КОРОЛЬ ВАДИМ ИГОРЕВИЧ

Cодержание работы:

• Введение.
  
• Обзор существующих разработок.
  
• Перечень решаемых в работе задач.
  
• Практический результат.
  
• Перспектива дальнейших исследований.
  
• Заключение.
  
• Литература.

Ремонт скважин - это одна из тех многочисленных процедур, которая направлена на то, чтобы поддерживать имеющийся фонд скважин в рабочем состоянии, большинство которых вступили в позднюю стадию своей разработки. Год от года ухудшается структура запасов нефти, скважины стареют. Стареющие же скважины (чей возраст исчисляется десятилетиями, а то и полувеком) требуют особого внимания. Тут особо нужны неординарные, новые подходы к капитальному ремонту такого фонда.

Здесь имеются определенные виды работ, которые по праву считаются самыми трудоемкими. Один из них - восстановление работоспособности обсадных колонн. Производится он и обычным способом, когда место требуемого ремонта просто заливается цементом либо туда спускается и опять-таки цементируется дополнительная колонна меньшего диаметра. Или методом опрессовки скважин, который является одним из самых надежных методов локализации поврежденных участков на сегодняшний день.

Существующие изобретения относятся к устройствам, применяемым при установке продольно-гофрированных пластырей из металлических труб в обсадных колоннах нефтяных, газовых и водяных скважин с целью восстановления герметичности стенок колонн.

Известно устройство для установки металлических пластырей, содержащее заполненный жидкостью эластичный сосуд, спускаемый к месту повреждения колонны на тросе. На поверхности баллона специальными зажима­ми крепится металлический гофрированный пластырь. Внутри эластичного сосуда в жид­кость помещен взрывной заряд с электродетонатором. Расширение пластыря в колонне осуществляется при взрыве заряда.

Основным недостатком этого устройства является трудность достижения равномерного расширения пластыря по всей длине.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для ремонта обсадных колонн, содержащее полую штангу с упором, формирующую упругую головку, жесткий конус-пуансон и установленный на штанге между упором и конусом-пуансоном продольно гофрированный пластырь. Данное устройство имеет несколько модификаций [4], [5].

Недостатком известного устройства является то, что жесткий конус-пуансон предварительного расширения продольно-гофрированного пластыря выполнен с гладкой боковой поверхностью. Такой конус при расширении впадин пластыря создает обратный перегиб металла. В результате каждая из впадин образует двойные недожимы пластыря к колонне. Другим недостатком устройства является возможность заклинивания конуса-пуансона в обсадной колонне из-за незначительной разницы между их диаметрами.

Качество ремонта и повышение надежности достигается тем, что в устройстве для ремонта обсадных колонн, содержащем полую штангу с упором, формирующую упругую головку, жесткий конус-пуансон и установленный на штанге между упором и конусом-пуансоном продольно- гофрированный пластырь, конус-пуансон выполнен с продольными канавками, имеющими переменный ра­диус, увеличивающийся от меньшего основа­ния к большему, при этом выступы пласты­ря совмещены с продольными канавками конуса-пуансона, а угол наклона образующей канавок у большого основания конуса-пуан­сона составляет 35-40°.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении, общий вид,  на фиг. 2 — то же, в рабочем положении; на фиг. 3, 4 и 5 — этапы распрямления гофрированного пластыря;  на фиг. 6 - конус-пуансон, разрез.

Устройство для ремонта обсадных труб содержит формирующую упругую головку 1, жесткий конус-пуансон 2, и полую штангу 3. Спускается устройство в скважину к месту нарушения колонны на насосно-компрессорных или бурильных трубах 4 вместе с металлическим пластырем 5, который одним концом опирается на конус-пуансон  2, а от осе­вого перемещения вверх удерживается упором 6.

Жесткий конус-пуансон 2 представляет собой усеченный конус (фиг. 6), на боковой поверхности которого выполнены продольные радиусные канавки по числу впадин пластыря 5. Угол наклона образующей канавок 7, составляющий 9-12°, увеличивается до 35— 40° у большего основания конуса. Радиус канавок переменный. У меньшего основания (фиг. 3), конфигурация которого повторяет внутренний контур пластыря, он равен радиусу впадин пластыря, а затем увеличивается. Например, для конуса-пуансона, применяемого для ремонта  146 мм обсадных колонн, радиус канавок у меньшего основания (фиг.З) составляет  11  мм, в среднем сечении  (фиг.4) 16 мм, у большего основания конуса — 28 мм  (фиг. 5).

Установка пластыря в колонне обсадных труб осуществляется путем протягивания через него жесткого конуса-пуансона 2 и формирующей головки 1 (фиг. 2).

В начале, в без опорном (фиг. 3) и частично в опорном (фиг. 4 и 5) режиме расши­рения, когда выступы пластыря 5 начинают опираться о стенку обсадной трубы 8, про­цесс расширения пластыря конусом происходит при угле подъёма образующих канавок в 9-12°  (фиг.6). Впадины пластыря 5 при этом плотно прилегают к канавкам конуса-пуансона 2. Контакт их в нормальном сечении к ходу конуса-пуансона 2 в процессе деформации впадин благодаря переменному радиусу 7 всё время идет по дуге (фиг.3) без обратного перегиба металла, что и предотвращает образование недожимов. Затем в процесс расширения впадин включается участок конуса, на котором угол образующей канавок возрастает до 35-40°. Впадины пластыря 5, управляемые этим участком, резко поворачиваются и под таким углом разрывают контакт с конусом-пуансоном 2  (фиг. 6). Дальнейшее движение конуса-пуансона 2 приводит к возникновению внеконтактного расширения впадин пластыря 5 за счет угла поворота образующей канавок на 35—40°  и действия сил упругости сжатого участка пластыря. Окончательное прижатие пластыря к стенкам обсадной трубы 8 осуществляется упругой формирующей головкой 1.

Экспериментально установлено, что угол подъема образующей канавок 7 конуса-пуансона 2 значительно влияет на качество расширения пластыря и осевое  усилие прохождения конуса-пуансона. Угол подъема образующей менее 35° не дает или дает незначительное увеличение проходного диаметра пластыря, а угол подъема образующей более 40° ведёт к значительному увеличению необходимых осевых усилий для прохождения конуса-пуансона и ухудшению качества расширения. При величине угла подъема образующей ка­навок конуса равной 35-40°  после расширения пластыря конусом-пуансоном проходной диаметр увеличивается по отношению к диаметру конуса на 6-7 мм в  146 и до 8—9 мм обсадных трубах. Это позволяет соответствен­но уменьшить диаметр устройств для расшире­ния продольно-гофрированных пластырей, а значит повысить надежность их работы. При расширении пластыря гладким конусом с углом подъема образующей в 9-12°, как это принято в прототипе, проходной диаметр соответствует диаметру конуса-пуансона.

Следующее изобретение, так же относится к технике подземного ремонта скважины и предназначено для восстановления герметизации обсадных колонн нефтяных, водяных и газовых скважин.

 Целью разработки данного устройства являлось повышение надежности работы за счет предотвращения заклинивания профильных конусных упоров 9 в гофрированном пластыре  (ГП)  3 при одновременном упрощении его конструкции. Устройство содержит полую штангу (ПШ) 1 с радиальными отверстиями  2 и расположенные в полости  ГП  3 патрубка упоры 9.  По концам цилиндрических участков ГП 3 размещены нижний жестко связанный с  ПШ  1 и верхний узлы уплотнения  (УУ)  4,  с которыми жестко соединены упоры 9.  Под ГП 3 размещена дорнирующая головка  14,  с которой жестко связан нижний конец ПШ  1. Нижний УУ 4 установлен на срезном элементе на ПШ  1.  Под радиальными отверстиями 2 ПШ 1 имеет в своей полости перекрыватель потока в виде срезной заглушки  10 с фиксатором.   При подаче жидкости во внутреннюю полость ГП 3создается давление,  обеспечивающее расширение и прижатие ГП 3 до полного контакта  его гофрированной части к внутренней стенке обсадной колонны.

Герметизация внутренней полости ГП 3 обеспечивается  УУ 4.  В момент критического давления нижний УУ 4 опуска­ется по ПШ 1.  Одновременно при незначительном увеличении давления сре­зается фиксатор заглушки 10,  которая падает в расширенную полость ПШ 1; на расположенную в    ней ограничительную крестовину. Освобождается канал для передачи жидкости в головку  14. Размещенный в ней обратный клапан  15 при создании давления закрывается. 9 ил. Изобретение относится к технике подземного ремонта скважин,  а именно к устройствам для восстановления герметизации обсадных колонн нефтяных, водяных и газовых скважин.

На фиг. 1 изображен гофрированный пластырь с цилиндрическими концевыми участками; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - устройство в сборе с пластырем, общий вид; на фиг. 5 - положение пластыря после гидравлического воздействия на пластырь; на фиг. 6 - то же, после среза нижнего узла уплотнения; на фиг.7 -то же,  при его калибровке дорнирующей головкой в начальный период; на фиг. 8 - положение перекрывателя потока в момент расширения пластыря гидравлическим воздействием; на фиг. 9 - то же,  после его среза, разрез. Устройство состоит из  полой штанги 1 с радиальными отверстиями 2, расположенными внутри гофрированного пластыря 3,  узлов 4 уплотнения, закрепленных на полой штанге 1 в концевых цилиндрических частях гофрированного пластыря 3 и состоящих  из кольцевых эластичных втулок 5, чашеобразных манжет 6, ограничителя  7 и срезного ограничителя 8, размещенных вне гофрированного пластыря 3  за уз­лами 4 уплотнения, профильных конусных упоров 9,  расположенных на пере­ходах от гофрированной к цилиндрической поверхности пластыря  3 с обес­печением неподвижного положения пластыря при спуске в скважину и созда­ния условия для размещения уплотнительных элементов выше упоров в цилиндрических частях пластыря, перекрывателя потока в виде срезной заглушки 10 с фиксатором 11, установленных в полой штанге  1  под ее радиальными отверстиями, ограничительной крестовины  12,  расположенной в расширенной полости 13 штанги 1, дорнирующей гидравлической головки 14, закрепленной на нижнем конце полой штанги 1,  и обратного клапана  15, размещенного в гидравлической дорнирующей головке 14. Устройство спускается на насосно-компрессорных трубах 16 к месту  17 дефекта обсадкой трубы 18.

Устройство работает следующим образом.

После спуска устройства в сборе с пластырем на насосно-компрессорных трубах  16 в скважину к месту 17 дефекта в обсадной колонне  16 по полой штанге 1 через радиальные отверстия 2 во внутреннюю полость пла­стыря  3 подают жидкость и создают гидравлическое давление,  обеспечива­ющее расширение и прижатие пластыря до полного контакта его гофрированной части к внутренней стенке обсадной колонны.

Герметизация внутренней полости пластыря при создании давления обеспечивается за счет узлов 4 уплотнения, расположенных по концам пластыря в цилиндрических частях. Причем первоначально герметизация обеспечивается чашеобразными манжетами 6, а при росте давления надежность герметизации дополнительно повышается эластичными втулками 5,  которые под воздействием давления, перемещаясь совместно с чашеобразными манжетами в осевом направлении по штанге 1, сжимаются, а в радиальном направлении по диаметру увеличиваются, прочно контактируя с цилиндрической поверхностью пластыря с одновременным его расширением при росте  давления до критического момента.  В момент наступления критического  (расчетного) давления срезается ограничитель  (шайба)  8 и нижний узел 4 уплотнения перемещается по полой штанге вниз.  Одновременно при незначительном  (расчетном) увеличении давления срезается фиксатор 11 перекрывателя потока срезной заглушки 10, которая падает в расширенную полость 13 на ограничительную крестовину 12, освобождая канал для передачи жидкости в гидравлическую дорнирующую головку 14.  Обратный клапан 15 при создании давления в дорнирующей головке закрывается.

Процесс развальцовки цилиндрических концов пластыря и калибровки по всей его длине осуществляется путем протягивания под давлением гидрав­лической дорнирующей головкой при подъеме насосно-компрессорных труб на поверхности.  Так как полая штанга  1 имеет радиальные отверстия  2 с выходом жидкости в скважину, то поддержание необходимого давления в устройстве при развальцовке концов и калибровке пластыря обеспечивается за счет увеличения, производительности насоса.

Калибровку пластыря можно повторять многократными проходами гидрав­лической дорнирующей головки,  при этом спуск головки в исходное положение осуществляется без избыточного давления жидкости в системе.

После окончания процесса установки пластыря избыточное давление в системе снимается и устройство под­нимается на поверхность,  при этом слив жидкости из труб осуществляется через радиальные отверстия 2 устрой­ства.

Недостатком рассмотренных устройств является то, что жесткий конус-пуансон предварительного расширения продольно-гофрированного пластыря – находится в непосредственном контакте с пластырем и испытывает большие нагрузки тем самым быстро изнашиваясь требует частой замены. Другим недостатком устройств является возможность заклинивания в следствии непосредственного механического воздействия конуса-пуансона в обсадной колонне.

Выходом из данной ситуации может послужить применение другой технологии расширения пластыря. Воздействие на пластырь жидкостью под высоким давлением посредством пакерующего устройства, может решить описанные выше недостатки. Результатом работы является устройство для установки пластыря в скважине,   включающее по­лый корпус со сквозными радиальными отверстиями и закрепленный на нем по крайней мере один пакерующий элемент, заглушку на нижнем  конце корпуса, расширяемый пластырь и узел фиксации пластыря,  содержащий втулку и взаимо­действующие с ней подпружиненные упоры,  отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства и технологии его использования,  в скважине между заглушкой и наружной поверхностью корпуса выпол­нен кольцевой зазор,  в котором уста­новлена втулка узла фиксации пластыря причем в заглушке выполнены сквозные радиальные отверстия для размещения упоров,  а нижний конец пакерующего элемента установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения и связан с втулкой узла фиксации плас­тыря.

Изобретение относится к  эксплуа­тации скважин,   а именно к устройст­вам,  используемым для перекрытия мест повреждения обсадной колонии или зо­ны ухода промывочной жидкости.