Заколонный пакер

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в процессе цементирования обсадной колонны в стволе скважины. Позволяет повысить надежность перекрытия заколонного пространства скважины за счет исключения возможности межпластовых перетоков в процессе цементирования. Пакер состоит из цилиндрического корпуса (К) с центральным осевым и впускным каналами. К концу К жестко присоединена фигурная втулка, выполненная с кольцевой внутренней проточкой. Со стороны внутренней поверхности К впускной канал перекрыт установленной в нем срезной пробкой и обратным клапаном. Снаружи К размещена продольно гофрированная оболочка, состоящая из отдельных концевых и средней секций, связанных между собой с помощью переходных втулок (ПВ). Одна из концевых секций оболочки жестко связана с наружной поверхностью К. ПВ концентрично установлены по длине К с наружной стороны и имеют возможность осевого перемещения относительно него. Внутренняя поверхность соединенных ПВ секций оболочки и наружная поверхность К образуют гидравлическую камеру, которая с помощью впускного клапана сообщена с центральным осевым каналом К. Снаружи средней секции оболочки размещен уплотнительный элемент с замкнутой внутренней полостью, которая заполнена пластичным веществом. В качестве пластичного вещества для заполнения внутренней полости уплотнительного элемента может быть использована сырая резина, герметик или смесь отверждаемой смолы с жидким отвердителем, который размещен в легко разрушаемых капсулах. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в процессе цементирования обсадной колонны в стволе скважины.

Известен заколонный пакер, включающий ствол с присоединительными резьбами на концах, с центральным осевым и радиальным каналами, размещенный вокруг ствола цилиндрический кожух с кольцами на концах, концентрично размещенную на кожухе втулку, торцы которой жестко связаны с кожухом, и обратный клапан для перекрытия радиального канала в стволе, который сообщает центральный осевой канал с гидравлической камерой, образованной наружной поверхностью ствола и внутренней поверхностью кожуха. Кожух и втулка могут быть выполнены с продольными гофрами, а гидравлическая камера заполнена несжимаемой жидкостью [1].

Однако известное устройство, в силу своих конструктивных особенностей, не обеспечивает необходимой надежности в работе.

Также известен пакер, устанавливаемый на колонне обсадных труб, включающий корпус с центральным осевым и впускным каналами, размещенную на корпусе оболочку, внутренняя поверхность которой образует с наружной поверхностью корпуса гидравлическую камеру, сообщенную посредством впускного канала с центральным осевым каналом корпуса, обратный клапан, установленный во впускном канапе, и уплотнительный элемент, размещенный снаружи средней части оболочки. Оболочка выполнена продольно гофрированной, а ее концевые участки, примыкающие к уплотнительному элементу, выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей, большими по сравнению со средней ее частью. Периметр концевых участков оболочки, после выправления гофрированных складок оболочки под действием избыточного внутреннего давления, равен периметру скважины в месте установки пакера [2]. Указанное устройство может быть принято в качестве прототипа.

К недостаткам известного устройства следует отнести недостаточную надежность перекрытия пакером заколонного пространства скважины из-за того, что оно полностью перекрывается только за счет уплотнительного элемента, который не всегда может обеспечить требуемую герметичность при значительном перепаде давления. Кроме того, оболочка имеет криволинейную объемную форму, которая технологически сложна и трудоемка в изготовлении.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении надежности перекрытия заколонного пространства скважины за счет исключения возможности межпластовых перетоков в процессе цементирования.

Указанная цель достигается в предлагаемом техническом решении за счет того, что устройство, включающее цилиндрический корпус с центральным осевым и впускным каналами, размещенную снаружи корпуса продольно гофрированную оболочку, концевые участки которой выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей, большими по сравнению со средней ее частью, и периметр которой в расправленном состоянии равен периметру ствола скважины в месте установки пакера, установленный снаружи оболочки в ее средней части уплотнительный элемент цилиндрической формы, обратный клапан, размещенный во впускном канале, который сообщает центральный осевой канал корпуса с гидравлической камерой, образованной наружной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью оболочки, снабжено переходными и фигурной втулками, а также срезной пробкой. Переходные втулки концентрично установлены по длине корпуса с его наружной стороны, а фигурная втулка жестко связана с концом корпуса. Оболочка выполнена в виде отдельных концевых и средней секций, связанных между собой при помощи переходных втулок, которые установлены с возможностью осевого перемещения относительно корпуса. Срезная пробка размещена во впускном канапе со стороны внутренней поверхности корпуса, а уплотнительный элемент выполнен с замкнутой внутренней полостью, которая заполнена пластичным веществом - сырой резиной или герметиком. В частном случае, в качестве пластичного вещества для заполнения внутренней полости уплотнительного элемента может быть использована сырая резина, герметик или смесь отверждаемой смолы с жидким отвердителем, который размещен в легко разрушаемых капсулах.

Конструкция предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид заколонного пакера в транспортном положении, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - общий вид заколонного пакера в рабочем положении (т.е. установленного в стволе скважины).

Заколонный пакер состоит из цилиндрического корпуса 1 с центральным осевым и впускным 2 каналами. К одному концу корпуса 1 жестко присоединена фигурная втулка 3, выполненная с кольцевой внутренней проточкой 4, в которой установлены кольцевые герметизирующие элементы. На другом конце корпуса 1 и на фигурной втулке 3 выполнены присоединительные резьбы (на чертежах не показаны), позволяющие установить заколонный пакер в составе обсадной колонны.

Со стороны внутренней поверхности корпуса 1 впускной канал 2 перекрыт установленной в нем срезной пробкой 5, а также обратным клапаном 6 (например, лепесткового типа).

Снаружи корпуса 1 размещена продольно гофрированная оболочка, которая состоит из отдельных концевых и средней секций 7, связанных между собой с помощью переходных втулок 8. Одна из концевых секций 7 оболочки жестко связана с наружной поверхностью корпуса 1. Переходные втулки 8 концентрично (с небольшим зазором) установлены по длине корпуса 1 с наружной стороны и имеют возможность осевого перемещения относительно него. Наружная поверхность одной из концевых втулок 7 взаимодействует с поверхностью кольцевой внутренней проточки 4 фигурной втулки 3.

Внутренняя поверхность секций 7 оболочки, соединенных переходными втулками 8, образует с наружной поверхностью корпуса 1 гидравлическую камеру, которая с помощью впускного клапана 2 имеет сообщение с центральным осевым каналом корпуса 1.

Концевые секции 7 оболочки выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей, большими по сравнению с диаметром окружности, описанной вокруг средней секции 7. Периметр оболочки в расправленном состоянии равен периметру ствола скважины в месте установки заколонного пакера.

Снаружи на средней секции 7 оболочки размещен уплотнительный элемент 9 цилиндрической формы. Он выполнен с замкнутой внутренней полостью, которая предварительно (при подготовке заколонного пакера к спуску в скважину) заполняется пластичным веществом, например сырой резиной или герметиком. В качестве пластичного вещества для заполнения внутренней полости уплотнительного элемента также может быть использована смесь отверждаемой смолы (например, эпоксидной фенолформальдегидной, ацетонформальдегидной, мочевиноформальдегидной и др.) с жидким отвердителем, который размещен в легко разрушаемых капсулах.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Собранный заколонный пакер устанавливают в составе обсадной колонны, после чего спускают ее в ствол скважины на проектную глубину и начинают процесс цементирования. При прохождении продавочной пробки по обсадной колонне 1 происходит разрушение срезной пробки 5. Через впускной канал 2 в корпусе 1 продавочная жидкость, отжимая обратный клапан 6, попадает во внутреннюю полость гидравлической камеры.

Под действием избыточного внутреннего давления жидкости происходит плавное расправление гофрированных складок сначала на концевых, а затем и на средней секциях 7 оболочки. При этом переходные втулки 8 смещаются в осевом направлении относительно корпуса 1. Концевые секции 7 оболочки и уплотнительный элемент 9 плотно прижимаются к стенкам ствола скважины. Кольцевидные полости между расправленными концевыми секциями 7 и боковыми сторонами уплотнительного элемента 9 остаются заполненными цементным раствором.

Пластичное вещество, находящееся в замкнутой внутренней полости уплотнительного элемента 9, способствует равномерному прижатию последнего к стенкам ствола скважины.

Уплотнительный элемент 9 в процессе расправления гофрированных складок на средней секции 7 подвергается значительным деформациям, вследствие чего оболочки капсул с отвердителем будут разрушены, а отвердитель перемешается с отверждаемой смолой. Если же внутренняя полость уплотнительного элемента 9 заполнена сырой резиной, то со временем под влиянием повышенной температуры в стволе скважины произойдет ее вулканизация. В конечном итоге указанные процессы повышают надежность контакта уплотнительного элемента 9 со стенками ствола скважины.

После окончания процесса продавки цементного раствора избыточное давление внутри обсадной колонны, как правило, стравливают, при этом обратный клапан 6 способствует сохранению избыточного давления внутри гидравлической камеры. Скважину оставляют в покое на время, достаточное для схватывания цементного раствора. Дальнейшие работы на скважине проводят в соответствии с утвержденным регламентом.

Источники информации, принятые во внимание

1. Патент РФ № 2101465, Е 21 В 33/12, Е 21 В 33/14,1998.

2. Патент РФ № 2143053, Е 21 В 33/12,1999.

1. Заколонный пакер, включающий цилиндрический корпус с центральным осевым и впускным каналами, размещенную снаружи корпуса продольно гофрированную оболочку, концевые участки которой выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей, большими по сравнению со средней ее частью, и периметр которой в расправленном состоянии равен периметру ствола скважины в месте установки пакера, уплотнительный элемент цилиндрической формы, установленный снаружи оболочки в ее средней части, обратный клапан, размещенный во впускном канале, сообщающем центральный осевой канал корпуса с гидравлической камерой, образованной наружной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью оболочки, отличающийся тем, что он снабжен переходными втулками, концентрично установленными по длине корпуса с его наружной стороны, фигурной втулкой, жестко связанной с концом корпуса, и срезной пробкой, причем оболочка выполнена в виде отдельных концевых и средней секций, связанных между собой при помощи переходных втулок, установленных с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, при этом срезная пробка установлена во впускном канале со стороны внутренней поверхности корпуса, а уплотнительный элемент выполнен с замкнутой внутренней полостью, которая заполнена пластичным веществом.

2. Заколонный пакер по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластичного вещества для заполнения внутренней полости уплотнительного элемента применена сырая резина или герметик.

3. Заколонный пакер по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластичного вещества для заполнения внутренней полости уплотнительного элемента применена смесь отверждаемой смолы с жидким отвердителем, который размещен в легко разрушаемых капсулах.