Способ аварийного глушения скважины с подводным расположением устья и устройство для его осуществления (варианты)

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для аварийного глушения скважин. Способ аварийного глушения скважины с подводным расположением устья заключается в закачке цементирующего состава. При этом предварительно исходя из состояния скважины и давления в ней определяют глубину цементирования участка скважины. Опускают на дно и вводят в устье аварийной скважины на заданную глубину инжектор, закрепленный на цистерне с цементирующим составом и размещенный внутри мешка из гибкого материала. Заполняют мешок цементирующим составом, закачивая его в мешок из цистерны через инжектор, обеспечивая плотное соприкосновение внешней поверхности мешка с внутренней поверхностью скважины. При этом удерживают инжектор на заданной глубине за счет веса всей конструкции, заполненной цементирующим составом, после закачки поддерживают давление в мешке до затвердевания цементирующего состава. После затвердевания цементирующего состава либо осуществляют откачку флюида, либо глушат скважину. Позволяет заглушить аварийную скважину. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для аварийного глушения скважин.

Известен способ изоляции зон поглощения в скважине, включающий последовательную закачку в скважину в зону поглощения вязкоупругого состава и цементного раствора, при этом закачку цементного раствора осуществляют после выдержки вязкоупругого состава в скважине на гелеобразование до достижения его структурной прочности не менее 80% от предельной (см. RU, 2111337 С1, кл. Е21В 33/13).

Известный способ может быть использован для глушения скважин при благоприятных условиях.

Недостатками известного способа является невозможность его использования для глушения скважин в случае подводной фонтанирующей скважины, когда скважина не изолирована от окружающей водной среды. Такая ситуация может быть, например, в случае аварии на подводной скважине с поломкой превентора.

Задачей и обусловленный ею технический результат заключается в уменьшении объема расходных материалов и материальных затрат на глушение скважины, а также обеспечение возможности аварийного глушения фонтанирующей скважины с подводным расположением устья.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, заключающемся в закачке цементирующего состава, предварительно исходя из состояния скважины и давления в ней определяют размер участка скважины, на котором будет осуществляться цементирование, и глубину установки инжектора в скважине, опускают на дно и вводят в устье аварийной скважины на заданную глубину инжектор, закрепленный на цистерне с цементирующим составом и размещенный внутри мешка из гибкого материала, заполняют мешок цементирующим составом, закачивая его в мешок из цистерны через инжектор, обеспечивают плотное прилегание внешней поверхности мешка к внутренней поверхности участка скважины, при этом удерживают инжектор на заданной глубине за счет веса всей конструкции, заполненной цементирующим составом, после закачки поддерживают давление в мешке до затвердевания цементирующего состава.

Кроме того: - инжектор вводят в устье скважины непосредственно или через открытый аварийный превентор с помощью робота или батискафа;

- выбирают вес цистерны с цементирующим составом так, чтобы он превышал силу выталкивания инжектора из скважины во время закачки цементирующего состава;

- выбирают размеры мешка, материал из которого он изготавливается и давление закачки цементирующего состава так, чтобы мешок после закачки в него цементирующего состава заполнил внутренний объем участка скважины, и своей внешней поверхностью плотно прилегал к внутренней поверхности скважины.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом к устройству по варианту 1 является узел надувного пакера, содержащий первый расширяемый трубчатый элемент, имеющий пару концов, первую пару кольцевых концевых опор для закрепления соответствующих концов первого трубчатого элемента относительно оправки, расположенной в первом трубчатом элементе, при этом одна из концевых опор является подвижной, а другая концевая опора зафиксирована относительно оправки, и первый кольцевой крепежный узел, развертываемый от одной из концевых опор для усиления первого трубчатого элемента при создании в нем давления и его расширении, шарнирно соединенный одним из его концов с одной из концевых опор для усиления первого трубчатого элемента при создании в нем давления и его расширении, способный расширяться на другом его конце и содержащий множество пластин, расположенных в кольцевой конфигурации, шарнирно соединенных одним своим концом с подвижной концевой опорой и имеющих, каждая, ширину, увеличивающуюся от ее шарнирно закрепленного конца к другому ее концу (см. RU 2384692 С2, кл. Е21В 33/12, Е21В 49/00).

Известное устройство может быть использовано для временной изоляции района ствола скважины, однако не может быть использовано для глушения фонтанирующей скважины, так как не предполагает средств для ввода в глубину скважины при наличии встречного потока смеси нефти, газа, воды и породы - флюида, а также средств для фиксации на заданной глубине, так как при расширении трубчатых элементов значительно возрастает выталкивающая сила.

Задача и обусловленный ею технический результат заключается в обеспечении возможности аварийного глушения фонтанирующей скважины за счет возможности преодоления выталкивающей силы потока флюида при вводе устройства на заданную глубину скважины и увеличении объема расширяемого элемента.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, вариант 1, содержащее трубу и расширяемый элемент, введена устанавливаемая на устье скважины цистерна для цементирующего состава, жестко соединенная с трубой, цистерна снабжена поршнем, разделяющим внутреннее пространство цистерны, по меньшей мере, на две полости: первая полость заполнена цементирующим составом и соединена с трубой для закачки цементирующего состава внутрь расширяемого элемента, а вторая полость выполнена с возможностью ее заполнения забортной водой, при этом труба выполнена с заглушенным нижним концом, а расширяемый элемент выполнен из гибкого материала, с возможностью заполнения его внутреннего пространства цементирующим составом из цистерны через отверстие в боковой стенке трубы.

Кроме того: - длина трубы выбирается так, чтобы расширяемый элемент мог располагаться на участке скважины с не разрушенными стенками и имел длину достаточную для надежного глушения скважины;

- расширяемый элемент выполнен в виде мешка в форме, близкой к цилиндру, и в исходном состоянии обвязан эластичными ремнями;

- цистерна снабжена креплениями для подвески на спускаемый трос и выполнены с возможностью смещения центра тяжести для изменения угла наклона конструкции;

- цистерна снабжена направляющими для движения поршня;

- внутреннее пространство первой полости цистерны связано с внутренним пространством трубы через клапан или управляемую задвижку для предотвращения преждевременного вытекания цементирующего состава под собственным весом внутрь расширяемого элемента;

- вторая полость цистерны, снабжена насосом с кабелем для его управления с борта надводного аппарата.

- конструкция снабжена элктродвижителем с видеокамерой и прожектором для управления устройством с борта надводного аппарата;

- нижний торец трубы снабжен коническим наконечником-заглушкой.

- торцевая часть расширяемого элемента закреплена на подпружиненной муфте, установленной на трубе, с возможностью ее перемещения вдоль трубы при увеличении объема расширяемого элемента.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом к устройству по варианту 2 является узел надувного пакера, содержащий первый расширяемый трубчатый элемент, имеющий пару концов, первую пару кольцевых концевых опор для закрепления соответствующих концов первого трубчатого элемента относительно оправки, расположенной в первом трубчатом элементе, при этом одна из концевых опор является подвижной, а другая концевая опора зафиксирована относительно оправки, и первый кольцевой крепежный узел, развертываемый от одной из концевых опор для усиления первого трубчатого элемента при создании в нем давления и его расширении, шарнирно соединенный одним из его концов с одной из концевых опор для усиления первого трубчатого элемента при создании в нем давления и его расширении, способный расширяться на другом его конце и содержащий множество пластин, расположенных в кольцевой конфигурации, шарнирно соединенных одним своим концом с подвижной концевой опорой и имеющих, каждая, ширину, увеличивающуюся от ее шарнирно закрепленного конца к другому ее концу (см. RU 2384692 С2, кл. Е21В 33/12, Е21В 49/00).

Известное устройство может быть использовано для временной изоляции района ствола скважины, однако не может быть использовано для глушения фонтанирующей скважины, так как не предполагает средств для ввода в глубину скважины при наличии встречного потока флюида, а также средств для фиксации на заданной глубине, так как при расширении трубчатых элементов значительно возрастает выталкивающая сила.

Задача и обусловленный ею технический результат заключается в обеспечении возможности аварийного глушения фонтанирующей скважины за счет возможности преодоления выталкивающей силы потока флюида при вводе устройства на заданную глубину скважины и увеличении объема расширяемого элемента.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, вариант 2, содержащее трубу и расширяемый элемент, введена устанавливаемая на устье скважины цистерна для цементирующего состава, жестко соединенная с трубой, цистерна снабжена поршнем, разделяющим внутреннее пространство цистерны, по меньшей мере, на две полости: первая заполнена цементирующим составом и соединена с внутренним пространством расширяемого элемента, а вторая выполнена с возможностью ее заполнения забортной водой, расширяемый элемент выполнен из гибкого материала, с возможностью заполнения его внутреннего пространства цементирующим составом из цистерны, и охватывает нижний участок трубы, а верхний участок трубы снабжен запирающим узлом с элементами крепления трубопровода.

Кроме того: - длина трубы выбирается так, чтобы расширяемый элемент мог располагаться на участке скважины с не разрушенными стенками и имел длину достаточную для надежного глушения скважины;

- расширяемый элемент выполнен в виде мешка в форме, близкой к цилиндрической, и в исходном состоянии обвязан эластичными ремнями;

- цистерна снабжена креплениями для подвески на спускаемый трос, которые выполнены с возможностью смещения центра тяжести для изменения угла наклона конструкции;

- внутреннее пространство первой полости цистерны связано с внутренним пространством расширяемого элемента через клапан или управляемую задвижку для предотвращения преждевременного вытекания цементирующего состава под собственным весом внутрь расширяемого элемента;

- вторая полость цистерны снабжена насосом с кабелем для его управления с борта надводного аппарата;

- участок трубы, расположенный внутри цистерны, выполнен в виде направляющей для движения поршня;

- запирающий узел установлен в верхней части трубы и предназначен для вывода потока флюидов или закачки в скважину цементирующего состава;

- конструкция снабжена элктродвижителем с видеокамерой и прожектором для управления устройством с борта надводного аппарата;

- торцевая часть расширяемого элемента закреплена на подпружиненной муфте, установленной на трубе, с возможностью ее перемещения вдоль трубы при увеличении объема расширяемого элемента;

- на борта цистерны для каждой полости устанавливаются мембранные клапана для выравнивания в них давления с окружающей средой.

Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1 показан спуск устройства для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, на Фиг.2 - чертеж устройства, вариант 1, для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья на этапе ввода устройства в скважину, на Фиг.3 - чертеж устройства, вариант 1, для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья на этапе закачки цементирующего состава, на Фиг.4 - чертеж устройства, вариант 2, для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья.

На чертежах сделаны следующие обозначения: 1 - труба, 2 - расширяемый элемент - мешок, 3 - цистерна, 4 - цементирующий состав, 5 - отверстия на боковой стенке трубы (перфорация), 6 - поршень, 7 - насос для закачки забортной воды, 8 - подпружиненная муфта, 9 - пружина, 10 - эластичные ремни, 11 - крепления, 12 - спускаемый трос; 13 - кабель для управления насосом, 14 - надводный аппарат, 15 - фонтан флюидов, вытекающих из скважины, 16 - робот или батискаф для установки инжектора в устье скважины, 17 - скважина, 18 - уровень дна, 19 - нижний конец трубы, 20 - вода, 21 - направляющая поршня, 22 - запирающий узел с элементами разъемного крепления трубопровода для откачки флюида или закачки цементирующего состава.

Способ аварийного глушения скважины с подводным расположением устья заключается в том, что опускают на дно (Фиг.1) и вводят в устье аварийной скважины на заданную глубину закрепленный на цистерне с цементирующим составом инжектор, размещенный внутри мешка из гибкого материала, выполненного с возможностью принимать форму внутренней поверхности скважины при расширении его объема, закачивают в мешок цементирующий состав из цистерны через инжектор, удерживая инжектор на заданной глубине за счет веса всей конструкции, заполненной цементирующим составом, после закачки поддерживают давление в образовавшемся объеме внутри мешка до затвердевания цементирующего состава.

Инжектор вводят в устье скважины непосредственно или через открытый аварийный превентор с помощью робота или батискафа.

Вес конструкции с цементирующим составом выбирают так, чтобы он был выше силы выталкивания инжектора из скважины во время закачки цементирующего состава, при этом размеры мешка и давление закачки цементирующего состава выбирают так, чтобы мешок с закачанным в него цементирующим составом заполнил внутренний объем скважины, приняв ее форму, и своей внешней поверхностью плотно прилегал к внутренней поверхности скважины.

Способ аварийного глушения скважины с подводным расположением устья реализуется следующим образом.

Над аварийной скважиной размещается судно - надводный аппарат снабженный подъемным механизмом. На дно к устью скважины на тросе опускают цистерну с инжектором продолговатой формы, охваченным мешком из гибкого материала и имеющим форму, подобную цилиндру. Благодаря гибкости материала мешок способен принимать форму внутренней поверхности участка скважины при увеличении его объема за счет последующей закачки в мешок цементирующего состава из цистерны через инжектор и вводят инжектор в устье аварийной скважины на заданную глубину. Ввод инжектора осуществляют с помощью робота или батискафа, снабженного манипулятором. Инжектор закреплен на цистерне, вес которой с цементирующим составом превосходит выталкивающую силу фонтанирующей из скважины смеси - флюида, действующей на спускаемый инжектор с цистерной. После введения инжектора на глубину, где стенки обсадной колонны предполагаются не разрушенными, или степень разрушения стенок скважины считают допустимыми, начинают закачку цементирующего состава внутрь мешка, который в результате расширяется, заполняя внутреннее пространство участка скважины. С помощью насоса поддерживают давление в мешке до затвердевания цементирующего состава.

После увеличения расширяемого элемента гибкий материал плотно прилегает к внутренним стенкам скважины, повторяя неровности стенок ее внутренний поверхности.

После затвердевания цементирующего состава мешок с затвердевшим составом выполняет роль пробки, заполняющей объем участка аварийной скважины и удерживаясь на установленной глубине благодаря массе конструкции и трению материала мешка с внутренней поверхностью стенок скважины и заполнению углублений стенок скважины или превентора.

Глубина цементирования должна быть выбрана достаточной для надежного глушения скважины, так чтобы длина цементируемого участка скважины обеспечила такое распределение сил зацепления на внутренней поверхности участка скважины, которое позволило бы противостоять выталкивающей силе вытекающего потока флюидов.

Пример 1.

Для аварийного глушения подводной скважины изготавливают инжектор, закрепленный снизу цистерны с цементирующим составом. Инжектор оборачивают в мешок из гибкого, пластичного материала, выполненный в форме, близкой к цилиндру. Длина инжектора определяется состоянием аварийной скважины так, чтобы инжектор мог быть погруженным до уровня участка скважины с остающимися целыми стенками обсадной колоны. Эта длина может составлять 10-20 метров и более.

Убирают неработающий аварийный клапан и срезают остатки трубы у поверхности дна. Затем с судна опускают на тросе инжектор, закрепленный на цистерне, и с помощью робота заводят инжектор в устье скважины.

В полностью веденном положении инжектора цистерна упирается своим основанием в верхний срез обсадной колонны, превентор или дно. Включают насос, закачивают забортную воду в верхнюю полость цистерны. За счет избыточного давления, созданного насосом, поршень опускается и выдавливает цементирующий состав из цистерны через инжектор в мешок, расширяя его внутренний объем, который заполняет внутреннее пространство скважины. При этом вес конструкции с цементирующим составом может составлять десятки и более тонн, что препятствует выталкиванию инжектора фонтанирующим потоком смеси из нефти, газа, воды и породы (флюида) из скважины.

Мешок (расширяемый элемент) выполнен из гибкого материала и после расширения повторяет форму внутренней поверхности скважины, что обеспечивает удержание его после затвердевания цементирующего состава.

Давление внутри мешка поддерживают с помощью насоса до полного затвердевания цементирующего состава, после чего образовавшаяся пробка надежно препятствует выходу флюида из скважины, и скважина может считаться заглушенной.

Цементирующий состав не вымывается потоком фонтанирующего флюида, как это может иметь место в прототипе, так как он находится в замкнутом пространстве расширяемого элемента. Количество цементирующего состава определяется объемом расширяемого элемента. При этом масса состава и давление, создаваемое насосом, обеспечивает преодоление выталкивающих потоком флюида сил до полного затвердевания цементирующего состава.

Заявленный способ может быть реализован с помощью стандартных устройств (цистерна, труба и пр.) и электроприборов, таких как насос, лебедка и пр.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает аварийное глушение фонтанирующей скважины с подводным расположением устья, а также уменьшение объема расходуемого цементного состава и материальных затрат на глушение скважины и, соответственно, на ликвидацию последствий аварии.

Устройство для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, вариант 1, содержит трубу (Фиг.2), расширяемый элемент - мешок, цистерну для цементирующего состава и воды, жестко соединенную с трубой, которая выполнена перфорированной с заглушенным нижним концом, снабженным коническим наконечником для облегчения ввода трубы в скважину. Емкость цистерны выбрана из расчета, что вес цистерны, заполненной цементирующим составом, превышает выталкивающую силу потока, вытекающего из скважины. Расширяемый элемент выполнен из гибкого материала, образующего замкнутый объем, труба находится внутри расширяемого элемента, цистерна снабжена поршнем, разделяющим внутреннее пространство цистерны на две полости: первая заполнена цементирующим составом и соединена с трубой для закачки состава внутрь расширяемого элемента, а вторая полость снабжена насосом для закачки в нее забортной воды.

Длина трубы выбирается так, чтобы расширяемый элемент располагался на участке скважины с не разрушенными стенками.

Расширяемый элемент в исходном состоянии обвязан эластичными ремнями, а цистерна снабжена креплениями для подвески на спускаемый трос, которые выполнены с возможностью смещения центра тяжести для изменения угла наклона конструкции.

Верхняя часть перфорированной трубы снабжена клапаном, например электромагнитным, для предотвращения преждевременного вытекания цементирующего состава под собственным весом внутрь расширяемого элемента.

Насос и электромагнитный клапан снабжены кабелем для управления устройством с борта надводного аппарата.

Конструкция снабжена элктродвижителем с видеокамерой и прожектором для управления устройством с борта надводного аппарата.

Цистерна снабжена направляющими для движения поршня.

Торцевая часть расширяемого элемента закреплена на подпружиненной муфте, установленной на трубе, с возможностью ее перемещения вдоль трубы при увеличении объема расширяемого элемента.

Длина трубы выбирается так, чтобы размер расширяемого элемента был достаточным для надежного глушения скважины.

На борта цистерны для каждой полости устанавливаются мембранные клапана для выравнивания в них давления с окружающей средой.

Устройство для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, вариант 1, работает следующим образом.

Одна полость цистерны заполняется цементирующим составом. Другая полость, предназначенная для закачки забортной воды, заполняется забортной водой, что предотвращает ее деформацию при погружении на глубину. Устройство в рабочем состоянии подвешивается на тросе и спускается с судна в районе аварийной скважины. Благодаря вытянутому крепежному элементу устройство в подвешенном состоянии имеет стабильную вертикальную ориентацию. Если устье скважины имеет наклон, то за счет смещения точки подвеса и, соответственно, центра тяжести задается необходимый угол наклона конструкции. С помощью робота или батискафа труба, закрепленная к днищу цистерны, направляется в устье скважины, после чего устройство опускается в скважину. Устройство может быть снабжено движителями и видеокамерами с прожекторами для управления его пространственной ориентацией с судна, что позволяет исключить использование робота.

В исходном состоянии расширяемый элемент находится в натянутом с помощью подпружиненной муфты и давления окружающей среды состоянии и охватывает трубу без каких-либо провисаний. Дополнительно, расширяемый элемент в нескольких местах стянут эластичными ремнями для исключения какого-либо провисания при подготовке устройства над поверхностью воды и снижения сопротивления вводу устройства в скважину. Мембранные клапана выравнивают давление в цистерне с давлением окружающей среды, предотвращая гидравлический удар при включении насоса и открытии электромагнитного клапана вблизи дна.

Масса конструкции с цементирующим составом позволяет преодолеть выталкивающую силу фонтанирующей смеси (флюида). Длина трубы выбирается из условия попадания на глубину с не разрушенными стенками обсадной колонны или на глубину, где степень разрушения стенок скважины считают допустимыми, для надежного глушения скважины. В конечном положении ввода устройства в скважину цистерна нижней своей частью упирается в торец обсадной колонны или превентора, либо ложится на грунт.

После ввода устройства в скважину включают насос, который обеспечивает закачку забортной воды в соответствующий отсек цистерны (Фиг.3 показано стрелкой) создавая избыточное давление, которое толкает поршень, который в свою очередь выталкивает цементную смесь в трубу. Поршень двигается по направляющим, обеспечивающим поступательное движение поршня параллельно стенкам цистерны.

Благодаря тому, что труба выполнена с перфорированными стенками, цементирующий состав из трубы попадает в расширяемый элемент, который увеличивается в объеме, Таким образом, труба с перфорированными стенками выполняет роль инжектора. Увеличению внутреннего объема расширяемого элемента способствует перемещение подпружиненной муфты, на которой закреплен верхний край расширяемого элемента. Наполнение цементирующим составом расширяемого элемента, выполненного из гибкого материала, вызывает смещение муфты вдоль трубы, что в свою очередь позволяет увеличить внутренний объем расширяемого элемента.

При увеличении, в процессе закачки цементирующего состава, диаметра расширяемого элемента эластичные ремни вытягиваются или обрываются, не препятствуя увеличению объема расширяемого элемента.

Стенки расширяемого элемента выполнены из гибкого материала, поэтому при его наполнении цементирующим составом материал плотно прилегает к внутренним стенкам скважины, повторяя неровности поверхности и обеспечивая жесткую фиксацию устройства в скважине после затвердевания цементирующего состава.

На время затвердевания цементирующего состава в расширяемом элементе с помощью насоса поддерживают давление, превосходящее выталкивающую силу потока флюида на расширяемый элемент. После затвердевания цементирующего состава устройство представляет собой надежное препятствие для выхода флюида из скважины и скважина может считаться заглушенной.

Заявленное устройство может быть выполнено из листового и профильного металла путем механической обработки, с применением прочной ткани типа кевлар и стандартных приборов: водяного насоса, электродвигателя и пр.

Таким образом, заявленное устройство обеспечивает возможность аварийного глушения фонтанирующей скважины за счет возможности преодоления выталкивающей силы потока флюида при вводе устройства на заданную глубину скважины и увеличении объема расширяемого элемента

Использование заявленного устройства исключает вымывание цементирующего состава из заглушаемой скважины.

Устройство для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, вариант 2, содержит трубу (Фиг.4) и расширяемый элемент, цистерну для цементирующего состава и воды, жестко закрепленную на трубе, пронизывающей цистерну, и расширяемый элемент, который выполнен в виде мешка из гибкого материала, образующего замкнутый объем формы, близкой к цилиндрической. Емкость цистерны выбрана из расчета, что вес цистерны, заполненной цементирующим составом, превышает выталкивающую силу потока, вытекающего из скважины. В верхней части труба снабжена запорным узлом для откачки нефтепродуктов или закачки в скважину цементирующего состава, при этом запорный элемент снабжен элементами разъемного соединения с трубопроводом для откачки нефти или закачки цементирующего состава. Цистерна снабжена поршнем, разделяющим внутреннее пространство цистерны на, по меньшей мере, две полости: первая заполнена цементирующим составом и сообщается с внутренним пространством расширяемого элемента, а вторая снабжена насосом для закачки воды.

Длина трубы выбирается так, чтобы расширяемый элемент мог располагаться на участке скважины с не разрушенными стенками.

Расширяемый элемент обвязан эластичными ремнями, а цистерна снабжена креплениями для подвески на спускаемый трос, которые выполнены с возможностью смещения центра тяжести для изменения угла наклона конструкции.

Устройство снабжено клапаном, например электромагнитным, для предотвращения преждевременного вытекания цементирующего состава под собственным весом внутрь расширяемого элемента.

Полость цистерны, предназначенная для закачки в нее забортной воды, снабжена насосом с кабелем для его управления с борта надводного аппарата.

Насос и электромагнитный клапан снабжен кабелем для управления с борта надводного аппарата

Конструкция снабжена элктродвижителем с видеокамерой и прожектором для управления с борта надводного аппарата без привлечения робота.

Труба внутри цистерны выполнена в виде направляющей для движения поршня.

Длина трубы выбирается так, чтобы размер расширяемого элемента был достаточным для надежного глушения скважины.

На борта цистерны для каждой полости устанавливаются мембранные клапана для выравнивания в них давления с окружающей средой.

Устройство для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, вариант 2, работает следующим образом.

Одна полость цистерны заполняется цементирующим составом. Другая полость, предназначенная для закачки забортной воды, заполняется забортной водой для предотвращения ее деформации на глубине. Устройство в рабочем состоянии подвешивается на тросе и спускается с судна в район аварийной скважины. Благодаря вытянутому крепежному элементу устройство в подвешенном состоянии имеет стабильную вертикальную ориентацию. Если устье скважины имеет наклон, то за счет смещения точки подвеса и, соответственно, центра тяжести задается необходимый угол наклона конструкции. С помощью робота или батискафа труба, расположенная ниже цистерны, направляется в устье скважины, после чего устройство опускается в скважину. Устройство может быть снабжено управляемыми движителями, видеокамерами и прожекторами для управления его пространственной ориентацией с судна без привлечения робота или батискафа.

В исходном состоянии расширяемый элемент находится в свернутом состоянии, и стянут в нескольких местах эластичными ремнями для исключения какого-либо провисания при подготовке устройства над поверхностью воды и какого-либо сопротивления вводу устройства в скважину. Запорный узел полой трубы открыт, Мембранные клапана выравнивают давление в цистерне с давлением окружающей среды, предотвращая гидравлический удар при включении насоса и открытии электромагнитного клапана вблизи дна. Клапан или задвижка между цистерной и расширяемым элементом заперт, предотвращая поступление цементирующего состава в расширяемый элемент.

Масса конструкции с цементирующим составом и открытая в исходном состоянии полая труба позволяют преодолеть выталкивающую силу фонтанирующей смеси флюида, действующую на расширяемый элемент. Диаметр трубы выбирается из условия необходимого снижения выталкивающей силы на расширяемый элемент за счет свободного истечения сквозь нее потока флюида - чем больше ее внутренний диаметр, тем ниже величина этой силы. Длина трубы выбирается из условия попадания на глубину с не разрушенными стенками обсадной колонны или на глубину, где степень разрушения стенок скважины считают допустимыми. В конечном положении ввода устройства в скважину цистерна нижней своей частью упирается в торец обсадной колонны или превентор, либо на грунт.

После ввода устройства в скважину включают насос, который обеспечивает закачку забортной воды в соответствующий отсек цистерны (Фиг.4 показано стрелкой) создавая избыточное давление, которое толкает поршень, который в свою очередь выталкивает цементирующую смесь в расширяемый элемент через соответствующее соединение, при этом клапан или задвижка между цистерной и расширяемым элементом открываются. Поршень двигается внутри цистерны вдоль трубы, выполняющей роль направляющей.

Цементирующая смесь из цистерны попадает в расширяемый элемент, который расширяется, увеличиваясь в объеме. Поток флюида свободно протекает сквозь трубу в море, снижая выталкивающую силу на расширяемый элемент.

При увеличении объема расширяемого элемента эластичные ремни вытягиваются или обрываются, не препятствуя увеличению объема расширяемого элемента.

Стенки расширяемого элемента выполнены из гибкого материала, поэтому при наполнении расширяемого элемента цементирующим составом материл прилегает к внутренним стенкам скважины, повторяя неровности ее поверхности и обеспечивая жесткую фиксацию устройства в скважине после затвердевания цементирующего состава.

На время затвердевания цементирующего состава в расширяемом элементе с помощью насоса поддерживают давление, превосходящее выталкивающую силу потока флюида на расширяемый элемент. После затвердевания цементирующего состава устройство представляет собой надежное препятствие для неконтролируемого выхода флюида из скважины и скважина становится управляемой.

После полного затвердевания цементирующего состава запорный узел, установленный на конце трубы, перекрывается, либо используется для откачки флюида или закачки в скважину цементирующего состава для полного ее глушения, при этом трубопровод подключают через разъемные элементы запорного узла.

Заявленное устройство может быть выполнено из прочной ткани типа кевлар, листового и профильного металла путем его механической обработки с применением стандартных приборов: водяного насоса, электродвигателя и пр.

Таким образом, заявленное устройство обеспечивает возможность аварийного глушения фонтанирующей скважины за счет преодоления выталкивающей силы фонтанирующего потока нефтепродуктов, действующей на расширяемый элемент.

Использование заявленного устройства исключает вымывание цементирующего состава из заглушаемой скважины.

Кроме того, на этапе до полного глушения скважины устройство обеспечивает управляемый доступ в канал ствола скважины.

1. Способ аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, заключающийся в закачке цементного раствора, отличающийся тем, что предварительно исходя из состояния скважины и давления в ней определяют размер участка скважины, на котором будет осуществляться цементирование, и глубину установки инжектора в скважине, опускают на дно и вводят в устье аварийной скважины на заданную глубину инжектор, закрепленный на цистерне с цементирующим составом и размещенный внутри мешка из гибкого материала, заполняют мешок цементирующим составом, закачивая его в мешок из цистерны через инжектор, обеспечивают плотное прилегание внешней поверхности мешка к внутренней поверхности участка скважины, при этом удерживают инжектор на заданной глубине за счет веса всей конструкции, заполненной цементирующим составом, после закачки цементирующего состава поддерживают давление в мешке до затвердевания цементирующего состава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инжектор вводят в устье скважины непосредственно или через открытый аварийный превентор с помощью робота или батискафа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбирают вес цистерны с цементирующим составом так, чтобы он превышал силу выталкивания инжектора из скважины во время закачки цементирующего состава.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбирают размеры мешка, материал из которого он изготавливается, и давление закачки цементирующего состава так, чтобы мешок после закачки в него цементирующего состава заполнил внутренний объем участка скважины и своей внешней поверхностью плотно прилегал к внутренней поверхности скважины.

5. Устройство для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, содержащее трубу и расширяемый элемент, отличающееся тем, что в него введена устанавливаемая на устье скважины цистерна для цементирующего состава, жестко соединенная с трубой, цистерна снабжена поршнем, разделяющим внутреннее пространство цистерны, по меньшей мере, на две полости: первая полость заполнена цементирующим составом и соединена с трубой для закачки цементирующего состава внутрь расширяемого элемента, а вторая полость выполнена с возможностью ее заполнения забортной водой, при этом труба выполнена с заглушенным нижним концом, а расширяемый элемент выполнен из гибкого материала с возможностью заполнения его внутреннего пространства цементирующим составом из цистерны через отверстие в боковой стенке трубы.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что длина трубы выбирается так, чтобы расширяемый элемент мог располагаться на участке скважины с неразрушенными стенками и имел длину, достаточную для надежного глушения скважины.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что расширяемый элемент выполнен в виде мешка в форме, близкой к цилиндру, и в исходном состоянии обвязан эластичными ремнями.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что цистерна снабжена креплениями для подвески на спускаемый трос, которые выполнены с возможностью смещения центра тяжести для изменения угла наклона конструкции.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что цистерна снабжена направляющими для движения поршня.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что внутреннее пространство первой полости цистерны связано с внутренним пространством трубы через клапан или управляемую задвижку для предотвращения преждевременного вытекания цементирующего состава под собственным весом внутрь расширяемого элемента.

11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вторая полость цистерны снабжена насосом с кабелем для его управления с борта надводного аппарата.

12. Устройство по п.5, отличающееся тем, что конструкция снабжена элктродвижителем с видеокамерой и прожектором для управления устройством с борта надводного аппарата.

13. Устройство по п.5, отличающееся тем, что нижний торец трубы снабжен коническим наконечником-заглушкой.

14. Устройство по п.5, отличающееся тем, что торцевая часть расширяемого элемента закреплена на подпружиненной муфте, установленной на трубе, с возможностью ее перемещения вдоль трубы при увеличении объема расширяемого элемента.

15. Устройство по п.5, отличающееся тем, что на борта цистерны для каждой полости устанавливаются мембранные клапана для выравнивания в них давления с окружающей средой.

16. Устройство для реализации способа аварийного глушения скважины с подводным расположением устья, содержащее трубу и расширяемый элемент, отличающееся тем, что в него введена устанавливаемая на устье скважины цистерна для цементирующего состава, жестко соединенная с трубой, цистерна снабжена поршнем, разделяющим внутреннее пространство цистерны, по меньшей мере, на две полости: первая заполнена цементирующим составом и соединена с внутренним пространством расширяемого элемента, а вторая выполнена с возможностью ее заполнения забортной водой, расширяемый элемент выполнен из гибкого материала с возможностью заполнения его внутреннего пространства цементирующим составом из цистерны и охватывает нижний участок трубы, а верхний участок трубы снабжен запирающим узлом с элементами крепления трубопровода.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что длина трубы выбирается так, чтобы расширяемый элемент мог располагаться на участке скважины с неразрушенными стенками и имел длину, достаточную для надежного глушения скважины.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что расширяемый элемент выполнен в виде мешка в форме, близкой к цилиндрической, и в исходном состоянии обвязан эластичными ремнями.

19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что цистерна снабжена креплениями для подвески на спускаемый трос, которые выполнены с возможностью смещения центра тяжести для изменения угла наклона конструкции.

20. Устройство по п.16, отличающееся тем, что внутреннее пространство первой полости цистерны связано с внутренним пространством расширяемого элемента через клапан или управляемую задвижку для предотвращения преждевременного вытекания цементирующего состава под собственным весом внутрь расширяемого элемента.

21. Устройство по п.16, отличающееся тем, что вторая полость цистерны снабжена насосом с кабелем для его управления с борта надводного аппарата.

22. Устройство по п.16, отличающееся тем, что участок трубы, расположенный внутри цистерны, выполнен в виде направляющей для движения поршня.

23. Устройство по п.16, отличающееся тем, что запирающий узел с элементами крепления трубопровода установлен в верхней части трубы и предназначен для вывода потока флюидов или закачки в скважину цементирующего состава.

24. Устройство по п.16, отличающееся тем, что конструкция снабжена элктродвижителем с видеокамерой и прожектором для управления устройством с борта надводного аппарата.

25. Устройство по п.16, отличающееся тем, что торцевая часть расширяемого элемента закреплена на подпружиненной муфте, установленной на трубе, с возможностью ее перемещения вдоль трубы при увеличении объема расширяемого элемента.

26. Устройство по п.16, отличающееся тем, что на борта цистерны для каждой полости устанавливаются мембранные клапана для выравнивания в них давления с окружающей средой.