закрепленной на полой тяге (мандрели) (5) конусной оправки (6), при этом вершина конуса направлена вверх (см. фиг. 2), а полая тяга (мандрель) (5) соединена с насосной установкой и подъемником бригады капитального ремонта скважин (КРС) (не показаны) посредством колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) (4) (фиг. 1). Сбрасываемая (продавочная) пробка (8) (см. фиг. 2) также входит в состав узла расширения (3). На наружную поверхность пластыря (2) известным способом, например послойным напылением, нанесен слой эластичной битумной мастики (12), служащий дополнительным герметиком после расширения пластыря (2) и его прижатия к стенке ЭК (1), а также предохраняющий пластырь (2) от коррозии в агрессивной среде пластовых жидкостей. При этом толщина слоя Н₁ эластичной битумной мастики (12) меньше толщины Н₂ наружного уплотнительного кольца (11) до расширения пластыря (2) или равна ему (фиг. 3):

Н₁≤Н₂

Вместе с тем, эта толщина H₁ больше толщины Н₃ уплотнительного кольца в деформированном состоянии (14) (фиг. 4), т.е.

H₁>Н₃

И наконец, толщина Н₃ уплотнительного кольца в деформированном состоянии (14) равна толщине Н₄ слоя битумной мастики после деформации (15) под воздействием расширенного пластыря (13) (см. фиг. 4):

Н₃=Н₄

Оборудование для ремонта эксплуатационных колонн работает следующим образом.

Перед сборкой оборудования на скважине проводят подготовку ЭК (1), определяют места нарушения герметичности, проводят райбирование, дефектоскопию, запись профиля притока. После получения результатов гидродинамических исследований скважины проводят предварительный расчет количества расширяемых пластырей и определяют места их установки. Затем после опрессовки НКТ (4) и поверхностного оборудования (на рисунках не показано) приступают к спуску оборудования в скважину к месту негерметичного участка, например, с использованием роторных клиньев, безопасного хомута, подъемного патрубка и фальш-ротора, предварительно соединив сборку оборудования с трубой НКТ (4) при помощи безопасного переводника (на рисунках не показан). Поскольку толщина слоя Н₁ битумной мастики (12) меньше толщины Н₂ наружных уплотнительных колец (11) до расширения пластыря (2) или равна этой толщине, то в процессе спуска оборудования в скважину наружные уплотнительные кольца (11) предохраняют от повреждения слой битумной мастики (12) при соприкосновении пластыря (2) со стенками ЭК (1). Далее начинают нагнетание рабочей жидкости для создания давления и срабатывания узла расширения (3). Продавочную пробку (8) сбрасывают в устье скважины, и она садится в седло (7). По скачку давления определяется ее посадка в седло (7), при этом перекрывается доступ нагнетаемой жидкости к обратному клапану (10) башмака (9), и поток перенаправляется в полость "Б" (фиг. 2) между узлом расширения (3) и башмаком (9), в результате чего узел расширения (3), включающий коническую оправку (6), начинает движение вверх, производя расширение пластыря (2). При этом резьбовые соединения секций пластырей (на рисунках не показаны) также подвергаются расширению в радиальном направлении, сохраняя механическую прочность и герметичность. С целью облегчения процесса расширения пластырей (2) помимо подачи жидкости под давлением в узел расширения (3), к конусной оправке (6) дополнительно прилагается дополнительно усилие подъемника бригады капитального ремонта скважин (КРС) (на рисунках не показан) через НКТ (4). После выхода узла расширения (3) из пластыря (2) производят опрессовку отремонтированной ЭК (1) давлением 100 атм. в течение 30 минут. Затем разбуривают башмак (9), выполненный из мягкого металла, например, из алюминиевого сплава, проводят геофизические исследования скважины и запускают ее в эксплуатацию. В итоге расширенный пластырь (13) оказывается прижатым к стенке ЭК (1) через деформированные наружные уплотнительные кольца (14), при этом слой эластичной битумной мастики (15) не растрескивается под воздействием расширенного пластыря (13). Поскольку толщина нанесенного слоя Н₁ битумной мастики (12) до расширения пластыря больше толщины Н₃ уплотнительного кольца (14) в расширенном состоянии пластыря (13), то слой эластичной битумной мастики (15) сжимается в радиальном направлении до толщины Н₄, равной толщине Н₃, что играет роль дополнительного эластичного уплотнителя по всей площади наружной поверхности пластыря (13) за вычетом площади, занимаемой на его поверхности наружными уплотнительными кольцами (14) (фиг. 4). В результате этой деформации многократно увеличивается герметичность прилегания и прилипания пластыря (13) к стенке ЭК (1), что повышает надежность и эффективность работы оборудования, при этом попутно металл пластыря (13) защищается от коррозии в агрессивной среде пластовых жидкостей, а это в свою очередь увеличивает срок службы ремонтного пластыря и всей скважины.

Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволяет установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить оборудование для ремонта эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин, в котором достигается повышение надежности и эффективности работы.

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, раскрытой в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Оборудование для ремонта эксплуатационных колонн нефтегазовых скважин, включающее один или несколько пластырей в виде тонкостенных труб с возможностью их радиального расширения, сочленяемых последовательно при помощи резьбовых соединений, причем на наружной поверхности каждого из пластырей расположен ряд привулканизированных эластичных уплотнительных колец, которые могут деформироваться при расширении пластыря, и узел расширения с конической оправкой, при этом нижний пластырь имеет предварительно расширенный воронкообразный участок, в который герметично вставлен разбуриваемый башмак с обратным клапаном и седлом для продавочной пробки, сбрасываемой с поверхности, а коническая оправка узла расширения служит поршнем при подаче жидкости под давлением и одновременно жестко соединена тягой с подъемником, отличающееся тем, что на наружную поверхность пластыря нанесен слой эластичной битумной мастики, толщина которого меньше толщины эластичного уплотнительного кольца до радиального расширения пластыря или равна ей, но больше толщины того же кольца после радиального расширения пластыря.