УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПЛАСТА В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пласта, по меньшей мере одного, в скважине как при ее креплении с применением операции цементирования обсадной колонны, так и в виде отдельной независимой изоляционной операции, необходимой при реализации множества операций в скважине, когда необходимо, например, изолировать проявляющий или поглощающий пласт, которые могут привести к осложнениям в скважине.

Известно устройство для изоляции пласта в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия с уплотнительным элементом, связанный с корпусом, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость, в которой размещена подпружиненная рабочая втулка, переключатель положения устройства с фигурным пазом и пальцем, жестко связанным одним концом с корпусом и размещенным другим концом в фигурном пазу (RU 2182957, 04.10.2001).

Недостатком известного устройства является сложность его изготовления, а также малая пропускная способность, обусловленная необходимостью заполнения полости уплотнительного элемента через отверстие узла полого разрушаемого штифта ограниченного сечения, что ведет к созданию больших гидравлических сопротивлений и ограничивает возможности надежного пакерования. Кроме того, возможность непроизвольного - случайного нарушения герметичности этого узла в процессе операций в скважине, в том числе цементирования, может привести к преждевременному срабатыванию пакера - по существу к аварийной ситуации.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение надежности его работы и улучшение эксплуатационных характеристик.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для изоляции пласта в скважине включает корпус с верхним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, нижним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым обратным клапаном, а также верхними и нижними продольными пазами между упомянутыми радиальными отверстиями, кожух, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую камеру, в верхней части которой помещена верхняя подпружиненная дифференциальная втулка, жестко связанная с корпусом срезным штифтом, по меньшей мере одним, а в нижней части упомянутой камеры - нижняя дифференциальная втулка, жестко связанная с корпусом срезным элементом, по меньшей мере одним, и перекрывающая нижнее радиальное отверстие корпуса, пакер с уплотнительным элементом, помещенный в нижней части корпуса, при этом предусмотрена возможность после разрушения полого срезного штифта расфиксации верхней дифференциальной втулки и передача давления через верхние продольные пазы на нижнюю дифференциальную втулку, расфиксация последней и обеспечение гидравлической связи полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера через нижнее радиальное отверстие корпуса и его нижние продольные пазы, а после приведения пакера в его рабочее положение предусмотрена возможность перекрытия нижнего радиального отверстия корпуса нижней дифференциальной втулкой с использованием давления в полости уплотнительного элемента пакера.

Кроме того:

корпус ниже нижнего радиального отверстия выполнен с фиксатором конечного положения нижней дифференциальной втулки в виде защелки;

верхняя дифференциальная втулка подпружинена относительно упора, размещенного в кольцевой камере и жестко связанного с кожухом.

Сущность изобретения.

Устройство по изобретению предусматривает возможность эффективной и безопасной работы за счет использования двух радиальных отверстий или двух систем отверстий. Через верхнее радиальное отверстие, перекрытое полым срезным штифтом, предусмотрено приведение устройства в готовность к работе его узлов. Через нижнее радиальное отверстие, перекрытое обратным клапаном, предусмотрено приведение пакера в его рабочее положение. При этом двойная система защиты в виде жесткой и надежной фиксации верхней и нижней дифференциальных втулок исключает возможность преждевременного срабатывания пакера при случайном разрушении полого срезного штифта. Более того, отверстие полого срезного штифта имеет ограниченные гидравлические пропускные возможности по причине нахождения в нем остатков фрагментов разрушения. Пропустить через это отверстие необходимый объем жидкости в заданное время для обеспечения надежного пакерования не всегда представляется возможным. С использованием же для этого свободного нижнего радиального отверстия для прямого гидравлического сообщения полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера обеспечена возможность создания в ней безинерционного регламентированного давления пакерования.

На чертеже изображено устройство в исходном транспортном положении.

Устройство для изоляции пласта в скважине включает корпус 1 с верхним радиальным отверстием 2, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом 3. Корпус 1 имеет также нижнее радиальное отверстие 4, по меньшей мере одно, перекрытое обратным клапаном. Обратный клапан может быть выполнен, например, шаровым или в виде эластичного кольца 5, как показано на чертеже. Между упомянутыми радиальными отверстиями 1, 4 корпус 1 выполнен с верхними 6 и нижними 7 продольными пазами. Снаружи корпуса помещен кожух 8, образующий с корпусом кольцевую камеру 9. В верхней части кольцевой камеры 9 помещена верхняя подпружиненная дифференциальная втулка 10, жестко связанная с корпусом 1 срезным штифтом 11, по меньшей мере одним. В нижней части кольцевой камеры 9 помещена нижняя дифференциальная втулка 12, жестко связанная с корпусом срезным элементом 13, по меньшей мере одним, и перекрывающая нижнее радиальное отверстие 4 корпуса 1. В нижней части корпуса 1 помещен пакер 14 (на чертеже условно показан фрагмент его корпуса) с уплотнительным элементом (на чертеже условно не показан). Корпус 1 имеет также кольцевые канавки 15, 16, 17, 18, кольцевой выступ-упор 19, образованный разными наружными диаметрами корпуса 1, упор 20. В кожухе 8 установлено упорное кольцо 21 с радиальным технологическим резьбовым отверстием 22 и пробкой 23. На внутренней поверхности нижней дифференциальной втулки 12 выполнены кольцевые проточки 24 и 25. В кольцевой проточке 25 установлен фиксатор 26. Обратный клапан - эластичное кольцо 5 размещено в канавке 27 корпуса 1. В кольцевой камере 9 размещено упорное кольцо 30. Над ним в пространстве 31 кольцевой камеры 9 размещена пружина 32. Для сообщения нижней части кольцевой камеры 9 с полостью уплотнительного элемента пакера 14 служит кольцевой канал 33. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 34. С таким выполнением устройства предусмотрена возможность после разрушения полого срезного штифта 3 расфиксации верхней дифференциальной втулки 10 и передача давления через верхние продольные пазы 6 на нижнюю дифференциальную втулку 12, расфиксация последней и обеспечение гидравлической связи полости корпуса 1 с полостью уплотнительного элемента пакера 14 через нижнее радиальное отверстие 4 корпуса 1 и его нижние продольные пазы 7. После приведения пакера в его рабочее положение предусмотрена возможность перекрытия нижнего радиального отверстия 4 корпуса 1 нижней дифференциальной втулкой 12 с использованием давления в полости уплотнительного элемента пакера.

Устройство для изоляции пласта в скважине работает следующим образом.

После спуска в скважину обсадной колонны с устройством для изоляции пласта скважины на заданную глубину и закачки расчетного объема тампонажного раствора в колонну пускают разделительную пробку (на чертеже не показана), которая, срезая полый штифт 3, перемещается вниз. При этом избыточное давление в полости обсадной колонны через разрушенный полый штифт 3, попадая в кольцевую камеру 9, разрушает срезной винт 11 и перемещает верхнюю дифференциальную втулку 10 до упора 20 и, таким образом, сжимает пружину 32. После окончания процесса цементирования и снятия давления в полости обсадной колонны (полости корпуса 1) сжатая пружина 32 перемещает верхнюю дифференциальную втулку 10 вверх. В результате, уплотнительное кольцо 34 верхней дифференциальной втулки разгерметизируется в верхних продольных пазах 6 корпуса 1. Возникает сообщение полости корпуса - колонны и кольцевой камеры 9. Создаваемое расчетное избыточное давление в полости корпуса - колонне через кольцевую камеру 9, верхние продольные пазы 6, пространство 31, продольные пазы 35 передается на нижнюю дифференциальную втулку 12. При этом происходит срез винтов 13 и перемещение нижней дифференциальной втулки 12 вниз с разгерметизацией нижнего радиального отверстия 4 через нижние продольные пазы 7 корпуса 1. Буровой раствор через нижнее радиальное отверстие 4, эластичное кольцо 5, кольцевую проточку 24, нижние продольные пазы 7 в нижней части кольцевой камеры 9 и кольцевой канал 33 поступает в полость уплотнительного элемента - пакера 14. В результате, пакер приводится в рабочее положение. После окончания пакеровки давление в полости корпуса 1 - колонне снимают и нижняя дифференциальная втулка 12, под действием избыточного давления в полости уплотнительного элемента пакера, перемещается вверх. При этом фиксатор 26 располагается в кольцевой канавке 17 корпуса 1, исключая при этом дальнейшее перемещение нижней дифференциальной втулки 12.