RU2645060C1 - Device for repair of casing and production strings with help of double cone-transformer - Google Patents

Device for repair of casing and production strings with help of double cone-transformer Download PDF

Info

Publication number
RU2645060C1
RU2645060C1 RU2017118185A RU2017118185A RU2645060C1 RU 2645060 C1 RU2645060 C1 RU 2645060C1 RU 2017118185 A RU2017118185 A RU 2017118185A RU 2017118185 A RU2017118185 A RU 2017118185A RU 2645060 C1 RU2645060 C1 RU 2645060C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
cone
head
tail
patch
Prior art date
Application number
RU2017118185A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Владимирович Малышев
Рамиль Радикович Юлдашев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "РостТех""
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "РостТех"" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "РостТех""
Priority to RU2017118185A priority Critical patent/RU2645060C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2645060C1 publication Critical patent/RU2645060C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B29/00Cutting or destroying pipes, packers, plugs, or wire lines, located in boreholes or wells, e.g. cutting of damaged pipes, of windows; Deforming of pipes in boreholes or wells; Reconditioning of well casings while in the ground
    • E21B29/10Reconditioning of well casings, e.g. straightening

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: device comprises a plaster in the form of smooth metal branch pipe with elastic sealing rings on the outside, and an expanding mandrel, made in form of double cone-transformer and consisting of head and tail cones-transforms, each of them is formed by spring-loaded cone-shaped segments located in grooves of a conical part of body for longitudinal movement. At that, the vertex of each cone-transformer body is directed to the side opposite to the working stroke of the expanding mandrel, which provides the smoothest expansion of the plaster. The maximum diameter of the head cone-transformer is less than the maximum diameter of the tail cone, which creates the appearance of a non-contact band of deformation of the plaster and reduces the axial force. The device is provided with a counter-return device for preventing backward stroke. A block of power reinforced collars is used as a piston driving the cone-shaped sectors. To control the geometry of the double cone-transformer, a deblocking mechanism is provided, by means of which the double cone-transformer is returned to the original diametric dimensions.
EFFECT: by reducing the deformation force of the plaster, emergency situations are prevented in case of jamming of the expansion mandrel in course of repair of casing and production strings, reliability and efficiency of the device increase.
3 cl, 5 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для герметизации обсадных колонн и отключения пластов.The invention relates to the oil and gas industry, mainly to devices for sealing casing strings and shutting down formations.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Известно устройство для герметизации обсадной колонны, раскрытое в описании к патенту RU №2236550 С1, кл. Е21В 29/10, опубл. 20.09.2004.A device for sealing a casing string, disclosed in the description of patent RU No. 2236550 C1, class. ЕВВ 29/10, publ. 09/20/2004.

Известное устройство содержит пластырь в виде гладкого цилиндрического металлического патрубка, гидравлический посадочный инструмент, представляющий собой трехцилиндровый гидростатический привод, и расширяющую оправку, имеющую форму усеченного конуса; по концам пластыря в кольцевых цилиндрических канавках, выполненных в нем, размещены эластичные уплотнители, а гидравлический посадочный инструмент снабжен гидравлическим якорем.The known device contains a patch in the form of a smooth cylindrical metal pipe, a hydraulic landing tool, which is a three-cylinder hydrostatic drive, and an expanding mandrel having the shape of a truncated cone; at the ends of the patch in the annular cylindrical grooves made in it, elastic seals are placed, and the hydraulic landing tool is equipped with a hydraulic anchor.

К недостаткам этого устройства следует отнести большое количество сложных сопрягаемых прецизионных деталей гидроцилиндров, ведущих к удорожанию и снижению надежности всей конструкции, а также ограниченность хода поршней гидроцилиндров, которая влечет за собой невозможность герметизации значительных по протяженности повреждений обсадной колонны или нескольких участков негерметичности, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Кроме того, расширение ремонтного пластыря от исходного диаметрального размера до прижатия к стенкам обсадной колонны при помощи протягивания конусообразной оправки, проводимое в один прием (по сути - холодная деформация металлической трубной заготовки), требует значительных осевых усилий, что влечет за собой дополнительные энергозатраты при ремонте скважины.The disadvantages of this device include a large number of complex mating precision parts of hydraulic cylinders, leading to higher prices and lower reliability of the entire structure, as well as limited travel of the pistons of the hydraulic cylinders, which entails the inability to seal significant over the length of damage to the casing or several sections of leaks located on a significant distance from each other. In addition, the expansion of the repair patch from the initial diametric size to pressing it against the walls of the casing by pulling a conical mandrel in one step (in fact, cold deformation of the metal pipe billet) requires significant axial forces, which entails additional energy consumption during repair wells.

Известно устройство для ремонта обсадной колонны по авторскому свидетельству SU 1659621 А1, МПК Е21В 29/10, опубл. 30.06.1991, бюл. №24. Устройство спускается в скважину на геофизическом кабеле и включает размещенные в корпусе электродвигатель с редуктором, плунжерный гидравлический насос, систему клапанов управления, дифференциальный поршень, а также расположенные снаружи дорнирующий конус с подпружиненными плавающими плашками и раскатывающую головку, кинематически связанную с валом электродвигателя. Дифференциальный поршень перемещает дорнирующий конус с подпружиненными плавающими плашками внутрь пластыря, производя его расширение, а раскатывающая головка своим вращением окончательно распрямляет и выглаживает стенки пластыря, прижимая его к эксплуатационной колонне. Таким образом, расширение пластыря происходит в два этапа, что снижает энергозатраты на процесс деформации металла.A device for repairing a casing string according to the copyright certificate SU 1659621 A1, IPC Е21В 29/10, publ. 06/30/1991, bull. Number 24. The device descends into the well on a geophysical cable and includes an electric motor with a gearbox, a plunger hydraulic pump, a system of control valves, a differential piston, and also an outgoing cone with spring-loaded floating dies and a rolling head kinematically connected to the motor shaft located in the casing. The differential piston moves the mandrel with spring-loaded floating dies inside the plaster, expanding it, and the rolling head with its rotation finally straightens and smoothes the plaster walls, pressing it to the production casing. Thus, the expansion of the patch occurs in two stages, which reduces the energy consumption for the metal deformation process.

Основным недостатком описанного устройства является сложность конструкции скважинного модуля, в котором смонтирована электрогидромеханическая приводная система с множеством прецизионных деталей и комплектующих изделий. Кроме того, метод раскатывания применим, в основном, для тонкостенных продольно-гофрированных пластырей, что ограничивает область применения описанного устройства. И, наконец, самый главный недостаток известного устройства - ограничение по длине пластыря, вытекающее из конструкции. Длина пластыря ограничена ходом поршня и длиной приводного вала раскатывающей головки. Таким образом, данное устройство неприменимо для герметизации протяженных дефектных участков эксплуатационных колонн.The main disadvantage of the described device is the design complexity of the well module, in which an electro-hydromechanical drive system with many precision parts and components is mounted. In addition, the rolling method is applicable mainly for thin-walled longitudinally corrugated plasters, which limits the scope of the described device. And finally, the most important disadvantage of the known device is the restriction on the length of the patch arising from the design. The length of the patch is limited by the stroke of the piston and the length of the drive shaft of the rolling head. Thus, this device is not applicable for sealing extended defective sections of production casing.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является трехступенчатая дорнирующая головка, раскрытая в описании к патенту RU 2154148 С2, кл. Е21В 29/10, опубл. 20.08.2000.The closest analogue of the claimed invention (prototype) is a three-stage cutting head disclosed in the description of patent RU 2154148 C2, class. ЕВВ 29/10, publ. 08/20/2000.

Известное из наиболее близкого аналога устройство содержит основной конус-пуансон, плавающие сегменты, расположенные на самоуплотняющейся манжете, а также подпружиненные конусные плашки, установленные между конусом-пуансоном и плавающими сегментами с возможностью продольного перемещения в пазах "ласточкин хвост", выполненных на конической части основного корпуса. При этом конусная часть корпуса направлена вершиной вверх, т.е. по ходу дорнирующей головки в процессе расширения пластыря. При заходе дорнирующей головки в пластырь его предварительное расширение осуществляется конусом-пуансоном, затем промежуточное - конусными плашками за счет их осевого и периферийного смещения в пазах, и окончательное - плавающими сегментами под гидравлическим давлением в системе.The device known from the closest analogue contains the main cone-punch, floating segments located on the self-sealing cuff, as well as spring-loaded conical dies installed between the cone-punch and floating segments with the possibility of longitudinal movement in the dovetail grooves made on the conical part of the main corps. In this case, the conical part of the body is directed upward, i.e. along the mandrel during the expansion of the patch. When the dorning head enters the patch, its preliminary expansion is carried out by the cone-punch, then the intermediate by conical dies due to their axial and peripheral displacement in the grooves, and the final one by floating segments under hydraulic pressure in the system.

К недостаткам известного из наиболее близкого аналога устройства следует отнести его изначальную ориентированность на работу с продольно-гофрированными пластырями, что резко ограничивает сферу его применения. Тонкостенные гофрированные пластыри могут обеспечить герметизацию дефектных участков эксплуатационной колонны только при небольших пластовых давлениях флюида в скважине. Для ремонта скважин с большими пластовыми давлениями, достигающими иногда 100 и более атмосфер, требуется прижатие металлического пластыря к стенке колонны посредством эластичных уплотнительных колец, которые устанавливаются (например, могут быть привулканизированы) на наружной поверхности гладких цилиндрических пластырей. Только в этом случае достигается гарантированная отсечка дефектного участка эксплуатационной колонны. Кроме того, конструкция дорнирующей головки предполагает ее заход в пластырь с торца, а затем начало расширения, т.е. пластырь должен быть заякорен. Таким образом, в комплект оборудования должна дополнительно входить система якорения пластыря, что усложняет и удорожает процесс ремонта эксплуатационной колонны. И наконец, самым существенным недостатком предложенной конструкции является то, что основное расширение пластыря производится конусом-пуансоном практически сразу в требуемый радиальный размер, а дальнейшие воздействия на стенки пластыря направлены лишь на дожимание и выглаживание неровностей, остающихся после расправления продольных гофр. В итоге осевое усилие протягивания дорнирующей головки вдоль расширяемого пластыря не снижается.The disadvantages of the known closest analogue of the device include its initial focus on working with longitudinally corrugated plasters, which sharply limits the scope of its application. Thin-walled corrugated patches can provide sealing of defective sections of the production string only at low reservoir pressure of the fluid in the well. To repair wells with large reservoir pressures, sometimes reaching 100 or more atmospheres, it is necessary to press a metal patch to the column wall using elastic o-rings, which are installed (for example, can be vulcanized) on the outer surface of smooth cylindrical plasters. Only in this case, a guaranteed cut-off of the defective section of the production casing is achieved. In addition, the design of the mandrel head implies its entry into the patch from the end, and then the beginning of expansion, i.e. the patch should be anchored. Thus, the set of equipment should additionally include a patch anchoring system, which complicates and increases the cost of repair of the production casing. And finally, the most significant drawback of the proposed design is that the main expansion of the patch is made by the cone-punch almost immediately to the required radial size, and further effects on the walls of the patch are aimed only at squeezing and smoothing out the irregularities remaining after straightening the longitudinal corrugations. As a result, the axial pulling force of the mandrel head along the expandable patch is not reduced.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задача заявляемого изобретения состоит в разработке устройства для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера, а также повышение надежности работы и расширения сферы применяемости устройства в целом.The task of the invention is to develop a device for repair of casing and production strings using a double transformer-cone, as well as improving the reliability and expanding the scope of applicability of the device as a whole.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет применения расширяющей оправки в виде сдвоенного конуса-трансформера, обеспечивающего снижение усилия для раздачи пластыря и, кроме того, снабженного деблокирующим механизмом, который позволяет в случае аварийной ситуации извлечь из пластыря устройство за счет уменьшения его диаметрального габарита. Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном устройстве с целью снижения осевого усилия, необходимого для деформации пластыря, расширяющая оправка снабжена дополнительным конусом-трансформером с образованием сдвоенного конуса-трансформера, состоящего из головного и хвостового конусов-трансформеров, кинематически связанных друг с другом при помощи толкателей, причем угол при вершине конического корпуса головного конуса-трансформера меньше аналогичного угла хвостового конуса-трансформера. Кроме того, устройство снабжено деблокирующим механизмом возврата расширяющей оправки к исходному диаметральному габариту. Вместе с тем, головной и хвостовой конусы-трансформеры насажены на трубчатую тягу с угловым смещением относительно друг друга таким образом, что середина каждого конусообразного сегмента любого из конусов-трансформеров расположена напротив промежутка между сегментами второго конуса-трансформера.The technical result of the invention is to increase the reliability and efficiency of the device due to the use of an expanding mandrel in the form of a double transformer cone, which provides a reduction in force for the distribution of the patch and, in addition, equipped with a release mechanism, which allows in case of emergency to remove the device from the patch by reducing its diametric dimension. The specified technical result is achieved due to the fact that in the inventive device, in order to reduce the axial force necessary for the deformation of the patch, the expanding mandrel is equipped with an additional transformer cone with the formation of a double transformer cone consisting of head and tail transformer cones kinematically connected to each other another with the help of pushers, and the angle at the apex of the conical body of the head transformer cone is less than the same angle of the transformer tail cone. In addition, the device is equipped with a release mechanism for the return of the expanding mandrel to the original diametric dimension. At the same time, the transformer head and tail cones are mounted on a tubular rod with angular displacement relative to each other so that the middle of each cone-shaped segment of any of the transformer cones is located opposite the gap between the segments of the second transformer cone.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The invention will be more clear from the description, which is not restrictive and given with reference to the accompanying drawings, which depict:

Фиг. 1 - продольный разрез устройства для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера в момент начала процесса расширения пластыря:FIG. 1 is a longitudinal section of a device for repairing casing and production strings using a double transformer cone at the beginning of the expansion process of the patch:

1 - эксплуатационная колонна; 2 - пластырь; 3 - эластичное уплотнительное кольцо; 4 - расширяющая оправка (сдвоенный конус-трансформер); 5 - проставка головного конуса-трансформера; 6 - проставка хвостового конуса-трансформера; 7 - блок силовых армированных манжет; 8 - противовозвратный механизм; 9 - пружина; 10 - ограничительная втулка; 11 - посадочный узел; 12 - разбуриваемый башмак с обратным клапаном; 13 - сбрасываемая пробка; 14 - деблокирующий механизм возврата расширяющей оправки к исходному диаметральному габариту; 15 - трубчатая тяга (мандрель); 16 - резьбовой переводник.1 - production casing; 2 - patch; 3 - elastic sealing ring; 4 - expanding mandrel (dual cone-transformer); 5 - spacer of the head cone-transformer; 6 - spacer of the tail cone-transformer; 7 - block power reinforced cuffs; 8 - anti-return mechanism; 9 - spring; 10 - restrictive sleeve; 11 - landing unit; 12 - drilled shoe with check valve; 13 - resettable plug; 14 - release mechanism for the return of the expanding mandrel to the original diametric dimension; 15 - tubular traction (mandrel); 16 - threaded sub.

Фиг. 2 - вид А на фиг. 1 в масштабе увеличения (эксплуатационная колонна (1) и пластырь (2) условно не показаны):FIG. 2 is a view A in FIG. 1 on a magnification scale (production casing (1) and patch (2) are conventionally not shown):

17 - головной конус-трансформер; 18 - хвостовой конус-трансформер.17 - head cone-transformer; 18 - tail cone-transformer.

Фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 в масштабе увеличения:FIG. 3 is a view B in FIG. 1 to scale:

19 - конический корпус головного конуса-трансформера; 20 - сегмент головного конуса-трансформера; 21 - толкатель; 22 - конический корпус хвостового конуса-трансформера; 23 - сегмент хвостового конуса-трансформера.19 - conical body of the head cone-transformer; 20 - segment of the head cone-transformer; 21 - a pusher; 22 - conical body of the tail cone-transformer; 23 - segment of the tail cone-transformer.

Фиг. 4 - проекционные виды, в т.ч. изометрия, головного конуса-трансформера в масштабе увеличения.FIG. 4 - projection views, including isometry of the head cone-transformer in magnification.

Фиг. 5 - то же хвостового конуса-трансформера.FIG. 5 - the same tail cone-transformer.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Устройство для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера содержит пластырь (2) в виде тонкостенной гладкой трубы с наружными эластичными уплотнительными кольцами (3) на концах и расширяющую оправку (4) в виде сдвоенного конуса-трансформера, находящуюся внутри пластыря (2) и надетую на трубчатую тягу (мандрель) (15). С одной стороны расширяющая оправка (4) контактирует с деблокирующим механизмом (14), а с другой стороны - через проставку (6) хвостового конуса-трансформера (18) подпирается блоком силовых армированных манжет (7). Расширяющая оправка (4) представляет собой сдвоенный конус-трансформер (фиг. 2), состоящий из головного (17) и хвостового (18) конусов-трансформеров, каждый из которых имеет конический корпус (19) и (22), в котором выполнены, например, параллельно образующим конуса, канавки типа "ласточкин хвост" с размещенными в них с возможностью продольного перемещения конусообразными сегментами (20) и (23) (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5), причем угол при вершине конического корпуса (19) головного конуса-трансформера (17) меньше аналогичного угла корпуса (22) хвостового конуса-трансформера (18). В коническом корпусе (22) хвостового конуса-трансформера (18) выполнены параллельно оси конуса дополнительные сквозные канавки типа "ласточкин хвост" для размещения толкателей (21), служащих для передачи движения от сегментов (23) хвостового конуса-трансформера (18) к сегментам (20) головного конуса-трансформера (17). Противовозвратный механизм (8) служит для предотвращения нежелательного осевого перемещения назад расширяющей оправки (4) после запуска процесса расширения пластыря (2) (фиг. 1) и представляет собой по сути храповой механизм, в котором храповое колесо выродилось в рейку (в данном случае - в ряд проточек (насечек) на наружной цилиндрической поверхности трубчатой тяги (мандрели) (15)). Пружина (9) служит для силового замыкания всех деталей устройства, расположенных между заплечиком трубчатой тяги (мандрели) (15) и деблокирующим механизмом возврата расширяющей оправки к исходныму диаметральному габариту (14) (далее - «деблокирующий механизм»). Последний предназначен для обеспечения беспрепятственного осевого перемещения вверх конических корпусов (19) и (22) обоих конусов-трансформеров в аварийной ситуации, освобождая их от фиксированного положения, что позволяет обоим конусам-трансфрмерам (17) и (18) вернуться к исходным диаметральным габаритам. Головной (17) и хвостовой (18) конусы-трансформеры расположены на трубчатой тяге (мандрели) (15) с угловым смещением относительно друг друга таким образом, что середина каждого конусообразного сегмента (20) или (23) любого из конусов-трансформеров расположена напротив промежутка между сегментами второго конуса-трансформера (фиг. 2). В общем случае вышеописанная оптимальная величина углового смещения равна 180°/n, где n - количество сегментов. Максимальный диаметральный размер d max головного конуса-трансформера (17) и максимальный диаметральный размер D max хвостового конуса-трансформера (18) ограничены геометрией продольного сечения проставок (5) и (6), которые упираются в торцы соответствующих корпусов (19) и (22) и не позволяют перемещать сегменты (20) и (23) при достижении максимальных размеров (фиг. 2). При этом d max<D max. Ограничительная втулка (10) предотвращает заневоливание и поломку пружины (9) при подъеме мандрели (15), которая связана при помощи переводника (16) с подъемником буровой установки (на рисунках не показан) посредством тяг, например, в виде колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Нижний торец пластыря (2) герметично заглушен разбуриваемым башмаком (12) с обратным клапаном (на рисунках не показан). В башмак (12) вмонтировано посадочное устройство (11) с седлом (не показано) для сбрасываемой пробки (13) (фиг. 1).A device for repairing casing and production strings using a double transformer cone contains a patch (2) in the form of a thin-walled smooth pipe with external elastic sealing rings (3) at the ends and an expanding mandrel (4) in the form of a double transformer cone inside the patch ( 2) and worn on tubular traction (mandrel) (15). On the one hand, the expanding mandrel (4) is in contact with the release mechanism (14), and on the other hand, through the spacer (6) of the tail transformer cone (18) it is supported by a block of power reinforced cuffs (7). The expanding mandrel (4) is a double transformer cone (Fig. 2), consisting of a head (17) and a tail (18) transformer cones, each of which has a conical body (19) and (22) in which for example, parallel to forming a cone, dovetail grooves with cone-shaped segments (20) and (23) placed in them with the possibility of longitudinal movement (Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5), the angle at the top of the conical body ( 19) the head cone-transformer (17) is less than the same angle of the body (22) of the tail cone-transf omerra (18). In the conical housing (22) of the tail cone-transformer (18), additional through dovetail grooves are made parallel to the cone axis to accommodate pushers (21) that serve to transmit movement from the tail cone-transformer segments (23) (18) to the segments (20) transformer head cone (17). The anti-return mechanism (8) serves to prevent unwanted axial rearward movement of the expanding mandrel (4) after starting the expansion process of the patch (2) (Fig. 1) and is essentially a ratchet mechanism in which the ratchet wheel degenerates into a rail (in this case, in a series of grooves (notches) on the outer cylindrical surface of the tubular rod (mandrel) (15)). The spring (9) serves to force-close all parts of the device located between the shoulder of the tubular rod (mandrel) (15) and the release mechanism for returning the expanding mandrel to the initial diametric dimension (14) (hereinafter referred to as the "release mechanism"). The latter is designed to ensure unimpeded axial upward movement of the conical bodies (19) and (22) of both transformer cones in an emergency, freeing them from a fixed position, which allows both transformer cones (17) and (18) to return to their original diametric dimensions. The head (17) and tail (18) transformer cones are located on a tubular rod (mandrel) (15) with an angular displacement relative to each other so that the middle of each cone-shaped segment (20) or (23) of any of the transformer cones is opposite the gap between the segments of the second cone-transformer (Fig. 2). In the general case, the optimum angular displacement described above is 180 ° / n, where n is the number of segments. The maximum diametrical dimension d max of the transformer head cone (17) and the maximum diametrical dimension D max of the transformer tail cone (18) are limited by the longitudinal section geometry of the spacers (5) and (6), which abut against the ends of the respective housings (19) and (22) ) and do not allow segments (20) and (23) to be moved when reaching maximum sizes (Fig. 2). Moreover, d max <D max . The restriction sleeve (10) prevents springing and breaking of the spring (9) when lifting the mandrel (15), which is connected using a sub (16) to the rig rig (not shown in the figures) by means of rods, for example, in the form of a tubing string (Tubing). The lower end of the patch (2) is hermetically sealed with a drilled shoe (12) with a check valve (not shown in the figures). A landing device (11) with a seat (not shown) for a resettable plug (13) is mounted in the shoe (12) (Fig. 1).

Устройство для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера работает следующим образом.A device for repair of casing and production strings using a double transformer cone operates as follows.

Устройство спускают в скважину на тяге, например на колонне НКТ, до тех пор пока дефектный участок эксплуатационной колонны (1) не окажется в интервале между эластичными уплотнительными кольцами (3) пластыря (2). При этом последний в зависимости от характера и расположения дефектов эксплуатационной колонны (1) может быть удлинен путем составления из отдельных секций, например, при помощи низкопрофильных резьбовых соединений. Затем сверху сбрасывают пробку (13) (фиг. 1), которая садится в седло посадочного устройства (11), и начинают нагнетание рабочей жидкости. Последняя проникает в полость между стенками трубчатой тяги (мандрели) (15) и пластыря (2), вызывая осевое перемещение блока силовых армированных манжет (7), который выполняет роль поршня. Через проставку (6) хвостового конуса-трансформера (18) блок манжет (7) давит на конусообразные сегменты (23) последнего, которые перемещаются вдоль пазов "ласточкин хвост" (фиг. 1, фиг. 3) конического корпуса (22), одновременно совершая движение к периферии и воздействуя на стенки пластыря (2), тем самым плавно производя его раздачу (фиг. 2). В то же время сегменты (23) хвостового конуса-трансформера (18) через толкатели (21) приводят в движение сегменты (20) головного конуса-трансформера (17), которые также, скользя в своих канавках, увеличивают диаметральный габарит последнего и создают свою зону расширения пластыря (2). Поскольку угол при вершине конического корпуса (19) головного конуса-трансформера (17) меньше, чем аналогичный угол у хвостового конуса-трансформера (18), а канавки "ласточкин хвост" в конических корпусах (19) и (22) обоих конусов-трансформеров выполнены параллельно образующим, то угол наклона каждой канавки головного конуса-трансформера (17) в продольной плоскости также меньше, чем у хвостового конуса-трансформера (18). Отсюда следует, что при одном и том же осевом перемещении всех подвижных элементов конструкции диаметральный габарит dmax головного конуса-трансформера (17) будет меньше аналогичного размера D max хвостового конуса-трансформера (18) (фиг. 2). Таким образом, возникают две зоны холодной деформации гладкостенной трубы, образованные двумя конусными оправками. При этом имеет место значительное (до 2-х раз!) снижение осевого усилия раздачи пластыря. Снижение усилия протягивания расширяющей оправки основано на эффекте совмещения внеконтактных зон деформации при холодном расширении труб. Этот эффект заключается в том, что при холодной деформации трубы пуансоном в виде ряда усеченных конусов осевое усилие протягивания пуансона снижается в 1,5…2 раза в сравнении с расширением трубы одним конусом до того же размера при прочих равных условиях за счет образования волны свободной деформации между соседними конусами (А.М. Розенберг, О.А. Розенберг "Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания" - Киев: Наукова думка, 1990 г., стр. 154-155; стр. 158-159). Начало процесса раздачи пластыря (2) попутно производит его якорение в эксплуатационной колонне (1) за счет деформации ближайших эластичных уплотнительных колец (3) (фиг. 1). Если используется пластырь (2) без предварительно расширенного с нижнего торца участка, то блок силовых армированных манжет (7), распрямляясь в расширенной части пластыря (2), сохраняет контакт с его стенками и продолжает играть роль поршня. Противовозвратный механизм (8) под воздействием пружины (9) перемещается вслед за блоком манжет (7), делая невозможным обратный ход подвижных деталей (фиг. 1). Одновременно с этим проставка (6) хвостового конуса-трансформера (18), пройдя под воздействием блока силовых манжет (7) расстояние рабочего хода, упирается своим торцом в торец неподвижного корпуса (22) того же конуса-трансформера. Таким образом, дальнейшее перемещение конусообразных сегментов (23) в пазах "ласточкин хвост" становится невозможными, что определяет нужный диаметр хвостового конуса-трансформера (18) (фиг. 1, фиг. 3). То же самое происходит и с головным конусом-трансформером (17). Этот момент определяется по скачку давления нагнетаемой жидкости. Затем при помощи подъемника (не показан) трубчатая тяга (мандрель) (15) начинает движение вверх, производя основной процесс расширения пластыря (2) или его секционной сборки, который длится до тех пор, пока расширяющая оправка (сдвоенный конус-трансформер) (4) не пройдет всю его длину. При этом в случае отказа противовозвратного механизма (8) ограничительная втулка (10) становится враспор между заплечиком мандрели (15) и противовозвратным механизмом (8), разгружая пружину (9) и предохраняя ее от заневоливания и поломки. В процессе расширения пластыря (2) деблокирующий механизм (14) служит фиксатором для корпусов (19) и (22) обоих конусов-трансформеров и в процессе расширения пластыря (2) не участвует. В аварийной ситуации, например при заклинивании расширяющей оправки (4), сбрасывают давление жидкости, оставляя натяг на колонне НКТ, затем резьбовой переводник (16) при помощи колонны НКТ поворачивают по резьбе на несколько оборотов, например, против часовой стрелки, при этом, поскольку расширяющая оправка (4) заклинена, конические корпуса (19) и (22) обоих конусов-трансформеров и соединенная с ним шлицами мандрель (15) также заклинены. В результате торец переводника (16) перемещается в осевом направлении (вверх) на расстояние, достаточное для освобождения z-образных лапок (фиг. 1), которые в свою очередь освобождают конические корпуса (19) и (22) конусов-трансформеров для осевого перемещения вдоль мандрели (15). Далее устройство поднимают наверх, при этом за счет сил трения о стенки пластыря (2) в месте образовавшихся сужений конусообразные сегменты (20) и (23) выдавливаются к вершинам конических корпусов (19) и (22) обоих конусов-трансформеров, т.е. от периферии к центру, при одновременном движении последних вверх вдоль мандрели (15). В результате расширяющая оправка (4) в виде сдвоенного конуса-трансформера возвращается к исходным диаметральным габаритам, что позволяет извлечь устройство в случае возникновения аварийной ситуации. Блок силовых манжет (7) за счет эластичности сужается и не препятствует извлечению устройства из нерасширенной части пластыря.The device is lowered into the well by traction, for example, on the tubing string, until the defective section of the production string (1) is in the interval between the elastic sealing rings (3) of the patch (2). Moreover, the latter, depending on the nature and location of defects in the production string (1), can be extended by composing from separate sections, for example, using low-profile threaded connections. Then, the plug (13) is dumped from above (Fig. 1), which sits in the saddle of the landing device (11), and pumping of the working fluid begins. The latter penetrates into the cavity between the walls of the tubular rod (mandrel) (15) and the patch (2), causing axial movement of the block of power reinforced cuffs (7), which acts as a piston. Through the spacer (6) of the tail cone-transformer (18), the cuff block (7) presses on the cone-shaped segments (23) of the latter, which move along the dovetail grooves (Fig. 1, Fig. 3) of the conical body (22), simultaneously making a movement to the periphery and acting on the walls of the patch (2), thereby smoothly distributing it (Fig. 2). At the same time, segments (23) of the tail transformer cone (18) through the pushers (21) drive the segments (20) of the head transformer cone (17), which also, sliding in their grooves, increase the diametrical dimension of the latter and create their own patch expansion zone (2). Since the angle at the apex of the conical body (19) of the transformer head cone (17) is smaller than the same angle at the transformer tail cone (18), and the dovetail grooves in the conical bodies (19) and (22) of both transformer cones made parallel to the generatrix, the angle of inclination of each groove of the head transformer cone (17) in the longitudinal plane is also smaller than that of the tail transformer cone (18). It follows that with the same axial movement of all moving structural members, the diametric dimension d max of the transformer head cone (17) will be smaller than the similar size D max of the transformer tail cone (18) (Fig. 2). Thus, two zones of cold deformation of a smooth-walled pipe arise, formed by two conical mandrels. In this case, there is a significant (up to 2 times!) Decrease in the axial force of distribution of the patch. Reducing the pulling force of the expanding mandrel is based on the effect of combining non-contact deformation zones during cold expansion of pipes. This effect consists in the fact that during cold deformation of a pipe by a punch in the form of a series of truncated cones, the axial pulling force of the punch decreases by 1.5 ... 2 times in comparison with the expansion of a pipe by one cone to the same size, ceteris paribus due to the formation of a free deformation wave between adjacent cones (AM Rosenberg, OA Rosenberg "The mechanics of plastic deformation in cutting and deformation pulling processes" - Kiev: Naukova Dumka, 1990, pp. 154-155; pp. 158-159). The beginning of the process of distribution of the patch (2) simultaneously produces its anchoring in the production casing (1) due to deformation of the nearest elastic sealing rings (3) (Fig. 1). If a patch (2) is used without a section previously expanded from the lower end, the power reinforced cuff block (7), straightening in the expanded part of the patch (2), maintains contact with its walls and continues to play the role of a piston. The anti-return mechanism (8) under the influence of the spring (9) moves after the block of cuffs (7), making it impossible to return the moving parts (Fig. 1). At the same time, the spacer (6) of the tail transformer cone (18), having passed the working stroke distance under the influence of the power cuff block (7), rests its end against the end face of the stationary body (22) of the same transformer cone. Thus, further movement of the cone-shaped segments (23) in the dovetail grooves becomes impossible, which determines the desired diameter of the tail cone-transformer (18) (Fig. 1, Fig. 3). The same thing happens with the transformer head cone (17). This moment is determined by the pressure jump of the injected fluid. Then, with the help of a hoist (not shown), the tubular rod (mandrel) (15) starts to move upward, performing the main process of expanding the patch (2) or its sectional assembly, which lasts until the expanding mandrel (double cone-transformer) (4 ) will not pass its entire length. In this case, in case of failure of the anti-return mechanism (8), the restrictive sleeve (10) becomes disputed between the shoulder of the mandrel (15) and the anti-return mechanism (8), unloading the spring (9) and protecting it from bending and breaking. In the process of expanding the patch (2), the release mechanism (14) serves as a lock for the housings (19) and (22) of both transformer cones and is not involved in the process of expanding the patch (2). In an emergency, for example, when the expanding mandrel is jammed (4), the fluid pressure is released, leaving an interference fit on the tubing string, then the threaded sub (16) using the tubing string is rotated several turns, for example, counterclockwise, since the expanding mandrel (4) is jammed, the conical bodies (19) and (22) of both transformer cones and the mandrel (15) connected to it by splines are also jammed. As a result, the end face of the sub (16) moves axially (up) to a distance sufficient to release the z-shaped legs (Fig. 1), which in turn release the conical bodies (19) and (22) of the transformer cones for axial movement along the mandrel (15). Further, the device is lifted upward, while due to the friction forces on the walls of the patch (2) in the place of the narrowing formed, the cone-shaped segments (20) and (23) are extruded to the tops of the conical bodies (19) and (22) of both transformer cones, i.e. . from the periphery to the center, while the latter move upward along the mandrel (15). As a result, the expanding mandrel (4) in the form of a double transformer cone returns to the initial diametric dimensions, which allows you to remove the device in case of an emergency. The block of power cuffs (7) due to elasticity narrows and does not prevent the device from being removed from the unexpanded part of the patch.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить устройство для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера, которое увеличивает надежность и эффективность работы. Устройство при этом имеет достаточно простую конструкцию, а технология работ с ним легко осуществима.Thus, the present invention allows to obtain a device for the repair of casing and production strings using a double transformer cone, which increases the reliability and efficiency. The device has a fairly simple design, and the technology of working with it is easily feasible.

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, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been disclosed above with reference to a specific embodiment. Other specialists may be obvious to other embodiments of the invention, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.

Claims (3)

1. Устройство для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера, состоящее из гладкостенного металлического трубчатого пластыря с расположенными на наружной поверхности уплотнительными эластичными кольцами, посадочного узла, трубчатой тяги, соединенной при помощи резьбового переводника с подъемником, и расширяющей оправки в виде конуса-трансфомера, включающего зафиксированный на трубчатой тяге конический корпус, на поверхности которого выполнены продольные канавки типа «ласточкин хвост» с размещенными в них конусообразными сегментами, обладающими возможностью продольного перемещения, отличающееся тем, что с целью снижения осевого усилия, необходимого для деформации пластыря, расширяющая оправка снабжена дополнительным конусом-трансформером с образованием сдвоенного конуса-трансформера, состоящего из головного и хвостового конусов-трансформеров, кинематически связанных друг с другом при помощи толкателей, причем угол при вершине конического корпуса головного конуса-трансформера меньше аналогичного угла хвостового конуса-трансформера.1. Device for repairing casing and production strings using a double transformer cone, consisting of a smooth-walled metal tubular patch with sealing elastic rings located on the outer surface, a seat assembly, a tubular rod connected by a threaded sub with a lift, and an expanding mandrel in the form a cone-transformer, including a conical body fixed on a tubular rod, on the surface of which longitudinal dovetail grooves are made with a ra placed in them by cone-shaped segments with the possibility of longitudinal movement, characterized in that in order to reduce the axial force required to deform the patch, the expanding mandrel is equipped with an additional transformer cone with the formation of a double transformer cone, consisting of head and tail transformer cones, kinematically connected to each other by means of pushers, and the angle at the apex of the conical body of the transformer head cone is less than the same angle of the tail mustache-transformer. 2. Устройство для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера по п. 1, отличающееся тем, что последнее снабжено деблокирующим механизмом возврата расширяющей оправки к исходному диаметральному габариту.2. A device for repairing casing and production strings using a double transformer-cone according to claim 1, characterized in that the latter is equipped with a release mechanism for returning the expanding mandrel to the initial diametric dimension. 3. Устройство для ремонта обсадных и эксплуатационных колонн при помощи сдвоенного конуса-трансформера по п. 1, отличающееся тем, что головной и хвостовой конусы-трансформеры насажены на трубчатую тягу с угловым смещением относительно друг друга таким образом, что середина каждого конусообразного сегмента любого из конусов-трансформеров расположена напротив промежутка между сегментами второго конуса-трансформера.3. A device for repairing casing and production strings using a double transformer cone according to claim 1, characterized in that the head and tail transformer cones are mounted on a tubular rod with angular displacement relative to each other so that the middle of each cone-shaped segment of any transformer cones is located opposite the gap between the segments of the second transformer cone.
RU2017118185A 2017-05-25 2017-05-25 Device for repair of casing and production strings with help of double cone-transformer RU2645060C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118185A RU2645060C1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Device for repair of casing and production strings with help of double cone-transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118185A RU2645060C1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Device for repair of casing and production strings with help of double cone-transformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645060C1 true RU2645060C1 (en) 2018-02-15

Family

ID=61226936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017118185A RU2645060C1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Device for repair of casing and production strings with help of double cone-transformer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645060C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721922C1 (en) * 2019-12-17 2020-05-25 Общество с ограниченной ответственностью "Пакер" Adjustable punch for expansion of metal branch pipes

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2154148C2 (en) * 1998-05-13 2000-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Кубаньгазпром" Three-stage mandrelling head
RU2236550C1 (en) * 2002-12-18 2004-09-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина Device for casing pipe sealing
RU2258796C1 (en) * 2003-12-09 2005-08-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина Casing pipe repair device
RU57344U1 (en) * 2006-06-05 2006-10-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина DEVICE FOR SEALING WELL WALLS
CN203175447U (en) * 2013-02-26 2013-09-04 天津大港油田钻采技术开发公司 Expansion pipe twin-stage expansion device
CN105484695A (en) * 2015-12-30 2016-04-13 中国石油天然气集团公司 Mechanical hydraulic double-acting expansion device suitable for expansion tube drilling

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2154148C2 (en) * 1998-05-13 2000-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Кубаньгазпром" Three-stage mandrelling head
RU2236550C1 (en) * 2002-12-18 2004-09-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина Device for casing pipe sealing
RU2258796C1 (en) * 2003-12-09 2005-08-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина Casing pipe repair device
RU57344U1 (en) * 2006-06-05 2006-10-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина DEVICE FOR SEALING WELL WALLS
CN203175447U (en) * 2013-02-26 2013-09-04 天津大港油田钻采技术开发公司 Expansion pipe twin-stage expansion device
CN105484695A (en) * 2015-12-30 2016-04-13 中国石油天然气集团公司 Mechanical hydraulic double-acting expansion device suitable for expansion tube drilling

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721922C1 (en) * 2019-12-17 2020-05-25 Общество с ограниченной ответственностью "Пакер" Adjustable punch for expansion of metal branch pipes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017114149A1 (en) Mechanical and hydraulic dual-effect expansion device for well drilling with expandable tubular technology
US7124826B2 (en) Procedures and equipment for profiling and jointing of pipes
CA2615757A1 (en) Reinforced open-hole zonal isolation packer
CN110485961B (en) Hydraulic shaping pipe column and casing pipe shaping process
CN106703732B (en) Composite force-application expansion pipe device and operation method thereof
RU2645060C1 (en) Device for repair of casing and production strings with help of double cone-transformer
AU2015233160B2 (en) Seal arrangement
US20200224517A1 (en) Apparatus for forming tubular connections and method of use
RU2639007C1 (en) Device for setting plaster into production string of well with controlled cone-transformer
RU2639002C1 (en) Device for restoration of defective sections of production strings of oil and gas wells by means of cone-transformer
RU2669412C1 (en) Device for installing metal patch in controlled directional and horizontal sites of oil and gas wells
RU2644959C1 (en) Device for restoration of defects of operating columns of oil and gas wells
RU2629501C1 (en) Equipment for restoration of worn and defective areas of operating columns of oil and gas wells
RU2639006C1 (en) Device for restoration of defective sections of production strings of oil and gas wells with controlled cone-transformer
CN112282689B (en) Soluble packer and using method thereof
CN104533315B (en) The pressue device and its propulsion method of full hydraulic drive down-hole string
CN105178901B (en) Long well section reinforcing tubular column
CN2844407Y (en) Fluid pressure type down-hole deformed casing obturator
RU2635805C1 (en) System for eliminating leakage of casing strings
RU2353752C1 (en) Method of pressurisation of well walls
CN107265332A (en) A kind of secondary drawing jack and the application method of rising in double loop
RU2536533C2 (en) Mechanical support packer with cable entry
CN204252896U (en) Pressure control switch and hydraulic casing mandrel
RU2582613C1 (en) Packer with expandable nozzle for separation and sealing of production string
RU32179U1 (en) Device for restoring the tightness of threaded joints of the casing string in the well

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner