Устройство для контроля герметичности обсадной колонны

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и найдет применение в нефтяных и газовых скважинах при определении герметичности обсадных колонн. Обеспечивает возможность опрессовки подъемных труб и высокую надежность герметизации как пакеров в целом, так и отдельных их элементов. Сущность изобретения: устройство состоит из двух пакеров аналогичной конструкции. Между пакерами установлен перепускной клапан для подачи избыточного давления в затрубное пространство между устройством и обсадной колонной. Над верхним пакером находится подпружиненный тарельчатый клапан, предназначенный для опрессовки насосно-компрессорных труб. Над тарельчатым клапаном установлен клапан для слива жидкости из насосно-компрессорных труб с запорным органом для сбрасывания во внутрь устройства перед его подъемом из скважины. В нижней части устройства расположен обратный клапан. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оборудованию для определения мест негерметичности в обсадных колоннах нефтяных и газовых скважин.

Известен пакер, содержащий ствол и пакерующие узлы с уплотнительными элементами, гидроцилиндром, поршнем и системой взаимосвязанных отверстий. Он снабжен перепускным клапаном с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана, в котором расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный орган, причем в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, а пакерующие узлы установлены с противоположным направлением движения гидроцилиндров. Корпус перепускного клапана имеет два посадочных места для верхнего и нижнего положений запорного органа (патент РФ №2175710, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2002 г.).

Недостатком пакера является невозможность многократного использования его без извлечения из скважины с целью замены износившихся уплотнительных элементов. Быстрый выход из строя уплотнительных элементов вызван отсутствием регулирования деформируемости уплотнительных резиновых элементов и вследствие этого потерей эксплуатационных свойств резины при ее больших деформациях, в частности из-за эффекта виброползучести находящегося под механическим напряжением эластичного материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для контроля герметичности обсадной колонны, содержащее два пакера аналогичной конструкции, каждый из которых включает эластичную манжету и подвижный и неподвижный упоры, гидроцилиндры, включающие ствол с радиальными каналами и корпус, перепускной клапан, включающий запорный орган и каналы, связывающие внутреннее пространство устройства с межтрубным пространством и клапан в нижней части (патент РФ №2208127, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2003 г.).

Существенными недостатками устройства являются:

- отсутствие возможности опрессовки колонны подъемных труб, на которых устройство спускается в скважину;

- низкая надежность герметизации пространства скважины, которое подвергается проверке на герметичность, т.к. пакеры во время запакеровки не фиксируются относительно обсадной колонны, что при подаче избыточного давления в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) приводит к перемещению ее нижнего конца вместе с пакерами, а следовательно, к износу уплотнительных элементов и потере герметичности;

- ненадежность герметизации клапанных узлов, обусловленная попаданием между шарами и седлами волокнистых материалов, песка и пр., что зачастую приводит к несрабатыванию клапанов.

Задачей изобретения является создание устройства для контроля герметичности обсадной колонны, позволяющего произвести опрессовку подъемных труб, на которых спускается устройство в скважину, и обеспечить высокую надежность герметизации как пакеров в целом, так и отдельных их элементов.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим два пакера аналогичной конструкции, каждый из которых включает эластичную манжету и подвижный и неподвижный упоры, гидроцилиндры, включающие ствол с радиальными каналами и корпус, перепускной клапан, включающий запорный орган и каналы, сообщающие внутреннее пространство устройства с межтрубным пространством, и обратный клапан в нижней части.

Новым является то, что каждый пакер снабжен радиально-ориентированными упорами-якорями, выполненными в виде отдельных секторов, к которым привулканизирована эластичная манжета, причем их якорные участки находятся на наружной поверхности; упоры-якоря с внутренней стороны имеют конусные выборки, взаимодействующие с адекватными конусными выборками неподвижного и подвижного упоров, последний подпружинен в осевом направлении; перепускной клапан расположен между пакерами, а его каналы находятся в радиально-осевых трубках, связанных с корпусом клапана и перекрытых подпружиненными тарельчатыми запорными органами; снабжено тарельчатым подпружиненным клапаном, седло которого соединено с неподвижным упором верхнего пакера, а направляющая рамка запорного органа упомянутого клапана с кольцевым уступом вверху входит телескопически в соединительный патрубок с кольцевым уступом внизу, а наружный кольцевой уступ последнего в нижней части входит, в свою очередь, телескопически в корпус клапана с кольцевым уступом в его верхней части; снабжено расположенным над тарельчатым подпружиненным клапаном и жестко связанным с соединительным патрубком корпусом с радиальными каналами и перекрывающим их седлом, соединенным с корпусом срезными элементами, запорным органом для сбрасывания во внутрь устройства перед его подъемом из скважины с возможностью посадки на седло и открытия радиальных каналов.

Новым является также то, что контактные поверхности запорных органов тарельчатых клапанов облицованы эластичным материалом.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину, в запакерованном состоянии.

На фиг.2 - вид А фиг.1 (увеличено).

Оно состоит из двух пакеров: верхнего и нижнего аналогичной конструкции. Каждый из них включает эластичную манжету 1, которая привулканизирована к радиально-ориентированным упорам-якорям 2, якорные участки 3 которых находятся на наружной поверхности. Упоры-якоря 2 имеют сверху и снизу конусные выборки 4. В пакер входит неподвижный 5 и подвижный 6 упоры с конусными выборками 7, адекватными конусным выборкам 4. Между неподвижным и подвижным упорами 5 и 6 установлена пружина 8. Ствол 9 с радиальными каналами 10, подвижный упор 6, корпус 11 и днище 12 образуют гидроцилиндр 13.

Между верхним и нижним пакерами установлен перепускной клапан 14, включающий корпус 15, к которому подведены радиально-осевые трубки 16, перекрытые тарельчатыми запорными органами 17 и поджатыми пружиной 18.

Над верхним пакером находится подпружиненный тарельчатый клапан 19, седло 20 которого жестко соединено с неподвижным упором 5 верхнего пакера и корпусом 21. Запорный орган 22 по конусной поверхности облицован резиной 23 и имеет направляющую рамку 24 с кольцевым уступом 25 в верхней части и которым он телескопически входит в соединительный патрубок 26 с внутренним кольцевым уступом 27 в нижней части. Патрубок 26, в свою очередь, своим наружным кольцевым уступом 28 телескопически входит в корпус 21с кольцевым уступом 29 в его верхней части.

Над тарельчатым подпружиненным клапаном 19 расположен жестко связанный с соединительным патрубком 26 корпус 31 с радиальными каналами 32 и перекрывающим их седлом 33, соединенным с корпусом 31 срезными элементами 34. Запорный орган 35 сбрасывается во внутрь устройства перед его подъемом на поверхность.

В нижней части устройства установлен обратный клапан 36, конусная часть запорного органа 37 которого облицована резиной 38.

Сопрягаемые поверхности устройства снабжены уплотнительными манжетами 39.

Перепускной клапан 14 соединен трубой 40 с верхним пакером и трубой 41 - с нижним пакером.

Устройство работает следующим образом.

Его на насосно-компрессорных трубах (НКТ) 42 спускают в скважину на глубину несколько выше предполагаемого места нарушения в обсадной колонне 43. В НКТ создают избыточное давление, несколько меньшее (на 5-10 атм) того, при котором срабатывает перепускной клапан 14 (например, 40-50 атм). Давление передается в гидроцилиндры 13, под воздействием которого подвижные упоры 6 перемещаются вдоль стволов 9 и сдвигают радиально-ориентированные упоры-якоря 2 в направлении обсадной колонны 43, в результате чего происходит сцепление их якорных участков 3 с обсадной колонной. Одновременно с этим подвижные упоры 6 сдавливают и плотно прижимают эластичную манжету 1 к стенкам обсадной колонны. Устройство заякорено - зафиксировано в скважине от продольного перемещения. Делают частичную посадку колонны НКТ на якорное устройство (на 0,5-0,8 тс разгружают колонну НКТ), при этом соединительный патрубок 26 опускается вниз, а запорный орган 22 садится на седло 20 и перекрывает центральный канал устройства. Повышают давление внутри НКТ до необходимого опрессовочного (200-250 атм) и по показаниям манометра на устье скважины определяют их герметичность. Убедившись в герметичности колонны НКТ, снижают давление до величины срабатывания перепускного клапана 14, приподнимают колонну НКТ до положения до испытания на герметичность (снимают разгрузку колонны), запорный орган 22 приподнимается и открывает центральный канал устройства, после чего приступают к определению места нарушения в обсадной колонне. Для этого в НКТ создают расчетное избыточное давление, необходимое для опрессовки обсадной колонны (давление опрессовки зависит от толщины, диаметра и материала обсадных труб и составляет порядка 100-200 атм). Под действием силы давления жидкости, превышающей силу сжатия пружины 18 перепускного клапана 14, открываются его запорные органы 17 и давление передается в межтрубное пространство между устройством и обсадной колонной. Если обсадная колонна на участке между пакерами не герметична, на устье скважины будет зафиксировано падение давления. Если давление остается стабильным, через установленное время давление стравливают, подвижные упоры 6 под воздействием снижения давления и пружин 8 отходят от радиально-ориентированных упоров-якорей 2, нагрузка на эластичные манжеты 1 и упоры-якоря 2 снимается и они отходят от обсадной колонны. После этого устройство опускают на определенную глубину и снова проводят запакеровку и создание избыточного давления в межтрубном пространстве, и это делается до тех пор, пока не будут отбиты верхняя и нижняя границы нарушения обсадной колонны. После определения нижней границы нарушения во внутрь НКТ бросают запорный орган 35, который садится на седло 33. Внутри НКТ создают избыточное давление, под воздействием которого срезные элементы 34 разрушаются, и запорный орган 35 с седлом 33 перемещаются вниз, тем самым открываются радиальные каналы 32, через которые жидкость перетекает из НКТ в скважину во время подъема устройства на поверхность.

При спуске устройства в скважину заполнение НКТ жидкостью происходит через обратный клапан 36, который при подаче избыточного давления в устройство предотвращает ее утечки в скважину. Расстояние между пакерами устанавливают из тех соображений, какой способ ликвидации негерметичности планируется использовать в дальнейшем. Если это будут стальные профильные трубы, то расстояние берут 2-3 м, т.е. интервал негерметичности определяют с более высокой точностью. Если будут использовать закачку тампонирующего цементного раствора, расстояние берут 10-15 м, т.е. интервал негерметичности определяют с менее высокой точностью.

Преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что оно позволяет:

- определить негерметичность колонны труб, на которых устройство спускается в скважину перед тем как приступить к контролю негерметичности обсадной колонны благодаря наличию тарельчатого клапана, установленного над верхним пакером;

- осуществить фиксацию пакеров относительно обсадной колонны и тем самым предотвратить износ эластичных манжет и гарантировать высокую герметичность и надежность в работе пакеров благодаря наличию якорных элементов, вмонтированных в эластичные манжеты;

- повысить надежность герметизации клапанов устройства благодаря облицовке их запорных элементов эластичным материалом.

1. Устройство для контроля герметичности обсадной колонны, содержащее два пакера аналогичной конструкции, каждый из которых включает эластичную манжету и подвижный и неподвижный упоры, гидроцилиндры, включающие ствол с радиальными каналами и корпус, перепускной клапан, включающий запорный орган и каналы, сообщающие внутреннее пространство устройства с межтрубным пространством, и обратный клапан в нижней части, отличающееся тем, что каждый пакер снабжен радиально-ориентированными упорами-якорями, выполненными в виде отдельных секторов, к которым привулканизирована эластичная манжета, причем их якорные участки находятся на наружной поверхности; упоры-якоря с внутренней стороны имеют конусные выборки, взаимодействующие с адекватными конусными выборками неподвижного и подвижного упоров, последний подпружинен в осевом направлении; перепускной клапан расположен между пакерами, а его каналы находятся в радиально-осевых трубках, связанных с корпусом клапана и перекрытых подпружиненными тарельчатыми запорными органами; снабжено тарельчатым подпружиненным клапаном, седло которого соединено с неподвижным упором верхнего пакера, а направляющая рамка запорного органа упомянутого клапана с кольцевым уступом вверху входит телескопически в соединительный патрубок с кольцевым уступом внизу, а наружный кольцевой уступ последнего в нижней части входит в свою очередь телескопически в корпус клапана с кольцевым уступом в его верхней части; снабжено расположенным над тарельчатым подпружиненным клапаном и жестко связанным с соединительным патрубком корпусом с радиальными каналами и перекрывающим их седлом, соединенным с корпусом срезными элементами, запорным органом для сбрасывания во внутрь устройства перед его подъемом из скважины с возможностью посадки на седло и открытия радиальных каналов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактные поверхности запорных органов тарельчатых клапанов облицованы эластичным материалом.