Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ОБСАДНЫХ ТРУБ В РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ И ПРИ СКВОЗНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ

Изобретение относится к способам герметизации обсадных труб, применяемых в нефтяной и газовой промышленности.

Известен способ восстановления герметичности обсадных колонн скважин [1], заключающийся в установке профильного перекрывателя посредством взрыва, причем перекрыватель перед взрывом выпрямляют путем создания в нем гидравлического давления.

Недостатком этого метода является то, что для создания достаточного давления взрыва, при котором профильный перекрыватель обеспечил бы герметичность обсадной колонны, требуется большая мощность взрывчатого вещества. А это может вызвать газонефтеводопроявления в скважине или повреждение колонны.

Известно устройство для ремонта обсадной колонны [2], содержащее спускаемый на кабеле корпус, на котором закрепляется металлический пластырь и взрывчатое вещество, при взрыве которого пластырь, под действием давления взрыва, прижимается к стенке обсадной колонны, закрывая канал негерметичности. В этом устройстве используется способ ликвидации негерметичности с помощью пластыря.

Недостатком этого метода является то, что при достаточно большой мощности взрыва, что необходимо для прижатия пластыря к стенке трубы обсадной колонны, возможно проявление или повреждение трубы обсадной колонны.

Наиболее близким к предлагаемому является способ заканчивания строительства скважины [3], включающий спуск на колонне труб в предварительно расширенный интервал продуктивного пласта непроницаемой оболочки в виде свернутого в рулон металлического листа и установку его с возможностью плотного прилегания к стенкам скважины по всему периметру за счет установленных предварительно пластинчатых пружин на равных расстояниях друг от друга, начиная от крайних участков металлического листа.

Недостатком этого способа герметизации является следующее. При использовании пластинчатых пружин усилия от них будут действовать только на часть поверхности металлического листа, а не на всю поверхность. Следовательно, где усилие со стороны пружины имеется, там будет наблюдаться плотное прилегание, а где нет - неплотное, что не будет обеспечивать герметичность (устранение негерметичности) обсадной колонны.

Задачей изобретения является устранение недостатков, указанных в отмеченных выше способах, в том числе и в прототипе.

Технической задачей является разработка способа, обеспечивающего надежную герметизацию обсадной колонны при устранении ее негерметичности в резьбовых соединениях или в виде сквозных отверстий.

Известно [4], что негерметичность резьбовых соединений колонн труб является причиной пропуска газа (газопроявление) в 80% случаев, что приводит к большим потерям газа и является опасным явлением. Наличие сквозных отверстий в обсадной колонне имеет те же последствия. Поэтому желательно устранять имеющуюся в обсадной колонне негерметичность.

Поставленная задача решается описываемым способом, включающим спуск на колонне труб или на тросе, к месту расположения негерметичности по резьбе или сквозному отверстию, непроницаемой оболочки в виде свернутого в рулон металлического листа и установку его с возможностью плотного прилегания к внутренней стенке трубы по всему периметру. Новым является то, что металлический лист толщиной 2-3 мм и более изготавливают из пружинной стали, например из стали 60С2 или 65Г, и в рулоне закрепляют двумя малопрочными заклепками, которые при взрыве слабого по мощности заряда внутри рулона в обсадной колонне, напротив места негерметичности, срезаются, и металлический лист, под действием внутренних сил упругости, раскручивается и плотно прижимается к внутренней поверхности обсадной колонны, причем на внешнюю поверхность металлического листа предварительно наносят слой мягкого деформирующегося материала, например резины, или надевают на рулон с внешней его стороны цилиндрическую прокладку из такого же материала, который, деформируясь под действием сил упругости от накладки, обеспечивает герметичность между устанавливаемым металлическим листом (накладкой) и внутренней поверхностью обсадной колонны.

Анализ отобранных известных технических решений, обнаруженных в ходе патентных исследований, показал, что на дату подачи заявки, объекты, охарактеризованные такой совокупностью существенных признаков и которые при их использовании приводили бы к достижению более высокого технического результата, как у предложенного, не обнаружены, что позволяет сделать заключение о соответствии заявленного объекта критериям «Новизна» и «Изобретательский уровень». А его промышленная применимость подтверждается полным описанием его осуществления.

Представленные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг.1 изображено положение металлического листа в рулоне, скрепленном двумя заклепками и опущенном в обсадную колонну на тросе ниже сквозного отверстия. На фиг.2 показано положение герметизирующего металлического листа (накладки) на сквозной пробоине с деформирующейся прокладкой.

На фиг.1 представлен продольный разрез обсадной колонны 1, в которой имеется сквозное отверстие 4. Металлический лист (накладка) свернут в рулон и скреплен в этом положении двумя заклепками 13. В листе выполнены три отверстия 3 для подсоединения к подвесной системе в виде троса 11. Для раскрытия (развертывания) рулона служит заряд 12 взрывчатого вещества, которое опускается на кабеле и располагается ближе к заклепкам. При обследовании обсадной колонны место расположения негерметичности определяется. Поэтому на эту глубину и опускается герметизирующий металлический лист. Однако для более точного расположения металлического листа лучше использовать видеокамеру 9. Малопрочные стропы 10 (три штуки) соединяют рулон с тросом 11. Метка 14 на одном из строп располагается напротив заклепок 13 и служит ориентиром видеокамере - метка напротив отверстия.

На фиг.2 показано расположение герметизирующего листа 5 на сквозном отверстии 4. Прокладка 2 находится между листом и внутренней поверхностью обсадной колонны. Герметизирующий лист 5 сверху и снизу имеет конический скос 6 для уменьшения сопротивления перемещению оборудования в обсадной колонне, а также жидкости, при капитальном ремонте. Зазор 7 между боковыми стенками герметизирующего листа должен быть минимальным (лучше равным нулю). Внутренний диаметр Д_вн. обсадной колонны должен быть больше внешнего диаметра рулона Д_пл., чтобы обеспечить беспрепятственный спуск герметизирующего листа в обсадную колонну.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

На дневной поверхности, зная внутренний диаметр обсадной колонны Д_вн., вырезается герметизирующая накладка (металлический лист), ширина которого должна быть такой, чтобы зазор 7 был минимальным (лучше, чтобы его вообще не было, но нахлест краев листа друг на друга в герметизирующем положении не допускается). Это проверяется на трубе (части трубы) на дневной поверхности, внутренний диаметр которой такой же, как и у обсадной колонны. Высота листа должна надежно перекрывать негерметичное место, но слишком большая высота недопустима, т.к. затрудняет монтаж и требует более прочных заклепок, а следовательно, и больший по мощности взрывчатый пакет. В накладке, в верхней ее части выполняются два отверстия под заклепки 13, размер и материал которых подбирают предварительно. Также делают три отверстия 3 под стропы 10. Затем вверху и внизу листа осуществляют образование конусов 6. После этого герметизирующая накладка сворачивается в рулон конусами внутрь, и вставляются две (чтобы рулон не разворачивался и находился в одном положении) заклепки 13 и расклепываются. После этого рулон вставляется в цилиндрическую прокладку 2 (для примера взята прокладка, хотя можно и наносить слой из деформирующегося материала на внешнюю поверхность герметизирующей накладки). Стропы 10 одним концом закрепляются в отверстиях 3, а другим связываются с тросом 11, с помощью которого осуществляется спуск накладки на определенную глубину в обсадную колонну (для примера взят трос, хотя спуск можно произвести и на колонне труб). Также на расстоянии L сверху от герметизирующей накладки располагается видеокамера 9, которая опускается на кабеле синхронно с герметизирующей накладкой 5. Рядом с заклепками закрепляется блок взрывчатого вещества 12, кабель 8 для взрывателя которого спускается с поверхности также синхронно спуску герметизирующей накладки 5. Диаметр рулона металлического листа Д_пл. меньше, чем внутренний диаметр труб обсадной колонны, что позволяет рулону опускаться вниз. Место нахождения негерметичности в обсадной колонне предварительно определено по ее глубине. На эту глубину можно опускать герметизирующий металлический лист 5. Однако в этом случае высоту листа требуется делать в несколько раз больше, нежели с использованием видеокамеры. Для примера используется видеокамера 9 кругового обзора. При приближении к месту негерметичности (в нашем случае, в качестве примера взято сквозное отверстие 4) при спуске скорость спуска уменьшается, и весь собранный блок медленно опускается. Как только видеокамера 9 окажется напротив отверстия 4, спуск прекращается. После этого осуществляется поворот троса 11, а вместе с ним и рулона герметизирующей накладки вокруг своей оси так, чтобы метка 14 на одной из строп 10 установилась напротив отверстия 4. Тогда зазор 7 будет располагаться противоположно отверстию. Поворот необходимо осуществлять очень медленно, чтобы по инерции не пройти нужное положение. Затем осуществляется медленный подъем собранного блока вверх на расстояние L (это расстояние замерено на поверхности). В конце этого расстояния подъем прекращается, и герметизирующая накладка 5 (собранный блок) занимает положение напротив отверстия 4 (отверстие 4 находится на середине высоты герметизирующего листа 5). Как только это произошло, по кабелю 8 запитывается взрыватель заряда 12. Происходит взрыв, давление Р_взр. передается на внутреннюю поверхность герметизирующего металлического листа, от которого возрастают срезающие усилия Р_ср. на заклепки 13. Заклепки срезаются, и свернутый в рулон металлический лист, под действием внутренних сил упругости, раскручивается и растягивает прокладку 2, пока последняя не ляжет на внутреннюю поверхность трубы обсадной колонны, а прижимать ее к этой поверхности будет металлический лист 5. В результате сквозное отверстие 4 перекрывается прокладкой и металлическим листом, устраняя негерметичность. Так как силы упругости Р_упр. будут продолжать существовать в герметизирующей накладке, т.к. накладка из плоской поверхности заняла положение криволинейной (по внутренней поверхности трубы обсадной колонны), то герметизирующая накладка 5 будет плотно прижиматься к внутренней поверхности трубы обсадной колонны, через прокладку 2, и обеспечивать герметичность до этого негерметичного места. После этого трос 11 начинает подниматься, но переместить металлический лист-накладку 2 уже не сможет, за счет сил трения между накладкой 5 и прокладкой 2. Стропы выполнены непрочными. При приложении к ним растягивающих усилий они перерезаются в месте их крепления к герметизирующей накладке и поднимаются на дневную поверхность вместе с тросом 11.

Можно привести и другой способ изготовления накладки 5. Для этого берется сплошной цилиндр из упругого материала, например из рессорно-пружинной стали (можно использовать любую сталь или любой материал, обладающий хорошей упругостью). Здесь важно, чтобы из этих сталей выпускался листовой (как описывалось выше) или трубный прокат, из которого можно изготовить цилиндр нужного размера с хорошими упругими свойствами. Также толщина стенки цилиндра должна быть небольшой (2-5 мм, в зависимости от внутреннего диаметра ремонтируемой трубы). Внешний диаметр цилиндрической заготовки должен быть на 1-2 мм (а может и больше, чтобы силы упругости герметизирующего цилиндра надежно и плотно прижимали его к внутренней стенке ремонтируемой трубы обсадной колонны) больше внутреннего диаметра трубы с отверстием. Высота (длина) герметизирующего цилиндра определяется исходя из размеров и характера повреждения 4 (могут быть сквозные трещины, имеющие большую протяженность). Отрезается герметизирующий цилиндр требуемой высоты (длины). Затем, для уменьшения гидравлического сопротивления в отремонтированной трубе, на заготовке делается конический скос 6 (снимается фаска) с обоих торцов заготовки. После этого вдоль продольной оси цилиндрической заготовки (на всю ее длину) делается продольная сквозная прорезь 7. Далее, близко к одному краю торца заготовки делаются три отверстия 3 малого диаметра для подвески герметизирующего цилиндра на трех разрывных нитях 10. Затем на внешнюю поверхность цилиндра наносится слой герметизирующего материала 2, например полиэтилена, толщиной 1-3 мм. После этого одна свободная кромка цилиндра по продольному резу заводится под другую (на другую, см. фиг.1, внизу) в приспособлении, преодолевая усилия упругости, на величину, когда обеспечивается достаточный зазор между внешней поверхностью стенки спускаемого в скважину герметизирующего цилиндра 5 и внутренней поверхностью трубы 1 обсадной колонны, т.е. (Д_вн. - Д_пл.) должно быть достаточным для опускания цилиндра в скважину. В этом положении делаются два отверстия под заклепки 13: одно - ближе к краю (к торцу) цилиндра, а второе - посередине (примерно) длины цилиндра. В эти отверстия вставляются заклепки 13 и расклепываются. Заклепки делаются из мягкого материала, например алюминия, с потайной головкой с внешней стороны цилиндра. Заклепки должны удерживать края продольной прорези цилиндра в сложенном положении (как показано на фиг.1, внизу). После этого герметизирующий цилиндр удаляют из приспособления. Когда один край прорези цилиндра надвигается на другой край в приспособлении, нужно следить, чтобы деформация цилиндра была бы в упругой зоне. Для этого, когда завели один край на определенную величину на другой, то надо отпустить края, и они должны вернуться в исходное положение. Затем герметизирующая втулка 5 в сложенном состоянии, как описано выше, подвешивается на трех нитях 10, которые соединяются с концом троса 11. Далее процесс установки герметизирующего цилиндра на пробоину такой же, как описывалось ранее.

Предлагаемый способ герметизации труб обсадных колонн позволяет упростить технологический процесс герметизации и обеспечить ее качество и надежность.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №827750 «Способ восстановления герметичности обсадных колонн скважины». Опубликовано 07.05.1981 г.

2. Авторское свидетельство СССР №899848 «Устройство для ремонта обсадных колонн». Опубликовано 23.01.1982 г.

3. Патент РФ №2224873 «Способ заканчивания строительства скважины». Опубликовано 27.02.2004 г.

4. Карабанов В.В., Бохоров И.О. Решение проблемы герметичности и надежности обсадных колонн (в порядке обсуждения). Статья в Ж. «Нефтяное хозяйство», №1, 2012. - С.42-45.