Устройство для разобщения межтрубного пространства скважины

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации межтрубного пространства скважины при проведении работ под давлением, превышающим допустимое на обсадную колонну. Обеспечивает высокую надежность и долговечность разобщения межтрубного пространства. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с радиальными каналами, упор, нижний и верхний уплотнительные элементы и седло. Согласно изобретению корпус в нижней части снабжен дорном. Радиальные каналы корпуса расположены выше дорна и перекрыты клапаном. Клапан выполнен в виде обечайки из эластичного материала со стопорным кольцом. Дорн контактирует с нижним уплотнительным элементом, а последний – с упором. Концентрично корпусу, внутри него, размещен цилиндр с перфорированным хвостовиком. Цилиндр выполнен с радиальными отверстиями, радиальными каналами и внутренней кольцевой проточкой. В радиальных отверстиях установлены фиксирующие шарики, входящие одной стороной в кольцевую сферическую выборку упора. Концентрично цилиндру установлен шток с верхним упором на наружной поверхности и расположенными ниже радиальными каналами, наружной кольцевой проточкой и средним кольцевым упором. Средний кольцевой упор закреплен на штоке срезным элементом и выполнен снизу с наружными продольными проточками и упорами на наружной и внутренней поверхностях. Седло установлено внутри цилиндра и взаимодействует с ним через фиксирующие шарики и срезной элемент. Седло выполнено с радиальными каналами и наружной кольцевой выборкой. Верхний уплотнительный элемент установлен на штоке между средним кольцевым упором и упорной втулкой с радиальными каналами. Упорная втулка установлена напротив радиальных каналов штока и снабжена стопорным кольцом.3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации межтрубного пространства скважины при проведении работ под давлением, превышающим допустимое на обсадную колонну, например при закачке воды в пласт.

Известно устройство для разобщения межтрубного пространства скважины, устанавливаемое на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и выполненное в виде патрубка с упором - ограничительной перегородкой, под которую намывают пробку из гранулированного материала. Далее под пробку намывают уплотнитель из вязкопластичного вещества (1).

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает надежное разобщение межтрубного пространства, поскольку большая часть вязкопластичной жидкости при дальнейшей эксплуатации скважины уходит в пласт, загрязняя и снижая тем самым его приемистость.

Одновременно может происходить и закупоривание фильтрационных отверстий обсадной колонны гранулированным материалом, который по мере эксплуатации скважины проникает туда из созданной пробки.

Кроме того, выполнение патрубка ниже перегородки меньшего диаметра сужает сечение центрального канала и делает невозможным проведение исследовательских работ под НКТ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, состоящее из корпуса с радиальными каналами, упора, нижнего и верхнего уплотнительных элементов и седла. Устройство спускается на НКТ во внутрь обсадной колонны (2).

Существенным недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает надежного и долговечного разобщения межтрубного пространства.

Дело в том, что закачка воды в пласт происходит в пульсирующем режиме, и по этой причине устройство будет совершать постоянные продольные перемещения (вверх-вниз), при которых будет происходить выворачивание наизнанку нижнего уплотнительного элемента и вымывание наполнителя из зоны уплотнения, что в короткий срок приведет к потере его уплотняющей способности. Кроме того, наполнитель закачиваемой жидкостью будет задавливаться в пласт, что приведет к закупорке его и фильтрационных отверстий обсадной колонны.

Задачей изобретения является создание устройства, которое гарантировало бы высокую надежность и долговечность разобщения межтрубного пространства.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим корпус с радиальными каналами, упор, нижний и верхний уплотнительные элементы и седло.

Новым является то, что корпус в нижней части снабжен дорном, радиальные каналы корпуса расположены выше дорна и перекрыты клапаном, выполненным в виде обечайки из эластичного материала со стопорным кольцом, дорн контактирует с нижним уплотнительным элементом, а последний - с упором; концентрично корпусу, внутри него, размещен цилиндр с перфорированным хвостовиком, выполненный с радиальными отверстиями, в которых установлены фиксирующие шарики, входящие одной стороной в кольцевую сферическую выборку упомянутого упора, радиальными каналами и внутренней кольцевой проточкой; концентрично цилиндру установлен шток с верхним упором на наружной поверхности и расположенными ниже радиальными каналами, наружной кольцевой проточкой и средним кольцевым упором, закрепленным на штоке срезным элементом, и выполнен снизу с наружными продольными проточками и упорами на наружной и внутренней поверхностях; седло установлено внутри цилиндра и взаимодействует с ним через фиксирующие шарики и срезной элемент и выполнено с радиальными каналами и наружной кольцевой выборкой; верхний уплотнительный элемент установлен на штоке между средним кольцевым упором и упорной втулкой с радиальными каналами, снабженной стопорным кольцом и установленной напротив радиальных каналов штока.

Новым также является то, что корпус имеет на наружной поверхности лабиринтное уплотнение и выполнен из легкоразрушаемого материала, а также то, что радиальные каналы цилиндра расположены выше радиальных отверстий.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в момент до его посадки на забой скважины.

На фиг.2 - то же, в момент после посадки на забой скважины и ввода тампонирующего материала в межтрубное пространство.

На фиг.3 - то же, в момент удаления излишнего тампонирующего материала, находящегося выше верхнего уплотнительного элемента.

Устройство состоит из корпуса 1 (фиг.1) с радиальными каналами 2 в нижней части, перекрытыми клапаном 3, выполненным в виде обечайки из эластичного материала, со стопорным кольцом 4. К нижней части корпуса присоединен дорн 5, упирающийся в нижний уплотнительный элемент 6, а он в свою очередь - в упор 7. Концентрично корпусу 1, внутри него, расположен цилиндр 8 с радиальными каналами 9 и радиальными отверстиями 10, в которых установлены фиксирующие шарики 11, одной стороной входящие в кольцевую сферическую выборку 12 упора 7. На внутренней поверхности цилиндра выполнена кольцевая расточка 13, а к его нижнему концу присоединен перфорированный хвостовик 14. Концентрично цилиндру, внутри него, установлен шток 15 с верхним уступом 16, радиальными каналами 17, кольцевой проточкой 18, средним кольцевым уступом 19, соединенным со штоком срезным элементом 20, продольными проточками 21 и нижними уступами: 22 - на наружной поверхности и 23 - на внутренней поверхности.

Над средним кольцевым уступом 19 находится верхний уплотнительный элемент 24, а над ним - упорная втулка 25 с радиальными каналами 26 и стопорным кольцом 27, взаимодействующим с кольцевой проточкой 18 штока 15.

Внутри цилиндра 8 установлено седло 28 с радиальными каналами 29 и наружной кольцевой выборкой 30, взаимодействующее с фиксирующими шариками 11 и срезным элементом 31 цилиндра.

Сопрягаемые поверхности деталей устройства снабжены уплотнениями 32. Корпус 1 устройства имеет на наружной поверхности лабиринтное уплотнение 33 и выполнен из легкоразрушаемого материала, например пластмассы, а дорн 5 и упор 7 - из чугуна.

Работает устройство следующим образом.

Устройство в сборе на НКТ 34 спускают вовнутрь обсадной колонны до упора на забой с таким расчетом, чтобы упор 7 находился от кровли продуктивного пласта на расстоянии 15-20 м (фиг.1). Затем инструмент разгружают на 2-3 тонны. В результате этого дорн 5 расклинит нижний уплотнительный элемент 6 и перекроет межтрубное пространство. После этого по НКТ 34 закачивают расчетное количество твердеющего тампонирующего материала, например цементного раствора, в зону межтрубного пространства выше нижнего уплотнительного элемента 6 (фиг.2) и после получения сигнала “стоп” (пробка 35 сядет на уступ 23 штока 15) разгружают полностью инструмент. При этом разрушается срезной элемент 20, шток 15 перемещается вниз и сдвигает вниз седло 28, разрушая срезной элемент 31, фиксирующие шарики 11 выходят из зацепления с упором 7 и разъединяют его с цилиндром 8. Упор 16, дойдя до втулки 25, перемещает ее вниз, благодаря чему сдавливается верхний уплотнительный элемент 24, каналы 17 и 26 совмещаются (фиг.3). Через НКТ производят закачку промывочной жидкости и удаляют цементный раствор, находящийся выше верхнего уплотнительного элемента. После этого инструмент поднимают. Чтобы во время подъема не создавалось разрежение под нижним уплотнительным элементом, шток 15 снабжен проточками 21. В скважине остаются корпус 1 с клапаном 3, дорн 5, нижний уплотнительный элемент 6 и упор 7. По истечении времени ОЗЦ в скважину спускают НКТ с плунжером на конце, вводят его в корпус и производят закачку жидкости в пласт.

При необходимости цементная опалубка и вышеотмеченные детали устройства могут быть легко разбурены.

Предлагаемое устройство позволяет создать выше уплотнительного элемента между обсадной трубой и корпусом устройства твердую цементную опалубку. А так как сцепляемость цементного камня с металлом является очень высокой, то в комбинации с уплотнительным элементом это является гарантом надежного и долговременного разобщения межтрубного пространства скважины.

Источники информации

1. Аналог. А.С. № 861553, МКИ Е 21 В 33/12, 1981.

2. Прототип. Патент РФ № 2054523, МКИ 6 Е 21 В 33/12, 1996.

Формула изобретения

1. Устройство для разобщения межтрубного пространства скважины, включающее корпус с радиальными каналами, упор, нижний и верхний уплотнительные элементы и седло, отличающееся тем, что корпус в нижней части снабжен дорном, радиальные каналы корпуса расположены выше дорна и перекрыты клапаном, выполненным в виде обечайки из эластичного материала со стопорным кольцом, дорн контактирует с нижним уплотнительным элементом, а последний - с упором; концентрично корпусу, внутри него, размещен цилиндр с перфорированным хвостовиком, выполненный с радиальными отверстиями, в которых установлены фиксирующие шарики, входящие одной стороной в кольцевую сферическую выборку упомянутого упора, радиальными каналами и внутренней кольцевой проточкой; концентрично цилиндру установлен шток с верхним упором на наружной поверхности и расположенными ниже радиальными каналами, наружной кольцевой проточкой и средним кольцевым упором, закрепленным на штоке срезным элементом и выполнен снизу с наружными продольными проточками и упорами на наружной и внутренней поверхностях; седло установлено внутри цилиндра и взаимодействует с ним через фиксирующие шарики и срезной элемент и выполнено с радиальными каналами и наружной кольцевой выборкой; верхний уплотнительный элемент установлен на штоке между средним кольцевым упором и упорной втулкой с радиальными каналами, снабженной стопорным кольцом и установленной напротив радиальных каналов штока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус на наружной поверхности имеет лабиринтное уплотнение.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен из легкоразрушаемого материала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальные каналы цилиндра расположены выше радиальных отверстий.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3