RU2010945C1

RU2010945C1 - Device for repairing casing string in well

Info

Publication number: RU2010945C1
Authority: RU
Inventors: Альберт Васильевич Иванов
Original assignee: Альберт Васильевич Иванов
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: well operation. SUBSTANCE: device has a bearing unit rigidly connected to a rod and positioned over a coupling in the cavity of a lower power cylinder of a hydraulic jack for engagement of the outer surface of the bearing unit with the inner surface of the lower power cylinder. The bearing unit is made in the form of a body with casings in which bodies of revolution are located. EFFECT: improved reliability. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для установки металлических пластырей в скважинах с целью восстановления герметичности обсадных колонн. Устройство может быть использовано для установки пластырей в открытом стволе скважины с целью изоляции отдельных участков ствола при борьбе с обвалами, поглощениями, аномальными давлениями. The invention relates to the oil industry and is intended for the installation of metal adhesives in wells in order to restore the tightness of the casing. The device can be used to install adhesives in an open wellbore in order to isolate individual sections of the wellbore in dealing with collapses, absorption, and abnormal pressures.

Известно устройство для установки пластыря в обсадной колонне, включающее полый корпус с установленными в его верхней части гидравлическим якорем, в корпусе которого расположены телескопически связанные неподвижная внутренняя и подвижная наружная втулки, и упором в нижней части, гидродомкрат в виде телескопически связанного с корпусом полого штока с поршнем, установленную на полом штоке гидродомкрата гидромеханическую дорнирующую головку и расположенный между ней и упором корпуса ремонтный пластырь [1] . A device for installing a patch in a casing is known, including a hollow body with a hydraulic anchor installed in its upper part, in the body of which there are telescopically connected stationary internal and movable external sleeves, and with a stop in the lower part, a hydraulic jack in the form of a hollow rod telescopically connected to the body with a piston mounted on the hollow rod of the hydraulic jack of the hydromechanical dornier head and a repair patch located between it and the body stop [1].

Недостаток устройства заключается в низкой надежности работы устройства. The disadvantage of this device is the low reliability of the device.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для установки металлического пластыря в скважине, включающее якорь, гидродомкрат с поршневой системой, шток с радиальными каналами, гидравлически соединяющими полости гидродомкрата и штока и соответствующими им уплотнениями, соединительную муфту, размещенную на штоке, пластырь и дорнирующую головку с кулачками [1] . The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a device for installing a metal patch in a well, including an anchor, a hydraulic jack with a piston system, a rod with radial channels that hydraulically connect the cavity of the hydraulic jack and the rod and their corresponding seals, a connecting sleeve located on the rod , plaster and dornorny head with cams [1].

Основной недостаток как и у аналога является низкая надежность работы. Это объясняется тем, что полый шток гидродомкрата жестко соединен со штангой, на нижнем конце которой закреплена дорнирующая головка. Пластырь имеет длину до 30 м, таким образом систему шток-штанга - дорнирующая головка можно рассматривать как балку с защемленным концом, имеющую консоль длиной минимум 10 м (пластырь длиной менее 9 м не находит практического применения из-за невозможности точно установить место негерметичности, а затем точно установить в этом месте пластырь, даже в случае, если размеры повреждения обсадной трубы имеют малую протяженность по длине). При таких размерах консоли даже небольшие усилия, перпендикулярные оси штока, вызывают его изгиб. Целый ряд факторов вызывает появление усилий, перпендикулярных оси штока: наличие начальной стрелки прогиба пластыря, который по этой причине невозможно точно установить по оси штока. Начальная стрелка прогиба увеличивается при сжатии длинного пластыря до 30 м усилием до 250 кН. Пластырь имеет отклонение от геометрической формы в поперечном сечении (допуски точности изготовления гофр). The main disadvantage of the analogue is its low reliability. This is due to the fact that the hollow rod of the hydraulic jack is rigidly connected to the rod, at the lower end of which the dornier head is fixed. The patch has a length of up to 30 m, thus the rod-rod system - the head can be considered as a beam with a pinched end, with a cantilever of at least 10 m (the patch is less than 9 m long does not find practical use because of the impossibility to accurately determine the place of leakage, and then precisely install the patch in this place, even if the damage dimensions of the casing are small in length). With such console dimensions, even small forces perpendicular to the axis of the stem cause it to bend. A number of factors cause the appearance of forces perpendicular to the axis of the rod: the presence of the initial arrow of deflection of the patch, which for this reason cannot be accurately established along the axis of the rod. The initial arrow of the deflection increases when a long patch is compressed to 30 m with a force of up to 250 kN. The patch has a deviation from the geometric shape in the cross section (tolerances for the accuracy of manufacturing corrugations).

Усилия, перпендикулярные оси штока, возникают при применении дорна в скважинах с резким набором кривизны, в горизонтальных скважинах, в которых возможно неравномерное осаждение песка между внутренней поверхностью обсадной трубы и нерасширенной частью пластыря. Efforts perpendicular to the axis of the rod arise when the mandrel is used in wells with a sharp set of curvature, in horizontal wells in which uneven deposition of sand is possible between the inner surface of the casing and the unexpanded part of the patch.

Изгиб штока крайне нежелателен, так как шток испытывает большие напряжения растяжения от осевой нагрузки при расширении пластыря, которые складываются с напряжениями от изгиба и могут привести к его разрушению. С другой стороны, многократно возрастает сопротивление перемещению изогнутого штока в уплотнениях и поршней в цилиндрах, которые жестко закреплены на штоках, приводя к их быстрому износу, а нередко и выходу из строя. Сопротивление перемещению изогнутого штока возрастает настолько, что часто поршни не проходят в цилиндрах полный ход 1500 мм и как следствие недостаточно прочно оказывается закреплен пластырь к обсадной колонне на первоначальном участке, отчего при последующих шагах расширения он смещается и место негерметичности обсадной трубы может оказаться неперекрытым. The bending of the rod is extremely undesirable, since the rod experiences high tensile stresses from axial load during expansion of the patch, which add up to stresses from bending and can lead to its destruction. On the other hand, the resistance to movement of the bent rod in seals and pistons in the cylinders, which are rigidly fixed to the rods, increases their wear and tear, and often leads to failure. The resistance to movement of the bent rod increases so that often the pistons do not pass a full stroke of 1500 mm in the cylinders and as a result, the patch is not firmly fixed to the casing in the initial section, which makes it move during subsequent expansion steps and the casing leak may not be covered.

Целью изобретения является повышение надежности работы за счет исключения изгиба штока гидродомкрата. The aim of the invention is to increase reliability by eliminating the bending of the stem of the hydraulic jack.

Достигается это тем, что устройство снабжено опорным узлом, служащим одновременно направляющим элементом, размещенным над соединительной муфтой в нижней полости гидродомкрата и закрепленным на штоке с возможностью контакта с внутренней поверхностью последнего. При этом опорный узел имеет корпус, в обоймах которого расположены направляющие тела вращения, например, выполненные в виде плоского диска, эллипса или металлических шариков. This is achieved by the fact that the device is equipped with a support unit that serves simultaneously as a guiding element, placed above the coupling in the lower cavity of the hydraulic jack and mounted on the rod with the possibility of contact with the inner surface of the latter. In this case, the support unit has a housing, in the holders of which are guiding bodies of revolution, for example, made in the form of a flat disk, ellipse or metal balls.

Опорный узел воспринимает усилия, перпендикулярные оси, и передает их на мощный корпус гидродомкрата, таким образом исключается изгиб штока, что повышает надежность работы устройства. The support unit senses the forces perpendicular to the axis and transfers them to the powerful hydraulic jack housing, thus eliminating the bending of the rod, which increases the reliability of the device.

С другой стороны, так как шток все время остается прямым (опорный узел не дает штоку прогибаться), то усилие трения при проходе штока в уплотнениях не возрастает, имеет минимальное значение вследствие равномерного кругового зазора, что создает благоприятные условия работы уплотнений штока и поршней. Эти факторы способствуют тому, что поршни в цилиндрах (а как следствие и дорнирующая головка) всегда проходят свой полный ход, а, следовательно, пластырь надежно закрепляется в обсадной колонне при первом проходе, исключается проскальзывание пластыря по обсадной колонне при последующих проходах, что повышает надежность работы устройства. On the other hand, since the rod remains straight all the time (the bearing assembly prevents the rod from bending), the friction force does not increase during the passage of the rod in the seals, it has a minimum value due to the uniform circular clearance, which creates favorable working conditions for the rod and piston seals. These factors contribute to the fact that the pistons in the cylinders (and, as a consequence, the cutting head) always pass their full stroke, and, therefore, the patch is firmly fixed in the casing during the first pass, the slip of the patch on the casing during subsequent passes is excluded, which increases reliability device operation.

Признаки, вынесенные во второй пункт формулы, развивают и уточняют совокупность отдельного существенного признака (опорного узла), которые способствуют достижению искомого положительного эффекта и квалифицируются как частный существенный признак технического решения задачи. Введение его не приводит к нарушению требования единства изобретения. The signs made in the second paragraph of the formula, develop and clarify the totality of a single essential feature (reference node), which contribute to the achievement of the desired positive effect and qualify as a private essential feature of a technical solution to the problem. Its introduction does not violate the requirement of unity of invention.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства в исходном положении; на фиг. 2 - то же, после подачи давления и перемещения поршней гидродомкрата в верхнее положение; на фиг. 3 - после подъема устройства наземной грузоподъемной установкой, на величину хода поршней (устройство подготовлено для совершения следующего хода расширения пластыря подачей давления); на фиг. 4 - поперечное сечение устройства по А-А на фиг. 1 (в месте установки опорного узла); на фиг. 5 - осевое сечение опорного узла; на фиг. 6 - показана расчетная схема известного устройства; на фиг. 7 - то же, предлагаемого устройства. In FIG. 1 shows a General view of the device in its original position; in FIG. 2 - the same, after applying pressure and moving the pistons of the hydraulic jack to the upper position; in FIG. 3 - after lifting the device with a ground lifting device, by the amount of piston stroke (the device is prepared for the next course of expansion of the patch by applying pressure); in FIG. 4 is a cross-sectional view of the device along AA in FIG. 1 (at the installation site of the support node); in FIG. 5 is an axial section of a support assembly; in FIG. 6 - shows a design diagram of a known device; in FIG. 7 - the same, the proposed device.

Устройство для установки пластыря состоит из якоря Б, гидродомкрата В, муфты Г и дорнирующей головки Д. Якорь состоит из корпуса 1, в окнах которого размещены подвижные секторы 2, расположенные на упругой диафрагме 3. Корпус связан с колонной насосно-компрессорных труб 4, на которых устройство спускается к месту повреждения обсадной трубы 5. The device for installing the patch consists of an anchor B, a hydraulic jack B, a sleeve G and a turning head D. The anchor consists of a housing 1, in the windows of which movable sectors 2 are located, located on the elastic diaphragm 3. The housing is connected to the tubing string 4, which the device descends to the damage site of the casing 5.

Гидродомкрат состоит из силовых цилиндров 6, внутри цилиндров на полом штоке 7 закреплены поршни 8. Рабочая жидкость поступает в цилиндры через радиальный канал 9, выполненный в полом штоке 7. Радиальный канал 10 в штоке служит для подачи рабочей жидкости в дорнирующую головку после прохода им уплотнения 11, когда оно оказывается в нижнем цилиндре гидродомкрата. В нижней полости гидродомкрата 12 расположен опорный узел 13, состоящий из корпуса 14 с обоймой 15, в которой расположены направляющие тела вращения 16. Шток муфтой Г соединен со штангой 17, на нижнем конце которой закреплена дорнирующая головка Д, состоящая из кулачков 18, расположенных на упругой трубчатой диафрагме 19. Пластырь 20 расположен между нижним торцом корпуса гидродомкрата 21 и дорнирующей головкой. The hydraulic jack consists of power cylinders 6, pistons are fixed on the hollow stem 7 inside the cylinders 8. The working fluid enters the cylinders through a radial channel 9 made in the hollow stem 7. The radial channel 10 in the stem serves to supply the working fluid to the mandrel head after it passes the seal 11 when it is in the lower cylinder of the hydraulic jack. In the lower cavity of the hydraulic jack 12 there is a support node 13, consisting of a housing 14 with a cage 15, in which the guiding bodies of revolution 16 are located. The rod is connected by a sleeve G to a rod 17, at the lower end of which a turning head D is mounted, consisting of cams 18 located on an elastic tubular diaphragm 19. The patch 20 is located between the lower end of the housing of the hydraulic jack 21 and the mandrel head.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На трубах 4 устройство спускается к месту повреждения обсадной трубы 5. После спуска на заданную глубину в устройстве создают избыточное давление наземной насосной установкой. Рабочая жидкость по трубам 4 поступает под упругую диафрагму 3 якоря, которая, расширяясь, выдвигает в радиальном направлении сектора 2 до упора в стенку обсадной трубы. Одновременно рабочая жидкость через отверстия 9 поступает под поршни 8. Поршни со штоком 7 и дорнирующей головкой Д начинают перемещаться вверх. Как только радиальный канал 10 в штоке гидродомкрата пройдет уплотнение 11, рабочая жидкость поступает под упругую диафрагму 19 дорнирующей головки Д, расширяя ее в радиальном направлении и раздвигая кулачки 18 до упора в пластырь 20. При этом опорный узел 13 перемещается вместе со штоком, а направляющие тела вращения 16 перекрываются по внутренней поверхности нижней полости корпуса гидродомкрата, препятствуя изгибу штока. On pipes 4, the device descends to the place of damage to the casing 5. After descent to a predetermined depth, excess pressure is created in the device by the surface pumping unit. The working fluid through the pipes 4 enters under the elastic diaphragm 3 of the armature, which, expanding, extends in the radial direction of sector 2 until it stops against the wall of the casing. At the same time, the working fluid through the holes 9 enters under the pistons 8. The pistons with the rod 7 and the turning head D begin to move up. As soon as the radial channel 10 in the rod of the hydraulic jack passes the seal 11, the working fluid enters under the elastic diaphragm 19 of the head of the head D, expanding it in the radial direction and pushing the cams 18 all the way into the plaster 20. In this case, the support unit 13 moves with the rod, and the guides bodies of revolution 16 overlap along the inner surface of the lower cavity of the hydraulic jack housing, preventing bending of the rod.

Как только поршни переместятся в крайнее верхнее положение, давление рабочей жидкости сбрасывают и наземной грузоподъемной установкой поднимают устройство на величину хода поршней, при этом дорнирующая головка удерживается пластырем, частично запрессованным в обсадную трубу. Затем опять создают давление рабочей жидкости и рабочий цикл повторяется. As soon as the pistons move to their highest position, the pressure of the working fluid is relieved and the ground lifting device raises the device by the size of the stroke of the pistons, while the mandrel head is held by a plaster partially pressed into the casing. Then again create the pressure of the working fluid and the duty cycle is repeated.

Заявляемое устройство обеспечивает повышение надежности работы за счет исключения изгиба штока путем закрепления на нижнем конце его опорного узла, служащего одновременно направляющим элементом, воспринимающего нагрузки перпендикулярные оси штока и передающего их на корпус гидродомкрата. The inventive device provides increased reliability by eliminating the bending of the rod by fixing on the lower end of its support node, which serves as a guide element, which receives loads perpendicular to the axis of the rod and transfers them to the body of the hydraulic jack.

Исключение изгиба штока создает благоприятные условия для работы уплотнений штока и поршней (вследствие равномерного кольцевого зазора), что удлиняет срок их службы и исключает работы, связанные с их заменой. The exception of the rod bending creates favorable conditions for the operation of the rod seals and pistons (due to the uniform annular gap), which lengthens their service life and eliminates the work associated with their replacement.

Другим большим преимуществом исключение изгиба штока является расширение области применения устройства, то есть возможность работы в скважинах с резким набором кривизны и в горизонтальных скважинах. Another great advantage of eliminating the bending of the rod is the expansion of the scope of the device, that is, the ability to work in wells with a sharp set of curvature and in horizontal wells.

Экономический эффект от ремонта скважин стальными пластырями составляет по Западной Сибири в среднем 30 тысяч рублей на одну скважину. За 1 год ремонтируется 200-300 скважин. По экспертной оценке специалистов экономический эффект от использования предлагаемого устройства может составить 10% от общего эффекта. Таким образом годовой экономический эффект от применения предлагаемого устройства может составить:
Э = 0,1 х 30 х 200 = 600 тыс. руб. (56) Патент ГДР N 203767, кл. В 21 Е 43/10, 1983.The economic effect of the repair of wells with steel adhesives in Western Siberia is an average of 30 thousand rubles per well. For 1 year, 200-300 wells are repaired. According to expert estimates of specialists, the economic effect of using the proposed device can be 10% of the total effect. Thus, the annual economic effect of the use of the proposed device can be:
E = 0.1 x 30 x 200 = 600 thousand rubles. (56) Patent GDR N 203767, cl. B 21 E 43/10, 1983.

Claims

1. A DEVICE FOR REPAIRING CASING HOUSES IN A WELL, including hollow hydraulic jack cylinders, an anchor rigidly connected to the upper hydraulic cylinder, a hollow rod with axial movement of the hydraulic jack with pistons forming annular cavities hydraulically connected to the rod cavity with hydraulic cylinders rigidly connected by a connecting sleeve with a rod to the rod with a cutting head at the lower end and concentrically mounted relative to the rod between the turning head and the lower rtsom lower actuator patch, characterized in that it is provided with a rigidly associated with the rod support assembly disposed above the coupling cavity in the bottom cylinder hydraulic jack, with the outer surface of the contact support assembly with the inner surface of the lower power, cylinder.

2. The device according to p. 1, characterized in that the support node is made in the form of a housing with clips in which the bodies of revolution are located.