Устройство для манжетного цементирования скважины

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и, в частности, к устройствам для разобщения пластов с применением пакеров. Технический результат - повышение надежности работы устройства. Устройство включает корпус, выполненный с радиальными отверстиями. Кожух устройства образует с наружной поверхностью корпуса кольцевую полость и выполнен с циркуляционными отверстиями. В кольцевой полости против радиальных отверстий корпуса помещена дифференциальная втулка. Эта втулка образует с внутренней поверхностью кожуха циркуляционную полость и выполнена с радиальными отверстиями, перекрытыми обратным клапаном. В нижней части корпуса помещен пакер с манжетой гидравлического действия. Имеется нижняя втулка с радиальными отверстиями, образующая с внутренней поверхностью корпуса проточную полость. Нижняя втулка связана с корпусом срезным штифтом, по меньшей мере одним, и помещена против радиальных отверстий корпуса. Выше нижней втулки помещена верхняя втулка с посадочным седлом под нижнюю цементировочную пробку. Верхняя втулка взаимодействует с нижней втулкой и связана с кожухом срезным штифтом, по меньшей мере одним. Эта втулка помещена над циркуляционными отверстиями кожуха. В нижней втулке помещено седло с перекрытием ее радиальных отверстий, которое связано с нижней втулкой срезным штифтом, по меньшей мере одним. Устройство имеет возможность, при перемещении седла, гидравлической связи полости корпуса с полостью гидравлической манжеты через радиальные отверстия нижней втулки, проточную полость, радиальные отверстия корпуса, радиальные отверстия дифференциальной втулки и циркуляционную полость со стабилизацией давления в полости гидравлической манжеты пакера при достижении расчетного давления пакеровки за счет гидравлического ресурса дифференциальной втулки от ее осевого хода с разрядкой локального давления через радиальные отверстия дифференциальной втулки в циркуляционную полость. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для изоляции пластов в скважине при ее креплении.

Известно устройство для манжетного цементирования скважины, включающее корпус, кожух снаружи корпуса, образующие между собой кольцевую камеру, заслонку, перекрывающую радиальные отверстия кожуха, уплотнительные манжеты, установленные на корпусе, гидротолкатель, размещенный в кольцевой камере, и пакер гидромеханического действия (см. RU 2386012, 10.04.2010).

Недостатком известного устройства является его низкая надежность по причине использования гидромеханического пакера с низкой надежностью работы.

Известно устройство для манжетного цементирования скважины, включающее ступенчатый корпус с отверстиями, втулку, помещенную в корпусе, кожух, образующий с корпусом кольцевую камеру, в которой расположена втулка-отсекатель, запорную втулку с посадочным седлом, гидравлический пакер с уплотнительным элементом (см. RU 2425954, 10.08.2011).

Недостатком известного устройства является низкая герметизирующая способность уплотнительного элемента, обусловленная непроизвольным отбором жидкости из полости уплотнительного элемента при срабатывании пакера. Кроме того, при окончании процесса цементирования и перекрытия цементировочных окон между нижним седлом, в котором помещен шар, и верхним седлом с пробкой образуется замкнутый объем тампонажного раствора, который существенно затрудняет закрытие и герметизацию цементировочных окон устройства.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для манжетного цементирования скважины включает корпус с радиальными отверстиями, кожух, образующий с наружной поверхностью корпуса кольцевую полость и выполненный с циркуляционными отверстиями, дифференциальную втулку, помещенную в кольцевой полости против радиальных отверстий корпуса, образующую с внутренней поверхностью кожуха циркуляционную полость и выполненную с радиальными отверстиями, перекрытыми обратным клапаном, пакер с манжетой гидравлического действия, помещенный в нижней части корпуса, нижнюю втулку с радиальными отверстиями, образующую с внутренней поверхностью корпуса проточную полость, связанную с корпусом срезным штифтом, по меньшей мере одним, и помещенную против радиальных отверстий корпуса, верхнюю втулку с посадочным седлом под нижнюю цементировочную пробку, взаимодействующую с нижней втулкой, связанную с кожухом срезным штифтом, по меньшей мере одним, и помещенную над циркуляционными отверстиями кожуха, и седло, помещенное в нижней втулке с перекрытием ее радиальных отверстий и связанное с нижней втулкой срезным штифтом, по меньшей мере одним, при этом устройство имеет возможность, при перемещении седла, гидравлической связи полости корпуса с полостью гидравлической манжеты пакера через радиальные отверстия нижней втулки, проточную полость, радиальные отверстия корпуса, радиальные отверстия дифференциальной втулки и циркуляционную полость со стабилизацией давления в полости гидравлической манжеты пакера при достижении расчетного давления пакеровки за счет гидравлического ресурса дифференциальной втулки от ее осевого хода с разрядкой локального давления через радиальные отверстия дифференциальной втулки в циркуляционную полость.

Кроме того:

нижняя втулка в нижней части выполнена с ограничителем перемещения седла - уступом на внутренней поверхности нижней втулки;

кожух над его циркуляционными отверстиями выполнен с верхней внутренней кольцевой проточкой, в которой установлен кольцевой фиксатор для фиксации верхней втулки в транспортном положении устройства, и нижней внутренней кольцевой проточкой для кольцевого фиксатора с фиксацией упомянутой втулки в ее конечном положении.

Сущность изобретения заключается в том, что с таким выполнением устройства предельно сохранена герметизирующая способность пакера. В момент срабатывания пакера и перемещения от давления пакерования дифференциальной втулки отток жидкости из полости уплотнительного элемента пакера в конечном итоге не ведет к потере давления в ней и, как следствие, снижению надежности пакерования. С перемещением дифференциальной втулки жидкость из полости уплотнительного элемента пакера перераспределяется и вновь поступает под давлением в полость уплотнительного элемента через дополнительную систему циркуляции.

Общий вид устройства показан на чертеже.

Устройство для манжетного цементирования скважины включает корпус 1 с радиальными отверстиями 2. Снаружи устройства помещен кожух 3 с циркуляционными отверстиями 4. Кожух 3 образует с наружной поверхностью корпуса 1 кольцевую полость 5. В кольцевой полости 5 помещена дифференциальная втулка 6. Она помещена против радиальных отверстий 2 корпуса 1 и перекрывает эти отверстия. Дифференциальная втулка 6 образует с внутренней поверхностью кожуха 3 циркуляционную полость 7 и выполнена с радиальными отверстиями 8, перекрытыми обратным клапаном. Обратный клапан может быть выполнен, например, шаровым или, как показано на чертеже, в виде эластичной манжеты 9. В нижней части корпуса 1 помещен пакер с манжетой гидравлического действия (на чертеже условно не показаны). В полости корпуса 1 помещена нижняя втулка 10 с радиальными отверстиями 11. Нижняя втулка 10 образует с внутренней поверхностью корпуса 1 проточную полость 12 и связана с корпусом 1 срезным штифтом 13, по меньшей мере одним. Нижняя втулка 10 помещена против радиальных отверстий 2 корпуса 1. Над нижней втулкой 10 помещена верхняя втулка 14 с посадочным седлом 15 под нижнюю цементировочную пробку (на чертеже условно не показана). Верхняя втулка 14 взаимодействует с нижней втулкой 10 и связана с кожухом 3 срезным штифтом 16, по меньшей мере одним. Верхняя втулка 14 помещена над циркуляционными отверстиями 4 кожуха 3. При этом нижняя втулка 10 своей верхней наружной частью частично перекрывает верхнюю втулку 14. Внутри нижней втулки 10 помещено седло 17, которое перекрывает радиальные отверстия 11 упомянутой нижней втулки. Седло 17 связано с нижней втулкой 10 срезным штифтом 18, по меньшей мере одним. При этом устройство имеет возможность, при перемещении седла 17, гидравлической связи полости корпуса 1 с полостью гидравлической манжеты пакера через радиальные отверстия 11 нижней втулки 10, проточную полость 12, радиальные отверстия 2 корпуса 1, радиальные отверстия 8 дифференциальной втулки 6 и циркуляционную полость 7 со стабилизацией давления в полости гидравлической манжеты пакера при достижении расчетного давления пакеровки за счет гидравлического ресурса дифференциальной втулки 6 от ее осевого хода с разрядкой локального давления через радиальные отверстия 8 дифференциальной втулки 6 в циркуляционную полость. Кроме того, нижняя втулка 10 в нижней части выполнена с ограничителем перемещения седла 17. Этот ограничитель мажет быть выполнен, например, в виде штырей, выступающих внутрь нижней втулки (на чертеже условно не показаны) или уступа 19 на внутренней поверхности нижней втулки (как показано на чертеже). Кожух 3 над его циркуляционными отверстиями 4 выполнен с верхней внутренней кольцевой проточкой 20. Верхняя втулка выполнена с ответной наружной кольцевой проточкой 21, образующей с упомянутой проточкой 20 кольцевой карман, в котором установлен кольцевой фиксатор 22 для фиксации верхней втулки 14 в транспортном положении устройства. Под верхней внутренней кольцевой проточкой 20 кожух 3 выполнен с нижней внутренней кольцевой проточкой 23 для кольцевого фиксатора 22, служащего для фиксации верхней втулки 14 в ее конечном положении.

Дифференциальная втулка закреплена на кожухе 3 срезным штифтом 24, по меньшей мере одним. Позицией 25 условно показана часть корпуса пакера (фрагмент) с его циркуляционным каналом 26 (сам пакер в его полной конфигурации, как было отмечено выше, на чертеже не показан). Позицией 27 обозначена полость, образованная наружной поверхностью корпуса 1 и внутренней поверхностью дифференциальной втулки 6 в зоне их радиальных отверстий 2 и 8. Кожух 3 под срезной штифт 16 выполнен с отверстием 28. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 29.

Устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство в составе колонны, например обсадной колонны, спускают на заданную глубину.

При посадке бросового элемента (бросают с устья скважины), например шара (на чертеже условно не показан), на седло 17 срезается штифт 18 и седло 17 с шаром перемещаются до упора 19. При этом буровой раствор через радиальные отверстия 11, проточную полость 12, радиальные отверстия 2 корпуса 1, кольцевую полость 27, радиальные отверстия 8, деформируя эластичную манжету 9, через циркуляционную полость 7 и циркуляционный канал 26, поступает в полость уплотнительного элемента пакера. При достижении расчетного давления пакеровки дифференциальная втулка 6 срезая штифт 24, перемещаясь, герметично перекрывает радиальные отверстия 2 корпуса 1, а объем оставшейся жидкости, заключенной в полости 27 через обратный клапан - эластичную манжету 9, перемещается в циркуляционную полость 7, в результате чего происходит перераспределение объемов жидкости без потери (уменьшения) давления и объема в полости уплотнительного элемента. При дальнейшем повышении давления в колонне срезается штифт 13 и нижняя втулка 10, перемещаясь, открывает циркуляционные отверстия 4 кожуха 3. Таким образом с помощью данного устройства осуществляют манжетное цементирование скважины. После закачки расчетного объема тампонажного раствора через циркуляционные отверстия 4 в колонну пускают разделительную (цементировочную) пробку (на чертеже условно не показана), которая, взаимодействуя с посадочным седлом 15 верхней втулки 14, срезает штифт 16, перемещает ее, закрывая циркуляционные отверстия 4 кожуха 3. При перемещении верхней втулки 14 установленный на ней фиксатор 22 размещается в кольцевой проточке 23 кожуха 3.

1. Устройство для манжетного цементирования скважины, включающее корпус с радиальными отверстиями, кожух, образующий с наружной поверхностью корпуса кольцевую полость и выполненный с циркуляционными отверстиями, дифференциальную втулку, помещенную в кольцевой полости против радиальных отверстий корпуса, образующую с внутренней поверхностью кожуха циркуляционную полость и выполненную с радиальными отверстиями, перекрытыми обратным клапаном, пакер с манжетой гидравлического действия, помещенный в нижней части корпуса, нижнюю втулку с радиальными отверстиями, образующую с внутренней поверхностью корпуса проточную полость, связанную с корпусом срезным штифтом, по меньшей мере одним, и помещенную против радиальных отверстий корпуса, верхнюю втулку с посадочным седлом под нижнюю цементировочную пробку, взаимодействующую с нижней втулкой, связанную с кожухом срезным штифтом, по меньшей мере одним, и помещенную над циркуляционными отверстиями кожуха, и седло, помещенное в нижней втулке с перекрытием ее радиальных отверстий и связанное с нижней втулкой срезным штифтом, по меньшей мере одним, при этом устройство имеет возможность, при перемещении седла, гидравлической связи полости корпуса с полостью гидравлической манжеты пакера через радиальные отверстия нижней втулки, проточную полость, радиальные отверстия корпуса, радиальные отверстия дифференциальной втулки и циркуляционную полость со стабилизацией давления в полости гидравлической манжеты пакера при достижении расчетного давления пакеровки за счет гидравлического ресурса дифференциальной втулки от ее осевого хода с разрядкой локального давления через радиальные отверстия дифференциальной втулки в циркуляционную полость.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что нижняя втулка в нижней части выполнена с ограничителем перемещения седла - уступа на внутренней поверхности нижней втулки.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что кожух над его циркуляционными отверстиями выполнен с верхней внутренней кольцевой проточкой, в которой установлен кольцевой фиксатор для фиксации верхней втулки в транспортном положении устройства, и нижней внутренней кольцевой проточкой для кольцевого фиксатора с фиксацией упомянутой втулки в ее конечном положении.