Устройство для изоляции пластов в скважине
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности, для изоляции пластов при одновременно-раздельной эксплуатации. Техническим результатом является повышение надежности работы, упрощение съема устройства и расширение его функциональных возможностей. Устройство для изоляции пластов в скважине, включает ступенчатый корпус с основным проходным каналом для перекачиваемой жидкости, размещенный на верхней части корпуса узел уплотнения, содержащий уплотнительный элемент в виде набора расширяющихся в радиальном направлении манжет. Манжеты расположены между башмаками торцевой защиты, установлены с возможностью перемещения гидравлический толкатель и поршень, ограничивающие кольцевую камеру. Камера соединена отверстием с проходным каналом, имеются якорный узел, состоящий из нижнего конуса и верхнего конуса, охваченных упругой якорной муфтой, скользящей по наружным конусам в средней части и по краям, срезные винты, определяющие порядок действия поршня, гидравлического толкателя и смещения нижнего конуса. Гидравлический толкатель установлен на корпусе выше якорного узла и снаружи окружен цилиндром, соединенным с поршнем. Кольцевая камера сформирована между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью цилиндра и размещена ниже узла уплотнения и выше якорного узла. Верхняя часть кольцевой камеры перекрыта поршнем, а нижняя часть - гидравлическим толкателем, установленными с возможностью перемещения в противоположные стороны друг относительно друга с обеспечением неподвижности якорной муфты при работе узла уплотнения и в положении закрепления в обсадной колонне и с возможностью совместного перемещения вниз за верхним конусом якорного узла при извлечении устройства для снятия силы сжатия с уплотнительного элемента. Якорный узел снабжен нижней скользящей втулкой, расположенной под верхним конусом с возможностью фиксации на корпусе устройства и обеспечивающей неподвижность верхнего конуса и закрепление якорного узла в обсадной колонне Внутри цилиндра размещена верхняя скользящая втулка, взаимодействующая с наружной поверхностью гидравлического толкателя для совместного удержания поршня и цилиндра на гидравлическом толкателе в конце рабочего хода. Под нижним конусом закреплено разрезное пружинное кольцо, фиксируемое при сдвиге нижнего конуса в канавке на корпусе, выполненной ниже якорного узла, во время извлечения устройства. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности, для изоляции пластов в скважине с углом различной кривизны и в горизонтальных скважинах, при работе в условиях высокого давления и высокой температуры, при одновременно-раздельной эксплуатации.
Известна подвеска для насосно-компрессорных труб с боковыми проходными соединительными каналами, включающая узел уплотнения и корпус, имеющий один или несколько продольных каналов для гидравлических, оптоволоконных и/или электрических линий управления. На корпусе подвески размещен гидравлический толкатель с фиксирующим замком, узел уплотнения, узел якоря. Внутри корпуса размещен цанговый узел разъединения подвески колонны, режущие клинья для прерывания линий управления. Узел якоря снабжен муфтой в виде сегментов с равномерным уклоном, разделенных канавками для расширения в радиальном направлении до зацепления с внутренней стенкой трубы. Якорная муфта создает равномерную нагрузку на стенку эксплуатационной колонны в месте закрепления подвески. Узел уплотнения подвески колонны включает множество уплотнительных элементов из эластичного материала, металла, пластика или любой их комбинации. Элементы могут иметь гребни, элементы выдавливания, канавки для лучшего прилегания манжет к внутренней стенке обсадной колонны [US 6609567, 04.05.2001].
Недостатком данной конструкции является сложность извлечения устройства из ствола скважины по причине отсутствия возможности сложить якорную муфту и снять сжатие манжет узла уплотнения.
Известна муфта узла якоря для крепления технических средств в скважине, поджимаемая с внутренней стороны клиньями, распределяющими усилие по якорной муфте равномерно для внедрения ее зубьев в стенку скважины [ЕР 0898048 А2, 24.02.1999].
Недостатком данной конструкции является наличие паза якорной муфты, параллельного оси изделия, необходимого для сборки узла и прохождения гидравлических, оптоволоконных, электрических линий управления через устройство, но создающего помеху при снятии технического средства, например пакера, особенно при выполнении возвратно-поступательных движений в скважине.
Известен сервисный пакер с размещенными обособленно узлами якоря, представляющий корпус с установленным на нем верхним узлом якоря, спусковым устройством, узлом уплотнения, включающим множество кольцевых манжет, предохраняемых башмаками торцевой защиты от сдвига давлением в межтрубном пространстве, установочным узлом, в кольцевой полости которого расположена фиксирующая втулка, нижним узлом якоря. Внутри корпуса сервисного пакера в нижней его части установлен механизм отсоединения от нижележащей колонны насосно-компрессорных труб [US Patent 6112811, 05.09.2000].
Недостатком данного сервисного пакера является риск повреждения кольцевых манжет и потеря герметичности уплотнения при трении о внутреннюю стенку эксплуатационной колонны при активации верхнего узла якоря при передаче усилия через узел уплотнения со сдвигом последнего.
Известна система уплотнения подвески хвостовика с пружиной для создания дополнительной силы сжатия эластичных манжет при их деформации, представляющая собой расположенную между толкателем, верхним якорем и уплотнительным элементом и нижним якорем прорезную пружину. После снятия усилия веса транспортировочной колонны на узлы якоря и уплотнительный элемент и закрепления подвески хвостовика в эксплуатационной колонне пружина обеспечивает упругое поджатие эластичных манжет узла уплотнения для предотвращения снижения герметизирующей способности [CN 106522868А, 22.03.2017].
Недостатком конструкции является действие предварительно сжатой пружины узла уплотнения между двух якорных узлов, закрепляющих устройство на стенке обсадной колонны, что осложняет применение прорезной пружины для создания дополнительной силы сжатия в технических средствах, извлекаемых из скважины.
Наиболее близким решением из всех известных является устройство для изоляции пластов в скважине, работающее в условиях высокого давления и высокой температуры, которое представляет ступенчатый корпус с проходным каналом, в верхней части которого установлен узел уплотнения, состоящий из уплотнительных элементов в виде расширяющихся в радиальном направлении кольцевых манжет и башмаков торцевой защиты. Узел уплотнения снабжен узлом блокировки его в транспортном положении. Ниже на корпусе расположены узел для втягивания нижнего башмака торцевой защиты при съеме устройства, якорный узел с якорной муфтой и гидравлический толкатель со скользящей фиксирующей втулкой в нижней части, расположенный между указанными узлами и передающий усилие от якорного узла вверх на сжатие уплотнений. Якорная муфта охватывает верхний конус и нижний конус, имеет внутренние поверхности скольжения в центральной части и по краям, обеспечивающие равномерное зацепление муфты со стенкой эксплуатационной колонны. Гидравлический толкатель охватывает кольцевую камеру, соединенную отверстием с проходным каналом устройства. Боковыми стенками камеры являются поршень и нижний переводник. На наружной поверхности переводника имеется канавка, предназначенная для фиксации скользящей втулки, связанной с поршнем при работе устройства. Первоначально поршень и нижний конус удерживаются срезными винтами за стопорное кольцо, установленное на нижнем переводнике. Перемещение верхнего конуса ограничивается с помощью установочного винта в канавке корпуса.
Для съема устройства корпус разрезают инструментом, опускаемым на внутренний уступ проходного канала корпуса. После разрезки корпус устройства может перемещаться вверх, а поршень и нижний переводник могут перемещаться вниз, сдвигая нижний конус вниз и освобождая верхний конус, тем самым освобождая якорную муфту и снимая усилия сжатия с манжет узла уплотнения [US Patent 5944102, 31.08.1999].
Недостатком устройства для изоляции пластов в скважине является невысокая надежность устройства, так как под действием пластового давления, сжимающего манжеты узла уплотнения может ослабнуть крепление якорной муфты в эксплуатационной колонне из-за наличия жесткой связи якорного узла и узла уплотнения. Понижает надежность и трение манжет о внутреннюю стенку ствола скважины в процессе активации узла уплотнения и якорного узла, приводящее к повреждению кольцевых манжет и потере герметичности уплотнения. Недостатком данной конструкции также является отсутствие возможности сложить якорную муфту, снять сжатие манжет узла уплотнения и снять устройство для изоляции пластов в скважине без разрезания корпуса специальным инструментом.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства по изоляции пластов в скважине за счет отделения узла уплотнения от якорного узла и упрощение съема устройства при окончании эксплуатации, расширение функциональных возможностей устройства при использовании в процессе одновременно-раздельной эксплуатации скважин.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для изоляции пластов в скважине, включающем ступенчатый корпус с основным проходным каналом для перекачиваемой жидкости, узел уплотнения, содержащий уплотнительный элемент в виде набора расширяющихся в радиальном направлении манжет, расположенных между башмаками торцевой защиты, установленные с возможностью перемещения поршень и гидравлический толкатель, охватываемый верхней скользящей втулкой, ограничивающие кольцевую камеру, связанную отверстием с проходным каналом, якорный узел, состоящий из нижнего конуса и верхнего конуса, охваченных упругой якорной муфтой, срезные винты, определяющие порядок действия поршня, гидравлического толкателя и смещения нижнего конуса, согласно изобретению, гидравлический толкатель установлен на корпусе выше якорного узла и снаружи окружен цилиндром, охватывающим кольцевую камеру и соединенным с поршнем, причем поршень и гидравлический толкатель имеют возможность перемещаться друг относительно друга, обеспечивая неподвижность якорной муфты при работе узла уплотнения и в положении закрепления в обсадной колонне, и имеют возможность совместного перемещения вниз за верхним конусом якорного узла при извлечении устройства для снятия силы сжатия с уплотнительного элемента, внутри цилиндра размещена верхняя скользящая втулка, перемещающаяся по наружной поверхности гидравлического толкателя, в верхнем конусе, соединенным с гидравлическим толкателем, расположена нижняя скользящая втулка с возможностью фиксации на корпусе устройства, под нижним конусом закреплено разрезное пружинное кольцо, закрытое гайкой и фиксируемое при сдвиге нижнего конуса в канавке на корпусе устройства, выполненной ниже якорного узла, во время его извлечения.
Узел уплотнения установлен в верхней части корпуса, ниже него на корпусе установлены с возможностью перемещения поршень с цилиндром и гидравлический толкатель, образующие кольцевую камеру, связанную гидравлической связью с проходным каналом. Поршень соединен с цилиндром и удерживается на корпусе устройства срезным винтом, по крайней мере, одним. При повышении давления в камере поршень с цилиндром и гидравлический толкатель выполняют движение в противоположных направлениях. В средней части корпуса установлен якорный узел, включающий верхний конус, связанный с гидравлическим толкателем, и нижний конус, зафиксированный в канавке корпуса срезным винтом, по крайней мере, одним. Якорная муфта, охватывающая конусы, скользит по нескольким наружным конусам за счет конических шеек в средней части и по краям.
С помощью нижней скользящей втулки верхний конус фиксируется в новом положении в канавках корпуса. В верхнем конусе нижняя скользящая втулка закреплена с помощью нарезки с профилем, усиливающим ее прижатие к корпусу при движении верхнего конуса и якорной муфты в обратном направлении под нагрузкой от веса устройства для изоляции пластов в скважине и другого оборудования.
Нижний конус неподвижен и снабжен защелкой в виде разрезного пружинного кольца, закрытого гайкой. Выполненные в нижней части на корпусе устройства кольцевые канавки обеспечивают удерживание нижнего конуса пружинным кольцом в новом положении после перемещения вниз при съеме устройства.
Совместное удержание поршня и цилиндра на гидравлическом толкателе в конце рабочего хода фиксируется с помощью верхней скользящей втулки.
Узел уплотнения включает в себя множество кольцевых манжет, причем верхняя и нижняя манжеты выполнены из более твердого эластичного материала, по сравнению с материалом центральных манжет. Различие в твердости эластичного материала позволяет центральным манжетам лучше герметизировать, а крайним манжетам полноценно удерживать уплотнительный элемент от смещения в герметизируемом межтрубном пространстве под действием перепада давления. Между манжетами могут быть установлены разделительные кольца, снабженные удерживающими поясками, задающими характер деформации эластичных манжет. Сжатие манжет происходит между двух торцевых башмаков с опорой верхнего башмака на торец корпуса устройства.
Для дополнительного уплотнения кольцевых манжет поршень имеет сверху часть, выполненную в виде прорезной пружины. При работе узла уплотнения прорезная пружина сжимается, после сброса давления в проходном канале и кольцевой камере устройства начинает поджимать манжеты уплотнительного элемента, повышая надежность герметичного перекрытия межтрубного пространства.
Для удержания верхней скользящей фиксирующей втулки на наружной части гидравлического толкателя сформированы канавки, а на внутренней поверхности цилиндра выполнена нарезка с профилем, который усиливает прижатие втулки к гидравлическому толкателю при движении поршня и цилиндра в обратном направлении под усилием действия перепада давления на манжетах узла уплотнения.
Корпус устройства снабжен каналом для прохода кабеля и имеет дополнительные сквозные каналы для прохождения гидравлических, оптоволоконных, электрических или обеих линий управления, капиллярных каналов для выхода газа. Для удобства прокладывания кабельных и сигнальных линий на корпусе выполнены лыски, оснащенные прижимающими линии планками с винтами крепления к корпусу.
Возможен вариант исполнения устройства для изоляции пластов в скважине, когда в корпусе устройства установлено седло для удержания герметично перекрывающей проходной канал пробки активации или запорного шара. Пробка активации или шар отделяют лежащий ниже проходной канал, их посадка на седло является началом активации устройства. Запорный шар может быть выполнен из сплава, растворимого в результате коррозии при контакте со скважинной жидкостью.
Сущность изобретения.
Устройство для изоляции пластов в скважине предполагает большую надежность герметизации межтрубного пространства посредством узла уплотнения в устройстве, уже закрепленном в обсадной колонне. В активированном узле уплотнения в течение всего срока службы происходит дополнительное уплотнение кольцевых манжет узла усилием разжатия части поршня, выполненной в виде прорезной пружины. Применение якорной муфты в виде упругой втулки с параллельными оси пазами позволяет равномерно распределять усилие по кольцевой поверхности внутренней стенки обсадной трубы, что способствует ее надежному закреплению. При активации узла уплотнения в закрепленном устройстве происходит дополнительное поджатие закрепленной якорной муфты. Использование скользящих втулок обеспечивает надежную фиксацию узла якоря без ослабления, например, при аварийном сбросе давления во время приведения устройства в рабочее положение, надежную работу эластичных манжет якорного узла в сжатом состоянии по герметизации межтрубного пространства. В конструкции реализован улучшенный съем устройства из скважины при возврате якорной муфты в первоначальное состояние за счет упругих сил материала, сдвига поршня и гидравлического толкателя вниз по корпусу, наличия свободного пространства для возврата резиновых уплотнительных элементов в первоначальное положение и сжатия якорного узла, что обеспечивает целостность извлекаемого из скважины устройства. В предлагаемом устройстве для изоляции пластов в скважине возможно применение пробки активации или запорного шара для задания определенного момента срабатывания устройства. Кроме того, есть возможность выполнения дополнительных каналов в корпусе устройства для гидравлических, оптоволоконных, электрических или обеих линий управления, а также капиллярных каналов для выхода газа.
Сущность изобретения поясняется чертежами. Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 - изображено устройство для изоляции пластов в скважине в транспортном положении;
фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1 по якорной муфте в сжатом состоянии.
Фиг. 3 - изображено устройство, которое закреплено в обсадной колонне путем расширения якорной муфты в радиальном направлении;
фиг. 4 - разрез Б-Б фиг. 3 по якорной муфте при зацеплении за обсадную колонну.
Фиг. 5 - изображено устройство при создании герметичного перекрытия межтрубного пространства при сжатии уплотнительных элементов с деформацией их в радиальном направлении;
фиг. 6 - выносной элемент В со скользящими втулками, закрепленными на нарезке со специальным профилем.
Фиг. 7 - изображено устройство в момент снятия закрепления при сдвиге нижнего конуса для сжатия якорной муфты.
Фиг. 8 - изображен вариант устройства для изоляции пластов в скважине со множеством манжет уплотнительного элемента, разделенных кольцами без поясков, в корпусе которого выполнено множество второстепенных каналов, в основном проходном канале установлено седло под шар;
фиг. 9 - разрез Г-Г фиг. 8 по уплотнительному элементу;
фиг. 10 - разрез Д-Д фиг. 8 по якорной муфте, показывающий крепление линий к корпусу планками.
Устройство для изоляции пластов в скважине включает (фиг. 1) цельный ступенчатый корпус 1, на котором последовательно размещены узел уплотнения 3, поршень 4, связанный с цилиндром 6, закрепленный в исходном положении срезным винтом 5, по крайней мере, одним, гидравлический толкатель 7, и якорный узел. Поршень 4 имеет верхнюю часть с прорезями, расположенными в шахматном порядке, представляющую пружину. В корпусе выполнены основной проходной канал 9 для перекачки жидкости, канал для прохода кабельной линии 10, дополнительные каналы 37 для гидравлических, оптоволоконных и/или электрических линий управления, капиллярные каналы для выхода газа (фиг. 1, 2, 8, 9).
В верхней части корпуса 1 торец выполнен с утолщением, ограничивающим перемещение башмаков торцевой защиты и кольцевых манжет узла уплотнения 3, нижний башмак торцевой защиты 30 поджат поршнем 4. Между корпусом 1, гидравлическим толкателем 7, поршнем 4 и цилиндром 6 образована кольцевая камера 11, которая имеет гидравлическую связь с основным проходным каналом 9 устройства через радиальное отверстие 12. Гидравлический толкатель 7 и поршнем 4 ограничивают камеру 11 в осевом направлении с противоположных сторон.
Гидравлический толкатель 7 снаружи окружен цилиндром 6. На наружной поверхности гидравлического толкателя 7 выполнены канавки 8 с треугольным профилем в сечении. В цилиндре 6 на внутренней поверхности размещена верхняя скользящая втулка 13, которая снабжена канавками с треугольным профилем в сечении во внутреннем отверстии со стороны гидравлического толкателя 7 и нарезкой с профилем прямоугольной трапеции в сечении на наружном диаметре, контактирующей с цилиндром 6. Для перемещения втулки 13 внутренняя поверхность цилиндра 6 имеет отверстие с нарезкой аналогичного профиля, усиливающей ее прижатие к канавке 8 на наружной поверхности гидравлического толкателя 7. При движении поршня 4 и цилиндра 6 в обратном направлении под действием перепада давления на узел уплотнения 3 нарезка цилиндра 6 сжимает скользящую втулку 13, обеспечивая надежную фиксацию в канавках 8 гидравлического толкателя 7. Гидравлический толкатель 7 зафиксирован в исходном положении с цилиндром 6 через промежуточную деталь. Повышение давления в основном проходном канале 9 создает усилие на нижнем торце поршня 4 и верхнем торце гидравлического толкателя 7. Начало движения гидравлического толкателя 7 задано срезным винтом 14, по меньшей мере, одним, начало движения поршня 4 задано срезным винтом 5, по меньшей мере, одним.
В якорный узел включены верхний подвижный конус 15 и нижний неподвижный конус 18 с коническими шейками, которые снаружи закрыты разрезной якорной муфтой 16 из упругого материала. Верхний конус 15, гидравлический толкатель 7 и промежуточная деталь имеют возможность фиксации в новом положении с помощью нижней скользящей втулки 17, которая расположена внутри верхней части верхнего конуса 15 и перемещается по канавкам 2 с треугольным профилем в сечении, выполненным на нижней части корпуса 1 в области подвижного конуса 15. При этом нижняя скользящая втулка 17 снабжена канавками с треугольным профилем в сечении во внутреннем отверстии со стороны корпуса 1 и нарезкой с профилем прямоугольной трапеции в сечении на наружном диаметре, взаимодействующим с соответствующей нарезкой в отверстии на внутреннем диаметре верхнего конуса 15. Нарезка внутри отверстия верхнего конуса 15 усиливает прижатие скользящей втулки 17 к корпусу 1 при движении конуса 15 в обратном направлении под нагрузкой от якорной муфты 16.
Якорная муфта 16, имеющая первоначально цилиндрическую форму, снабжена чередующимися пазами, параллельными оси устройства, для упругой деформации при работе якорного узла. На наружной поверхности муфты 16 имеются разнонаправленные закаленные зубья для внедрения во внутреннюю стенку обсадной колонны. В центральном отверстии якорной муфты выполнены конические шейки в середине и по краям, которые распределяют усилие для ее закрепления на стенку обсадной колонны равномерно по наружному цилиндру муфты 16. Расстояние между коническими шейками якорной муфты 16 и наружными коническими поверхностями верхнего подвижного конуса 15 и нижнего неподвижного конуса 18 может быть различно для первоочередного расширения центральной части муфты и прижатия (фиг. 1, 3, 5) к стенке обсадной трубы.
Неподвижный нижний конус 18 зафиксирован на корпусе 1 срезным винтом 19, по меньшей мере, одним. В нижней части неподвижного нижнего конуса 18 установлена защелка в виде разрезного пружинного кольца 20, закрытого поджимающей кольцо гайкой 21. В корпусе 1 ниже якорного узла выполнены кольцевые канавки 31 под пружинное кольцо 20. В новое положение неподвижный конус 18 переходит при снятии устройства при натяжении колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) после среза винта 19, когда разрезное кольцо 20 перемещается в ближайшую кольцевую канавку 31 на корпусе 1 (фиг. 7).
Корпус 1 в нижней части соединен с основанием 24 через втулки 22 и 23. Основание 24 притянуто к торцу корпуса 1 гайкой 25 за сухари 26 (фиг. 1).
Втулки 22 и 23 обеспечивают герметичность основного проходного канала 9 и канала под кабель 10. В корпусе 1 может быть сформирован, по крайней мере, один дополнительный канал 37 для гидравлических, оптоволоконных, электрических или обеих линий управления, и выполнены лыски ниже узла уплотнения 3, оснащенные планками 38 с винтами 39 крепления к корпусу, прижимающими эти линии (фиг. 9, 10).
Узел уплотнения 3 состоит из двух крайних резиновых манжет 27 (верхней и нижней) и одной или нескольких центральных манжеты 28, разделенных между собой разделительными кольцами 29 с удерживающими поясками, выполненными из металла, неметаллических или композитных материалов. Пояски задают характер деформации центральных манжет 28 при перекрытии межтрубного пространства (фиг. 3, 5).
Возможен вариант исполнения узла уплотнения с разделительными кольцами 35 и 36 без удерживающих поясков. В этом случае разделительные кольца также могут быть выполнены из металла, неметаллических или композитных материалов (фиг. 8).
На внешней стороне узла уплотнения 3 установлены башмаки торцевой защиты 30, которая предохраняет крайние манжеты 27 от выдавливания в осевом направлении перепадом давления в межтрубном пространстве (фиг. 3, 5).
В корпусе 1 в проходном канале 9 в районе основания 24 может быть выполнено седло 32, которое предназначено для пробки активации или запорного шара 33. Перед началом работы устройства производится спуск пробки или шара и герметичная посадка в седло 32 с перекрытием проходного канала 9. При установке седла 32 в устройство для изоляции пластов необходимо отверстие 34 в корпусе 1 для слива столба скважинной жидкости (фиг. 8).
Устройство работает следующим образом.
Устройство на насосно-компрессорных трубах с расположенным ниже электроцентробежным насосом (не показан) спускают в обсадную колонну скважины.
Для работы устройства в проходном канале 9 и кольцевой камере 11 создается избыточное давление, перемещающее гидравлический толкатель 7 и поршень 4 в противоположных направлениях. Гидравлический толкатель 7, верхний конус 15, нижняя скользящая втулка 17 движутся вниз после среза винта 14, удерживающего их с поршнем 4 и цилиндром 6. Нижний конус 18, удерживаемый срезным винтом 19, остается неподвижным. Якорная муфта 16 скользит по наружным коническим поверхностям внутреннего конуса 15 и нижнего конуса 18 и, за счет конических шеек в отверстии, расширяется в радиальном направлении. При движении гидравлического толкателя 7 поршень 4, цилиндр 6 и скользящая втулка 13 остаются неподвижными, удерживаемыми срезным винтом 5.
Гидравлический толкатель 7 сдвигает верхний конус 15 навстречу нижнему конусу 18, при этом якорная муфта 16 упруго деформируется, расширяясь в радиальном направлении, и ее наружный диаметр увеличивается до внутреннего диаметра стенки эксплуатационной колонны. Расположенные на наружной поверхности муфты 16 закаленные зубья надежно внедряются в стенку колонны, удерживая устройство и связанный с ним электроцентробежный насос на заданной глубине. По окончании движения нижняя скользящая втулка 17 в верхнем конусе 15 фиксируется в канавках 2 корпуса 1 и исключает обратное движение верхнего конуса 15 и гидравлического толкателя 7 (фиг. 3), удерживая верхний конус 15 и якорную муфту 16 в новом положении.
При росте давления в кольцевой камере 11 поршень 4, цилиндр 6 и скользящая втулка 13 начинают двигаться вверх после среза винта 5. Поршень 4 перемещает нижний башмак торцевой защиты 30, а верхний башмак торцевой защиты 30, опирающийся на торец корпуса 1, остается неподвижным. Под действием развиваемого усилия верхняя часть поршня 4, представляющая пружину, сжимается, сдвигает манжеты 27, 28 узла уплотнения 3 вверх, которые, сжимаясь в осевом направлении, расширяются до герметичного перекрытия межтрубного пространства. Манжеты 27 и 28 узла уплотнения 3, перемещаясь по разделительным кольцам 29, деформируются, создавая перекрытие, и распрямляют лепестки башмаков торцевой защиты 30, которые образуют кольцевые опоры для манжет, частично закрывающие межтрубное пространство. Башмаки торцевой защиты 30 предотвращают выдавливание перепадом давления крайних манжет 27 в осевом направлении (фиг. 5). Герметичность перекрытия межтрубного пространства обеспечивается действием усилия разжатия предварительно сжатой верхней части поршня 4, представляющей пружину, направленного на дополнительное уплотнение кольцевых манжет 27, 28 после сброса избыточного давления в камере 11.
Поршень 4 и цилиндр 6 во время перемещения сдвигают верхнюю втулку 13, скользящую по канавкам 8 гидравлического толкателя 7, и фиксируют ее, что обеспечивает нахождение манжет узла уплотнения 3 в сжатом состоянии и исключает обратный ход, например, при аварийном сбросе давления. Одновременно происходит поджатие якорной муфты 16 в зацеплении с обсадной колонной движением гидравлического толкателя 7 и верхнего конуса 15, которые при значимых перемещениях удерживаются в новом положении нижней скользящей втулкой 17, закрепившейся в канавках корпуса 2. Якорный узел с якорной муфтой 16 надежно удерживает устройство для изоляции пластов в скважине, что обеспечивает надежное герметичное перекрытие межтрубного пространства манжетами узла уплотнения 3. Полость основного проходного канала 9, канала для прохода кабельной линии 37 и межтрубное пространство ниже узла уплотнения 3 герметично разделены уплотнениями, установленными на поршне 4 и гидравлическом толкателе 7.
Съем устройства проводится натяжением колонны НКТ вверх с усилием, достаточным для среза винта 19 (фиг. 7). Натяжение НКТ с усилием вместе с сопротивлением движению якорной муфты 16, находящейся в зацеплении со стенкой обсадной колонны, передает усилие на нижний конус 18, что приводит к срезу винта 19 и освобождению нижнего конуса 18, который сдвигается вниз до расцепления якорной муфты 16 со стенкой обсадной колонны. Сдвиг нижнего конуса 18 увеличивает расстояние между конусами 15, 18 и способствует сжатию якорной муфты 16 в радиальном направлении за счет упругих сил материала под действием трения о стенку трубы и возвращению якорной муфты 16 к ее исходному состоянию (фиг. 1). В верхней части якорной муфты 16 конические шейки в отверстии находятся в зацеплении с верхним конусом 15. При сжатии муфты и сдвиге ее вниз верхний конус 15, нижняя скользящая втулка 17 и гидравлический толкатель 7 также сдвигаются вниз. В результате происходит ослабление усилия сжатия кольцевых манжет узла уплотнения 3, перемещение поршня с цилиндром 6 вниз без или с изменением их положения относительно гидравлического толкателя 7. Тем самым уменьшается наружный диаметр манжет 27, 28 и достигается подготовка узла уплотнения 3 к извлечению из скважины в составе устройства.
При съеме устройства допускается разворот отдельных фрагментов башмаков торцевой защиты 30 вниз вдоль оси устройства. Пружинное кольцо 20 нижнего конуса 18 фиксирует сдвинувшиеся детали наружного контура в одной из канавок 31, выполненных в корпусе 1 ниже якорного узла (фиг. 7). Это предохраняет от самопроизвольного сближения верхнего конуса 15 и нижнего конуса 18, а также исключает повторное зацепление якорной муфты 16 за стенку обсадной колонны, например, при расхаживании колонны насосно-компрессорных труб во время подъема устройства.
Устройство для изоляции пластов в скважине может быть оснащено седлом 32 с герметизирующей манжетой (фиг. 8), которые расположены в проходном канале 9 и перекрываются запорным шаром 33 или пробкой активации, в этом случае в корпусе 1 выполняется радиальное отверстие 34, по крайней мере, одно. Радиальное отверстие 34 связывает проходной канал 9 с межтрубным пространством в нижней части устройства на уровне якорного узла, предназначено для слива столба жидкости в колонне и открывается при сдвиге нижнего конуса 18 вниз при съеме устройства.
Таким образом, благодаря возможности новой последовательности активации узлов конструкция предлагаемого устройства обеспечивает надежную изоляцию пластов в скважине и упрощение съема при окончании эксплуатации.
1. Устройство для изоляции пластов в скважине, включающее ступенчатый корпус с основным проходным каналом для перекачиваемой жидкости, размещенный на верхней части корпуса узел уплотнения, содержащий уплотнительный элемент в виде набора расширяющихся в радиальном направлении манжет, расположенных между башмаками торцевой защиты, установленные с возможностью перемещения гидравлический толкатель и поршень, ограничивающие кольцевую камеру, соединенную отверстием с проходным каналом, якорный узел, состоящий из нижнего конуса и верхнего конуса, охваченных упругой якорной муфтой, скользящей по наружным конусам в средней части и по краям, срезные винты, определяющие порядок действия поршня, гидравлического толкателя и смещения нижнего конуса, отличающееся тем, что гидравлический толкатель установлен на корпусе выше якорного узла и снаружи окружен цилиндром, соединенным с поршнем, кольцевая камера сформирована между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью цилиндра и размещена ниже узла уплотнения и выше якорного узла, при этом верхняя часть кольцевой камеры перекрыта поршнем, а нижняя часть - гидравлическим толкателем, установленными с возможностью перемещения в противоположные стороны друг относительно друга с обеспечением неподвижности якорной муфты при работе узла уплотнения и в положении закрепления в обсадной колонне и с возможностью совместного перемещения вниз за верхним конусом якорного узла при извлечении устройства для снятия силы сжатия с уплотнительного элемента, якорный узел снабжен нижней скользящей втулкой, расположенной под верхним конусом с возможностью фиксации на корпусе устройства и обеспечивающей неподвижность верхнего конуса и закрепление якорного узла в обсадной колонне, внутри цилиндра размещена верхняя скользящая втулка, взаимодействующая с наружной поверхностью гидравлического толкателя для совместного удержания поршня и цилиндра на гидравлическом толкателе в конце рабочего хода, под нижним конусом закреплено разрезное пружинное кольцо, фиксируемое при сдвиге нижнего конуса в канавке на корпусе, выполненной ниже якорного узла, во время извлечения устройства.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел уплотнения включает в себя множество кольцевых манжет, причем верхняя и нижняя манжеты выполнены из более твердого эластичного материала по сравнению с материалом центральных манжет.
3. Устройство по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что между манжетами установлены разделительные кольца, снабженные поясками, задающими характер деформации эластичных манжет.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя часть поршня выполнена в виде прорезной пружины.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для удержания верхней скользящей втулки на наружной части гидравлического толкателя сформированы канавки, а на внутренней поверхности цилиндра выполнена нарезка с профилем, который усиливает прижатие втулки к гидравлическому толкателю при движении поршня и цилиндра в обратном направлении под усилием действия перепада давления на расширяющихся манжетах узла уплотнения.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе сформирован по крайней мере один дополнительный канал для кабельных и сигнальных линий, выполнены лыски с планками и винтами крепления к корпусу, прижимающими кабельные и сигнальные линии.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе выполнено седло для удержания герметично перекрывающей проходной канал пробки активации, запорного шара или растворимого в скважинной жидкости запорного шара.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что якорная муфта выполнена в виде упругой втулки с пазами, параллельными оси устройства.
