Устройство для селективной изоляции пластов и механизм для соединения модулей этого устройства

 

Использование: в нефтяной промышленности для изоляции пластов. Обеспечивает увеличение эффективности изоляции. Сущность изобретения: устройство включает корпус с пакерующими узлами по концам, привод раскрытия пакеров в виде цилиндра. Привод установлен на корпусе с кольцевым поршнем-клином. Он размещен в полости между корпусом и цилиндром. Имеются каналы для прохождения растворов. В кольцевом поршне-клине выполнено углубление. В нем размещен внешний клин. Он состоит по меньшей мере из двух отдельных частей, установленных с возможностью скольжения по поверхности внутреннего клина. Наружная поверхность внешнего клина состоит из модулей, соединенных между собой. В полости между корпусом и цилиндром установлен обратный клапан. Механизм для соединения модулей включает муфту для соединения труб корпуса и концевые втулки с переходником, связывающим втулки. Между концевыми втулками и переходником выполнены карманы с ребристой внутренней поверхностью для заполнения их цементным раствором с последующим его быстрым схватыванием при утечке фазы раствора. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к нефтяной промышленности и используется, в частности, для селективной изоляции нефтеносной части пласта при цементировании эксплуатационной колонны труб.

Известно устройство для изоляции продуктивного пласта, представляющее собой комплекс надувных пакеров, установленных на обоих концах корпуса, охватывающего с зазором обсадную колонну и образующего с ней кольцевой перепускной канал (Цырин Ю.З. и др. Пакеры и специнструмент для разобщения пластов при креплении скважин, М., ВНИИОЭНГ, 1990, с.18-19).

Однако известное устройство не обеспечивает необходимой изоляции пласта от близлежащих водоносных горизонтов.

Известно устройство для заканчивания скважин, используемое для изоляции пластов, включающее корпус с пакерующими узлами по концам, привод раскрытия пакеров в виде цилиндра, установленного на корпусе с кольцевым поршнем-клином, размещенным в полости между корпусом и цилиндром, и каналы для прохождения растворов в виде прилегающих к корпусу продольных труб и с перфорационными отверстиями между продольными трубами, закрытыми кислоторастворимыми заглушками (пат. РФ 2091564, оп. 27.09.97).

Однако известное устройство не обеспечивает достаточно надежной изоляции нефтеносной части пласта, что объясняется малой площадью соприкосновения изолирующих резиновых элементов к стенке скважины после пакеровки, а также возникновением возвратно-поступательного движения поршня-клина из-за колебания давления в системе, приводящее к распакеровке.

Известен механизм для соединения модулей труб - обычная муфта, в которую заворачивают концы соединяемых труб (пат. РФ 2098602, оп. 10.12.97, фиг.1, поз. 15). Однако для такого сложного устройства, как устройство для селективной изоляции пластов, содержащего кольцевые камеры и каналы для прохождения растворов, эта муфта непригодна.

Известен механизм для соединения модулей устройства для селективной изоляции пластов, включающий муфту для соединения труб корпуса и концевые втулки с переходником (пат. РФ 2098602, оп. 10.12.97). Недостатком известного механизма является ненадежность соединения модулей, которое может нарушиться, например, при неточности сборки (перекос втулки, переходника) или при колебаниях давления в системе, в частности, при резком его повышении, что приводит к разгерметизации соединения и попаданию цементного раствора в пласт.

Таким образом, возникла задача обеспечить надежную изоляцию нефтеносной части пласта путем увеличения прижимающих усилий кольцевого поршня-клина к резиновому уплотнительному элементу и последнего - к стенке скважины.

Технический результат - надежное и плотное прижатие резинового уплотнительного элемента к стенке скважины - может быть обусловлен в данном устройстве, во-первых, увеличением площади соприкосновения резинового элемента и стенки скважины и, во-вторых, устранением возвратно-поступательного движения кольцевого поршня - клина при изменении давления в системе.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве для селективной изоляции пластов, включающем корпус с пакерующими узлами по концам, привод раскрытия пакеров в виде цилиндра, установленного на корпусе с кольцевым поршнем-клином, размещенным в полости между корпусом и цилиндром и каналы для прохождения растворов, согласно изобретению в кольцевом поршне-клине выполнено углубление, в котором размещен внешний клин, состоящий, по меньшей мере, из двух отдельных частей, установленных с возможностью скольжения по поверхности внутреннего клина, при этом наружная поверхность внешнего клина выполнена ребристой, причем устройство состоит из соединенных между собой модулей, а в полости между корпусом и цилиндром установлен обратный клапан.

Также указанный технический результат достигается использованием предлагаемого механизма для соединения модулей устройства для селективной изоляции пластов, включающего муфту, соединяющую трубы корпуса и концевые втулки с переходником, связывающим концевые втулки, в котором согласно изобретению между втулками и переходником выполнены карманы с ребристой внутренней поверхностью. Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что они направлены на решение одной и той же задачи - увеличение эффективности изоляции пластов, одно из них относится к объекту в целом, а другое - часть целого может быть применено как в заявляемом изобретении, так и в любом аналогичном, например, в устройстве по пат. РФ 2098602 (прототип механизма для соединения модулей).

Отличительные признаки первого изобретения - особая форма выполнения поршня-клина из нескольких составных частей позволяет в процессе пакеровки одновременно увеличить площадь прижатия резинового уплотнительного элемента к стенке скважины и стабилизировать движение поршня независимо от колебания давления в системе.

Указанные отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "новизна". Поиск по отличительным признакам не выявил аналогичных решений, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Отличительный признак второго изобретения - выполнение карманов между концевыми втулками и переходником гарантирует герметичность соединения модулей за счет заполнения вышеупомянутых карманов цементным раствором и последующим его быстрым схватыванием, что также положительно влияет на стабильность хода поршня-клина при изменении давления.

Указанное отличие, а также отсутствие технических решений с такими отличиями позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства для селективной изоляции пластов; на фиг.2 - то же в работе; на фиг.3 - сечение по А-А; фиг.4 - механизм для соединения модулей, продольный разрез.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1, цилиндра 2, в кольцевой камере 3 между ними размещен поршень-клин 4, состоящий из двух взаимодействующих клинообразных деталей - внутреннего клина 5 с конусным углублением (гнездом), в котором размещен внешний клин 6, состоящий, в сою очередь, из трех отдельных частей, не связанных между собой и могущих перемещаться автономно. Эти части смонтированы в конусном гнезде внутреннего клина 5 с помощью стального кольца 8 и винтов 9. Поршень-клин 3 контактирует с резиновым уплотнительным элементом 10. Наружная поверхность составных частей 7 внешнего клина 6 выполнена ребристой. В поршневой камере 3 установлен обратный клапан 11.

Устройство работает следующим образом. При подаче давления в поршневую камеру 3 поршень-клин 4 передвигается, предварительно пакеруя заколонное пространство резиновым элементом 10, при дальнейшем движении поршня 4 внешний клин 6 соприкасается с резиновым элементом 10 и притормаживается, а внутренний клин 5, продолжая двигаться, прижимает конусную часть резинового элемента 10 к стенке скважины, увеличивая площадь контакта его, по меньшей мере, в 2 раза. Благодаря такому плотному прижатию поршень стабильно находится в определенном положении, не реагируя на колебания давления в системе.

Механизм для соединения модулей устройства состоит из труб 1, корпуса, соединенных муфтой 12. На торцах модулей размещены концевые втулки 13, соединенные переходником 14. Втулки 13 и переходник 14 образуют между собой карманы 15 с внутренней ребристой поверхностью.

При прохождении цементного раствора по внутренней полости часть его попадает в карман 15, быстро загустевает и уплотняется при незначительной утечке фазы раствора, герметизируя, тем самым, соединение механизма с модулями.

Предлагаемая группа изобретений обеспечивает надежную изоляцию нефтеносной части пласта от попадания в него цементного раствора.

Формула изобретения

1. Устройство для селективной изоляции пластов, включающее корпус с пакерующими узлами по концам, привод раскрытия пакеров в виде цилиндра, установленного на корпусе с кольцевым поршнем-клином, размещенным в полости между корпусом и цилиндром, и каналы для прохождения растворов, отличающееся тем, что в кольцевом поршне-клине выполнено углубление, в котором размещен внешний клин, состоящий по меньшей мере из двух отдельных частей, установленных с возможностью скольжения по поверхности внутреннего клина, при этом наружная поверхность внешнего клина выполнена ребристой, причем устройство состоит из модулей, соединенных между собой, а в полости между корпусом и цилиндром установлен обратный клапан.

2. Механизм для соединения модулей устройства для селективной изоляции пластов, включающий муфту для соединения труб корпуса и концевые втулки с переходником, связывающим упомянутые втулки, отличающийся тем, что между концевыми втулками и переходником выполнены карманы с ребристой внутренней поверхностью для заполнения их цементным раствором с последующим его быстрым схватыванием при утечке фазы раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4