Установка пластыря гидравлическим давлением непосредственно на его внутреннюю поверхность

Одним из простых в изготовлении и неслож­ных в обслуживании и эксплуатации является устройство для установки пластыря, принцип действия которого основан на создании гидравлического давления непосредственно на его внутреннюю поверхность.

Такое устройство позволяет производить ремонт обсадных колонн в скважинах практически на любой глубине.

Использование настоящего устройства для установки плас­тыря обеспечивается благодаря изготовлению его в комбина­ции с дорнирующей головкой.

Применение продольно-гофрированного металлического пластыря с цилиндрическими концевыми участками длиной 1,5—2 м (рис. 6.33, а) и размещение в них уплотнительных эле­ментов обеспечивают надежную герметизацию внутренней полости пластыря при расширении его гидравлическим давле­нием, а равный габаритный диаметр концевых и средней час­тей пластыря обеспечивает на всей его длине заданный зазор при спуске в обсадную колонну.

Принцип установки пластыря и работа устройства

Устройство спускают на насосно-компрессорных трубах к месту дефекта 4 обсадной колонны 3 (рис. 6.33).

После спуска устройства в сборе с пластырем на насосно-компрессорных трубах в скважину к месту дефекта 4 в обсад­ной колонне 3 на штанге 10 через перфорацию 9 на внутрен­нюю полость пластыря 5 подают жидкость и создают гидрав­лическое давление, обеспечивающее расширение и прижатие до полного контакта гофрированной части пластыря 1 с внут­ренней стенкой обсадной колонны.

Рис. 6.33. Устройство для установки пластыря методом прямого гидравлического контакта на пластырь: А-пластырь; б, в-разрез пластыря по А-А и Б-Б; г-ориентация пластыря гидравлическим давлением; д-расширение пластыря гидравлическим давлением; е-перемещение по штанге вниз уплотнительного нижнего элемента при срезе ограничительной шайбы; ж-калибровка пластыря дорнирующей головкой; з-положение заглушки в момент расширения пластыря; и-положение заглушки в момент калибровки пластыря.

Герметизация внутренней полости пластыря при создании давления осуществляется уплотнительными элементами 7, рас­положенными по концам пластыря в цилиндрических частях 2. Первоначально герметизацию обеспечивают чашеобразные манжеты 11. По мере роста давления надежность герметизации дополнительно повышается эластичными втулками 12, ко­торые, перемещаясь под воздействием давления совместно с чашеобразными манжетами в осевом направлении по штанге 10, сжимаются, а в радиальном направлении по диаметру уве­личиваются, прочно контактируя с цилиндрической поверхно­стью пластыря и одновременно расширяя его до критического возрастания давления.

В момент наступления критического (расчетного) давления срезается ограничительная шайба 13, а нижний уплотнительный элемент 7 перемещается по штанге вниз. Одновременно при незначительном (расчетном) увеличении давления среза­ется фиксатор 16 заглушки 14, которая падает в расширенную полость 18 на ограничительную крестовину 19, освобождая канал для передачи жидкости в дорнирующую головку 15. Об­ратный клапан 20 при создании давления в лорнирующей го­ловке закрывается.

Процесс развальцовки цилиндрических концов пластыря и калибровки по всей его длине осуществляется снизу вверх протягиванием под давлением дорнирующей головки при подъе­ме насосно-компрессорных труб на поверхность или сверху вниз за счет инструмента (НКТ). Так как штанга 10 имеет ка­либрованное отверстие 9 с выходом жидкости в скважину, то поддержание необходимого давления в устройстве при разваль­цовке концов и калибровке пластыря обеспечивается увеличе­нием производительности насоса.

Калибровку пластыря можно повторять многократными проходами дорнирующей головки.

После окончания процесса установки пластыря избыточ­ное давление в системе снимают и устройство поднимают на поверхность. При этом жидкость сливается из труб через пер­форированное отверстие 9.

Устройство спускают в скважину на тросе. Избыточное давление создают глубинным электронасосом.

Установка пластыря методом набухания материала

Суть данного метода заключается в том, что расширение гофрированного тонкостенного стального пластыря по периметру поперечного сечения на всей его длине до задан­ного контактного сцепления со стенкой ремонтируемого учас­тка обсадной колонны происходит под действием тепловой энер­гии, выделяющейся при увеличении объема специального ма­териала (раствора или порошка), подаваемого в полость плас­тыря. Подобное изменение объема вещества наблюдается, например, при замораживании воды, гашении извести, набуха­нии замоченного гороха и т. д.

Предлагаемое вещество должно обеспечивать постепенное (в пределах 3-24 ч.) увеличение объема (не менее чем в два раза) и равномерное распределение и увеличение давления (30— 50 МПа) в полости пластыря.

Указанными свойствами обладает порошок НРС-1 (невзрыв­чатое разрушающее средство), выпускаемый по ТУ 21-31-56-87 опытным заводом ВНИИстром им. Будникова; в качестве жид­кости для получения раствора используется вода. Соотноше­ние порошка НРС-1 и воды 10:3. Порошок нетоксичен. Добав­ки в порошок должны замедлять процесс его твердения (крис­таллизации) в момент нахождения в капсуле и при последую­щем вымывании из скважин.

Устройство для реализации указанного метода представля­ет собой капсулу (рис. 6.34). При этом отпадает необходимость в системе силовых цилиндров (цилиндры, поршни, штоки), тру­доемких в изготовлении, материалоемких и громоздких. Устройство работает следующим образом. Раствор (порошок + вода) приготовляют и заполняют им полость пластыря непосредственно перед спуском устройства в скважину. Устройство в сборе с пластырем спускают к месту ремонта обсадной колонны, причем пластырь ориентируют так, чтобы его середина находилась напротив дефекта.

Через 2—3 ч. после подачи раствора в устройство начина­ется процесс его набухания с выделением тепла, что обеспечи­вает не мгновенное, как взрыв, а медленное, равномерное (за счет развивающихся усилий) расширение пластыря по всей его длине. При этом профильные эластичные уплотнители, скользя свободными концами по пластырю и облегчая скруг-ление упорных втулок, обеспечивают герметичность полости пластыря и удерживают набухающий раствор до получения полного контакта пластыря со стенками обсадной колонны. После этого устройство поднимают на поверхность, при этом набухший раствор рассыпается и легко извлекается из сква­жины.

Дожатие концов пластыря и калибровку его по всей длине при необходимости осуществляют во время подъема на поверх­ность устройства дорнирующей оправкой, которая может быть предусмотрена на его конце ниже пластыря.

Калибровку выполняют как снизу вверх при подъеме инст­румента, так и сверху вниз весом инструмента. Данный метод имеет следующие преимущества: повышаются качество и эффективность ремонта; исключается возможность разрушения обсадной колонны (по сравнению с методом взрыва);

упрощается технология ремонта;

уменьшается металлоемкость, сокращается трудоемкость, упрощается конструктивное решение устройства;

повышается универсальность применения пластыря по пе­риметру поперечного сечения для всех толщин стенок одного типоразмера ремонтируемой обсадной колонны;

расширяется диапазон использования пластыря для ремон­та обсадных колонн любого диаметра, в том числе труб малого диаметра;

возможность применения цилиндрических в поперечном сечении пластырей;

появляется возможность уменьшить габаритные диаметры пластырей и устройство в целях увеличения зазоров между пластырем и стенкой обсадной колонны при спуске в скважи­ну;

устройство с пластырем можно спускать на канате;

исключаются дополнительные осевые нагрузки на спуска­емый инструмент (НКТ) в момент установки пластыря;

создаются местные, распределяющиеся с постепенным уве­личением радиальные усилия;

возможно прокачивать цементный и другие растворы че­рез устройство до и после установки пластыря, в том числе для проверки герметичности после ремонта;

ремонт обсадных колонн можно производить в скважинах на любой глубине.

Рис.6.34. Устройство для установки пластыря методом набухания материала:

а-ориентация пластыря на дефект при спуске его в скважину; б-расширение пластыря при использовании HPC-1; в-калибровка пластыря дорнирующей головкой; 1-дорнирующая голока; 2-уплотнительный элемент; 3-обсадная колонна; 4-дефект; 5-канал; 6-конус; 7-уплотнительный элемент; 8-пластырь; 9-порошок HPC-1; 10-штанга.