Устройства с совмещенной доставкой БCC в скважину

 

В СПГГИ разработан ряд тампонажных устройств для ликвидации поглощений очистного агента и беструбного закрепления пересекаемых скважиной трещиноватых горных пород, позволяющих осуществлять изоляционные работы за один цикл СПО. Общими конструктивными элементами этих устройств является контейнер с БСС, подвижный поршень, отражатель и долото. Может использоваться отражатель шнекового типа и отражатель в виде раздвижных лопастей.

Принцип работы устройства конструкции СПГГИ (рис.19) заключается в следующем. Перед спуском в скважину к нижней час- ти контейнера 3 присоединяется секция 9. Со стороны секции устанавливается срезное днище 1 (деревянная пробка) и в контейнер помещаются пакеты с быстросхватывающейся тампонажной смесью 2 в количестве, необходимом для тампонирования зоны геологического осложнения. Поршень 5 с закрепленным на нем отражателем 11 и долотом 4 устанавливается в верхней части контейнера над пакетами с БСС 2, контейнер 3 соединяется с колонной бурильных труб 7 с помощью переходника 6 и устройство спускается в зону, подлежащую тампонированию.

б                     Рис.19. Тампонажное устройство конструкции СПГГИ: а – общий вид; б – процесс тампонирования осложненного интервала скважины; в – компоновка подвижных частей устройства в транспортном положении; г – нижняя часть устройства в рабочем положении

После этого в устройство по колонне бурильных труб 7 подается вода, которая через осевые отверстия 18 цилиндрической головки 17 воздействует на поршень 5, перемещая его в нижнюю часть контейнера и выдавливая из него пакеты с БСС 2. Осевой канал 22 при этом перекрыт пальцами 12. При подходе поршня к секции 9 пальцы под действием пружины 13 заходят в кольцевую проточку 24, при этом их цилиндрические выступы 21 скользят по направляющему пазу 20, удерживая пальцы в заданном положении, а их положение в кольцевой проточке фиксируется первым уступом 14 нижней части штока 16. Давление на поршень уменьшается, так как частично приоткрывается осевой канал 22 и вода по каналам 19 и 22 дросселируется в скважину. При дальнейшем поступательном движении поршня 5 пальцы 12 скользят по кольцевой проточке 24 и упираются своей плоской частью в ее нижнюю кромку. Давление на поршень в этот момент падает до нуля, так как вода из контейнера полностью сбрасывается в затрубное пространство через радиальные отверстия 8 нижней секции 9. Лопатки отражателя 11 выдвигаются под действием пружины 23 и устанавливаются в рабочем положении. Поворотом устройства вокруг оси осуществляется фиксация пальцев 12 в фигурных пазах 10 нижней секции 9. При этом шток 16 опускается вниз и вторым уступом 15 препятствует возможности сжатия пальцев в радиальном направлении. Головка 17 штока совмещается с радиальными отверстиями 8, что приводит к повышению давления над поршнем 5 и даст возможность контролировать по манометру бурового насоса установку устройства в рабочее положение.

Устройство приводится во вращение буровым станком и перемещается вниз по скважине. Долотом 4 осуществляется разгерметизация оболочек пакетов 2 и перемешивание сухой БСС с водой. Образующуюся вязкопластичную массу отражатель 11 затирает в поры и трещины тампонируемого интервала, где происходит ее быстрое затвердевание с образованием водонепроницаемого экрана вокруг ствола скважины. По окончании проработки осложненного интервала тампонажное устройство извлекается из скважины, после чего возобновляется процесс ее углубки.

Существующие тенденции увеличения объемов бурения скважин снарядами со съемными керноприемниками открывают перспективы дальнейшего развития метода, оперативного тампонирования сухими БСС зон поглощений очистного агента, зон водопритоков и приуроченных к ним интервалов неустойчивых горных пород, склонных к обрушению. Непроизводительные затраты времени на спуско-подъемные операции при проведении изоляционных работ рассмотренными выше устройствами находятся в прямом противоречии с назначением комплексов ССК, снижают производительность бурения и увеличивают его стоимость.

Конструкция тампонажного устройства УТС-59, разработанного в СПГГИ для комплекса ССК-59, обеспечивает возможность совместной доставки в скважину устройства и сухого тампонажного материала без предварительной его упаковки в гидроизоляционные оболочки.

а   б   в             Рис.20. Тампонажное устройство УТС-59: а – общий вид; б – положение подвижных элементов при спуске устройства в скважину; в – нижняя часть в рабочем положении

Тампонажное устройство УТС-59 (рис.20) включает в себя узел фиксации, состоящий из корпуса 13, плашек 14, конусной головки 15, полого штока 11 с пружиной 12, фиксатора 9. Контейнер 7 с быстросхватывающейся таблетированной тампонажной смесью 6 разделен на верхнюю секцию 10 и нижнюю 3 с конусным сужением 24 и кольцевой проточкой 25 на внутренней поверхности, уплотнительным кольцом 4 на наружной поверхности, срезным герметичным днищем 1 на торце, поршень 8 с кольцевой проточкой 16, содержащий шариковый клапан 21, подпружиненные пальцы 22, тарельчатый клапан 23, уплотнительную манжету 17, осевой канал 18, сдвижное кольцо 20 с пружиной 19.

Устройство работает следующим образом. При возникновении геологического осложнения (например, поглощения очистного агента) бурение скважины прекращают, приподнимают буровую колонну над забоем и извлекают съемный керноприемник. Перед спуском в скважину собирают устройство в следующей последовательности. В верхнюю секцию 10 контейнера 7, сочлененного с корпусом 13 узла фиксации посредством полого штока 11 и пружины 12, помещают поршень 8 и соединяют его с полым штоком посредством фиксатора 9 и кольцевой проточки 16. При этом подпружиненные пальцы 22 закрывают шариковый клапан 21 и удерживаются внутри поршня 8 сдвижным конусным кольцом 20 и пружиной 19. Затем соединяют верхнюю секцию с контейнером и присоединяют нижнюю секцию 3 с уплотнительным кольцом 4. Затем со стороны нижней секции 3 в контейнер помещают сухую таблетированную быстросхватывающуюся смесь 6 и запирают нижнюю секцию герметичным срезным днищем 1.

Собранное таким образом устройство опускают в колонну бурильных труб 5. Для уменьшения времени доставки устройства к буровой коронке 2 включают буровой насос и закачивают воду по трубам.

При движении устройства по колонне бурильных труб герметизация контейнера 7 со стороны верхней секции 10 осуществляется уплотнительной манжетой 17 поршня 8 и шариковым клапаном 21, а со стороны нижней секции 3 – герметичным днищем 1. Уплотнение сухой быстросхватывающейся смеси 6 внутри контейнера вследствие движения поршня 8 вниз под действием гидростатического давления скважинной воды предотвращается зацеплением фиксатора 9 с кольцевой проточкой 16 поршня.

Момент достижения устройством буровой коронки 5 контролируется возрастанием давления на манометре бурового насоса вследствие перекрытия уплотнительным кольцом 4 канала между нижней секцией 3 и внутренней поверхностью буровой коронки 2.

После этого выключают насос и опускают с вращением колонну бурильных труб на забой скважины. При этом происходит освобождение нижней секции 3 от герметичного срезного днища 1 и перемещение контейнера 7 вверх относительно полого штока 11, сжатие пружины 12, фиксация плашек 14 внутри колонны бурильных труб 5 и вывод кольцевой проточки 16 поршня 8 из зацепления с фиксатором9.

Затем приподнимают колонну над зоной осложнения, включают буровой насос, при этом освобожденный поршень 8 под действием потока воды перемещается в нижнюю часть контейнера, выдавливая из него быстросхватывающуюся смесь 6 в полость скважины, которая, соединяясь со скважинной водой, образует вязкопластичную быстросхватывающуюся тампонажную суспензию, заполняющую осложненный интервал. Во время этой операции контейнер под действием пружины 12 прижимает уплотнительное кольцо 4 к буровой коронке 2.

Поршень 8, достигнув конусного сужения 24 нижней секции 3, упирается в него подпружиненным коническим сдвижным кольцом 20 и продолжает движение вниз, сжимая пружину 19. При этом освобождаются подпружиненные пальцы 22 и входят в кольцевую проточку 25 на внутренней поверхности нижней секции. В этот момент открывается шариковый клапан 21 и вода, проходя через полый шток 11, внутреннюю полость контейнера 7, осевой канал 18 поршня 8, шариковый клапан 21 тарельчатый клапан 23, дросселируется в скважину. Падение давления в нагнетательной системе свидетельствует о фиксации поршня в рабочем положении.

Выключают буровой насос и, перемещая с вращением колонну бурильных труб 5 вниз по скважине до забоя, создают избыточное давление на тампонажный материал, под воздействием которого он заполняет поры и трещины изолируемого интервала скважины. При этом тарельчатый клапан 23 и уплотнительное кольцо 4 препятствуют проникновению тампонажного материала в полость контейнера 7 и кольцевое пространство между контейнером и колонной бурильных труб.

По окончании процесса тампонирования через колонну бурильных труб 5 опускают на тросе овершот, который захватывает конусную головку 15. При натяжении троса плашки 14 выходят из зацепления с внутренней поверхностью буровой колонны и устройство извлекают из скважины, затем опускают керноприемник и процесс бурения возобновляется. При этом в первый момент возможен рост давления в нагнетательной линии бурового насоса при соприкосновении торца коронки с забоем скважины вследствие проникновения тампонажного материала в ее промывочные окна. Очистка промывочных окон осуществляется кратковременным вращением коронки на забое скважины с незначительной осевой нагрузкой на инструмент.