RU32179U1 - Устройство для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадной колонны в скважине - Google Patents

Description

2003113700

iiiiiiiiiiiiiyiiiiiiniiiii

::; i: 0 0: - 5:; ,1 : 1 3 0 0ч

МПК Е21В29/10

Устройство для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадной колонны в скважине

Полезная модель относится к строительству и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин и может быть использована для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадной колонны в скважине.

Негерметичность обсадных колон, например, в конических резьбовых соединениях с треугольным профилем резьбы по ГОСТ 632-80, использованных практически во всех нефтяных и в значительной части газовых скважин, является одним из основных видов осложнений при их капитальном ремонте. Доля этих осложнений составляет до 20 %. Причина негерметичности - формирование флюидопроводящих каналов в резьбовых соединениях колонн вследствие недоворота при свинчивании из-за дефектов резьбы, возникающих при изготовлении, хранении, транспортировке труб, а также по причине создания недостаточного крутящего момента, некачественной смазки и др.

Из существующего уровня техники неизвестны устройства для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадной колонны в скважине, так как достигается такая герметичность только в верхней незацементированной части колонны путем довинчивания резьбы с устья скважины.

Задачей полезной модели является восстановление герметичности резьбовых соединений путем устранения зазоров между витками резьбы, как на зацементированных участках обсадной колонны, так и на участках, свободных от цемента.

возможностью осевого перемещения установлен гидромеханический расширитель, выполненный в форме пустотелого клина с цилиндрическим участком и конической головкой с продольными пазами на её наружной поверхности. В пазах, с возможностью перемещения в них, установлены выдвижные секторы с закаленными сухарями на наружной поверхности. На цилиндрическом участке клина, с возможностью взаимодействия через упор с выдвижными секторами, установлен пружинный механизм. На нижнем конце ствола установлен башмак с опорой для нижних торцов секторов и ограничителем их радиального перемещения. На верхней части клина и трубе установлен с возможностью осевого перемещения корпус-цилиндр, причем на верхних концах клина и ствола закреплены, соответственно, нижний и верхний поршни, образующие со стволом и внутренней поверхностью корпусацилиндра гидравлическую камеру, сообщенную с трубой.

Устройство характеризуется тем, что пружинный механизм выполнен в виде набора тарельчатых пружин. Кроме того, труба с помощью разрезной муфты с упорной резьбой соединена с фиксатором, который посредством верхнего поршня соединен со стволом, при этом труба, выше соединения с фиксатором, снабжена уступом.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - общий вид устройства, на фиг. 2- элемент расширителя в рабочем положении.

Заявляемое устройство для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадной колонны в скважине включает ствол 1 с башмаком 2, соединенный посредством верхнего поршня 3 и фиксатора 4 с несущей трубой 5. На стволе 1 подвижно установлен клин 6, в пазах головки которого установлены выдвижные секторы 7 с закаленными сухарями 8 на наружной поверхности. На башмаке 2 выполнена опора для нижних торцов выдвижных секторов 7 и ограничители их радиального перемещения. На цилиндрической поверхности клина 6 размещён упор 9 и набор жестких тарельчатых пружин 10, подтянутых гайкой. Верхний поршень 3 и нижний поршень 11, установленный на верхнем конце клина 6, образуют со стволом 1 и

корпусом-цилиндром 12 рабочую гидравлическую камеру 13. Фиксатор 4 соединен с несущей трубой 5 разрезной муфтой 14с упорной резьбой. На трубе 5, выше разрезной муфты 14 выполнен уступ 15. Труба 5 соединена с клапаном 16, предназначенным для заполнения жидкостью колонны насоснокомпрессорных труб (НКТ) (на чертеже не показана) при спуске устройства в скважину и слива ее при подъеме. На фиг.2 показан фрагмент устройства, установленного в рабочем состоянии в обсадной трубе 17, например с муфтой 18.

Устройство работает следующим образом.

Устройство спускают в скважину на трубах (на чертеже не показаны) и устанавливают так, чтобы коническая головка клина 6 находилась на 0,5- 0,7 м ниже негерметичной резьбы. Создают давление жидкости в гидравлической камере 13 в пределах 2-3 МПа. Нижний поршень 11 толкает клин 6 вниз; выдвижные секторы 7, опираясь на башмак 2, начинают двигаться в радиальном направлении до момента контакта сухарей 8 с поверхностью обсадной трубы 17 и, одновременно, перемещаться по пазам клина 6, сжимая тарельчатые пружины 10 через упор 9. Устройство медленно протягивают вверх до рывка, возникающего в момент посадки сухарей 8 в зазор между торцами труб 17 в муфте 18 (см. фиг.2). Таким образом, устройство автоматически «находит муфту и фиксируется в ней. Давление в камере 13 поднимают до 7 МНа и протягивают устройство на 0,25 - 0,3 м вверх, что обеспечивает пластическое деформирование (расширение) резьбовой части трубы 17 в муфте 18 за счет воздействия сухарей 8. Давление сбрасывают, под усилием сжатых пружин 10 упор 9 смещает секторы 7 в транспортное положение и устройство опускают на 0,5-0,7 м. Затем снова давление в камере 13 поднимают до 2-3 МПа, поднимают устройство до посадки сухарей 8 в зазор муфты 18, причем наружная цилиндрическая поверхность секторов 7 опирается уже на расширенную при первом проходе внутреннюю поверхность трубы, создавая тот же уступ «5 (см. фиг. 2) для нового расширения при очередном проходе.

Протягивание головки клина 6 по резьбовой части трубы 17 повторяют 3-4 раза. Осевая нагрузка при протягивании устройства находится в пределах 50-150 кН; её величина зависит от толщины стенки трубы 17, качества стали и, столь же существенно, от установленной величины «5. С каждым проходом по мере деформации трубы 17 и уменьшения зазора между витками резьбы, осевое усилие возрастает. Стабилизация осевого усилия свидетельствует о завершении процесса. Колонну следует опрессовать до извлечения устройства из скважины.

Узел, включающий разрезную муфту 14, несущую трубу 5, уступ 15 и фиксатор 4 является предохранительным. В случае заклинивания секторов 7 несушую трубу 5 вывинчивают из разрезной муфты 14, поднимают до контакта уступа 15 с верхней кольцевой крышкой корпуса-цилиндра 12 и, затем, перемещают корпус- цилиндр 12 до контакта нижнего кольцевого торца с металлическим сердечником поршня 11. После этого создаваемое осевое усилие будет передаваться через рабочую трубу 5 и корпус - цилиндр 12 непосредственно на клин 6, выдергивая его вверх и освобождая заклиненные секторы 7. Затем, создав давление, восстанавливают соединение рабочей трубы 5 со стволом 1, опуская инструмент вниз и вводя резьбу трубы 5 в корпус фиксатора 4, раздвигая при этом подпружиненные элементы разрезной муфты 14.

Испытания расширителя были проведены на стенде лаборатории НПО «Бурение. Для эксперимента использовались стандартные муфты и патрубки труб диаметром 168 мм, стали марки D, 5 7,7 мм. Перед испытанием патрубки были ввинчены в две муфты с моментом « 40 кгм и, затем, отвинчены на полных 4 оборота. Расчетный диаметральный зазор между витками при этом увеличился на 0,8 мм. Одно муфтовое соединение было собрано без смазки, второе - со смазкой УС-1. Через каждое муфтовое соединение было выполнено по 4 протяжки устройства под давлением 7 МПа с осевым усилием 50-70 кН. Замеры показали, что внутренний диаметр трубы в нарезанной части увеличился на 1,65 - 1,75 мм, в гладкой на 1,75 - 1,8 мм (сборка без смазки). В

соединении со смазкой, диаметры увеличились соответственно на 1,00 - 1,2 мм и 1,44- 1,47мм.

При опрессовке оба соединения оказались герметичны при давлении 25МПа.

Использование заявленного устройства позволит оперативно и с невысокими трудозатратами устранять распространенный дефектнегерметичность резьбовых соединений. При необходимости за один спуск устройства могут быть обработаны несколько резьбовых соединений в интервале негерметичности, в том числе с малыми зтечками.

Claims (3)

1. Устройство для восстановления герметичности резьбовых соединений обсадной колонны в скважине, характеризующееся тем, что содержит клапан с трубой, соединенной со стволом, на котором с возможностью осевого перемещения установлен гидромеханический расширитель, выполненный в форме пустотелого клина с цилиндрическим участком и конической головкой с продольными пазами на ее наружной поверхности, при этом в пазах с возможностью перемещения в них установлены выдвижные секторы с закаленными сухарями на наружной поверхности, причем на цилиндрическом участке клина с возможностью взаимодействия через упор с выдвижными секторами установлен пружинный механизм, а на нижнем конце ствола установлен башмак с опорой для нижних торцов секторов и ограничителем их радиального перемещения, при этом на верхней части клина и трубе с возможностью осевого перемещения установлен корпус-цилиндр, причем на верхних концах клина и ствола закреплены соответственно нижний и верхний поршни, образующие со стволом и внутренней поверхностью корпуса-цилиндра гидравлическую камеру, сообщенную с трубой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пружинный механизм выполнен в виде набора тарельчатых пружин.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что труба с помощью разрезной муфты с упорной резьбой соединена с фиксатором, который посредством верхнего поршня соединен со стволом, при этом труба выше соединения с фиксатором снабжена уступом.