Способ реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны и соединительное устройство труб для его осуществления

Способ реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны и соединительное устройство труб для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначается для проведения работ по восстановлению (реанимации) аварийных скважин, выведенных из эксплуатации по причине негерметичности у них верхней части обсадной колонны, что чаще всего происходит из-за коррозии или разрывов обсадной колонны и наблюдается по высоте кондуктора скважины при отсутствии заколонного цементного камня. Изобретение предусматривает замену негерметичной верхней части обсадной колонны в стволе скважины при полном соблюдении требований промышленной безопасности и требований экологии недр и окружающей среды. Изобретение обеспечивает возвращение ранее бездействовавших по указанной причине скважин в дальнейшую их эксплуатацию.

В числе средств того же назначения из общедоступных известных нам технических решений, характеризуемых совокупностью признаков, сходных с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, нами не обнаружены.

Известен, например, способ устранения нарушения целостности обсадной колонны, согласно которому извлекают трубы выше мест нарушения (см., например, И.П.Пустовойтенко “Предупреждение и ликвидация аварий в бурении”, Москва, “Недра”, 1988 г., с.128-129). Для удаления нарушенные участки труб разрезают на несколько кусков. После удаления дефектного участка трубы в скважину опускают заменяющую трубу и соединяют ее с оставшейся в скважине обсадной колонной с помощью герметизирующего устройства.

Герметизирующее устройство, используемое в способе, включает в себя корпус с набором манжет, металлических колец, конических плашек и пружины, размещенных внутри корпуса. Устройство работает по принципу ловителя с промывкой.

Недостатками указанных выше способа и устройства является сложность работ по разрезке нарушенного участка трубы в скважине, затруднение по стыковке конца вновь устанавливаемой трубы с концом оставленной в скважине трубы и недостаточная надежность и герметичность соединения.

Известен способ соединения обсадных труб по авторскому свидетельству СССР №991020 М.Кл.³ Е 21 В 19/00 (заявлено 07.08.81, опубликовано 23.01.83 БИ №3), согласно которому производят свинчивание резьбового конца трубы с верхней резьбой муфты, предварительно навинченной нижней резьбой на резьбовой конец спущенной в скважину трубы до страгивания и проворота соединения в нижней резьбе и его последующего докрепления, при этом свинчивание продолжают до остановки соединения в докрепляемой резьбе, последующего страгивания верхней резьбы, определяют крутящий момент страгивания и дальнейшее ее докрепление ведут до значения крутящего момента, равного полученному значению крутящего момента страгивания, что обеспечивает возможность получения равнонапряженных резьбовых соединений и их герметичность, повышая тем самым надежность соединения обсадных труб.

Устройство, реализующее указанный способ, в каждом соединительном узле колонны труб содержит соединительную муфту с внутренней верхней и нижней резьбой и два соединяемых между собой резьбовых конца труб.

Однако приведенные выше способ и устройство для его реализации пригодны для соединения труб только во вновь устанавливаемой обсадной колонне с последовательной установкой каждой трубы одна на другую и закреплением их концов соединительными муфтами.

По авторскому свидетельству СССР №907215 М.Кл.³ Е 21 В 17/08 (заявлено 18.07.80, опубликовано 23.02.82 БИ №7) известно устройство для стыковки обсадных колонн. При использовании указанного изобретения осуществляют операции, приведенные ниже. После тампонирования нижней секции обсадной колонны производят спуск верхней секции, к нижнему концу которой с помощью муфты крепят устройство для стыковки обсадных колонн, снабженное ступенчатой втулкой, составным башмачным патрубком с герметизирующими конусными поверхностями, с радиальными отверстиями и срезным элементом, уплотнениями, направляющей воронкой и пружинным фиксирующим кольцом. При спуске верхней секции производят стыковку концов соединяемых труб, их уплотнение и фиксацию от осевых перемещений.

Устройство для стыковки обсадных колонн, использованное при указанных операциях, состоит из муфты, составного башмачного патрубка с радиальными отверстиями, ступенчатой втулки, жестко связанной с муфтой, установленной во внутренней полости башмачного патрубка, и соединенного с ними срезным элементом торцевого уплотнения, на наружной поверхности башмачного патрубка размещены резинометаллические уплотнения и разрезное пружинное кольцо, которое входит в зацепление с направляющей воронкой в состыкованном виде.

Вышеуказанные способ и устройство пригодны для использования только при последовательной установке сверху вниз в ствол скважины секций обсадных колонн, когда оба конца соединяемых труб заранее на поверхности оборудованы соединительными элементами для стыковки и крепления. Кроме того, внутренний канал башмачного патрубка в его нижней части имеет меньший диаметр, чем в его верхней части из-за установки кольцевого элемента, что нарушает равнопроходной внутренний диаметр соединяемых труб.

Основной целью предлагаемого изобретения является достижение нового технического результата, а именно сокращение времени, упрощение осуществления и снижение трудоемкости процесса возвращения ранее бездействовавших скважин в дальнейшую их эксплуатацию с заменой у таких скважин негерметичной верхней части обсадной колонны при обеспечении возможности с помощью соединительного устройства труб производить непосредственно в стволе скважины соединение нижнего конца трубы вновь устанавливаемой верхней части обсадной колонны с оставшимся в скважине, после удаления из нее негерметичной части, верхним необорудованным концом трубы оставленной в скважине обсадной колонны.

Еще одной целью изобретения является повышение прочности соединения стыкуемых концов труб.

Еще одной целью изобретения является обеспечение надежной герметизации соединения стыкуемых концов труб.

Еще одной целью изобретения является сокращение времени и упрощение процесса стыковки концов соединяемых труб в стволе скважины.

Еще одной целью изобретения является обеспечение равнопроходных внутренних диаметров обоих концов соединяемых труб обсадной колонны, что устраняет причины аварийных ситуаций при спуске в скважину насосного оборудования и геофизических приборов.

Еще одной целью изобретения является обеспечение работ по надежному соединению концов труб в стволе скважины по безопасной технологии (без огня, без кислот, без использования рабочих агентов под большим давлением) с полным обеспечением требований промышленной безопасности и экологических требований.

Указанные цели изобретения достигаются тем, что в заявляемом способе реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны вначале устанавливают длину негерметичной верхней части обсадной колонны, затем производят ее отсоединение в стволе скважины и извлечение на поверхность, далее к нижнему концу трубы вновь устанавливаемой верхней части обсадной колонны перед спуском в скважину посредством присоединительной резьбы закрепляют соединительное устройство труб через верхний резьбовой конец его переводника, на обоих концах переводника соединительного устройства труб выполняют внутренние резьбы, а внутри переводника - канал разных диаметров с двумя уступами: один - под верхний торец корпуса соединительного устройства труб, второй уступ - под верхний торец конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны, корпус соединительного устройства труб выполняют с наружной резьбой на верхнем конце и внутренним продольным каналом для прохода верхнего конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны, с верхнего торца корпуса его внутренний продольный канал углубляют в виде кольцевой проточки, в которую заводят уплотнитель, а сверху устанавливают поджимную втулку, ниже кольцевой проточки в корпусе выполняют по окружности не менее трех наклонных внутрь к его продольной оси цилиндрических каналов с выходом их нижних открытых концов во внутренний продольный канал корпуса, в наклонные цилиндрические каналы заводят подпружиненные сверху шарики, с нижнего конца на корпусе крепят направляющую насадку, внутреннюю поверхность которой выполняют в виде расширяющегося вниз раструба, верхним резьбовым концом корпус ввертывают в нижний резьбовой конец переводника, устанавливаемую вновь верхнюю часть обсадной колонны с закрепленным на ее нижнем конце соединительным устройством труб при спуске в скважину раструбом насадки надевают на верхний конец трубы оставленной в скважине обсадной колонны и опускают до упора торца конца трубы во внутренний уступ переводника, после чего производят доворот вновь устанавливаемой верхней части обсадной колонны по резьбе нижнего конца переводника до полной герметизации уплотнителем соединяемых концов труб обсадной колонны.

А также тем, что:

- отсоединение негерметичной верхней части обсадной колонны в стволе скважины производят путем отвинчивания по нижнему резьбовому концу соединительной муфты на нижнем конце удаляемой части колонны;

- отсоединение негерметичной верхней части обсадной колонны производят путем ее обрезки в стволе скважины.

Указанные выше признаки заявляемого способа реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны являются существенными и новыми.

Указанные цели достигаются также и тем, что нами предложено вновь соединительное устройство труб для осуществления заявляемого способа реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны, содержащее переводник, на верхнем и нижнем концах которого выполнены внутренние резьбы, внутри переводника выполнен продольный канал разных диаметров с двумя уступами: один - под верхний торец корпуса соединительного устройства труб, второй уступ - под верхний торец конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны, корпус соединительного устройства труб выполнен с внутренним продольным каналом для прохода верхнего конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны и наружной резьбой на верхнем конце, которой корпус ввернут в нижний резьбовой конец переводника, с верхнего торца корпуса в его внутреннем продольном канале выполнено углубление в виде кольцевой проточки, в которую заведен уплотнитель, а сверху установлена поджимная втулка, ниже кольцевой проточки в корпусе выполнено по окружности не менее трех наклонных внутрь к его продольной оси цилиндрических каналов, нижние открытые концы которых выведены во внутренний продольный канал корпуса, в наклонные цилиндрические каналы заведены подпружиненные сверху шарики, с нижнего конца на корпусе закреплена направляющая насадка, внутренняя поверхность которой выполнена в виде расширяющегося вниз раструба.

А также тем, что:

- нижняя опорная часть кольцевой проточки во внутреннем продольном канале корпуса выполнена в виде углубленной кольцевой канавки;

- в качестве уплотнителя в кольцевую проточку внутреннего продольного канала корпуса заведены, например, эластичные самоуплотняющиеся манжеты;

- нижняя часть направляющей насадки выполнена с косым срезом;

- нижняя часть направляющей насадки выполнена в виде лепестков;

- диаметр проходного продольного канала внутри переводника выполнен равным внутреннему диаметру соединяемых труб.

Указанные выше конструктивные признаки предлагаемого нами вновь соединительного устройства труб для осуществления заявляемого нами способа реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны являются существенными и новыми.

Приведенные выше новые существенные признаки способа и устройства обеспечивают заявляемому изобретению при его осуществлении достижение нового технического результата, изложенного в целях предлагаемого изобретения.

Так, установление длины негерметичной верхней части обсадной колонны дает возможность выбрать наиболее рациональный способ отсоединения негерметичной верхней части обсадной колонны в скважине или путем отвинчивания ее, или путем ее обрезки, что исключает дополнительные работы.

Закрепление на нижнем конце трубы вновь устанавливаемой верхней части обсадной колонны предложенного соединительного устройства труб с расширяющимся вниз раструбом при спуске новой верхней части колонны облегчает центрирование нижнего конца спускаемой трубы со свободным оставшимся после удаления негерметичной части верхним необорудованным концом трубы оставленной в скважине обсадной колонны, чем упрощается процесс стыковки концов соединяемых труб в скважине и сокращается время.

Выполнение внутреннего продольного канала в корпусе соединительного устройства труб с возможностью прохода в нем верхнего конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны обеспечивает беспрепятственное надевание на него до упора его верхнего торца в уступ внутри переводника, где его проходной продольный канал выполнен равным внутреннему диаметру соединяемых труб, одновременно упрощает процессы стыковки и соединения концов стыкуемых труб и обеспечивает сохранение равнопроходных внутренних диаметров обоих концов соединяемых труб.

Благодаря выполнению в корпусе по его окружности не менее трех наклонных внутрь к его продольной оси цилиндрических каналов с выходом их нижних концов во внутренний продольный канал корпуса и благодаря установке в них подпружиненных сверху шариков, сразу после упора верхнего торца оставленной в скважине трубы в уступ переводника с помощью шариков обеспечивается ее захват и жесткое соединение с корпусом соединительного устройства труб, предотвращая их взаимное осевое перемещение и вращение, что обеспечивает прочность соединения с обеспечением требований промышленной и экологической безопасности при безопасной технологии соединения (без использования сварки и больших давлений), позволяя проводить соединение концов труб непосредственно в стволе скважины, когда свободный доступ имеется только к одному концу трубы (т.к. второй конец трубы находится в стволе скважины). При этом сокращается время, трудоемкость процесса стыковки и достигается надежная герметизация соединения концов труб непосредственно в стволе скважины.

Выполнение внутри переводника второго уступа под верхний торец корпуса соединительного устройства труб вместе с тем, что с верхнего торца корпуса в его внутреннем продольном канале выполнена кольцевая проточка, куда заведен уплотнитель, а сверху установлена поджимная втулка, при довороте вновь устанавливаемой верхней части обсадной колонны по резьбе нижнего конца переводника, благодаря тому, что уступ внутри переводника давит сверху вниз на поджимную втулку и уплотнитель, обеспечивается надежная герметизация уплотнителем соединяемых концов труб обсадной колонны. Выполнение нижней опорной части кольцевой проточки во внутреннем продольном канале корпуса в виде углубленной кольцевой канавки и использование в качестве уплотнителя, например, эластичных самоуплотняющихся манжет, кроме надежной герметизации позволяет упростить этот процесс.

На чертеже представлен продольный разрез одного из возможных вариантов исполнения соединительного устройства труб для осуществления способа реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны.

Соединительное устройство труб содержит переводник 1, верхний 2 и нижний 3 концы которого выполнены с внутренней резьбой. Внутри переводника 1 выполнен продольный канал разных диаметров: канал 4, равный внутреннему диаметру D_в соединяемых труб 5 и 6, и канал 7 под наружный диаметр D_н верхнего конца трубы 6 оставленной в скважине обсадной колонны после отсоединения от нее негерметичной верхней части. Внутри переводника 1 выполнены два уступа 8 и 9: уступ 8 - под верхний торец корпуса 10 соединительного устройства труб и уступ 9 - под верхний торец верхнего конца трубы 6 оставленной в скважине обсадной колонны. Корпус 10 выполнен с внутренним продольным каналом 11 для прохода верхнего конца трубы 6 оставленной в скважине обсадной колонны. На верхнем конце корпуса 10 выполнена наружная резьба, которой корпус 10 ввернут в нижний резьбовой конец 3 переводника 1. Во внутреннем продольном канале 11 корпуса 10 с его верхнего торца выполнено углубление в виде кольцевой проточки 12, в которую заведен уплотнитель 13, а сверху установлена поджимная втулка 14. Нижняя опорная часть кольцевой проточки 12 может быть выполнена, например, в виде углубленной кольцевой канавки 15. Ниже кольцевой проточки 12 в корпусе 10 выполнено по окружности не менее трех наклонных внутрь к его продольной оси цилиндрических каналов 16. нижние открытые концы которых выведены во внутренний продольный канал 11 корпуса 10. В наклонные цилиндрические каналы 16 заведены подпружиненные сверху шарики 17. С нижнего конца на корпусе 10 закреплена направляющая насадка 18, внутренняя поверхность которой выполнена в виде расширяющегося вниз раструба 19. Нижняя часть направляющей насадки 18 может быть выполнена с косым срезом 20 или в виде лепестков (на чертеже не приведено).

Осуществляют предлагаемый способ следующим образом. На скважине, ранее выведенной из эксплуатации по причине негерметичности у нее верхней части обсадной колонны, известными способами устанавливают длину ее негерметичной части. Если длина негерметичной части колонны превышает длину, на которой нет заколонного цементного камня, производят ее отвинчивание по нижнему резьбовому концу соединительной муфты, находящейся на нижнем конце подлежащей удалению негерметичной части колонны. Если отсоединение путем отвинчивания невозможно, тогда производят обрезку этой части колонны в стволе скважины имеющимся для таких целей известным оборудованием. Отсоединенную негерметичную верхнюю часть обсадной колонны извлекают на поверхность. Проверяют, чтобы наружная поверхность верхнего конца трубы 6 после отвинчивания или после обрезки негерметичной части была бы свободной от заколонного цементного камня на высоту не менее высоты соединительного устройства труб. При необходимости это обеспечивают, например, путем обуривания оставленного в скважине конца трубы.

Взамен извлеченной негерметичной верхней части обсадной колонны на поверхности готовят к спуску в скважину вновь устанавливаемую ее часть, к нижнему концу 5 которой посредством присоединительной резьбы закрепляют соединительное устройство труб через верхний резьбовой конец 2 переводника 1. При спуске в скважину вновь устанавливаемая верхняя часть колонны расширяющимся вниз раструбом 19 насадки 18 центрируется в стволе скважины и надевается на верхний конец трубы 6 оставленной в скважине обсадной колонны до упора ее верхнего торца в уступ 9 переводника 1, завершая этим процесс стыковки концов соединяемых труб 5 и 6. При этом с помощью шариков 17, размещенных в наклонных цилиндрических каналах 16 корпуса 10, обеспечивается захват и жесткое соединение корпуса 10 соединительного устройства труб с вошедшим в его внутренний продольный канал 11 верхним концом трубы 6 оставленной в скважине обсадной колонны, исключая их осевое перемещение и вращение относительно друг друга. После этого производят доворот вновь устанавливаемой верхней части обсадной колонны по резьбе нижнего конца 3 переводника 1, так как корпус 10 соединительного устройства труб жестко закреплен при захвате шариками 17 и поэтому остается неподвижным. Вновь устанавливаемая верхняя часть колонны вместе с переводником 1 при довороте передвигается по резьбе вниз, в результате чего уступ 8 переводника 1 давит на поджимную втулку 14 и уплотнитель 13, сжимая его, за счет чего достигается герметизация соединяемых концов труб.

После стыковки, крепления и герметизации вновь установленной верхней части обсадной колонны ее заколонное пространство при необходимости может быть изолировано тампонажными составами. После чего в скважину спускают глубиннонасосное оборудование и скважину вводят в эксплуатацию.

По предлагаемому изобретению изготовлены опытные образцы соединительных устройств труб, проведены многократные их стендовые и промысловые испытания на скважинах. Все поставленные цели изобретения достигаются. Требования промышленной безопасности и экологические требования обеспечиваются полностью.

1. Способ реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны, при котором устанавливают длину негерметичной верхней части обсадной колонны, производят ее отсоединение в стволе скважины и извлечение на поверхность, к нижнему концу трубы вновь устанавливаемой верхней части обсадной колонны перед спуском в скважину посредством присоединительной резьбы закрепляют соединительное устройство труб через верхний резьбовой конец его переводника, на обоих концах которого выполнены внутренние резьбы, а внутри переводника - канал разных диаметров с двумя уступами: один - под верхний торец корпуса соединительного устройства труб, второй уступ - под верхний торец конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны, при этом используют соединительное устройство, в котором корпус выполнен с наружной резьбой на верхнем конце и внутренним продольным каналом для прохода верхнего конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны, с верхнего торца корпуса его внутренний продольный канал углублен в виде кольцевой проточки, в которую заведен уплотнитель, а сверху установлена поджимная втулка, ниже кольцевой проточки в корпусе выполнено по окружности не менее трех наклонных внутрь к его продольной оси цилиндрических каналов с выходом их нижних открытых концов во внутренний продольный канал корпуса, в которые заведены подпружиненные сверху шарики, с нижнего конца на корпусе закреплена направляющая насадка, внутренняя поверхность которой выполнена в виде расширяющегося вниз раструба, а верхним резьбовым концом корпус ввернут в нижний резьбовой конец переводника, устанавливаемую вновь верхнюю часть обсадной колонны с закрепленным на ее нижнем конце соединительным устройством труб при спуске в скважину раструбом насадки надевают на верхний конец трубы оставленной в скважине обсадной колонны и опускают до упора торца конца трубы во внутренний уступ переводника, после чего производят доворот вновь устанавливаемой верхней части обсадной колонны по резьбе нижнего конца переводника до полной герметизации уплотнителем соединяемых концов труб обсадной колонны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отсоединение негерметичной верхней части обсадной колонны в стволе скважины производят путем отвинчивания по нижнему резьбовому концу соединительной муфты на нижнем конце удаляемой части колонны.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отсоединение негерметичной верхней части обсадной колонны производят путем ее обрезки в стволе скважины.

4. Соединительное устройство труб для реанимации аварийных скважин с заменой негерметичной верхней части обсадной колонны, содержащее корпус, переводник, на верхнем и нижнем концах которого выполнены внутренние резьбы, внутри - продольный канал разных диаметров с двумя уступами: один - под верхний торец корпуса, второй уступ - под верхний торец конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны, при этом корпус выполнен с внутренним продольным каналом для прохода верхнего конца трубы оставленной в скважине обсадной колонны и наружной резьбой на верхнем конце, которой корпус ввернут в нижний резьбовой конец переводника, с верхнего торца корпуса в его внутреннем продольном канале выполнено углубление в виде кольцевой проточки, в которую заведен уплотнитель, а сверху установлена поджимная втулка, ниже кольцевой проточки в корпусе выполнено по окружности не менее трех наклонных внутрь к его продольной оси цилиндрических каналов, нижние открытые концы которых выведены во внутренний продольный канал корпуса, в наклонные цилиндрические каналы заведены подпружиненные сверху шарики, с нижнего конца на корпусе закреплена направляющая насадка, внутренняя поверхность которой выполнена в виде расширяющегося вниз раструба.

5. Соединительное устройство труб по п.4, отличающееся тем, что нижняя опорная часть кольцевой проточки во внутреннем продольном канале корпуса выполнена в виде углубленной кольцевой канавки.

6. Соединительное устройство труб по п.4, отличающееся тем, что в качестве уплотнителя в кольцевую проточку внутреннего продольного канала корпуса заведены, например, эластичные самоуплотняющиеся манжеты.

7. Соединительное устройство труб по п.4, отличающееся тем, что нижняя часть направляющей насадки выполнена с косым срезом.

8. Соединительное устройство труб по п.4, отличающееся тем, что нижняя часть направляющей насадки выполнена в виде лепестков.

9. Соединительное устройство труб по п.4, отличающееся тем, что диаметр проходного продольного канала внутри переводника выполнен равным внутреннему диаметру соединяемых труб.