Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРОДОМКРАТ ДЛЯ УСТАНОВКИ ПРОФИЛЬНОГО ПЕРЕКРЫВАТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для установки профильных перекрывателей при изоляции ими зон осложнений бурения.

Известен скважинный гидродомкрат (патент РФ №2102578, МПК Е21В 29/10, опубл. 20.01.1998, бюл. №2), включающий два или несколько последовательно соединенных силовых блоков, состоящих из цилиндра, поршня со штоком и сальникового уплотнения штока, причем поршень каждого силового блока соединен со штоком с возможностью радиального перемещения, а сальниковое уплотнение штока имеет возможность радиального перемещения относительно корпуса гидроцилиндра, кроме того, поршень по периметру снабжен полостью, заполненной антикоррозийной смазкой, контактирующей с внутренней поверхностью гидроцилиндра и гидравлически связанной с областью высокого давления.

Недостатками данного скважинного гидродомкрата являются:

- его низкая надежность, так как сальниковое уплотнение штока имеет низкую эффективность из-за искусственно завышенного зазора в соединении штока с корпусом гидроцилиндра, что может привести при больших угловых отклонениях штока к несанкционированному пропуску жидкости через уплотнение;

- высокая вероятность вымывания антикоррозийной смазки из полости поршня при создании гидравлического давления из-за завышенных зазоров между поршнем и цилиндром, что может значительно снизить ресурс этих деталей;

- невозможность использования гидродомкрата в скважинах со сложной архитектурой (например, в горизонтальных), где существуют поперечные изгибающие нагрузки на цилиндры гидродомкрата из-за кривизны стенок скважины, а жесткие соединения штоков гидродомкрата между собой не дают возможности нивелировать возникающие при этом изгибающие моменты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство изоляции зон осложнения бурения скважины (патент РФ №2344268, МПК Е21В 29/10, опубл. 20.01.2009, бюл. №2). Устройство включает гидродомкрат, содержащий полые гидроцилиндры и соосно подвижный относительно них полый шток с кольцевыми поршнями, жестко соединенный верхним концом с якорным узлом, а нижним - с захватывающим элементом, полости которых гидравлически сообщены между собой и с полостью перекрывателя, при этом захватывающий элемент выполнен с упором для подвески перекрывателя и снабжен перепускным клапаном, перекрывающим полость штока при перемещении его вниз относительно перекрывателя, причем дополнительный якорный узел установлен на нижнем конце штока, а дорнирующая головка жестко связана с гидроцилиндрами.

Недостатками этого гидродомкрата являются невозможность использования его в наклонных и горизонтальных скважинах с большой кривизной ствола, а также его низкая надежность и работоспособность из-за жесткого соединения штоков между собой и с поршнями, что в случае малейшего отклонения от соосности может вызвать быстрый износ уплотнений и уменьшение срока их службы или привести к заклиниванию поршней в цилиндрах.

Техническими задачами изобретения являются расширение функциональных возможностей гидродомкрата для установки профильного перекрывателя в скважине, позволяющих применять его в наклонных и горизонтальных скважинах с большой кривизной ствола, а также повышение надежности и работоспособности гидродомкрата за счет придания угловой и радиальной подвижности штокам и поршням относительно цилиндров, исключающей прихваты и заклинивания штоков и поршней в цилиндрах гидродомкрата.

Технические задачи решаются гидродомкратом для установки профильного перекрывателя в скважине, включающим колонну труб для спуска, полые гидроцилиндры, кольцевые поршни с полыми штоками, установленными соосно в соответствующие гидроцилиндры с возможностью ограниченного осевого перемещения, и дорнирующую головку для установки перекрывателя.

Новым является то, что гидроцилиндры сверху соединены с колонной труб, а полый шток снизу соединен с дорнирующей головкой, при этом каждый кольцевой поршень выполнен в виде втулки с кольцевой выборкой в средней части, сверху и снизу которой зафиксированы на втулке самоуплотняющиеся манжеты, причем в кольцевой выборке размещен подпружиненный наружу по периметру кольцевой пояс с наружной шаровой поверхностью, а полые штоки поршней соединены между собой шаровым соединением с возможностью ограниченного углового отклонения.

Новым является также и то, что по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки выполнены кольцевые проточки, снаружи которых расположена эластичная втулка, подпружинивающая изнутри наружу кольцевой пояс.

Новым является также и то, что по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки могут быть выполнены радиальные выборки под пружины, подпружинивающие изнутри наружу кольцевой пояс.

На фиг.1 показана верхняя часть гидродомкрата для установки профильного перекрывателя в скважине в транспортном положении (частично в разрезе), на фиг.2 - нижняя часть гидродомкрата (частично в разрезе), на фиг.3 - выносной элемент А на фиг.1 (увеличено) без гидроцилиндра.

Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине (фиг.1) включает колонну труб (на фиг. не показана) для спуска гидродомкрата, полые гидроцилиндры 1, кольцевые поршни 2 с полыми штоками 3, установленными соосно в соответствующие гидроцилиндры 1 с возможностью ограниченного осевого перемещения, и дорнирующую головку (на фиг. не показана) для установки перекрывателя (на фиг. не показан).

При этом гидроцилиндры 1 сверху соединены с колонной труб при помощи верхней резьбы 4, например, через якорный узел (на фиг. не показан), а полый шток 3 (фиг.2) снизу соединен с дорнирующей головкой (или лорнирующими головками) с помощью нижней резьбы 5. Каждый кольцевой поршень 2 (фиг.1) выполнен в виде втулки 6 (фиг.3) с кольцевой выборкой 7 в средней части втулки 6, сверху и снизу которой зафиксированы (например, с помощью гуммирования) самоуплотняющиеся манжеты 8.

В кольцевой выборке 7 втулки 6 размещен подпружиненный наружу по периметру кольцевой пояс 9 с наружной шаровой поверхностью 10, а полые штоки 3 (фиг.1) поршней 2 соединены между собой с возможностью ограниченного углового отклонения за счет шарового соединения 11, представляющего собой сферическое утолщение 12 на верхнем конце полого штока 3, взаимодействующее с внутренней сферической поверхностью насадки 13 нижнего конца, расположенного выше полого штока 3 или наоборот (на фиг. не показано), которые соединены между собой с помощью обоймы 14.

Причем в кольцевой выборке 7 (фиг.3) поршня 2 (фиг.1) расположена эластичная втулка 15 (фиг.3) (например, резиновая или полиуретановая), подпружинивающая изнутри наружу кольцевой пояс 9, под которой по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки 7 выполнены кольцевые проточки 16 с целью заполнения их материалом эластичной втулки 15 при радиальном сдвиге кольцевого пояса 9 поршня 2 (фиг.1).

Кроме того, по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки 7 (фиг.3) поршня 2 (фиг.1) могут быть выполнены радиальные выборки (на фиг. не показаны) под пружины (например, винтовые цилиндрические, конические, бочкообразные или спиральные ленточные и т.д.), подпружинивающие изнутри наружу кольцевой пояс 9 (фиг.3) поршня 2 (фиг.1).

Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине работает следующим образом. С помощью нижней резьбы 5 (фиг.2) к гидродомкрату подсоединяют дорнирующую головку, а с помощью верхней резьбы 4 (фиг.1) гидродомкрат соединяют с колонной труб (чаще бурильных) и спускают в скважину в зону установки профильного перекрывателя. При этом профильный перекрыватель устанавливают в скважине до спуска гидродомкрата или спускают в одной компоновке с гидродомкратом, раздавая его затем гидравлическим давлением. В случае предварительной установки профильного перекрывателя в скважине при последующем затем спуске гидродомкрата в компоновке с ним используют с целью проходимости через перекрыватель раздвижную дорнирующую головку.

Для окончательной установки профильного перекрывателя с целью плотного прижатия его к стенкам скважины гидродомкрат спускают вниз до выхода лорнирующей головки ниже перекрывателя и производят раздачу перекрывателя снизу вверх.

Для этого создают гидравлическое давление в колонне труб, которое распространяется через полости 17 и отверстия 18 насадок 13 штоков 3 в подпоршневое пространство 19 гидроцилиндров 1, перемещая (благодаря отверстиям 20 в гидроцилиндрах 1 выше поршней 2, соединяющим надпоршневое пространство 21 с областью низкого давления) поршни 2 со штоками 3 и дорнирующей головкой вверх на длину хода гидроцилиндров 1. Дорнирующая головка при этом под действием гидравлического давления раздвигается до рабочего диаметра и калибрует профильные секции перекрывателя снизу вверх до плотного прижатия их к стенкам скважины. Для предотвращения несанкционированного перемещения гидроцилиндров 1 вниз при этом натягивают колонну труб вверх или используют якорный узел выше гидродомкрата. Для перезарядки гидродомкрата стравливают давление внутри колонны труб с помощью, например, клапана и поднимают вверх колонну труб вместе с якорным узлом и гидроцилиндрами 1, которые перемещаются относительно штоков 3 с поршнями 2, заряжая гидродомкрат для следующей раздачи перекрывателя.

При этом в сложноструктурированных, горизонтальных, наклонных скважинах каждый из штоков 3 с поршнями 2 занимает соответствующее своей несоосности положение, отклоняясь в радиальном направлении благодаря кольцевому поясу 9 (фиг.3), взаимодействующему с втулкой 6 кольцевого поршня 2 через эластичную втулку 15, которая, сжимаясь под воздействием поперечной нагрузки со стороны штока 3 (фиг.1), заполняет кольцевую проточку 16 (фиг.3) на поверхности выборки 7 втулки 6, позволяя кольцевому поясу 9 занять нужное положение. Кроме того, кольцевые поршни 2 (фиг.1) также имеют возможность отклонения на соответствующий угол в продольной плоскости благодаря наружной шаровой поверхности 10 (фиг.3) кольцевого пояса 9. Причем двухсторонняя самоуплотняющаяся манжета 8 на втулке 6, выполненная из упругого материала, например резины, не препятствует угловому перемещению поршня 2 (фиг.1) в продольной плоскости и нивелирует износ за счет расширения под действием давления.

Одновременно штоки 3 отклоняются на соответствующий угол в связывающих их шаровых соединениях 11 благодаря взаимодействию сферического утолщения 12 с внутренней сферической поверхностью насадки 13 и обоймы 14.

Преимущество предлагаемого гидродомкрата для установки профильного перекрывателя в скважине заключается в том, что его конструкция позволяет применять его в наклонных и горизонтальных скважинах с большой кривизной ствола, повышает надежность и ресурс гидродомкрата за счет придания радиальной и угловой подвижности поршням и штокам относительно цилиндров благодаря кольцевым поясам поршней с наружной шаровой поверхностью, подпружиненным наружу относительно поршней, использования самоуплотняющихся манжет, а также шаровым соединениям штоков друг с другом, что исключает прихваты и заклинивания поршней и штоков в цилиндрах гидродомкрата при воздействии на него изгибающих моментов.