RU2749664C1

RU2749664C1 - Well wall sealing device

Info

Publication number: RU2749664C1
Application number: RU2020139001A
Authority: RU
Inventors: Альберт Салаватович Ягафаров
Original assignee: Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2021-06-16

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for sealing the walls of a well. The device includes a plaster with elastic elements, cylindrical ends and an anchor made in the form of a longitudinally corrugated branch pipe with an outer diameter when the corrugations expand, not less than the inner diameter of the well at the installation site. The upper end of the patch is equipped with a threaded sub and a rolling head with a milling cutter, the lower end of the patch is equipped with a shoe. The patch is made longitudinally corrugated. The described anchor diameter is 1.5-2% less than the borehole diameter. The anchor is equipped with calibrating elements made in the form of hard-alloy crumb surfacing on the corrugation tops. The sub is provided in the lower part with protrusions located inside the corrugations of the plaster. In the upper part, the sub is equipped with a groove with a conical chamfer for rolling the upper end of the plaster. The sub is connected from above to the rolling head. The shoe is made through passage and equipped with a seat for a ball. The conical chamfer of the sub is made with the possibility of creating an additional distribution of the upper end of the patch when the sub is pushed out.

EFFECT: reliability of sealing is increased, the possibility of flushing and calibrating the borehole walls before installation is ensured, isolation of the interval of long disturbances.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для герметизации стенок скважины.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for sealing the walls of a well.

Известно устройство для герметизации стенок скважины (патент RU № 57344, Е21В 29/00, опубл. 10.10.2006 г., Бюл. № 28), включающее пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями на концах, размещенных в наружных цилиндрических канавках, посадочный инструмент, якорь и расширяющую оправку, снабженную расположенным в нижнем конце пластыря усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины и удвоенной толщины стенки пластыря. Якорь расположен в средней части пластыря и выполнен в виде продольногофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки. Расширяющая оправка дополнительно снабжена расположенным в верхнем конце пластыря верхним усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины и удвоенной толщины стенки пластыря. Причем усеченный конус и верхний усеченный конус герметично вставлены в пластырь и соответственно снабжены центральными внутренними правой и левой резьбами. При этом посадочный инструмент выполнен в виде полого штока с обратным клапаном внизу, присоединительной резьбой вверху и радиальными каналами в средней части, от которой вверх и вниз по наружной поверхности выполнены разнонаправленные резьбы, взаимодействующие с соответствующими резьбами в усеченных конусах.Known device for sealing the walls of the well (patent RU No. 57344, E21B 29/00, publ. 10.10.2006, bull. No. 28), including a plaster in the form of a smooth metal pipe with elastic seals at the ends, placed in the outer cylindrical grooves, a landing tool, an anchor and an expanding mandrel, equipped with a truncated cone located at the lower end of the patch with a conical surface angle of 10-40 °, the base diameter of which is smaller in magnitude than the difference between the inner diameter of the borehole wall and double the thickness of the patch wall. The anchor is located in the middle part of the patch and is made in the form of a longitudinal corrugated pipe with an outer diameter when the corrugations expand, not less than the inner diameter of the well in the installation interval. The expanding mandrel is additionally equipped with an upper truncated cone located at the upper end of the patch with a conical surface angle of 10-40 °, the base diameter of which is smaller in magnitude than the difference between the inner diameter of the borehole wall and double the thickness of the patch wall. Moreover, the truncated cone and the upper truncated cone are hermetically inserted into the plaster and, accordingly, are provided with central internal right and left threads. In this case, the planting tool is made in the form of a hollow stem with a check valve at the bottom, a connecting thread at the top and radial channels in the middle part, from which multidirectional threads are made up and down along the outer surface, interacting with the corresponding threads in the truncated cones.

Недостатками являются:The disadvantages are:

- высокая вероятность заклинивания расширяющей оправки, и как следствие, создание аварийных ситуаций при нарушениях в виде внутреннего смятия обсадной колонны или при использовании в строительстве скважины обсадных труб разной толщины; - a high probability of jamming of the expanding mandrel, and as a consequence, the creation of emergency situations in the form of internal collapse of the casing or when using casing pipes of different thickness in the construction of a well;

- высокая вероятность отсутствия герметизации после ремонта, так как якорь, который не может герметично перекрыть свое место установки, располагается в пределах интервала нарушения, что может привести к несанкционированным перетокам жидкости в интервале установки; - there is a high probability of lack of sealing after repair, since the anchor, which cannot tightly close its place of installation, is located within the interval of violation, which can lead to unauthorized fluid overflows in the interval of installation;

- высокие материальные затраты, связанные с затратами времени на сборку устройства на скважине, и высокая стоимость посадочного инструмента при установке пластыря большего по длине, чем 5 м, так как изготовление резьб более 2,5 метра связано с использованием дорогостоящих материалов и специального дорогостоящего оборудования.- high material costs associated with the time spent on assembling the device in the well, and the high cost of a landing tool when installing a patch longer than 5 m, since the manufacture of threads over 2.5 meters is associated with the use of expensive materials and special expensive equipment.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для герметизации стенок скважин (патент RU № 2363832, Е21В 29/00, опубл. 10.08.2009 г., Бюл. № 22), включающий пластырь, изготовленный в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями по концам и якорем, выполненным в виде продольно-гофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки. Верхний конец пластыря оснащен ходовой резьбой с герметично завинченным переводником, который сверху оснащен резьбой для соединения с колонной труб, нижний конец пластыря перекрыт герметично башмаком. Для заполнения пластыря и колонны труб скважинной жидкостью установлен обратный клапан над переводником. Для развальцовывания пластыря переводник снизу оснащен вальцующей головкой с фрезером, расположенной внутри верхнего конца пластыря и принимающей рабочее положение при ее извлечении из верхнего конца пластыря.The closest in technical essence and the achieved result is a device for sealing the walls of wells (patent RU No. 2363832, E21B 29/00, publ. 08/10/2009, bull. No. 22), including a plaster made in the form of a smooth metal pipe with elastic seals at the ends and an anchor made in the form of a longitudinally corrugated branch pipe with an outer diameter when the corrugations expand, not less than the inner diameter of the well in the installation interval. The upper end of the patch is equipped with a running thread with a hermetically screwed sub, which is equipped with a thread on top to connect to the pipe string, the lower end of the patch is sealed with a shoe. To fill the patch and pipe string with well fluid, a check valve is installed above the sub. For flaring the plaster, the sub is equipped from the bottom with a rolling head with a milling cutter located inside the upper end of the plaster and taking a working position when it is removed from the upper end of the plaster.

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

- невозможность осуществлять промывку в процессе спуска устройства в скважину, что может привести к затрудненному спуску при накоплении шлама и заклиниванию устройства;- the impossibility of flushing during the descent of the device into the well, which can lead to difficult descent with the accumulation of cuttings and jamming of the device;

- невозможность герметизации интервала нарушений большой длины, так как без заполнения на трубы действует наружное сминающее давление, которое приведет к повреждению пластыря; - the impossibility of sealing the interval of violations of a large length, since without filling the external crushing pressure acts on the pipes, which will lead to damage to the plaster;

- возможность смещения пластыря из-за того, что гофры якоря гладкие, как следствие, нарушение может быть не изолировано пластырем; - the possibility of displacement of the plaster due to the fact that the corrugations of the anchor are smooth, as a result, the violation may not be isolated by the plaster;

- высокие материальные затраты, связанные с необходимостью дополнительных спускоподъемных операций для проведения очистки и калибрования стенок скважины, кроме того низкая эффективность вальцующей головки при расширении цилиндрической трубы также приводит к дополнительным спускоподъемным операциям для замены вальцующей головки на новую.- high material costs associated with the need for additional tripping operations for cleaning and calibrating the borehole walls, in addition, the low efficiency of the rolling head when expanding the cylindrical pipe also leads to additional tripping operations to replace the rolling head with a new one.

Технической задачей изобретения является создание устройства для герметизации стенок скважины, надежного в работе, позволяющего осуществить очистку с промывкой и калибрование стенок скважины перед установкой, а также изолировать интервалы нарушения большой длины за счет применения продольно-гофрированных труб.The technical object of the invention is to create a device for sealing the borehole walls, reliable in operation, allowing cleaning with flushing and calibration of the borehole walls before installation, as well as isolating long-length disturbance intervals due to the use of longitudinally corrugated pipes.

Техническая задача решается устройством для герметизации стенок скважины, включающим пластырь с эластичными элементами, цилиндрическими концами и якорем, выполненным в виде продольно-гофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в месте установки, верхний конец пластыря оснащен переводником с резьбой и вальцующей головкой с фрезером, нижний конец пластыря оснащен башмаком.The technical problem is solved by a device for sealing the borehole walls, which includes a patch with elastic elements, cylindrical ends and an anchor made in the form of a longitudinally corrugated pipe with an outer diameter when the corrugations expand, not less than the inner diameter of the well at the installation site, the upper end of the patch is equipped with a threaded sub and a rolling head with a milling cutter, the lower end of the patch is equipped with a shoe.

Новым является то, что пластырь выполнен продольно-гофрированным с описанным диаметром якоря на 1,5-2 % меньше диаметра скважины, при этом якорь оснащен калибрующими элементами, выполненными в виде наплавки из твердосплавной крошки на вершины гофр, переводник в нижней части снабжен выступами, расположенными внутри гофр пластыря, а в верхней части переводник снабжен проточкой с конической фаской под завальцовку верхнего конца пластыря, переводник сверху соединен с вальцующей головкой, башмак выполнен проходным и оснащен седлом под шар, при этом проходной канал вальцующей головки, переводника и фрезера выполнен диаметром, обеспечивающим прохождение шара башмака, а коническая фаска переводника выполнена с возможностью создания дополнительной раздачи верхнего конца пластыря при выталкивании переводника. The novelty is that the patch is made longitudinally corrugated with the described anchor diameter 1.5-2% less than the borehole diameter, while the anchor is equipped with calibrating elements made in the form of hard-alloy crumb surfacing on the corrugation tops, the sub is equipped with protrusions in the lower part, located inside the corrugations of the plaster, and in the upper part the sub is equipped with a groove with a conical chamfer for rolling the upper end of the plaster, the sub is connected from above to the rolling head, the shoe is made through passage and equipped with a saddle for a ball, while the passage channel of the rolling head, sub and mill is made with a diameter of, providing the passage of the shoe ball, and the conical chamfer of the sub is made with the possibility of creating an additional distribution of the upper end of the patch when the sub is pushed out.

На фиг. изображено устройство для герметизации стенок скважины с продольным осевым разрезом.FIG. depicts a device for sealing the borehole walls with a longitudinal axial section.

Устройство для герметизации стенок скважины включает пластырь 1 с эластичными элементами 2, цилиндрическими концами 3, 4 и якорем 5, выполненным в виде продольно-гофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр 6 не менее внутреннего диаметра скважины (на фиг. не показана) в месте установки. Верхний конец 3 пластыря 1 оснащен переводником 7 с резьбой 8 и вальцующей головкой 9 с фрезером 10. Нижний конец 4 пластыря 1 оснащен башмаком 11.The device for sealing the borehole walls includes a plaster 1 with elastic elements 2, cylindrical ends 3, 4 and an anchor 5 made in the form of a longitudinally corrugated pipe with an outer diameter when the corrugations 6 expand, not less than the inner diameter of the borehole (not shown in the figure) in place installation. The upper end 3 of the patch 1 is equipped with a sub 7 with a thread 8 and a rolling head 9 with a milling cutter 10. The lower end 4 of the patch 1 is equipped with a shoe 11.

Пластырь 1 выполнен продольно-гофрированным. Описанный диаметр якоря 5 на 1,5-2 % меньше диаметра скважины, при этом якорь 5 оснащен калибрующими элементами 12, выполненными в виде наплавки 13 из твердосплавной крошки на вершины гофр 14. Переводник 7 в нижней части снабжен выступами 15, расположенными внутри гофр 16 пластыря 1. В верхней части переводник 7 снабжен проточкой 17 с конической фаской 18 под завальцовку 19 верхнего конца 3 пластыря 1. Переводник 7 сверху соединен с вальцующей головкой 9. Башмак 11 выполнен проходным и оснащен седлом 20 под шар 21. Проходной канал 22 вальцующей головки 9, проходной канал 23 переводника 7 и проходной канал 24 фрезером 10 выполнен диаметром, обеспечивающим прохождение шара 21 башмака 11. Коническая фаска 18 переводника 7 выполнена с возможностью создания дополнительной раздачи верхнего конца 3 пластыря 1 при выталкивании переводника 7.The plaster 1 is made longitudinally corrugated. The described diameter of the anchor 5 is 1.5-2% less than the diameter of the well, while the anchor 5 is equipped with calibrating elements 12 made in the form of hardfacing 13 of hard-alloy chips on the tops of the corrugations 14. Sub 7 in the lower part is equipped with projections 15 located inside the corrugations 16 plaster 1. In the upper part, the sub 7 is provided with a groove 17 with a conical chamfer 18 for rolling 19 of the upper end 3 of the plaster 1. Sub 7 is connected from above to the rolling head 9. The shoe 11 is made through and is equipped with a saddle 20 for the ball 21. Passage channel 22 of the rolling head 9, the passageway 23 of the sub 7 and the passageway 24 by the milling cutter 10 are made with a diameter that ensures the passage of the ball 21 of the shoe 11. The conical chamfer 18 of the sub 7 is made with the possibility of creating an additional distribution of the upper end 3 of the plaster 1 when the sub 7 is pushed out.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

По данным геологических исследований определяют интервал нарушения, диаметр скважины в месте нарушения (на фиг. не показаны). According to the data of geological studies, the interval of the disturbance is determined, the diameter of the well at the location of the disturbance (not shown in the figure).

Якорь 5 изготавливают на 1,5-2 % меньше диаметра скважины, при этом якорь 5 оснащают наплавкой 13 из твердосплавной крошки на вершины гофр 14. Устройство для герметизации стенок скважины в сборе спускают в интервал нарушения на колонне труб (на фиг. не показаны). The anchor 5 is made 1.5-2% less than the borehole diameter, while the anchor 5 is equipped with hardfacing 13 of hard-alloy chips on the tops of the corrugations 14. The assembly for sealing the borehole walls is lowered into the break interval on the pipe string (not shown in the figure) ...

При этом устройство и колонну труб заполняют скважинной жидкостью через башмак 11, проходной канал 24 фрезера 10, проходной канал 23 переводника 7, проходной канал 22 вальцующей головки 9. При необходимости при спуске производят промывку скважины закачкой жидкости. По достижении верхней границы интервала установки пластыря 1 устройство начинают вращать с одновременной подачей вниз и с одновременной промывкой скважины, при этом благодаря наличию выступов 15 на переводнике 7, расположенных внутри гофр 16, вращение передается устройству, а из-за действия центробежной силы якорь 5, снабженный наплавкой 13 из твердосплавной крошки, производит очистку и калибрование стенок скважины. По достижении нижней границы интервала установки производят окончательную промывку. Благодаря тому, что описанный диаметр якоря меньше на 1,5-2 % меньше внутреннего диаметра скважины, устройство свободно проходит до места установки и в то же время при создании вращения позволяет производить очистку и калибрование стенок скважины. После чего с устья бросают шар 21, который проходя внутри колонны труб, проходной канал 22 вальцующей головки 9, проходной канал 23 переводника 7 и проходной канал 24 фрезера 10, садится в седло 20 башмака 11. Затем созданием перепада давления, например, 15 Мпа, расширяют продольно-гофрированный пластырь 1 с якорем 5. После чего созданием натяжения колонны труб с одновременным созданием перепада давления, например, 18 Мпа, производят выталкивание переводника 7, расширяя завальцовку 19 верхнего конца 3 пластыря 1. Благодаря тому, что коническая фаска 18 переводника 7 выполнена с возможностью создания дополнительной раздачи верхнего конца 3 пластыря 1, внутренний диаметр верхнего конца 3 превышает диаметр переводника 7, что позволяет свободно пропустить переводник 7 с вальцующей головкой 9 и фрезера 10 через верхний конец 3 пластыря 1 для его калибрования. Благодаря тому, что якорь 5 снабжен наплавкой 13 из твердосплавной крошки, обеспечивается надежная фиксация устройства за счет внедрения твердосплавной крошки в стенки скважины, исключающей его смещение. Благодаря тому, что пластырь 1 выполнен продольно-гофрированным, появляется возможность изолировать интервал нарушения большой длины за счет того, что работа по расширению продольно-гофрированного пластыря 1 выполнена за счет перепада давления, а вальцующая головка 9 с фрезером 10 применяется для калибрования внутреннего диаметра пластыря 1, прижатия уплотнительных элементов 2 и разбуривания башмака 11. При этом значительно уменьшается износ вальцующей головки 9.In this case, the device and the pipe string are filled with borehole fluid through the shoe 11, the passageway 24 of the milling cutter 10, the passageway 23 of the sub 7, the passageway 22 of the rolling head 9. If necessary, when running, the well is flushed by pumping liquid. Upon reaching the upper boundary of the patch 1 installation interval, the device begins to rotate with simultaneous downward feed and simultaneous well flushing, while due to the presence of projections 15 on the sub 7 located inside the corrugation 16, rotation is transferred to the device, and due to the action of centrifugal force, the anchor 5, equipped with a hard-alloy crumb surfacing 13, it cleans and calibrates the borehole walls. Upon reaching the lower limit of the installation interval, a final flush is performed. Due to the fact that the described anchor diameter is smaller by 1.5-2% less than the inner diameter of the well, the device freely passes to the installation site and at the same time, when creating rotation, allows cleaning and calibrating the walls of the well. After that, a ball 21 is thrown from the mouth, which, passing inside the pipe string, the passage channel 22 of the rolling head 9, the passage channel 23 of the sub 7 and the passage channel 24 of the milling cutter 10, sits in the saddle 20 of the shoe 11. Then, by creating a pressure drop, for example, 15 MPa, expand the longitudinally-corrugated plaster 1 with the anchor 5. After that, by creating a tension on the pipe string while creating a pressure drop, for example, 18 MPa, the sub 7 is pushed out, expanding the rolling 19 of the upper end 3 of the plaster 1. Due to the fact that the tapered chamfer 18 of the sub 7 made with the possibility of creating an additional distribution of the upper end 3 of the patch 1, the inner diameter of the upper end 3 exceeds the diameter of the sub 7, which allows you to freely pass the sub 7 with the rolling head 9 and the milling cutter 10 through the upper end 3 of the patch 1 to calibrate it. Due to the fact that the anchor 5 is equipped with a hard-alloy crumb surfacing 13, a reliable fixation of the device is ensured due to the introduction of the carbide chips into the borehole walls, preventing its displacement. Due to the fact that the plaster 1 is made longitudinally corrugated, it becomes possible to isolate the interval of the violation of a large length due to the fact that the work on expanding the longitudinally corrugated plaster 1 is performed due to the pressure drop, and the rolling head 9 with the milling cutter 10 is used to calibrate the inner diameter of the plaster 1, pressing the sealing elements 2 and drilling out the shoe 11. This significantly reduces the wear of the rolling head 9.

Предлагаемое устройство для герметизации стенок скважины, надежное в работе, позволяет осуществлять очистку с промывкой и калибрование стенок скважины перед установкой, а также изолировать интервал нарушения большой длины.The proposed device for sealing the borehole walls, reliable in operation, allows cleaning with flushing and calibrating the borehole walls before installation, as well as isolating a long disturbance interval.

Claims

The device for sealing the borehole walls includes a patch with elastic elements, cylindrical ends and an anchor made in the form of a longitudinally-corrugated pipe with an outer diameter when the corrugations expand, not less than the inner diameter of the borehole at the installation site, the upper end of the patch is equipped with a threaded sub and a rolling head with a mill , the lower end of the patch is equipped with a shoe, characterized in that the patch is made longitudinally corrugated, the described anchor diameter is 1.5-2% less than the borehole diameter, while the anchor is equipped with calibrating elements made in the form of hard-alloy crumb surfacing on the corrugation tops, a sub in the lower part it is equipped with protrusions located inside the corrugation of the plaster, and in the upper part the sub is equipped with a groove with a conical chamfer for rolling the upper end of the plaster, the sub is connected from above to the rolling head, the shoe is made through passage and equipped with a saddle for the ball, while the passage channel of the rolling head, sub and The milling cutter is made with a diameter that ensures the passage of the shoe ball, and the conical chamfer of the sub is made with the possibility of creating an additional distribution of the upper end of the patch when the sub is pushed out.