EA027301B1 - Способ ремонта в скважине с дефектным участком и внутренним сужением обсадной колонны и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к способу восстановления герметичности обсадных колонн с любой протяженностью дефектного интервала и устройству для его осуществления. Способ ремонта обсадной колонны в скважине с дефектным участком и внутренним сужением, включающий определение всей информации по дефектному интервалу, предварительное цементирование внутреннего дефектного участка по всей длине, после затвердевания цемента фрезерование дефектного участка, спуск и установку колонны-перекрывателя в зону дефекта с фиксацией сверху при помощи механических плашек, цементирование колонны-перекрывателя через разбуриваемый обратный клапан, перед спуском в скважину нижний конец колонны-перекрывателя оснащают гидромеханическим толкательным оборудованием, а верхний конец верхней герметизирующей манжетой и плашкодержателем, установленными в корпусе, при спуске которой внутри корпуса закрепляют установочное оборудование, а после спуска колонны-перекрывателя приведенное в действие созданным гидравлическим давлением гидромеханическое толкательное оборудование выталкивает механические плашки и герметизирующую манжету и прижимает их к стенке обсадной колонны, подачей нагрузки вниз колонна-перекрыватель механическими плашками заклинивается к обсадной колонне, а герметизирующая манжета герметизирует полость между колоннами, затем вращением установочного оборудования отвинчивают его от колонны-перекрывателя и, приподняв до уровня обратного клапана, производят цементирование, после чего резким перемещением установочного оборудования вниз выталкивается плашкодержатель и верхние механические плашки заклиниваются к обсадной колонне, а верхняя герметизирующая манжета герметизирует полость между колоннами, после чего установочное оборудование поднимают на дневную поверхность. Устройство для осуществления способа, состоящее из колонны-перекрывателя с обратным клапаном на нижнем и механическими плашками на верхнем концах, на нижнем конце колонны-перекрывателя внутри силового цилиндра размещен взаимодействующий с механическими плашками и герметизирующей манжетой поршневой гидромеханический толкатель, верхний конец колонны-перекрывателя снабжен герметизирующей манжетой и плашкодержателем, установленными в корпусе, внутри которого закреплен с возможностью перемещения по оси и передачи крутящего движения бамперный переводник, к нижнему концу которого при помощи промежуточной колонны на уровне гидромеханического толкателя закреплен имеющий боковое отверстие и приподнятый пружиной направленной вверх по центру оси от седла регулирующий клапан.

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к капитальному ремонту вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин на суше и море, к способу восстановления герметичности обсадных колонн с любой протяженностью дефектного интервала и устройству для его осуществления.

Известен способ восстановления герметичности дефектных интервалов обсадной колонны большой протяженностью способом глубинной подвески спускаемых дополнительных обсадных колонн (летучей колонны) на опорных поверхностях в обсаженном стволе скважины с последующим их цементированием [1].

Упорами, на которых устанавливают спускаемую летучую колонну, могут быть внутренние проточки в толстостенных патрубках, устанавливаемых на нижнем участке предыдущей колонны перед ее спуском в скважину, верхняя часть ранее спущенного хвостовика, зона перехода от большего диаметра к меньшему при двухразмерной промежуточной колонне. Каждому виду опорной поверхности соответствует подвесное устройство, которым оборудуют спускаемую летучую колонну.

В этих случаях упорные элементы различного типа устанавливают в обсаженном стволе скважины в процессе ее строительства, не имея информации о месте расположения будущего дефектного интервала обсадной колонны.

Оборудование для осуществления этого способа включает упорные элементы различного типа, на которых устанавливают спускаемую летучую колонну, перекрывающую весь дефектный интервал обсадной колонны и обратный клапан, закрепленный выше упорного элемента.

Поэтому основным недостатком известного способа при расположении дефекта колонны в верхнем или среднем интервале колонны является необходимость спуска летучей колонны длиною, многократно превышающей длину дефектного интервала обсадной колонны, что приводит к неоправданным расходам труб, цемента, трудовых затрат и рабочего времени.

Известен способ ремонта обсадной колонны в скважине с дефектным участком и внутренним сужением обсадной колонны, включающий определение всей информации по дефектному интервалу, спуск и установку дополнительной летучей колонны с фиксацией напротив дефектного интервала и последующим цементированием, внутреннее сужение обсадной колонны предварительно перед спуском дополнительной летучей колонны вырезают по всей длине фрезерованием, после чего по всей длине и периметру этого выреза направленным потоком жидкости вымывают породу из дефектного интервала до тех пор, пока на устье не перестанет выходить вымываемая порода, перед спуском дополнительную летучую колонну оснащают подпружиненным наружу упором с наружными переточными каналами, который, расширяясь при спуске дополнительной летучей колонны, фиксирует ее относительно верхней кромки выреза обсадной колонны так, что дополнительная летучая колонна перекрывает весь дефектный интервал [2].

Оборудование для осуществления этого способа включает забойный фрезер, который по всей длине внутреннего сужения вырезает участок обсадной колонны, присоединенный к нижнему концу дополнительной перекрывающей колонны подпружиненный наружу упор с наружными переточными каналами, которые в сжатом состоянии спускают в обсадную колонну, тем самым ограничивают перемещение обсадной колонны на уровне нижней кромки вырезанного участка и навинченный на подружиненный упор на конце перекрывающей колонны обратный клапан, обеспечивающий цементирование.

Недостатки этого способа и оборудования к нему:

ограниченная область применения, а именно если нет ощутимой деформации дефектной колонны внутрь, т.е. если нарушения состоят из отверстий, трещин, сломов и перфорационных отверстий, нарушений в резьбовых соединениях, механических и коррозионных износов и др., то этот способ неприемлем, т.к. в перечисленных выше случаях невозможно создание опорного гнезда;

герметичность между колоннами (дополнительной и обсадной) ненадежна, т.к. в межколонном пространстве помимо цемента нет запасных дополнительных уплотнительных элементов;

ввиду отсутствия приспособления (устройства), обеспечивающего центрирование колонн (обсадной и дополнительной) относительно друг друга, цементирование происходит односторонне и некачественно;

и-за отсутствия плавного перехода между колоннами (дополнительной и обсадной) в последующем при проведении спуско-подъемных операций в местах стыка постоянно будут наблюдаться динамические удары, что станет причиной недолговечности ремонтно-восстановительной операции колонн указанным способом и др.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ ремонта обсадных колонн в скважине с дефектным участком и внутренним сужением обсадной колонны, включающий определение всей информации по дефектному интервалу, предварительное цементирование внутреннего дефектного участка по всей длине, после затвердевания цемента фрезерование дефектного участка, спуск и установку дополнительной летучей колонны в зону дефекта с фиксацией сверху при помощи механических плашек, цементирование дополнительной летучей колонны через разбуриваемый обратный клапан [3].

В известном способе, определив всю информацию по дефектному интервалу, устраняют внутреннее сужение обсадной колонны с тем, чтобы спускаемая дополнительная летучая колонна могла беспрепятственно пройти дефектный интервал и полностью перекрыть его. Дополнительная летучая колонна с по- 1 027301 мощью захватного элемента подвешивается к обсадной колонне, а также центрируясь, цементируется через разбуриваемый обратный клапан.

Оборудование для осуществления этого способа включает забойный фрезер, посредством которого внутренний диаметр обсадной колонны доводят до требуемого размера с тем, чтобы спускаемая дополнительная летучая колонна, беспрепятственно пройдя дефектный интервал, полностью перекрыла его, разбуриваемый обратный клапан, присоединяемый к нижнему концу дополнительной летучей колонны и предназначенный для ее цементирования, механические плашки, установленные на верхнем конце дополнительной летучей колонны и предназначенные для подвешивания ее к обсадной колонне и центрирующий элемент, обеспечивающий качественное цементирование.

Недостатки этого способа и оборудования к нему:

переход от обсадной колонны к дополнительной летучей колонне не плавный, а значит в дальнейшем при эксплуатации скважины инструменты и оборудование, касающиеся стенок скважины во время движения с определенной скоростью, будут сопровождаться динамическими ударами, что приведет к уменьшению срока службы дополнительной летучей колонны;

из-за отсутствия центрирования нижнего конца дополнительной летучей колонны, а следовательно и фиксации ее к обсадной колонне, невозможно качественное цементирование ее заколонного пространства, и за короткий период может нарушиться герметичность и возникнуть сообщение между пластами;

или же дополнительная перекрывающая колонна под воздействием динамических ударов соскользнет на забой скважины;

герметичность создается только за счет цемента и в случае низкого его качества и при отсутствии дополнительных страхующих элементов данный способ нельзя считать надежным;

после завершения предусмотренных работ требуется проведение дополнительных буровых работ, т.е. разбуривание обратного клапана, что повышает трудоемкость и себестоимость способа.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа за счет расширения функциональных возможностей и повышение надежности ремонта обсадной колонны с произвольной протяженностью дефектного участка, имеющей нарушения от воздействия различных факторов в форме отверстий, сломов, разрывов и др., а также с внутренним сужением обсадной колонны.

Способ ремонта обсадной колонны в скважине с дефектным участком и внутренним сужением, включающий определение всей информации по дефектному интервалу, предварительное цементирование дефектного участка с внутренним сужением по всей длине, после затвердевания цемента фрезерование этого дефектного участка, спуск и установку колонны-перекрывателя в зону дефекта с фиксацией сверху при помощи механических плашек, цементирование заколонного пространства колонныперекрывателя через разбуриваемый обратный клапан, перед спуском в скважину нижний конец колонны-перекрывателя оснащают гидромеханическим толкательным оборудованием, а верхний конец верхней герметизирующей манжетой и плашкодержателем, установленными в корпусе, при спуске которой внутри корпуса закрепляют установочное оборудование, а после спуска колонны-перекрывателя приведенное в действие созданным гидравлическим давлением гидромеханическое толкательное оборудование выталкивает механические плашки и герметизирующую манжету и прижимает их к стенке обсадной колонны, подачей нагрузки вниз колонна-перекрыватель механическими плашками заклинивается к обсадной колонне, а герметизирующая манжета герметизирует полость между колоннами, затем вращением установочного оборудования отвинчивают его от колонны-перекрывателя и приподняв до уровня обратного клапана производят цементирование, после чего резким перемещением установочного оборудования вниз выталкивается плашкодержатель и верхние механические плашки заклиниваются к обсадной колонне, а верхняя герметизирующая манжета герметизирует полость между колоннами, после чего установочное оборудование поднимают на дневную поверхность.

Устройство для осуществления способа, состоящее из колонны-перекрывателя с обратным клапаном на нижнем и механическими плашками на верхнем концах, на нижнем конце колонныперекрывателя внутри силового цилиндра размещен взаимодействующий с механическими плашками и герметизирующей манжетой поршневой гидромеханический толкатель, верхний конец колонныперекрывателя снабжен герметизирующей манжетой и плашкодержателем, установленными в корпусе, внутри которого закреплен с возможностью перемещения по оси и передачи крутящего движения бамперный переводник, к нижнему концу которого при помощи промежуточной колонны на уровне гидромеханического толкателя закреплен имеющий боковое отверстие и приподнятый пружиной направленной вверх по центру оси от седла регулирующий клапан.

Ремонт обсадной колонны заключается в сборе всей информации по дефектному интервалу, выправлении внутренних сужений максимальным приближением внутреннего диаметра к первоначальным размерам, спуске колонны-перекрывателя, полностью перекрывающей дефектный интервал, фиксации ее ниже дефектного участка, герметизации и цементировании межколонного пространства и, наконец, зафиксировав верхний конец колонны-перекрывателя, повторно герметизируя межколонное пространство, создании плавного перехода между колоннами.

Тем самым, колонна-перекрыватель заклинивается к обсадной колонне, ограничивается осевое перемещение вниз ее нижнего конца, обеспечивается ее центрирование и межколонное пространство гер- 2 027301 метизируется, пространство между колоннами и пустоты на дефектных участках заполняются цементом, ограничивается осевое перемещение верхнего конца колонны-перекрывателя сверху, происходит заклинивание обсадной колонны, центрирование, герметизация зазора между колоннами, в результате чего создается плавный переход между колоннами, что является предпосылкой надежности и долговечности ремонта обсадной колонны.

На фиг. 1 показаны дефектные участки и внутреннее сужение аварийной обсадной колонны до ремонта;

на фиг. 2 - цементирование внутреннего сужения дефектной обсадной колонны перед фрезерованием; на фиг. 3 - внутреннее сужение обсадной колонны после фрезерования; на фиг. 4 - подготовка колонны-перекрывателя перед спуском в скважину; на фиг 5 -гидромеханический толкатель в увеличенном виде (см. фиг. 4, 11);

на фиг. 6 - увеличенное изображение корпуса, снабженного герметизирующей манжетой и плашкодержателем (см. фиг. 4, 11-13);

на фиг. 7 - увеличенное изображение бамперного переводника (см. фиг. 4, 6); на фиг. 8 - то же в разрезе А-А;

на фиг. 9 - увеличенное изображение регулирующего клапана (см. фиг. 4, 11, 12); на фиг. 10 - его же вид в разрезе А-А;

на фиг. 11 - он же в положении после спуска в дефектную зону, когда под действием гидравлического давления нижняя часть механическими плашками прижимается к обсадной колонне и герметизирующие манжеты закрывают зазор между колоннами;

на фиг. 12 - состояние после того, как компоновочное оборудование, отвинчиваясь, было поднято до уровня обратного клапана и проведены работы по цементированию;

на фиг. 13 - состояние обсадной колонны после ремонта дефектного участка.

Способ ремонта обсадной колонны в скважине с дефектным участком и внутренним сужением и устройство для осуществления способа описаны ниже.

Перед ремонтом обсадной колонны 1 (фиг. 1) посредством геофизических исследований полностью определяется дефектная зона и выявляются участки с нарушениями герметичности 2 и места сломов и сужений 3.

Затем в местах сужений и сломов обсадной колонны 1 одним из известных способов (на фигуре не показано) устанавливают цементный мост 4 (фиг. 2) с тем, чтобы впоследствии при очистке зоны деформации от обломков металла и цемента предупредить возникновение аварий, связанных с прихватом инструмента (фрезера).

После того как цемент затвердеет, с помощью фрезера 5 суженная часть обсадной колонны 1 расширяется так, чтобы дополнительная колонна вместе с установочным оборудованием беспрепятственно пройдя, полностью перекрыла весь дефектный участок 2 (фиг. 2, 3).

Устройство (фиг. 4) с помощью спусковой колонны бурильных или насосно-компрессорных труб 6, присоединенное к установочному оборудованию, спускается в дефектную зону 2 обсадной колонны 1 (фиг. 3, 11).

Устройство состоит из колонны-перекрывателя 8, к нижнему концу которой резьбовым соединением привинчен обратный клапан 7, а верхний конец снабжен резьбовым соединением. К нижнему концу обратного клапана 7 с помощью муфты 9 присоединен корпус гидромеханического толкателя 10 (фиг. 5), снабженный силовым цилиндром 11 так, что наружное регулировочное отверстие 12 отличалось по уровню от отверстия 13 на корпусе, а одно из плеч поршня 14 взаимодействует с механическими плашками 15, другое - с шайбой 16, а та, в свою очередь, - с герметизирующей манжетой 17.

На верхнюю часть корпуса 18 с внутренней левой резьбой насаживается верхняя герметизирующая манжета 19 вместе с верхними механическими плашками 21, расположенными на плашкодержателе 20, нижняя часть при помощи муфты 9 присоединяется к колонне-перекрывателю 8 (см. фиг. 4, 6, 11-13). На внутренней поверхности верхней части корпуса 18 нарезана левая резьба для присоединения к спусковой колонне бурильных или насосно-компрессорных труб 6, пилотный конец бамперного переводника 22, снабженный многозаходной резьбой, наружной поверхностью привинчен к подвижному сердечнику 23, на верхнем конце которого имеется многовходовая резьба, соответствующая резьбе пилотного бамперного переводника 22, а тот на наружной поверхности имеет шлицевое соединение, взаимодействующее с соответствующими шлицами наружной рубашки 24, жестко соединенной с бамперным переводником 22, и изнутри соединительной трубой 25 привинчивается к низу установочного оборудования (фиг. 4, 6-8).

Установочное оборудование состоит из присоединенной сверху к бамперному переводнику 22 спусковой колонны бурильных или насосно-компрессорных труб 6, к нижней части бамперного переводника 22 посредством внутреннего резьбового соединения жестко привинченной соединительной колонны труб 25 и к ее нижнему концу резьбовым соединением жестко соединенного с помощью корпуса 27 с боковыми отверстиями 26 регулирующего клапана 28, а он из своего тарельчатого седла посредством пружины 29, упираясь к опоре 30, остается в открытом состоянии (фиг. 4, 9, 11, 12).

Ниже приводится применение предлагаемого способа на практике с помощью описанного выше устройства.

- 3 027301

Во время спуска заполнение устройства скважинной жидкостью происходит через регулирующий клапан 28 (фиг. 9, 11, 12). После доставки его на требуемую глубину закачкой жидкости в устройстве создают гидравлическое давление, под действием которого регулирующий клапан 28, прижимаясь в свое тарельчатое седло, через боковое отверстие 26 (фиг. 9, 11, 12) посредством отверстия 13 гидромеханического толкателя 10, войдя в камеру силового цилиндра 11, толкает плечи поршня 14, те же, будучи взаимосвязанными с механическими плашками 15 и герметизирующей манжетой 17, передвигая механические плашки 15 по наклонной поверхности, упираясь, заклинивают обсадную колонну 1, другой толкатель с помощью шайбы 16 герметизирующей манжетой 17 герметизирует полость между колоннами (фиг. 5, 9, 11). Когда поршень 14 силового цилиндра 11 сравняется с наружным регулировочным отверстием 12, на устье фиксируют падение давления и в этот момент разгрузкой (перемещением вниз) устройство вместе с колонной- перекрывателем 8, центрируясь, насаждают на обсадную колонну 1 (фиг. 1) и дополнительным нагружением заклинивают.

Спусковую колонну бурильных или насосно-компрессорных труб 6 приподнимают вверх до тех пор, пока подвеска не уменьшится до собственного веса установочного оборудования, правым отворотом отворачивают установочное оборудование в месте жесткого левого резьбового соединения к корпусу 18 (фиг. 4, 6, 7, 11, 12), приподнимают его вверх до тех пор, пока отверстия 26 клапана 28 (фиг. 9, 10, 12) не уравняются с отверстиями обратного клапана 7, привинчеенного к колонне-перекрывателю 8 (фиг. 12).

Затем одним из известных способов цементный раствор, закачиваемый внутрь спусковой колонны бурильных или насосно-компрессорных труб 6, проходя через отверстия обратного клапана 7 и боковое отверстие 26 регулирующего клапана 28, полностью цементирует весь дефектный интервал (фиг. 9, 10, 12).

Далее спусковую колонну труб вращением резко (на мгновение) опускают вниз. В этот момент пилотная головка с многозаходной резьбой, находящаяся в элементе бамперного переводника 22, соединяясь с его подвижным сердечником 23, обеспечивает удар кожуха наружной рубашки 24 о плашкодержатель 20 (фиг. 6, 7, 8, 13). В это время толкаемая по конической поверхности верхняя механическая плашка 21 упирается в обсадную колонну 1, а верхняя герметизирующая манжета 19 герметизирует полость между корпусом 18 и обсадной колонной 1, верхняя часть плашкодержателя 20, деформируясь, прижимается к обсадной колонну 1, и после завершения всех этих работ установочное оборудование вместе с колонной спусковых труб 6 поднимается на поверхность (фиг. 13).

Источники информации

1. А.И. Булатов Теория и практика заканчивания скважин, М, Недра, 1998 г, 3-й том, стр. 330335.

2. КИ 2347888, Е21 В29/10, 2009.

3. КИ 2386779, Е21 В29/10, 2010.

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для ремонта обсадной колонны в скважине с дефектным участком и внутренним сужением обсадной колонны, состоящее из колонны-перекрывателя с обратным клапаном на нижнем и механическими плашками на верхнем концах, отличающееся тем, что на нижнем конце колонныперекрывателя внутри силового цилиндра размещен взаимодействующий с механическими плашками и герметизирующей манжетой поршневой гидромеханический толкатель, верхний конец колонныперекрывателя снабжен герметизирующей манжетой и плашкодержателем, установленными в корпусе, внутри которого закреплен с возможностью перемещения по оси и передачи крутящего движения бамперный переводник, к нижнему концу которого при помощи промежуточной колонны на уровне гидромеханического толкателя закреплен имеющий боковое отверстие и приподнятый пружиной, направленной вверх по центру оси от седла, регулирующий клапан.
2. 2. Способ ремонта обсадной колонны в скважине с дефектным участком и внутренним сужением обсадной колонны с использованием устройства по п.1, включающий определение всей информации по дефектному участку, предварительное цементирование внутреннего дефектного участка по всей длине, после затвердевания цемента фрезерование дефектного участка, спуск и установку колонныперекрывателя в зону дефекта с фиксацией сверху при помощи механических плашек, цементирование колонны-перекрывателя через разбуриваемый обратный клапан, отличающийся тем, что перед спуском в скважину оснащают нижний конец колонны-перекрывателя гидромеханическим толкательным оборудованием, а верхний конец оснащают верхней герметизирующей манжетой и плашкодержателем, установленными в корпусе, закрепляют внутри корпуса установочное оборудование при спуске колонны перекрывателя, после чего создают условия гидравлического давления, так что гидромеханическое толкательное оборудование выталкивает механические плашки и герметизирующую манжету, прижимая их к стенке обсадной колонны, подачей нагрузки вниз заклинивают колонну-перекрыватель механическими плашками к обсадной колонне, а полость между колоннами герметизируют герметизирующей манжетой, затем отвинчивают установочное оборудование от колонны-перекрывателя и, приподняв до уровня обратного клапана, производят цементирование, после чего выталкивают плашкодержатель путем резкого

   - 4 027301 перемещения установочного оборудования вниз, так что верхние механические плашки заклиниваются к обсадной колонне, а верхняя герметизирующая манжета герметизирует полость между колоннами, после чего установочное оборудование поднимают на дневную поверхность.