Желонка для установки разделительных мостов в скважине

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для установки разделительных мостов для изоляции продуктивных горизонтов и участков ствола друг от друга. Обеспечивает простоту изготовления и подготовки к работе, надежность установки разделительного цементного моста только в требуемом интервале. Сущность изобретения: желонка включает корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм. Согласно изобретению в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия. На корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами. Уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху. Осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор. Фиксатор состоит из стопоров и наружного стакана. Стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра. Наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами внутренней поверхностью, выполненной переменного сечения. Наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом. Отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, регулирует осевое перемещение упора. Цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения. Штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса имеют возможность поворота штифта относительно корпуса только в одном направлении. Последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных. 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для установки разделительных мостов при изоляции продуктивных горизонтов и участков ствола скважины друг от друга.

Известна “Желонка для установки разделительных мостов в скважине” (см. патент RU №2147898, МКИ Е 21 В 27/02. БИ №26 от 21.09.99), включающая корпус, уплотнительный элемент, тягу и срезной штифт, при этом она снабжена шлипсами с клиновыми толкателями, размещенными в полости корпуса, тяга выполнена в виде ступенчатого по сечению прута с возможностью взаимодействия элементов прута разных сечений с указанными клиновыми толкателями, уплотнительный элемент выполнен в виде конического толкателя с эластичной манжетой с возможностью взаимодействия с указанной тягой посредством срезного штифта.

Недостатками данной конструкции являются:

во-первых, при необходимости извлечения или “расхаживания” при заклинивании желонки возможно несанкционированное срабатывание;

во вторых, при неравномерном спуске, возникающем при несоблюдении бригадой спуска технологии или в результате аварийной ситуации, возможно также несанкционированное срабатывание;

в-третьих, при спуске желонки в скважину цементный раствор внутри желонки загустевает, в результате требуются значительные усилия для извлечения стержня после срабатывания желонки, что может привести к аварийной ситуации в случае несоблюдения бригадой спуска технологически обоснованного временного интервала для спуска желонки;

в-четвертых, требуются большие усилия для посадки уплотнительного элемента, то есть при вводе конического толкателя уплотнительного элемента в эластичную манжету для перекрытия внутреннего пространства скважины.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является “Желонка для установки разделительных мостов в скважине” (см. патент RU №2123575, МКИ Е 21 В 27/02. БИ №35 от 21.13.98), включающая корпус, уплотнительные элементы, соединенные гибкой тягой, фиксатор и отцепной механизм, при этом фиксатор выполнен на гибкой тяге, а отцепной механизм в виде гильотины снабжен шлипсами, выполненными с возможностью взаимодействия с гильотиной.

Недостатками данной конструкции являются:

во-первых, при необходимости извлечения или “расхаживания” при заклинивании желонки возможно несанкционированное срабатывание;

во-вторых, требуется постоянный контроль остроты и подгонки гильотин отцепного механизма, при несоблюдении данного требования возможно нарушение работоспособности желонки;

в-третьих, практически вся веревка остается в скважине;

в-четвертых, для сборки конструкции для повторного использования требуются стационарные условия;

в-пятых, при большом количестве цементного раствора возможно сползание цементного моста из требуемого интервала.

Решаемая техническая задача состоит в том, чтобы создать такую желонку для установки разделительных мостов, которая бы при простоте сборки и с минимумом расходных материалов обеспечивала его надежную и эффективную работу и только по достижению требуемого интервала скважины и без последующего сползания, при этом работоспособность конструкции не зависела от количества спусков оборудования и изменения геометрии конструктивных элементов, например, от остроты гильотины.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной конструкции желонки (не требующей постоянного контроля перед каждым спуском за качеством и геометрией отцепного механизма), которая при простоте подготовки к работе устанавливала разделительный цементный мост только в требуемом интервале без смещения вниз.

Поставленная задача достигается описываемой желонкой для установки разделительных мостов в скважине, включающей корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм.

Новым является то, что в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, причем на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, при этом уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из стопоров и наружного стакана, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, регулирует осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, а штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса поворачивают штифт относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных.

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, т.е. о соответствии заявляемого решения критерию “существенные отличия”.

На Фиг.1 изображено предлагаемое устройство в статике; на Фиг.2 - поперечный разрез устройства по сечению А-А; на Фиг.3 - развертка наружной поверхности корпуса в области технологических проточек.

Желонка для установки разделительных мостов в скважине состоит из корпуса 1 (см. Фиг.1), уплотнительного элемента 2, фиксатора 3 и отцепного механизма 4. В корпусе 1 выполнены технологические проточки 5, верхние 6 и нижние 7 технологические отверстия. На корпусе 1 с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор 8 (см. Фиг.2) с пружинными 9 и жесткими 10 центраторами. Уплотнительный элемент 2 (см. Фиг.1) дополнительно снабжен пружинным ограничителем 11 снизу и установочным цилиндром 12 с наружной кольцевой проточкой 13 сверху. Осевое перемещение уплотнительного элемента 2 относительно корпуса 1 ограничивает фиксатор 3, состоящий из стопоров 14 и наружного стакана 15. Стопоры 14 вставлены в нижние технологические отверстия 7 корпуса 1 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12. Наружный стакан 15 установлен на корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами 14 внутренней поверхностью 16, выполненной с переменным сечением с диаметрами D1 и D2. Наружный стакан 15 зафиксирован относительно корпуса 1 запорным элементом 17, выполненным в виде пружинного разрезного кольца. Отцепной механизм, 4 состоящий из цилиндра 18 со штифтом 19, регулирует осевое перемещение упора 8. Цилиндр 18 зафиксирован на упоре 8 с возможностью вращательного движения, а штифт 19 взаимодействует с технологическими проточками 5, которые выполнены таким образом (см. Фиг.3), что при возвратно-поступательном перемещении упора 8 (см. Фиг.1) относительно корпуса 1 поворачивают штифт 19 относительно корпуса 1 только в одном направлении. Последняя осевая технологическая проточка 20 с длиной L2 (см. Фиг.3), с которой взаимодействует штифт 19 (на Фиг.3 показан условно), длиннее остальных, у которых длина L1 (L1 < L2). Вся конструкция желонки в сборе крепится на гибкой тяге 21 (см. Фиг.1) для спуска в скважину (не показано). Несанкционированные перетоки цементного раствора предотвращает уплотнительное кольцо 22.

Устройство работает следующим образом.

Желонку в сборе (см. Фиг.1) через верхние технологические отверстия 6 заполняют цементным раствором и на гибкой тяге 21 опускают в скважину (не показано). Во время спуска жесткие центраторы 10 не позволяют стенкам скважины соприкасаться с упором 8, снимая при этом с пружинных центраторов 9 избыточную нагрузку, которая может привести к их выходу из строя (поломке) с последующей потерей работоспособности устройства. По достижении требуемого интервала установки цементного моста желонку приподнимают и опускают на величину, большую осевой длины L1 (см. Фиг.3) технологических проточек 5, но не более их двойной длины (2·L1), повторяя эти спуско-подъемы по числу осевых технологических проточек 5 плюс 1-8 дополнительных спуско-подъемов для гарантированного срабатывания отцепного механизма. Во время спуско-подъемов штифт 19 отцепного механизма 4 (см. Фиг.1) по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) перемещается в сторону последней осевой технологической проточки 20 и достигает ее, так как упор 8 (см. Фиг.1) за счет пружинных центраторов 9, которые упираются в стенки скважины, остается на месте, а корпус 1 совершает относительно упора 8 возвратно-поступательные движения. При этом стакан 18 со штифтом 19 соединен с упором 8 только с возможностью вращательного движения. Затем желонку начинают приподнимать, в результате штифт 19 вместе со стаканом 18 и упором 8 опускается относительно корпуса 1 по последней осевой технологической проточке 20 (см. Фиг.3) с длиной L2. В результате упор 8 (см. Фиг.1) опирается на наружный стакан 15 фиксатора 3 и, преодолевая сопротивление замкового элемента 17, смещает его вниз относительно корпуса 1. Меньшее сечение наружного стакана 15 с диаметром D1 внутренней поверхности 16 перестает взаимодействовать со стопорами 14, а напротив них устанавливается большее сечение наружного стакана 15 с диаметром D2 внутренней поверхности 16. После чего стопоры 14 смещаются наружу корпуса 1, выходя из взаимодействия с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12. Уплотнительный элемент 2 под действием веса столба цементного раствора, находящегося в корпусе 1, и усилия разгибания пружинного ограничителя 11 смещается вниз относительно корпуса 1 и выходит из него. В результате пружинный установочный цилиндр 12 перестает взаимодействовать с уплотнительным кольцом 22, ограничитель 11 расправляется и упирается в стенку скважины (не указано), не позволяя уплотнительному элементу 2 сползать из интервала установки. Уплотнительный элемент 2 после выхода из корпуса 1 перекрывает внутреннее сечение скважины, удерживая цементный раствор, вытекающий под своим весом из корпуса 1, в интервале установки цементного моста. Затем желонку за исключением уплотнительного элемента 2 с пружинным ограничителем 11 и установочным цилиндром извлекают из скважины. После выдержки времени, необходимого для затвердевания цементного раствора, то есть фиксации цементного моста, скважина готова к последующей эксплуатации.

Количество осевых технологических проточек 5 (см. Фиг.3) выбирается из условия, чтобы в случае возникновения затяжек и при необходимости расхаживания отцепной механизм 4 (см. Фиг.1) не срабатывал, то есть штифт 19 (см. Фиг.3) не доходил до последней осевой технологической проточки 20. На практике выявлено, что достаточно 4 - 8 осевых технологических проточек 5.

Длина L2 (см. Фиг.3) последней осевой технологической проточки 20 выбирается равной ходу упора 8 (см. Фиг.1), достаточного для смещения наружного стакана 15 и срабатывания фиксатора 3, плюс два диаметра штифта 19.

При необходимости повторного использования желонки (например, для установки цементного моста на скважине, находящейся в том же географическом районе) на поверхности упор 8 устанавливается в первоначальное положение, перемещая штифт 19 отцепного механизма 4 по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) корпуса 1 (см. Фиг.1). Затем в корпус 1 (см. Фиг.1) вставляется другой уплотнительный элемент 2 с пружинным ограничителем 11 до совмещения наружной кольцевой проточки 13 с нижними технологическими отверстиями 7, после чего стопоры 14 устанавливаются в технологические отверстия 7 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13. При этом стопоры 14 поджимаются наружным стаканом 15, которые фиксируются относительно корпуса 1 и запорным элементом 17. В результате устройство готово к повторной эксплуатации.

Предлагаемая конструкция желонки для установки разделительных мостов в скважине проста в изготовлении и подготовке к работе, не требует строго контроля перед каждым спуском за качеством отцепного механизма и его геометрией, позволяет надежно устанавливать разделительный цементный мост только в требуемом интервале, при этом защищена от сползания цементного моста после срабатывания устройства.

Формула изобретения

Желонка для установки разделительных мостов в скважине, включающая корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм, отличающаяся тем, что в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, причем на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, при этом уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из стопоров и наружного стакана, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, имеет возможность регулировать осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, а штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса штифт имеет возможность поворота относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3