Способ установки цементного моста под давлением в обсаженной скважине и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при ремонте нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает расширение технологических возможностей установки цементного моста под давлением. Сущность изобретения: по способу спускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб пакер с циркуляционным клапаном. Распакеровывают его уплотнительный элемент и выдвижные плашки в заданном интервале. Продавливают цементный раствор в пласт через пакер под давлением. Снижают давление в насосно-компрессорных трубах и оставляют под давлением цементный раствор в подпакерной зоне. Согласно изобретению пакер спускают вместе с пусковым устройством. Сбрасывают запорный шар и приводят в действие пусковое устройство, которое фиксирует пакер в эксплуатационной колонне с помощью выдвижных плашек и одновременно открывает циркуляционные каналы. Через последние производят промывку скважины, прокачку цементного раствора в заданный интервал. Герметизируют устье скважины. Задавливают в пласт или в заколонное пространство цементный раствор. Затем, не снижая давления, распакеровывают уплотнительный элемент пакера с одновременным закрытием его циркуляционных отверстий и отсоединением пускового устройства. Оставляют под давлением цементный раствор в подпакерной зоне. Снижают давление в насосно-компрессорных трубах. Разгерметизируют устье скважины. Вымывают цементный раствор из надпакерной зоны и поднимают на поверхность колонну насосно-компрессорных труб вместе с пусковым устройством. Устройство включает пакер с уплотнительным элементом, выполненным в виде тороидального кольца, заключенного в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны металлическую оболочку и выдвижные плашки. Согласно изобретению пакер снабжен пружинным пусковым устройством, имеющим корпус. В верхней части корпуса расположена муфта для присоединения насосно-компрессорных труб и пружинный упор. В последний одним концом помещена заневоленная пружина, упирающаяся другим концом в фланец цилиндра. Последний установлен на корпусе пускового устройства и зафиксирован относительно этого корпуса шаровым замком. Замок заперт цилиндрической втулкой. Втулка своей верхней частью перекрывает циркуляционные отверстия в этом корпусе. Часть втулки оборудована седлом для сбрасываемого с поверхности запорного шара. Фланец подвижного цилиндра пускового устройства взаимодействует с фланцем пакера, на котором установлены с помощью шарниров выдвижные плашки пакера и который снабжен фиксатором осевого перемещения. Пакер расположен на нижней части корпуса пускового устройства, конец которого соединен с помощью внутреннего пружинного кольца с заглушкой. На заглушке установлено наружное пружинное кольцо, попадающее в паз этой опоры, фиксируя в ней заглушку в рабочем положении. Подвижная опора пакера соединена с нижним концом корпуса пускового устройства. Уплотнительный элемент установлен на подвижной опоре и упирается в фигурную перегородку. 2 н.п.ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при ремонте нефтяных и газовых скважин.

Известны способы установки цементных мостов под давлением, включающие следующие операции: в скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) таким образом, чтобы ее конец оказался ниже перфорированного участка эксплуатационной колонны, оборудуют устье скважины устройствами для его герметизации и запорной арматурой, определяют приемистость скважины и промывают ее прямой промывкой. Затем закачивают в скважину по колонне НКТ цементный раствор и продавливают его до забоя. После этого герметизируют затрубное пространство между эксплуатационной колонной и НКТ и задавливают часть цементного раствора в пласт через перфорационные отверстия. Не снижая давления, с помощью запорной арматуры переключаются на обратную промывку, вымывают оставшийся в скважине цементный раствор и оставляют в таком состоянии скважину на период затвердевания цемента [1].

Такие способы используются при исправлении неудачных цементирований. Установка цементного моста внутри эксплуатационной колонны не исключает возможность прихвата низа колонны НКТ.

Известны способы установки цементных мостов под давлением с применением неизвлекаемых пакеров. В этом случае над пакером устанавливают циркуляционный управляемый клапан, соединенный с ним разъемным устройством, и эту компоновку спускают в скважину на заданную глубину на колонне НКТ и закрывают циркуляционный клапан путем поднятия вверх колонны НКТ, промывают скважину прямой промывкой. Затем бросают в НКТ малый шар, который перекрывает циркуляционное отверстие в пакере. Путем создания давления в НКТ рапакеровывают уплотнительный элемент пакера, перекрывая кольцевое пространство между корпусом пакера и эксплуатационной колонной, одновременно включая в действие обратный клапан пакера. При этом открывается проход жидкости через пакер. Путем опускания колонны НКТ открывают циркуляционный клапан и закачивают цементный раствор в НКТ, продавливая его на некоторое расстояние выше циркуляционного клапана.

Вновь поднимая колонну НКТ, закрывают циркуляционный клапан и продавливают цементный раствор в пласт через перфорационные отверстия. Затем снижают давление в НКТ, в результате чего закрывается обратный клапан пакера, и отсоединяют от пакера циркуляционный клапан, после чего поднимают его на поверхность, оставляя под давлением цементный раствор в подпакерной зоне [2].

Если объем заколонного пространства ограничен, то продавить в него порцию скважинной жидкости, а затем цементный раствор, используя этот способ, невозможно.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа установки цементных мостов под давлением с применением разбуриваемых пакеров.

Поставленная цель достигается тем, что в скважину на колонне НКТ спускают пакер вместе с циркуляционным клапаном, расположенным на пусковом устройстве, после чего путем сбрасывания в НКТ запорного шара приводят в действие пусковое устройство, которое фиксирует пакер в эксплуатационной колонне с помощью выдвижных плашек и одновременно открывает циркуляционные каналы, через которые производят промывку скважины, продавку цементного раствора в заданный интервал, затем герметизируют устье скважины и задавливают в пласт или в заколонное пространство через перфорационные отверстия эксплуатационной колонны цементный раствор под давлением, после этого, не снижая давления, путем натяжения колонны НКТ распакеровывают уплотнительный элемент пакера с одновременным закрытием его циркуляционных отверстий и отсоединением пускового устройства, оставляя под давлением цементный раствор в подпакерной зоне, после чего снижают давление в НКТ, разгерметизируют устье скважины, вымывают излишки цементного раствора из надпакерной зоны и поднимают на поверхность НКТ вместе с пусковым устройством.

Известны пакеры, которые устанавливаются в спускаемой колонне труб под перепускным клапаном и имеют выдвижные плашки, шарнирно соединенные с толкателем, взаимодействующим с пружиной и резиновые уплотнительные элементы. Однако, использовать их в качестве неизвлекаемых пакеров для установки цементных мостов под давлением нерационально, т.к. они имеют большие размеры, обусловленные размерами резиновых уплотнительных манжет, что затрудняет операцию разбуривания цементных мотов в случае необходимости [3].

Известен пакерующий элемент, выполненный в виде нескольких тороидальных колец, заключенных в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны, металлическую оболочку, разделенных фигурными перегородками с радиальными каналами, а подвижная опора пакера имеет фиксатор осевого перемещения [4].

Использование его в таком виде в устройстве для установки цементных мостов под давлением нерационально, несколько колец и фигурные перегородки занимают значительное расстояние, увеличивающее его осевые размеры, что усложняет процесс разбуривания цементного моста в случае необходимости. Кроме того, мосты под давлением часто используются для отсечения водоносных горизонтов, близко расположенных к продуктивному пласту. Это обстоятельство требует в данной технологии применение пакерующих устройств уменьшенных размеров.

Известен неизвлекаемый пакер, который состоит из пакерующего элемента в виде резиновой манжеты, выдвижных плашек, седла для малого сбрасываемого с поверхности шара, соединенного с корпусом срезным элементом, а над пакером устанавливается циркуляционное устройство, соединяющееся с ним посредством переводника с левой резьбой.

Однако наличие резиновой манжеты в качестве уплотнительного элемента определяет его увеличение размеры, что неприемлемо в случае установки цементного моста для изоляции близкорасположенных пропластков, либо при переносе интервала перфорации. К тому же затруднительно его разбуривать в случае ликвидации цементного моста.

Целью изобретения является создание устройства, имеющего небольшие размеры, легко разбуриваемое и обеспечивающее необходимые технологические операции при установке малогабаритных цементных мостов под давлением.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, спускаемое в скважину на колонне НКТ, включающее пакер с уплотнительным элементом, выполненным в виде тороидального кольца, заключенного в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны, металлическую оболочку, выдвижные плашки, отличающееся тем, что пакер снабжен пружинным пусковым устройством имеющим корпус, в верхней части которого расположена муфта для присоединения НКТ и пружинный упор, в который одним концом помещена заневоленная пружина, упирающаяся другим концом в фланец цилиндра, установленного на корпусе пускового устройства с возможностью осевого перемещения в рабочем положении без вращения и зафиксированного относительно этого корпуса шаровым замком, который заперт цилиндрической втулкой, расположенной внутри корпуса пускового устройства и зафиксированной относительно него срезным элементом, при этом втулка своей верхней частью перекрывает циркуляционные отверстия в этом корпусе, соединяющие в рабочем положении трубное и затрубное пространство НКТ, кроме того, эта часть втулки оборудована седлом для сбрасываемого с поверхности запорного шара, а фланец подвижного цилиндра пускового устройства взаимодействует с фланцем пакера, на котором установлены с помощью шарниров выдвижные плашки пакера и который снабжен фиксатором осевого перемещения, причем сам пакер расположен на нижней части корпуса пускового устройства, конец которого соединен с помощью внутреннего пружинного кольца с заглушкой, снабженной уплотнительным кольцом и радиальными отверстиями, которая расположена в подвижной опоре пакера и имеет наружное пружинное кольцо, попадающее в паз этой опоры, фиксируя в ней заглушку в рабочем положении, а подвижная опора пакера соединена с нижним концом корпуса пускового устройства срезным элементом, причем ее фиксатор осевого перемещения расположен в корпусе отклоняющего клина и закреплен фигурной перегородкой, имеющей радиальные каналы, а уплотнительный элемент выполнен в виде одного тороидального кольца, заключенного в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны металлическую оболочку, которое установлено на подвижной опоре и упирается в фигурную перегородку.

На фиг.1, 2 и 3 показана схема осуществления способа установки цементного моста под давлением в обсаженной скважине с применением неизвлекаемого пакера. На фиг.1 изображена компоновка устройства, спущенного в скважину в интервал установки цементного моста, на фиг.2 показана операция фиксации устройства в эксплуатационной колонне выдвижными плашками с одновременным открытием циркуляционных каналов в корпусе пускового устройства, через которые производится промывка скважины, закачка цементного раствора в интервал установки цементного моста. На фиг.3 изображен заключительный этап операции - распакеровка уплотнительного элемента с одновременным фиксированием заглушки в подвижной опоре пакера и отсоединением пускового устройства от пакера с последующим вымывом излишков цементного раствора из надпакерной зоны.

Устройство для осуществления способа установки цементного моста под давлением в обсаженной скважине состоит из корпуса 1, который в верхней части оборудован муфтой 2 для подсоединения колонны НКТ и пружинным упором 3, в который упирается одним концом заневоленная пружина 4, а другим концом она упирается в фланец цилиндра 5, установленного на корпусе 1 и зафиксированного относительно этого корпуса шаровым замком 6, который заперт цилиндрической втулкой 7, зафиксированной в корпусе 1 срезным элементом 8 и перекрывающей циркуляционные отверстия этого корпуса 9. В верхней части втулки имеется коническая поверхность 10 для посадки сбрасываемого с поверхности запорного шара 11. Фланец цилиндра 5 контактирует с фланцем пакера 12, в котором установлен фиксатор его перемещения 13 и к которому присоединены шарнирно выдвижные плашки 14, установленные на отклоняющем клине 15, соединенном с фигурной перегородкой 16, подпирающей расположенный в корпусе этого клина фиксатор 17 осевого перемещения подвижной опоры пакера 18, зафиксированной относительно корпуса 1 срезным элементом 19, на которой установлен заключенный в разрезную металлическую оболочку 20 уплотнительный элемент 21. Нижний конец корпуса 1 соединен с помощью внутреннего пружинного кольца 22 с расположенной в подвижной опоре пакера 18 заглушкой 23, которая имеет радиальные отверстия 24 и наружное пружинное кольцо 25, фиксирующее ее в рабочем положении относительно этой опоры в пазу 26. Кроме того, с внешней стороны заглушки 23 расположено уплотнительное кольцо 27, а опора пакера 18 снабжена радиальными каналами 28.

Способ осуществляют следующим образом. Пакер устанавливают на нижний конец корпуса 1 пускового устройства, фиксируют его с помощью срезного элемента 19, устанавливают заглушку 23 и спускают в скважину на колонне НКТ до заданного интервала установки цементного моста. Промывают скважину прямой промывкой. Бросают шар 11 и создают в колонне НКТ давление. При этом открываются циркуляционные отверстия пускового устройства и фиксируется в эксплуатационной колонне пакер путем выдвижения плашек 14 под действием пружины 4. Затем закачивают цементный раствор через циркуляционные отверстия 9 и продавливают его до места установки цементного моста. После этого герметизируют на устье затрубное пространство между НКТ и эксплуатационной колонной и поднимают давление в НКТ до уровня насыщения пласта или до уровня, ограниченного технической характеристикой эксплуатационной колонны, и продавливают цементный раствор через циркуляционные каналы пускового устройства и кольцевое пространство между корпусом пакера и эксплуатационной колонной через перфорационные каналы в пласт или в заколонное пространство. Затем герметизируют кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и корпусом пакера распакеровкой уплотнительного элемента 21 путем натяжения колонны НКТ. При этом одновременно закрывается заглушка пакера и происходит отделение от него пускового устройства. Таким образом, под пакером оставлен цементный раствор под давлением продавки. После снижения давления в НКТ и разгерметизации устья скважины обратной промывкой вымывают излишки цементного раствора и производят далее запланированные операции в скважине.

Устройство работает следующим образом. НКТ 29 присоединяют к муфте 2 устройства и спускают его в скважину к заданному интервалу установки цементного моста. Затем бросают шар 11, который садится в конусное седло 10 втулки 7. При создании давления в НКТ срезается фиксирующий элемент 8 и втулка 7 перемещается вниз, одновременно открывая циркуляционные отверстия 9 в корпусе пускового устройства и отмыкая шаровый замок 6. Под действием заневоленной пружины 4 цилиндр 5 своим фланцем переместит вниз фланец пакера 12, который выдвинет до контакта с эксплуатационной колонной 30 плашки 14, фиксируя устройство в заданном интервале и зафиксируется в этом положении с помощью фиксатора 13 (фиг.2). Затем в НКТ закачивают цементный раствор и прогоняют его через циркуляционные каналы 9 и кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и корпусом пакера в место установки цементного моста. При загерметизированном устье скважины поднимают давление в НКТ и задавливают цементный раствор в пласт или в заколонное пространство. Не снижая давления, натягивают колонну НКТ, в результате чего усилие передается на подвижную опору пакера 18, которая распакеровывает уплотнительный элемент 21, герметизируя кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и корпусом пакера. Когда усилие натяжения достигнет расчетной величины, срезается элемент 19, и корпус пускового устройства 1 перемещается вверх, увлекая за собой заглушку 23, при этом закрываются ее отверстия 24, а наружное кольцо 25, попадая в паз подвижной опоры 18, фиксирует заглушку в этой опоре с одновременным уплотнением кольцом 27. Таким образом герметизируется внутреннее пространство эксплуатационной колоны, оставляя под давлением цементный раствор в подпакерной зоне. Одновременно с этим срабатывает внутреннее пружинное кольцо 22, освобождая корпус пускового устройства 1, который извлекается из пакера при подъеме НКТ. В таком положении пакер удерживает давление в подпакерной зоне до затвердевания цементного раствора.

В результате реализации этого способа установки цементного моста проникший в пласт или в заколонное пространство цементный раствор не будет выдавлен обратно в скважину и надежно затампонирует все водопроводящие каналы, обеспечив безводную эксплуатацию продуктивного пласта при близкорасположенных водоносных пропластках или при негерметичности заколонного пространства. Кроме того, эта технология позволяет все операции выполнить за один спуск-подъем НКТ и исключить из технологического цикла ремонта скважины время на ожидание затвердевания цемента, что значительно снижает затраты на такой ремонт. К тому же, конструкция устройства позволяет извлечь из скважины все ее громоздкие узлы, оставив в ней пакер, размеры которого уменьшены до 0,3 м за счет применения однокольцового уплотнительного элемента, размещения фиксатора осевого перемещения подвижной опоры пакера в отклоняющем клине и формой фланца выдвигающего плашки. Этот пакер легко разбуривается в случае ликвидации цементного моста.

Использованная литература.

1. Справочник инженера по бурению. T.1. Под редакцией В.И. Мищевича, Н.А. Сидорова. - М.: Недра, 1973, стр.401.

2. Харьков В.А. Капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1969, 175.

3. Авторское свидетельство №571583, Е 21 В 33/12, 1977 г.

4. Патент RU 2173765 C2, Е 21 В 33/12, 2001 г.

1. Способ установки цементного моста под давлением в обсаженной скважине, включающий спуск в скважину на колонне насосно-компрессорных труб пакера с циркуляционным клапаном, одновременную распакеровку его уплотнительного элемента и выдвижных плашек в заданном интервале, открытие циркуляционного клапана, прокачку цементного раствора в скважину, закрытие циркуляционного клапана и продавку цементного раствора в пласт через пакер под давлением, снижение давления в насосно-компрессорных трубах и оставление под давлением цементного раствора в подпакерной зоне, отличающийся тем, что пакер спускают в скважину до заданного интервала на колонне насосно-компрессорных труб вместе с пусковым устройством, после чего путем сбрасывания запорного шара приводят в действие пусковое устройство, которое фиксирует пакер в эксплуатационной колонне с помощью выдвижных плашек и одновременно открывает циркуляционные каналы, через которые производят промывку скважины, прокачку цементного раствора в заданный интервал, затем герметизируют устье скважиной между колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной и задавливают в пласт или в заколонное пространство цементный раствор под давлением, после этого, не снижая давления, путем натяжения колонны насосно-компрессорных труб распакеровывают уплотнительный элемент пакера с одновременным закрытием его циркуляционных отверстий и отсоединением пускового устройства, оставляя под давлением цементный раствор в подпакерной зоне, после чего снижают давление в насосно-компрессорных трубах, разгерметизируют устье скважины, вымывают цементный раствор из надпакерной зоны и поднимают на поверхность колонну насосно-компрессорных труб вместе с пусковым устройством.

2. Устройство для установки цементного моста под давлением в обсаженной скважине, спускаемое на колонне насосно-компрессорных труб, включающее пакер с уплотнительным элементом, выполненным в виде тороидального кольца, заключенного в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны металлическую оболочку, выдвижные плашки, отличающееся тем, что пакер снабжен пружинным пусковым устройством, имеющим корпус, в верхней части которого расположена муфта для присоединения насосно-компрессорных труб и пружинный упор, в который одним концом помещена заневоленая пружина, упирающаяся другим концом в фланец цилиндра, установленного на корпусе пускового устройства с возможностью осевого перемещения без вращения в рабочем положении и зафиксированного относительно этого корпуса шаровым замком, который заперт цилиндрической втулкой, расположенной внутри корпуса пускового устройства и зафиксированной относительно него срезным элементом, при этом втулка своей верхней частью перекрывает циркуляционные отверстия в этом корпусе, соединяющие в рабочем положении трубное и затрубное пространства насосно-компрессорных труб, кроме того, эта часть втулки, оборудована седлом для сбрасываемого с поверхности запорного шара, а фланец подвижного цилиндра пускового устройства взаимодействует с фланцем пакера, на котором установлены с помощью шарниров выдвижные плашки пакера и который снабжен фиксатором осевого перемещения, причем сам пакер расположен на нижней части корпуса пускового устройства, конец которого соединен с помощью внутреннего пружинного кольца с заглушкой, снабженной уплотнительным кольцом и радиальными отверстиями и расположенной в подвижной опоре пакера, имеющей радиальные каналы, кроме того, на заглушке установлено наружное пружинное кольцо, попадающее в паз этой опоры, фиксируя в ней заглушку в рабочем положении, а подвижная опора пакера соединена с нижним концом корпуса пускового устройства срезным элементом, причем ее фиксатор осевого перемещения расположен в корпусе отклоняющего клина и закреплен фигурной перегородкой, имеющей радиальные каналы, а уплотнительный элемент, выполненный в виде одного тороидального кольца, заключенного в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны металлическую оболочку, установлен на подвижной опоре и упирается в фигурную перегородку.