Башмак для установки профильных перекрывателей в скважинах

 

Изобретение относится к строительству и ремонту скважин, в частности к средствам для установки профильных перекрывателей при изоляции ими зон осложнения бурения или участков нарушения герметичности обсадных колонн. Башмак содержит монтажный болт с левой и правой конической резьбами и навинченной на резьбу упорной гайкой, имеющей коническую поверхность и насечку. Между резьбами болта имеется упорный бурт. Под буртом установлен дополнительный упор, имеющий коническую поверхность и раструб со стопорным кольцом. Между упорной гайкой и дополнительным упором размещен уплотнительный элемент, выполненный в виде нескольких цилиндрических сегментов с коническими поверхностями на торцах. Сегменты соединены между собой в кольцо упругим материалом, например резиной, путем вулканизации. Упругий материал преимущественно расположен на торцах сегментов, со стороны дополнительного упора. Башмак крепят в нижнем конце перекрывателя и после расширения его гидравлическим давлением развальцовывают. По достижении развальцовывателем башмака он навинчивается своим концом на резьбе болта и фиксируется кольцом. При дальнейшем вращении развальцовывателя и болта гайка свинчивается по левой резьбе вниз, освобождая уплотнительный элемент, который радиально сжимается, обеспечивая свободный выход башмака из перекрывателя. Применение башмака повышает надежность герметизации низа перекрывателя и позволяет использовать его многократно. 5 ил.

Изобретение относится к бурению и ремонту скважин, в частности, к устройствам для установки профильных перекрывателей при изоляции ими зон осложнения бурения или участков нарушения герметичности обсадных колонн.

Известен башмак для установки профильных перекрывателей в скважинах, содержащий монтажный болт с головкой, левой резьбой, на которую навинчена упорная гайка, взаимодействующая с радиально перемещающимися вкладышами, фиксирующими башмак от выпадения из профильного перекрывателя, и уплотнительный элемент [1].

Основным недостатком известного устройства является то, что он не может быть извлечен из скважины после окончания установки профильного перекрывателя, вследствие чего его приходится разбуривать на забое скважины, что может создать аварийную ситуацию.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и конструктивному исполнению является башмак, используемый в устройстве для перекрытия зон осложнений в скважинах [2], включающий монтажный болт с головкой, левой резьбой с навинченной на нее упорной гайкой, правой конической резьбой на конце (для соединения с оборудованием, применяемым при установке перекрывателя) и упорным буртом, выполненным между резьбами, и уплотнительный элемент, расположенный вокруг цилиндрической части болта.

Недостатком этого устройства является низкая работоспособность, являющаяся следствием несовершенства и сложности конструкции; в частности, из-за наличия радиально подвижных сегментов, удерживающих башмак в перекрывателе от выпадения до его установки, ненадежного их скрепления происходит заклинивание их между собой и упорной гайкой.

Цель изобретения - повышение работоспособности и упрощение конструкции башмака.

Указанная цель достигается тем, что описываемый башмак, включающий монтажный болт с головкой, левой резьбой с навинченной на нее упорной гайкой, правой конической резьбой на конце и упорным буртом между резьбами, а также уплотнительный элемент, расположенный вокруг цилиндрической части болта, согласно изобретению, снабжен дополнительным упором, размещенным между уплотнительным элементом и упорным буртом болта, выполненным в виде конического раструба с наружной конической поверхностью, во внутренней стенке которого смонтирован стопорный элемент - для фиксации соединения установочного оборудования с болтом; упорная гайка выполнена с конической поверхностью - для взаимодействия с уплотнительным элементом, и насечкой на наружной поверхности, а уплотнительный элемент выполнен в виде нескольких цилиндрических сегментов с коническими поверхностями на торцах, конусность которых обращена к оси вращения башмака, соединенных между собой в кольцо упругим материалом (например, резиной) путем спекания (вулканизации), причем упругий материал преимущественно расположен на торцах сегментов со стороны дополнительного упора.

Указанные усовершенствования башмака придают его узлам и деталям новые свойства. Так, дополнительный упор для уплотнительного элемента одновременно выполняет функцию направляющей детали при навин- чивании установочного оборудования на коническую резьбу болта, обеспечивая к тому же надежную фиксацию этого соединения; выполнение уплотнительного элемента в виде кольца, скомпонованного из нескольких цилиндрических сегментов, соединенных вулканизацией резины с расположением ее по торцам, обращенным в сторону дополнительного упора, придает этому кольцу, кроме свойств уплотнителя, свойства опорной детали, предотвращающей выпадение башмака из профильного перекрывателя; выполнение гайки болта с наружной насечкой и конической поверхностью придает этой детали дополнительные свойства нижнего упора для уплотнительного элемента и временного фиксатора всего башмака в перекрывателе.

Указанные усовершенствования и их взаимосвязи позволяют повысить работоспособность башмака и упростить его конструкцию за счет исключения из нее отдельного нижнего упора уплотнительного элемента и радиально подвижных сегментов с их креплениями.

С учетом этого предлагаемый башмак, по нашему мнению, обладает существенной новизной и отвечает критериям изобретательского уровня. Промышленная применимость его не вызывает сомнений.

На фиг. 1 показан башмак, установленный в профильном перекрывателе; на фиг. 2 - то же после выведения его из перекрывателя; на фиг. 3 - уплотнительный элемент башмака; на фиг. 4 - конструкция цилиндрического сегмента уплотнительного элемента, фронтальная проекция в разрезе; на фиг. 5 - то же - горизонтальная проекция.

Башмак (фиг. 1) состоит из монтажного болта 1 со съемной головкой 2, левой резьбой 3 и правой конической резьбой 4, выполненной на конце болта 1. Между резьбами 3 и 4 выполнен упорный бурт 5. Головка 2 закреплена на болте 1 с помощью штифта 6, снабженного стоп-кольцом 7. На цилиндрическую часть болта 1 с левой резьбой 3 надеты дополнительный упор 8, уплотнительный элемент 9 и навинчена упорная гайка 10, имеющая насечку 11 и коническую поверхность 12. Дополнительный упор 8 размещен на болте 1 между его упорным буртом 5 и уплотнительным элементом 9 и имеет коническую поверхность 13 для взаимодействия с уплотнительным элементом 9 и конический раструб 14, во внутренней стенке которого выполнена канавка 15 с размещенным в ней стопорным кольцом 16. Уплотнительный элемент 9 (фиг. 3) выполнен в виде нескольких цилиндрических сегментов 17, изготовленных из стали (фиг. 4, 5) и имеющих конические поверхности 18 и 19 на торцах, конусность которых обращена к оси вращения башмака. Сегменты 17 имеют проточки 20, 21 и отверстия 22, с помощью которых они соединены вулканизацией резины 23 в кольцо 24 (фиг. 5). Благодаря проточкам 20 и 21 резина 23 расположена преимущественно на верхних торцах сегментов 17, снаружи образованного сегментами 17 и резиной 23 кольца 24.

Работа башмака заключается в следующем. Перед спуском профильного перекрывателя 25 (фиг. 1) в обсадную колонну 26 (при ее ремонте) или в скважину (при изоляции пластов) башмак вращением монтажного болта 1 с помощью штифта 6 головки 2 закрепляют в нижнем конце перекрывателя. При этом уплотнительный элемент 9, скользя коническими поверхностями 18 и 19 сегментов 17 по коническим поверхностям 12 упорной гайки 10 и 13 упора 8, расширяется и плотно прижимается к внутренней стенке профильного перекрывателя 25, обеспечивая надежную герметизацию его внутренней полости и фиксируя башмак от выпадения из перекрывателя.

Кроме того, фиксация башмака в перекрывателе обеспечивается также за счет упора нижних торцов сегментов 17 в стенку суженного конца 27 перекрывателя и плотного прижатия к ней гайки 10 своей наружной поверхностью с насечкой 11.

После спуска перекрывателя 25 в зону установки созданием внутри него гидравлического давления его стенки расширяют до прижатия к стенкам обсадной колонны 26 (или скважины), а затем дополнительно привальцовывают до более плотного прижатия с помощью установочного оборудования, например, развальцевателя (показан фрагмент) 28, который на своем нижнем конце 29 имеет внутреннюю коническую резьбу 30, идентичную резьбе 4 монтажного болта 1 башмака. При подходе развальцевателя 28 к башмаку он навинчивается в процессе вращения своей резьбой 30 на резьбу 4 болта 1 и фиксируется стопорным кольцом 16, входящим в его кольцевую проточку 31. При этом раструб 14 дополнительного упора 8 обеспечивает ориентацию конца 29 развальцевателя 28 относительно резьбы 4 монтажного болта 1.

После окончания навинчивания резьбы 30 развальцевателя 28 на резьбу 4 болта 1 последний, продолжая вращаться вместе с развальцевателем 28, свинчивает упорную гайку 10 за счет левой резьбы 3 к головке 2 болта 1, в результате чего уплотнительный элемент 9 башмака за счет упругих сил резины 23 радиально сжимается, обеспечивая свободный выход башмака из перекрывателя 25. По завершении работ по установке перекрывателя башмак вместе с установочным оборудованием поднимают на поверхность.

Применение предложенной конструкции башмака обеспечивает более надежную герметизацию внутренней полости профильного перекрывателя и фиксацию его в нем с последующим извлечением для многократного использования.

Источники информации 1. SU, патент N 1070989, кл. МКИ E 21 В 29/00, 1982 г.

2. SU, патент N 1782079, кл. МКИ E 21 В 29/10; 33/13, 1989 г. (прототип).

Формула изобретения

Башмак для установки профильных перекрывателей в скважинах, включающий монтажный болт с головкой, левой резьбой, на которую навинчена упорная гайка, правой конической резьбой на конце для соединения с установочным оборудованием и упорным буртом, выполненным между резьбами, и уплотнительный элемент, расположенный вокруг цилиндрической части болта, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным упором, выполненным в виде конического раструба с наружной конической поверхностью для взаимодействия с уплотнительным элементом и размещенным между уплотнительным элементом и упорным буртом болта, при этом во внутренней стенке раструба смонтирован стопорный элемент для фиксации соединения установочного оборудования с болтом, упорная гайка выполнена с конической поверхностью для взаимодействия с уплотнительным элементом и насечкой на наружной поверхности, а уплотнительный элемент выполнен в виде нескольких цилиндрических сегментов с коническими поверхностями на торцах, конусность которых обращена к оси вращения башмака, соединенных между собой в кольцо упругим материалом, например резиной, путем вулканизации, причем упругий материал преимущественно расположен на торцах сегментов со стороны дополнительного упора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5