Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ СВИЩЕЙ В СКРЫТЫХ ТРУБОПРОВОДАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Группа изобретений относится к горному делу, в частности к нефтедобывающей промышленности, и предназначено для ремонта насосно-компрессорных труб в скважине при ликвидации нарушения герметичности.

Известен способ заделки свищей в трубопроводах, включающий очистку поверхности вблизи свища, сверление отверстий по периметру свища, нанесение на нее пластичной затвердевающей замазки и размещение накладки (патент RU №2110728 C1 на изобретение. Способ заделки свищей в трубопроводах. - МПК: F16L 55/175. - 10.05.1998). Недостатком известного способа является возможность заделки свищей только снаружи трубопровода.

Известен способ ремонта негерметичности обсадных колонн, при котором тонкостенный пластырь длиной больше интервала повреждения обсадной колонны опускают в скважину и устанавливают в интервале нарушения герметичности. Пластырь выполнен из материала с эффектом памяти формы с нанесенным на него клеящим покрытием с возможностью полимеризации с выделением тепла с последующим изменением температуры. Пластырь выдерживают в ремонтируемом интервале в течение времени фазового превращения его материала. Происходит самопроизвольное формоизменение пластыря и он плотно прилегает к поверхности колонны (авторское свидетельство SU №1270290 A1. Способ ремонта негерметичности обсадных колонн. - МПК: E21B 29/10. - 15.11.86. Бюл. №42). Недостатком известного способа является возможность ремонта свободных от перекачиваемых сред трубопроводов на поверхности скважины.

Известна система внутритрубной диагностики трубопровода, выполненная в виде снаряда батитермографа и аппаратуры отложенной обработки. Снаряд батитермографа представляет собой герметичную капсулу с ведущими манжетами из мягкой резины с преобразователями продольной координаты. Снаряд батитермографа содержит параллельно соединенные тракты накопления информации о температуре и давлении, соединенные с преобразователем продольной координаты, блок электропитания и синхронизации, соединенный с обоими трактами и аппаратурой отложенной обработки. Аппаратура отложенной обработки содержит последовательно соединенные тракт обработки температурной информации и блок управления и отображения информации, тракт обработки барометрической информации, соединенный со вторым входом блока управления и отображения информации, и блок электропитания, соединенный со всеми устройствами аппаратуры отложенной обработки. Система позволяет осуществлять контроль за температурой и гидростатическим давлением, создаваемыми в трубе, измерение падения давления по длине трубопровода и определять места утечки из трубы через свищи (патент RU №2279652 C2 на изобретение. Система внутритрубной диагностики трубопровода. - МПК: G01M 3/28. - 10.07.2006). Недостатком известной системы является невозможность определять места утечки из трубы через свищи путем контроля за температурой и гидростатическим давлением, создаваемыми в трубе перекачиваемой средой, и измерения падения давления по длине трубопровода.

Известен способ ремонта насосно-компрессорных труб, включающий радиационный контроль, очистку наружной и внутренней поверхностей труб от отложений и загрязнений, визуальный и приборный контроль качества, нарезание и контроль качества резьбы, испытание гидравлическим давлением, наворачивание муфт и предохранительных деталей, маркировку и упаковку труб в пакеты. Во внутреннюю полость трубы вводят тонкостенную электросварную трубу - лейнер с предварительно нанесенным на ее наружную поверхность клеем-герметиком, затем их подвергают совместному волочению в режиме раздачи путем протягивания оправки через внутреннюю полость лейнера (патент RU №2338053 C2 на изобретение. Способ ремонта насосно-компрессорных труб. - МПК: E21B 17/01, F16L 55/18. - 10.11.2008). Данный способ принят за прототип.

Недостатком способа, принятого за прототип, является возможность ремонта свободных от перекачиваемых сред трубопроводов в течение длительного времени, требующего поинтервального извлечения трубопроводов с испытанием гидравлическим давлением на поверхности скважины.

Известно устройство для герметизации обсадной колонны, включающее трубу с возможностью сборки из отдельных секций с присоединенными к ней суженными верхним и нижним наконечниками, внутри которых размещены верхний и нижний расширяющие пуансоны, взаимодействующие с гидравлическим посадочным инструментом, а снаружи - эластичные уплотнения. Посадочный инструмент выполнен с возможностью прохода через трубу и расширенные наконечники и взаимодействует цилиндром с нижним пунсоном. Полый шток посадочного инструмента соединен с колонной технологических труб через полую штангу, проходящую внутри устройства, на которой с возможностью ограниченного перемещения установлен нижний захват, взаимодействующий с трубой выше нижнего наконечника, и жестко закреплен на определенном расстоянии выше посадочного инструмента верхний захват, выполненный наружным габаритом меньше осевого канала верхнего пуансона. На верхний торец верхнего наконечника установлен и закреплен с возможностью срыва вверх заданной нагрузкой упор (патент RU №2465435 C1 на изобретение. Устройство для герметизации обсадной колонны. - МПК: E21B 29/10. - 27.10.2012). Недостатком известного устройства является сложность конструкции и отсутствие возможности регистрации свищевого участка в трубопроводе, подлежащего герметизации. При этом требуется извлечение из обсадной колонны скважины всех устройств ее эксплуатации.

Известно устройство для герметизации стенок скважины, включающее пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями на концах, размещенных в соответствующих наружных цилиндрических канавках, посадочный инструмент, якорь, расположенный в средней части пластыря и выполненный в виде продольно гофрированного патрубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки, и расширяющую оправку, состоящую из расположенного герметично в нижнем конце пластыря усеченного конуса и расположенного герметично в верхнем конце пластыря верхнего усеченного конуса с углом каждой обращенной навстречу друг другу конической поверхности 10-40°, диаметр оснований которых меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины и удвоенной толщины стенки пластыря. Усеченный конус и верхний усеченный конус соответственно снабжены центральными внутренними правой и левой резьбой. Посадочный инструмент выполнен в виде полого штока с обратным клапаном внизу, присоединительной резьбой вверху и радиальными каналами в средней части. От средней части полого штока вниз и вверх по наружной поверхности выполнены разнонаправленные резьбы, взаимодействующие с соответствующей резьбой в усеченных конусах (патент RU №57344 U1 на полезную модель. Устройство для герметизации стенок скважины. - МПК: E21B 29/00. - 10.10.2006). Недостатком известного устройства является сложность конструкции и отсутствие возможности регистрации свищевого участка в трубопроводе, подлежащего герметизации. При этом требуется извлечение из обсадной колонны скважины всех устройств ее эксплуатации.

Известна система изоляции негерметичности эксплуатационной колонны труб, состоящая из нижнего и верхнего уплотняющих устройств, содержащих манжеты, соответственно, нижние и верхние, ограничивающие при фиксации участок с нарушенной герметичностью, и якорь, установленный в верхнем уплотняющем устройстве и размещенный выше верхней манжеты. Нижнее уплотняющее устройство содержит конус и упор с размещением нижней манжеты между ними, а ниже участка с нарушенной герметичностью установлен металлический пластырь, на верхнем крае которого расположен конус, верхнее уплотняющее устройство содержит фиксирующую втулку с резьбой с размещением верхней манжеты на ней, подвижную втулку с возможностями перемещения вдоль фиксирующей втулки и сопряжения с нажимной втулкой, в которой установлена пружинная разрезная гайка, имеющая резьбу для соединения с нажимной втулкой и резьбу, сопряженную с резьбой на фиксирующей втулке, а якорь выполнен с разламывающими сухарями якоря, кроме того, конус и упор, а также фиксирующая втулка и подвижная втулка соединены каждые друг с другом срезными штифтами (патент RU №47956 U1 на полезную модель. Система изоляции негерметичности эксплуатационной колонны. - МПК: E21B 33/12. - 10.09.2005). Данное техническое решение принято за прототип.

Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является сложность конструкции и отсутствие возможности регистрации свищевого участка в трубопроводе, подлежащего герметизации. При этом требуется извлечение из эксплуатационной колонны всех других устройств эксплуатации скважины.

Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является повышение оперативности обнаружения и изоляции свищей в насосно-компрессорных трубах без извлечения их из работающих скважин.

Техническим результатом от использования указанной группы изобретений является сокращение длительности внутритрубной диагностики и изоляции свищей в скрытых трубопроводах.

Указанный технический результат достигается тем, что, в известном способе изоляции свищей в скрытых трубопроводах, включающем обнаружение свищей внутритрубным обследованием с регистрацией продольной координаты перепада давления перекачиваемой среды на длине трубопровода, определение интервала свищевого участка и изоляцию свищей металлическим пластырем с эластичными уплотнениями на краях, согласно предложенному техническому решению свищи обнаруживают внутритрубным гидродинамическим обследованием с дополнительной регистрацией информации о расходе перекачиваемой среды на длине трубопровода, для чего с помощью геофизического кабеля и лубрикатора в трубопроводе перемещают устройство для изоляции свищей, содержащее металлический пластырь, посадочный инструмент и блок контрольно-измерительных приборов, включающий дифманометр и расходомер, и по регистрации флуктуации давления и изменения расхода перекачиваемой среды фиксируют текущие продольные координаты интервала свищевого участка трубопровода, в последнем, после смещения устройства для изоляции свищей по продольной координате на величину, равную расстоянию между пластырем и блоком контрольно-измерительных приборов, устанавливают пластырь концентрично трубопроводу, а свищевой участок трубопровода изолируют от внутритрубной полости эластичными уплотнителями с помощью посадочного инструмента по команде с наземного пункта управления, затем от пластыря отделяют посадочный инструмент с блоком контрольно-измерительных приборов и удаляют их из трубопровода с помощью геофизического кабеля и лубрикатора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для изоляции свищей в трубопроводах, включающем посадочный инструмент, связанный геофизическим кабелем с наземным пунктом управления, пластырь из гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнениями на концах, срезные штифты и нажимную втулку, в последней размещена цанговая втулка с резьбой, согласно предложенному техническому решению устройство включает, по меньшей мере, один блок контрольно-измерительных приборов, содержащий дифманометр и расходомер, сопряженный с посадочным инструментом, связанные между собой параллельно и с наземным пунктом управления геофизическим кабелем, в свою очередь, посадочный инструмент штоком продольной тяги привода присоединен к вышеупомянутому металлическому патрубку с наружным диаметром, меньшим диаметра полости трубопровода, посредством переходника и срезных штифтов, при этом внутренние упоры уплотнений выполнены на распорной втулке с длиной, не меньшей интервала свищевого участка, наружный упор на конце патрубка, противоположном посадочному инструменту, соединен с патрубком срезными штифтами, причем с большим общим усилием среза, относительно срезных штифтов в переходнике, а наружный упор со стороны посадочного инструмента выполнен в виде нажимной втулки, в которой установлена фиксирующая цанга с внутренней упорной кольцевой резьбой, взаимодействующей с ответной кольцевой резьбой, выполненной на патрубке, и конусом, взаимодействующим с ответным конусом, выполненным в нажимной втулке, с возможностью фиксации пластыря в трубопроводе под воздействием сжатых уплотнений, в свою очередь, нажимная втулка контактирует с упором в ниппель, выполненным на корпусе посадочного инструмента, при этом в патрубке и ниппеле выполнены окна, совмещенные между собой с возможностью монтажа посадочного инструмента с пластырем срезными штифтами и перетекания перекачиваемой среды через патрубок в трубопровод при перемещении и фиксации пластыря в трубопроводе, причем окна в ниппеле длиннее окон в патрубке, по меньшей мере, на величину смещения нажимной втулки относительного патрубка при сжатии уплотнений, а на свободном конце патрубка на уровне торца выполнен упор для возможного удаления пластыря из трубопровода; распорная втулка выполнена из отдельных секций с возможностью сборки пластыря различной длины, соответствующей интервалу свищевого участка трубопровода.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных способа и комплекса средств обнаружения и изоляции свищей в трубопроводах, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленные технические решения могут быть реализованы на любом предприятии машиностроения с использованием общеизвестных материалов и принятой технологии. Следовательно, каждое заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку способ и комплекс средств обнаружения и изоляции свищей в трубопроводах предназначены для ремонта насосно-компрессорных труб в скважине при ликвидации нарушения герметичности. Заявленные технические решения решают одну и ту же задачу - повышение оперативности ликвидации нарушения герметичности в насосно-компрессорных трубах скважин.

На фиг.1 схематично показано устройство для изоляции свищей в трубопроводах в перемещаемом положении; на фиг.2 - то же, при изоляции свища в трубопроводе; на фиг.3 - схематично показана конструкция металлического пластыря для изоляции свищей в трубопроводах в рабочем положении.

Сущность предложенного способа изоляции свищей в скрытых трубопроводах заключается в обнаружении свищей внутритрубным гидродинамическим обследованием на длине трубопровода 1 и изоляции свища 2 с помощью металлического пластыря 3. Обследование трубопровода 1 ведут устройством, содержащим пластырь 3, посадочный инструмент 4 и блок контрольно-измерительных приборов (КИП) 5, включающий дифманометр и расходомер, связанные геофизическим кабелем 6 с наземным пунктом управления (условно не показан), путем его перемещения на длине трубопровода 1 посредством геофизического кабеля 6 и лубрикатора (условно не показан) с регистрацией информации о гидравлическом давлении, расходе перекачиваемой среды и продольной координаты (фиг.1). По регистрации флуктуации давления и изменения расхода перекачиваемой среды фиксируют текущие продольные координаты интервала свищевого участка трубопровода 1, в последнем после смещения устройства по продольной координате на величину, равную расстоянию между пластырем 3 и блоком КИП 5, устанавливают пластырь 3 металлическим патрубком 7 коаксиалыю трубопроводу 1. Свищевой участок трубопровода 1 изолируют от внутритрубной полости эластичными уплотнениями 8 путем сжатия их вдоль трубопровода 1 с помощью посадочного инструмента 4 по команде с наземного пункта управления (фиг.2). Для этого к штоку 9 посадочного инструмента 4 посредством переходника 10 и срезных штифтов 11 прилагают усилие тяги к металлическому патрубку 7 и с упором ниппеля 12 корпуса посадочного инструмента 4 в нажимную втулку 13 через распорную втулку 14 сжимают эластичные уплотнения 8, изолируя тем самым свищ 2 в межтрубном пространстве 15 свищевого участка трубопровода 1. При этом перекачиваемая среда под давлением перетекает из трубопровода 1 ниже пластыря 3 через полость и окна 16 металлического патрубка 7 пластыря 3 и окна 17 в ниппеле 12 корпуса посадочного инструмента 4 в полость трубопровода 1, минуя свищ 2. По мере увеличения усилия тяги металлического патрубка 7 пластыря 3 штоком 9 посредством переходника 10 и срезных штифтов 11 с превышением общего усилия среза срезных штифтов 11 последние срезаются и посадочный инструмент 4 отсоединяется от пластыря 3. Затем посадочный инструмент 4 с блоком КИП 5 удаляют их из трубопровода 1 с помощью геофизического кабеля 6 и лубрикатора (фиг.3).

Устройство для осуществления способа изоляции свищей в скрытых трубопроводах включает, по меньшей мере, один блок КИП 5, содержащий дифманометр и расходомер, сопряженный с посадочным инструментом 4, связанные геофизическим кабелем 6 между собой параллельно и с наземным пунктом управления. Посадочный инструмент 4 штоком 9 продольной тяги привода присоединен к металлическому патрубку 7 пластыря 3, выполненному с наружным диаметром d₁, меньшим диаметра d₂ полости трубопровода 1, посредством переходника 10 и срезных штифтов 11. Внутренние упоры 18 эластичных уплотнений 8 выполнены на распорной втулке 14 с длиной, не меньшей интервала свищевого участка. Наружный упор 19 на конце металлического патрубка 7, противоположном посадочному инструменту 4, соединен с патрубком срезными штифтами 20, причем с большим общим усилием среза, относительно срезных штифтов 11 в переходнике 10. Распорная втулка 14 выполнена из отдельных секций с возможностью сборки пластыря 3 различной длины, соответствующей интервалу свищевого участка трубопровода 1. Наружный упор со стороны посадочного инструмента 4 выполнен в виде нажимной втулки 13, в которой установлена фиксирующая цанга 21 с внутренней упорной кольцевой резьбой, взаимодействующей с ответной кольцевой резьбой, выполненной на патрубке 7 пластыря 3, и конусом, взаимодействующим с ответным конусом, выполненным в нажимной втулке 13, с возможностью фиксации пластыря 3 в трубопроводе 1 посредством сжатия эластичных уплотнений 8, в свою очередь, нажимная втулка 13 контактирует с упором в ниппель 12, выполненным на корпусе посадочного инструмента 4. В патрубке 7 пластыря 3 и ниппеле 12 выполнены окна 16 и 17, соответственно, совмещенные между собой с возможностью монтажа посадочного инструмента 4 с металлическим пластырем 3 и перетекания перекачиваемой среды через полость патрубка 7 пластыря 3 в трубопровод 1 при перемещении и фиксации пластыря 3 в трубопроводе 1. Окна 17 в ниппеле 12 длиннее окон 16 в патрубке 7 пластыря 3, по меньшей мере, на величину смещения нажимной втулки 13 относительного патрубка 7 при сжатии эластичных уплотнений 8. На свободном конце патрубка 7 пластыря 3 на уровне торца выполнен упор 22 для возможного удаления пластыря 3 из трубопровода 1.

Предлагаемый способ изоляции свищей в скрытых трубопроводах выполняется на примере работы предлагаемого устройства для изоляции свищей в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) действующей скважины.

На поверхности скважины собирают устройство для изоляции свищей в трубопроводах. Для этого к посадочному инструменту 4 с блоком КИП 5 присоединяют металлический пластырь 3 с наружным диаметром d₁=54 мм и диаметром в свету 42 мм. Для этого последовательно вставляют конец металлического патрубка 7 пластыря 3 в ниппель 12 корпуса посадочного инструмента 4, затем металлический патрубок 7 совмещают с переходником 10, максимально выдвинутым штоком 9 из посадочного инструмента 4, и соединяют срезными штифтами 11 через окна 16 в металлическом патрубке 7 и окна 17 в ниппеле 12. Блок КИП 5 с посадочным инструментом 4 соединяют с геофизическим кабелем 6, связанным с пунктом управления на поверхности скважины.

Затем в колонну НКТ с внутренним диаметром d₂=60÷62 мм, расположенную в работающей скважине, с помощью геофизического кабеля 3 и лубрикатора спускают устройство для изоляции свищей в трубопроводах, содержащий пластырь 3, посадочный инструмент 4 и блок КИП 5, включающий дифманометр и расходомер, связанные геофизическим кабелем 6 с наземным пунктом управления, который перемещают в колонне НКТ до уровня сбивного клапана посредством геофизического кабеля 6 и лубрикатора, и ведут внутритрубное гидродинамическое обследование НКТ с измерением и регистрацией давления P, создаваемого перекачиваемой по колонне НКТ средой, расхода Q перекачиваемой среды и продольной координаты Г перемещения устройства, передаваемые дифманометром и расходомером КИП 5 по геофизическому кабелю 6 в наземный пункт управления. При этом перекачиваемая среда под давлением P перетекает из трубопровода 1 ниже пластыря 3 через полость и окна 16 металлического патрубка 7 и окна 17 в ниппеле 12 в полость трубопровода 1 выше пластыря 3. По мере перемещения по колонне НКТ регистрируют флуктуацию давления Р и изменение расхода Q перекачиваемой среды с фиксированием текущих продольных координат интервала свищевого участка трубопровода 1. По команде с пункта управления устройство смещают по продольной координате Y на величину, равную расстоянию между пластырем 3 и блоком КИП 5, и устанавливают пластырь 3 в интервале свищевого участка НКТ. Затем с помощью посадочного инструмента 4 осуществляют сжатие эластичных уплотнений 8 путем тяги металлического патрубка 7 с упором 19 на конце посредством переходника 7 и штока 9 с упором ниппеля 12 корпуса посадочного инструмента 4 с реактивным усилием в нажимную втулку 13 и распорную втулку 14, до среза штифтов 12. Вместе с нажимной втулкой 13 перемещается установленная внутри ее фиксирующая цанга 21 с внутренней упорной кольцевой резьбой, взаимодействующей с ответной кольцевой резьбой на металлическом патрубке 7. После среза штифтов 11 под действием сил сжатия эластичных уплотнений 8 нажимная втулка 13 с конусом внутри взаимодействует с ответным конусом фиксирующей цанги 21, сжимает металлический патрубок 7 с ответной упорной кольцевой резьбой и фиксирует пластырь 3 в НКТ посредством сжатия эластичных уплотнений 8, изолируя тем самым межтрубное пространство 15 свищевого участка НКТ. Перекачиваемая среда под давлением перетекает из НКТ ниже пластыря 3 через полость и окна 16 металлического патрубка 7 пластыря 3 и окна 17 в ниппеле 12 корпуса посадочного инструмента 4 в полость НКТ, минуя свищ 2. По окончании изоляции свища 2 пластырем 3 регистрируют информацию о давлении и расходе перекачиваемой среды в НКТ и сравнивают с предыдущими показаниями перекачиваемой среды на длине колонны НКТ до свищевого участка. В результате сравнения полученного гидравлического давления и расхода перекачиваемой среды с предыдущими показаниями на длине колонны НКТ до свищевого участка судят об изоляции свища 2 в НКТ. Отсоединенный от пластыря 3 посадочный инструмент 4 с блоком КИП 5 удаляют их из колонны НКТ с помощью геофизического кабеля 6 и лубрикатора.

В случае необходимости удаления или замены металлического пластыря 3 в колонне НКТ металлический патрубок 7 зацепляют, например, за окна 16 и с усилием вдоль колонны НКТ срезают штифты 20, в результате эластичные уплотнения 8 разжимаются, смещая упор 19 в направлении упора 22, с помощью которого ослабленный пластырь 3 удаляют из НКТ.

Предложенные способ изоляции свищей в скрытых трубопроводах и устройство для его осуществления позволяют сократить время на ремонт насосно-компрессорных труб до 1,5 часов, причем непосредственно в работающих скважинах.