Устройство для герметизации заколонных перетоков

Авторы патента:

E21B33/13 - способы или устройства для цементирования щелей или подбурочных скважин, трещин или т.п.(цементировочные желонки E21B 27/02; материалы, улучшающие состояние почвы или стабилизирующие почву C09K 17/00)

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к ремонтно-изоляционным работам в скважинах нефтяных и газовых месторождений, а именно к средствам восстановления крепи скважин. Технический результат - повышение надежности и эффективности устройства при упрощении конструкции и расширении эксплуатационных возможностей. Устройство содержит корпус, гидропривод, многогранный клин и плашки, установленные с возможностью взаимодействия с поверхностями клина на опоре, которая соединена центральной тягой с гидроприводом. Гидропривод выполнен в виде гидроцилиндра с шток-поршнем, шток которого размещен в нижерасположенном поршне с образованием камеры высокого давления, сообщенной переточным каналом с подпоршневой полостью, а тяга опоры соединена с поршнем гидроцилиндра. При необходимости увеличения силы воздействия на обсадную колонну над гидроцилиндром может быть установлен, по меньшей мере, один дополнительный гидроцилиндр, шток-поршень которого, имеющий осевой и переточный каналы, упирается в шток-поршень нижерасположенного гидроцилиндра. /1 н.п.ф., 1 з.п.ф., 3 илл./

Известен способ устранения заколонных перетоков расширением за пределы упругих деформаций отдельных участков обсадной колонны в интервалах перетоков с помощью гидравлического якоря (патент РФ 1813873, оп. 07.05.1993 г.).

Гидравлический якорь в указанном применении имеет ряд недостатков, заключающихся в том, что он не создает полного кольцевого расширения обсадной колонны, а его плашки передают лишь давление жидкости, но не увеличивают усилия, необходимого для деформации обсадной колонны. Это приводит к низкой эффективности герметизации заколонных перетоков, требующей применения достаточно высоких по величине давлений для расширения колонны за пределы упругих деформаций.

Известно устройство, включающее корпус с клиновыми участками, взаимодействующие с ними плашки и гидравлический привод, приводящий их в действие (см. Справочник по нефтепромысловому оборудованию, под ред. Е.И.Бухаленко, М.: Недра, 1983 г., стр.315).

Известное устройство также недостаточно эффективно при герметизации заколонных перетоков из-за низкого усилия на плашки, развиваемого гидроприводом. Дискретность расширений по окружности приводит к неполному перекрытию всей окружности обсадной колонны и необходимости поворота устройства для получения кольцевого расширения. Все это приводит к необходимости создания очень больших усилий для деформации обсадной колонны, усложнению работ и снижению эффективности герметизации заколонных перетоков.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для герметизации заколонных перетоков кольцевым расширением обсадной колонны по патенту РФ 2287664, оп. 20.11.2006 г.- прототип.

Устройство по прототипу имеет корпус, многоступенчатый гидропривод, многогранный клин и плашки, установленные с возможностью взаимодействия с поверхностями клина на сепараторе-опоре, соединенной центральной тягой со штоком шток-поршня нижнего гидроцилиндра, а шток-поршни последовательно установленных гидроцилиндров многоступенчатого гидропривода связаны друг с другом посредством резьбовых соединений.

Использование в конструкции многоступенчатого гидропривода обусловлено тем, что необходимо создать суммарную рабочую площадь поршней, достаточную для обеспечения необходимого осевого усилия для деформации обсадной колонны, т.к. колонна насосно-компрессорных труб (НТК) имеет ограничение по давлению закачиваемой в нее жидкости, составляющее 30 МПа. Для деформации обсадной колонны 146 мм. с толщиной стенки 8 мм. плашками с поперечными выступами при необходимом осевом усилии порядка 60-70 т. и давлении 25 МПа, в прототипе требуется применение 5-цилиндрового гидропривода с резьбовым соединением шток-поршней.

Недостатком прототипа является то, что при громоздкости устройства, имеющего большие габариты и вес, оно не обладает достаточной надежностью из-за многоступенчатого гидропривода, в котором при создании необходимых осевых усилий для деформации обсадной колонны, возникает риск разрыва резьбовых соединений шток-поршней гидроцилиндров, приводящего к аварийной ситуации в скважине. Конструкция имеет невысокую технологичность в изготовлении, при котором требуется соблюдение соосности резьбовых соединений нескольких поршней в установленных друг за другом гидроцилиндрах, а также ограниченное применение по осевым усилиям.

Технический результат - повышение надежности и эффективности устройства при упрощении конструкции и расширении эксплуатационных возможностей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для герметизации заколонных перетоков, включающем корпус, гидропривод, многогранный клин и плашки, установленные с возможностью взаимодействия с поверхностями клина на опоре, соединенной центральной тягой с гидроприводом, согласно полезной модели, гидропривод выполнен в виде гидроцилиндра с шток-поршнем, шток которого размещен в нижерасположенном поршне с образованием камеры высокого давления, сообщенной переточным каналом с подпоршневой полостью, а тяга опоры соединена с поршнем гидроцилиндра. Наличие соединения тяги опоры с поршнем гидроцилиндра, выполняющего функцию цилиндра по отношению к размещенному в нем штоку шток-поршня, выполняющего функцию плунжера, и наличие камеры высокого давления, в совокупности с другими существенными признаками устройства, обеспечивают в компактной и надежной конструкции, не имеющей резьбовых соединений, достижение необходимого того же осевого усилия, что и в прототипе, для деформации аналогичной обсадной колонны. При необходимости увеличения силы воздействия на обсадную колонну над гидроцилиндром может быть установлен, по меньшей мере, один дополнительный гидроцилиндр, шток-поршень которого, имеющий осевой и переточный каналы, упирается в шток-поршень нижерасположенного гидроцилиндра (также без резьбового соединения).

Сущность полезной модели поясняется примером выполнения устройства с сопровождающими чертежами:

Фиг.1 - общий вид устройства с частичным осевым разрезом в исходном положении;

Фиг.2 - то же в рабочем положении;

Фиг.3 - то же с дополнительным гидроцилиндром в исходном положении.

Устройство содержит корпус 1, гидропривод 2 и многогранный клин 3, взаимодействующий с плашками 4, установленными и зафиксированными шарнирами 5 на опоре 6. Гидропривод 2 состоит из гидроцилиндра 7, в котором установлены шток-поршень, содержащий поршень 8 и шток 9, и соединенный с тягой 10 опоры 6 поршень 11, в котором размещен шток 9 шток-поршня с образованием камеры 12 высокого давления, сообщенной переточным каналом 13 с подпоршневым пространством 14. Для достижения необходимого осевого усилия воздействия на обсадную колонну малого диаметра, порядка 102 мм., над гидроцилиндром 7 устанавливают дополнительный гидроцилиндр 15 (Фиг.3), шток-поршень 16 которого, имеющий осевой 17 и переточный 18 каналы, упирается (без резьбового соединения) в шток-поршень основного гидроцилиндра 7. По необходимости количество дополнительных гидроцилиндров с упирающимися друг в друга шток-поршнями может быть увеличено последовательной их установкой.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Соединив через муфту 19 с колонной НКТ, устройство спускают в скважину до нижней точки интервала перетоков. Затем в колонну НКТ закачивают жидкость под давлением 25 МПа, под действием которого поршень 8 со штоком 9 перемещается вниз. При этом шток 9, двигаясь поступательно в поршне 11, создает в камере 12 высокое давление, кратное соотношению рабочих площадей поршня 8 и штока 9, определяемых из условия создания осевого усилия гидропривода порядка 60-70 т. Рабочая жидкость (масло) из камеры 12, попадая по переточному каналу 13 в подпоршневое пространство 14, воздействует на поршень 11, который перемещается вверх, увлекая за собой тягу 10 и опору 6 с плашками 4. При этом плашки 4, передвигаясь по поверхностям клина 3, раздвигаются в радиальном направлении, упираются во внутреннюю поверхность обсадной колонны 20 и расширяют ее одновременно по всей окружности (Фиг.2). После деформации обсадной колонны 20 сбрасывают давление и приподнимают устройство на следующий интервал герметизации перетоков. При движении устройства вверх под действием трения об обсадную колонну 20 плашки 4 с опорой 6 возвращаются в исходное положение. При подаче давления цикл повторяют. Циклы повторяют необходимое количество раз по всей длине интервала заколонных перетоков. В результате каналы перетоков, образовавшиеся из-за плохого сцепления цемента с обсадной колонной или породой, а также за счет пористости или трещин в самом цементном камне, оказываются пережатыми, благодаря чему происходит ликвидация заколонных перетоков.

Работа устройства с дополнительным гидроцилиндром 15 (Фиг.3) осуществляется аналогичным образом, где рабочая площадь поршней шток-поршня 16 дополнительного гидроцилиндра 15 и шток-поршня гидроцилиндра 7 суммируется.

Таким образом, предлагаемое устройство позволит за одну спускоподъемную операцию осуществить равномерное кольцевое расширение необходимого интервала обсадной колонны и обеспечить эффективную ликвидацию заколонных перетоков.

Применение компактной и технологичной конструкции позволит снизить материальные затраты и металлоемкость, повысить надежность и эффективность использования устройства для герметизации заколонных перетоков широкого диапазона типоразмеров обсадных колонн.

1. Устройство для герметизации заколонных перетоков, включающее корпус, гидропривод, многогранный клин и плашки, установленные с возможностью взаимодействия с поверхностями клина на опоре, соединенной центральной тягой с гидроприводом, отличающееся тем, что гидропривод выполнен в виде гидроцилиндра с шток-поршнем, шток которого размещен в нижерасположенном поршне с образованием камеры высокого давления, сообщенной переточным каналом с подпоршневой полостью, а тяга опоры соединена с поршнем гидроцилиндра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что над гидроцилиндром установлен, по меньшей мере, один дополнительный гидроцилиндр, шток-поршень которого с осевым и переточным каналами упирается в шток-поршень нижерасположенного гидроцилиндра.