Устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера

 

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно, к устройствам для разобщения пластов. Цель - повышение эффективности работы устройства за счет надежной фиксации его элементов. Для этого устройство снабжено установленным в цилиндрической полости корпуса на свободном торце гильзы ограничителем, палец выполнен сплошным, а гильза выполнена с внутренним кольцевым пазом у свободного торца, при этом фиксатор концентрично установлен на наружной поверхности втулки в пазу гильзы с возможностью последовательного взаимодействия с торцевой стенкой паза гильзы и ограничителем при осевом перемещении золотника, последовательного размещения и фрикционного взаимодействия при этом соответственно с большей и меньшей ступенями пальца и двухстороннего упорного взаимодействия фиксатора с торцом втулки и торцевой поверхностью ступени пальца в конечном рабочем положении золотника, причем наружный диаметр втулки больше диаметра большей ступени пальца и меньше диаметра полости гильзы. 4 ил.

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно, к устройствам для разобщения пластов.

Целью изобретения является повышение эффективности работы за счет надежной фиксации элементов устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера включает корпус с осевым каналом, цилиндрической полостью и двумя смещенными относительно друг друга отверстиями для сообщения последней с уплотнительным элементом и осевым каналом пакера, установленную в корпусе и подвижную в осевом направлении посадочную втулку, размещенную в одном из отверстий корпуса пробку, размещенные в цилиндрической полости корпуса заглушенную полую гильзу, подпружиненный золотник, установленный между отверстиями корпуса с возможностью взаимодействия с пробкой, перекрытия и сообщения отверстий корпуса между собой при осевом перемещении золотника, телескопически соединенные и фрикционно связанные между собой при осевом перемещении золотника, телескопически соединенные и фрикционно связанные между собой ступенчатый палец, жестко связанный ступенью большего диаметра с золотником, втулку, установленную на ступени меньшего диаметра пальца, размещенной в полости гильзы, и разрезной пружинный фиксатор, взаимодействующий со втулкой, снабжено установленным в цилиндрической полости на свободном торце гильзы ограничителем, палец выполнен сплошным, а гильза выполнена с внутренним кольцевым пазом у свободного торца, при этом фиксатор концентрично установлен на наружной поверхности втулки в пазу гильзы с возможностью последовательного взаимодействия с торцевой стенкой пазы гильзы и ограничителем при осевом перемещении золотника, последовательного размещения при этом соответственно на большей и меньшей ступенях пальца и фрикционного взаимодействия с последними, а также двустороннего упорного взаимодействия фиксатора с торцом втулки и торцевой поверхностью ступени пальца в конечном рабочем положении золотника, причем наружный диаметр втулки больше диаметра большей ступени пальца и меньше диаметра полости гильзы.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении; на фиг. 2 - устройство после окончания процесса цементирования и сброса давления в цементировочной головке, на фиг. 3 устройство после создания в колонне рабочего давления пакеровки, на фиг. 4 устройство после сброса рабочего давления пакеровки.

Устройство включает составной корпус 1 с отверстиями 2 и 3 и каналами 4, заглушку 5 с направляющим пазом 6, цилиндрическую полость, заполненную жидкостью, в которой размещены золотник 7, составной ограничитель перемещений золотника, включающий жестко связанный с золотником двухступенчатый по диаметру сплошной палец 8, втулку 9 с кольцевым коническим выступом 10, наружный диаметр которого больше диаметра смежной с золотником ступени пальца 11, концентрично установленный на втулке 9 составной радиально-раздвижной съемник-фиксатор 12, удерживаемый во фрикционном взаимодействии с втулкой эластичными или пружинными кольцами 13, пробку 14, опорно взаимодействующую с коническим боковым пояском золотника 7, гильзу 15 с радиальными отверстиями 16, пружину 17, кольцевой ограничитель 18, опорное кольцо 19 со средним штифтом 20. Необходимую герметичность устройства обеспечивают уплотнительные кольца 21.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении по колонне труб и осевому каналу корпуса цементировочной пробки (см. фиг. 2) последняя, срезая штифт 20, сдвигает опорное кольцо 19 и таким образом освобождает выход пробки 14 в осевой канал устройства. После посадки пробки на "стоп"-кольцо и сброса давления в цементировочной головке золотник 7 под действием надпакерного столба цементного раствора (его давление передается через рабочую кольцевую полость уплотнительного элемента, предварительно заполненную небольшим количеством жидкости) перемещается, выдавливая пробку 14 в осевой канал устройства, при этом первый ход золотника меньше длины съемника-фиксатора 12, втулки 9 и меньшей ступени пальца 8, что исключает возможность его преждевременного осевого упорного взаимодействия с втулкой 9 и таким образом съема втулки с меньшей ступени пальца. При повышении давления в обсадной колонне (см. фиг. 3) жидкость из полости обсадной колонны через освободившееся от пробки 14 отверстие 2, сжимая пружину 17 и перемещая золотник 7 через радиальные отверстия 16 гильзы 15, отверстие 3 и каналы 4, поступает к уплотнительному элементу, приводя его в рабочее состояние (раздувая до прижатия к стенке скважины). При этом радиально-раздвижной съемник-фиксатор перемещается на смежную с золотником ступень пальца 11, а втулка 9, установленная на меньшей, отдаленной от золотника ступени пальца 8, перемещается в направляющий паз 6 заглушки 5, т.е. ход золотника больше длины съемника-фиксатора 12, втулки 9 и длины меньшей ступени пальца 8. При снятии давления в обсадной колонне (см. фиг. 4) золотник 7 сначала под действием сжатой пружины 17, а затем под действием избыточного давления пакеровки перемещается в обратном направлении. При этом радиально- раздвижной съемник-фиксатор, упорно взаимодействуя с кольцевым ограничителем 18 и кольцевым коническим выступом 10, снимает втулку 9 с меньшей ступени пальца 8, оставляя ее в направляющем пазу 6 заглушки 5. При перемещении золотника 7 с пальцем 8 съемник-фиксатор 12 устанавливается на меньшей ступени пальца 8 и таким образом фиксирует золотник 7 в конечном положении. Дальнейшее повышение давления в обсадной колонне исключает возможность повторного срабатывания устройства благодаря двухстороннему упорному взаимодействию съемника-фиксатора 12 с кольцевым коническим выступом 10 втулки 9 и торцевой поверхности ступени пальца 11, смежной с золотником.

Технические преимущества устройства заключаются в следующем: двухступенчатый по диаметру палец, жестко связанный с золотником, выполнен сплошным, что обеспечивает размещение на меньшей ступени пальца втулки с радиально-раздвижным съемником-фиксатором; концентричная установка на втулке составного радиально- раздвижного съемника-фиксатора обеспечивает съем втулки и размещение ее в направляющем пазу; выполнение наружного диаметра втулки больше диаметра смежной с золотником ступени пальца и меньше диаметра направляющего паза обеспечивает надежную установку съемника-фиксатора на смежной с золотником ступени пальца при работе устройства; длина съемника-фиксатора, втулки и меньшей ступени пальца больше длины первого хода золотника и меньше длины его второго и третьего ходов, что обеспечивает последовательное открытие, срабатывание и закрытие клапанной системы устройства.

Формула изобретения

Устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера, включающее корпус с осевым каналом, цилиндрической полостью и двумя смещенными друг относительно друга отверстиями для сообщения последней с уплотнительным элементом и осевым каналом корпуса, установленную в корпусе подвижную в осевом направлении посадочную втулку, размещенную в одном из отверстий корпуса пробку, размещенные в цилиндрической полости корпуса заглушенную полую гильзу, подпружиненный золотник, установленный между отверстиями корпуса с возможностью взаимодействия с пробкой, перекрытия и сообщения отверстий корпуса между собой при осевом перемещении золотника, телескопически соединенные и фрикционно связанные между собой ступенчатый палец, жестко связанный ступенью большего диаметра с золотником, втулку, установленную на ступени меньшего диаметра пальца, размещенной в полости гильзы, и разрезной пружинный фиксатор, взаимодействующий с втулкой, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет надежной фиксации элементов устройства, оно снабжено установленным в цилиндрической полости корпуса на свободном торце гильзы ограничителем, палец выполнен сплошным, а гильза выполнена с внутренним кольцевым пазом у свободного торца, при этом фиксатор концентрично установлен на наружной поверхности втулки в пазу гильзы с возможностью последовательного взаимодействия с торцевой стенкой паза гильзы и ограничителем при осевом перемещении золотника, последовательного размещения при этом соответственно на большей и меньшей ступенях пальца, фрикционного взаимодействия последними, а также двустороннего упорного взаимодействия фиксатора с торцом втулки и торцевой поверхностью ступени пальца в конечном рабочем положении золотника, причем наружный диаметр втулки больше диаметра большей ступени пальца и меньше диаметра полости гильзы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4