Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пластов в скважине при ее креплении.

Известно устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, по меньшей мере одним перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость против радиального отверстия корпуса, и средство для разрушения полого срезного штифта (Авторское свидетельство СССР №1395809, кл. E21B 33/14, 15.05.1988 г.).

Недостатком устройства является его низкая надежность и сложность изготовления.

Известно также устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, втулку, по меньшей мере одну, установленную на корпусе и образующую с ним полость против радиального отверстия корпуса, размещенную в этой полости подпружиненную рабочую втулку и взаимодействующий с ней переключатель положений устройства, выполненный в виде кольцевой втулки с фигурным пазом по ее образующей, имеющим гнезда под палец, соединенные проточками, и палец, жестко связанный одним концом с корпусом и размещенным другим концом в гнезде фигурного паза с возможностью перемещения с поворотом относительно пальца переключателя в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в устройстве, при этом рабочая втулка имеет возможность возвратно-поступательного перемещения с переключением устройства из транспортного положения в рабочее положение с расширением уплотнительного элемента пакера, в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия и страховочное положение от непредвиденного повышения давления в скважине (Патент РФ №2182957, МПК E21B 33/13, 2001 г.).

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает высокую надежность выполнения пакерных работ. Это связано с тем, что после приведения пакера в рабочее положение с расширением уплотнительного элемента и последующего отключения пакера от гидравлического воздействия невозможно произвести допакеровку затрубного пространства для того, чтобы компенсировать растяжение резинотканевого уплотнительного элемента.

Задача изобретения - обеспечить более высокую надежность выполнения пакерных работ путем возможности допакеровки затрубного пространства после проведения основной пакеровки и отключения пакера от гидравлического воздействия.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для изоляции пластов в скважине, включающем полый корпус с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, наружную втулку, установленную на корпусе и образующую с ним полость против радиального отверстия корпуса, размещенный в этой полости подпружиненный рабочий элемент и взаимодействующий с ним переключатель положений устройства, выполненный в виде кольцевой втулки с фигурным пазом по ее образующей, имеющим гнезда под палец, соединенные проточками, и палец, жестко связанный одним концом с корпусом и размещенным другим концом в гнезде фигурного паза с возможностью перемещения с поворотом относительно пальца переключателя в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в устройстве, при этом рабочий элемент выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения с переключением устройства из транспортного положения в рабочее положение с расширением уплотнительного элемента пакера в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия и страховочное положение от непредвиденного повышения давления в скважине, новым является то, что фигурный паз переключателя положений устройства имеет два дополнительных гнезда, соединенных проточками, а рабочий элемент и код фигурного паза переключателя положений выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения рабочего элемента с переключением устройства из рабочего положения с расширением уплотнительного элемента пакера в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия, в рабочее положение допакеровки с расширением уплотнительного элемента.

Поставленная задача достигается также тем, что переключатель положений устройства выполнен в виде кольцевой втулки с четырьмя симметрично расположенными по ее образующей через 90° фигурными пазами, в каждом из которых размещен палец, с возможностью перемещения переключателя с поворотом относительно всех четырех пальцев в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в устройстве.

Поставленная задача достигается также тем, что рабочий элемент выполнен в виде втулки.

Поставленная задача достигается также тем, что рабочий элемент выполнен в виде поршня-клапана, по меньшей мере одного размещенного в корпусе клапанного узла, имеющего канал между поршнем-клапаном и полостью, находящейся против радиального отверстия корпуса.

На фиг.1 изображено устройство в исходном транспортном положении (рабочий элемент выполнен в виде втулки); на фиг.2 - устройство в исходном транспортном положении (рабочий элемент выполнен в виде поршня-клапана); на фиг.3 - устройство в его рабочем положении при пакеровке (или при допакеровке) с расширением уплотнительного элемента; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.5 - вид устройства по стрелке В на фиг.1. Где положение переключателя 10 в момент:

поз.21 - транспортное положение,

поз.22 - после прохождения через устройство цементировочной пробки,

поз.23 - после сброса давления в колонне,

поз.24 - в момент приведения в действие пакера,

поз.25 - после сброса давления в колонне,

поз.26 - в момент приведения в действие пакера при допакеровке,

поз.27 - после сброса давления в колонне,

поз.28 - при непредвиденном повышении давления (ремонтные работы в скважине).

Устройство для изоляции пластов в скважине (см. фиг.1) включает полый корпус 1 с радиальным отверстием 2, по меньшей мере одним. Это отверстие перекрыто полым срезным штифтом 3 с уплотнительным кольцом 4.

Устройство имеет пакер гидравлического действия (на чертеже условно не показан). На корпусе установлена наружная втулка 5. Она образует с корпусом кольцевую полость 6 против радиального отверстия. Имеется средство для разрушения полого срезного штифта (условно не показано).

Оно может быть выполнено, например, в виде цементировочной пробки. В кольцевой полости 6 размещен рабочий элемент 7 с уплотнительными кольцами 8. Рабочий элемент 7 подпружинен пружиной 9. В кольцевой полости 6 размещен также переключатель положений устройства 10. Он взаимодействует с рабочим элементом 7 и выполнен в виде кольцевой втулки с фигурным пазом 11 по ее образующей (фиг.1, 5). С корпусом жестко связан палец 12 одним его концом. При этом палец 12 другим его концом размещен в фигурном пазе 11 переключателя положений 10. При этом переключатель 10, его фигурный паз 11, палец 12 и рабочий элемент 7 выполнены таким образом, что обеспечивается возможность перемещения с поворотом переключателя 10 относительно пальца 12 в соответствии с кодом фигурного паза 11 (после разрушения полого срезного штифта 3) и возвратно-поступательного перемещения рабочего элемента 7 с переключением устройства в различные его положения.

Рабочий элемент 7 может быть выполнен в виде втулки, расположенной в кольцевой полости 6, образованной наружной втулкой 5 и корпусом 1 (фиг.1). Рабочий элемент 15 может быть также выполнен в виде поршня-клапана с уплотнительными кольцами 14, расположенного в корпусе 17 клапанного узла, имеющего канал 13 в корпусе клапанного узла 17, соединяющий поршень-клапан 15 с полостью 6, находящейся против радиального отверстия корпуса (фиг.2). Корпус 1 содержит наружную кольцевую проточку 16 для перепуска жидкости из полости корпуса 1 в полость пакера через кольцевую полость 6 в рабочем положении (фиг.1-3). Переключатель положений 10 имеет фигурный паз 11, содержащий верхние и нижние гнезда 19 под палец 12, соединенные между собой проточками 18 (фиг.5). При этом проточки 18 и гнезда 19 смещены относительно друг друга по вертикали и имеют кромки 20, соединяющие проточки, выполненные под углом к вертикали. Такое выполнение фигурного паза 11 (с такими кромками и проточками) обеспечивает возможность поворота переключателя в радиальном направлении и переход к новой позиции. Фигурный паз имеет восемь гнезд 19 для фиксации пальца 12 в одной из восьми позиций 21-28 (фиг.5), обеспечивающих разные положения устройства. При этом в отличие от прототипа, у которого фигурный паз переключателя имеет шесть гнезд, в патентуемой конструкции устройства имеется дополнительных два гнезда. Это обеспечивает возможность возвратно-поступательного перемещения рабочего элемента с переключением устройства из рабочего положения с расширением уплотнительного элемента пакера в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия, в рабочее положение допакеровки с расширением уплотнительного элемента. Переключатель положений устройства 10 может быть также выполнен в виде кольцевой втулки с четырьмя симметрично расположенными по ее образующей через 90° фигурными пазами 11, в каждом из которых размещен палец 12, с возможностью перемещения с поворотом относительно всех четырех пальцев переключателя в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в устройстве (фиг.4). Такая конструкция переключателя не допускает перекосы его при перемещениях в процессе работы и обеспечивает более надежное переключение устройства из одного положения в другое.

Устройство работает следующим образом.

После спуска колонны (обсадной колонны в скважину или заливочной колонны до зоны, подлежащей изоляции) с длинным устройством в колонну пускают цементировочную (разделительную) пробку. Эта пробка срезает полый штифт 3 и перемещается вниз до посадки на стоп-кольцо (не показано). При движении цементировочной пробки (не показано) жидкость из полости колонны под действием избыточного давления через отверстие разрушенного полого штифта 3, сжимая пружину 9, частично перемещает рабочий элемент 7 (15) и переключатель положений 10. При этом конец пальца 12, расположенный в фигурном пазе 11 (или четыре пальца, расположенных в фигурных пазах), проворачивает переключатель 10 и устанавливает его в позицию 22 (фиг.5). В этом положении переключатель находится в течение всего времени цементирования. При этом гидравлическое сообщение с пакером отсутствует, т.к. рабочий элемент 7 (15) перемешается поступательно в кольцевой полости 6 на ограниченное расстояние, при котором отсутствует возможность перепуска жидкости из полости корпуса 1 в полость пакера через кольцевую полость 6 в рабочем положении устройства.

Уплотнительные кольца 8 рабочего элемента 7 (или рабочего элемента 15) обеспечивают необходимую герметичность устройства (фиг.1, 2).

После окончания цементирования скважины и изоляции пластов в скважине давление в колонне и полости корпуса 1 снимают (сбрасывают).

Рабочий элемент 7 (или рабочий элемент 15) под действием сжатой пружины 9 обеспечивает возможность проворота переключателя 10 и занимает позицию 23 (совершает возвратно-поступательное перемещение). При повторном повышении давления в колонне рабочий элемент 7 (15), сжимая пружину 9, перемещается. При этом переключатель положений 10 занимает позицию 24.

При этом происходит увеличенный ход рабочего элемента 7 (15). Его верхний торец опускается ниже верхней кромки наружной кольцевой проточки 16 корпуса 1 (фиг.3). Это обеспечивает возможность перепуска жидкости из полости корпуса 1 в полость пакера через кольцевую полость 6 и открывшийся продольный кольцевой канал проточки 16.

Жидкость через открывшийся продольный кольцевой канал 16 поступает в полость пакера (его уплотнительного элемента) и расширяет уплотнительный элемент пакера. То есть пакер с его расширением уплотнительного элемента приводится в рабочее положение.

После сброса давления в колонне (корпусе устройства) рабочий элемент 7 (15) под воздействием пружины 9, проворачивая переключатель положений 10, вновь совершает возвратное свое перемещение вниз, но в позицию 25 (фиг.5). При этом верхний торец рабочего элемента 7 (15) поднимается выше верхней кромки наружной кольцевой проточки 16 и перекрывает продольный кольцевой канал. Поступление жидкости в полость пакера прекращается.

В том случае, когда требуется произвести допакеровку затрубного пространства, призванную компенсировать растяжение резинотканевого уплотнительного элемента пакера, производят повторное повышение рабочего давления в колонне (корпусе устройства). В этом случае рабочий элемент 7 (15) вновь перемещается, сжимая пружину 9. При этом переключатель положений 10 занимает позицию 26 (фиг.5).

При этом снова происходит увеличенный ход рабочего элемента 7 (15) и его верхний торец опускается ниже верхней кромки наружной кольцевой проточки 16 корпуса 1 (фиг.3). Это обеспечивает возможность перепуска жидкости из полости корпуса 1 в полость пакера через кольцевую полость 6 и открывшийся продольный кольцевой канал проточки 16.

Жидкость через открывшийся продольный кольцевой канал 16 поступает в полость пакера (его уплотнительного элемента) и дополнительно расширяет уплотнительный элемент пакера. При этом происходит допакеровка затрубного пространства и тем самым достигается более высокая надежность выполнения пакерных работ.

После сброса давления в колонне (корпусе устройства) рабочий элемент 7 (15) под воздействием пружины 9, проворачивая переключатель положений 10, вновь совершает свое возвратное перемещение вниз, но уже в позицию 27 (фиг.5). При этом верхний торец рабочего элемента 7 (15) поднимается выше верхней кромки наружной кольцевой проточки 16 и перекрывает продольный кольцевой канал. Поступление жидкости в полость пакера прекращается.

При дальнейших непредвиденных повышениях давления в колонне (например, при ремонтных работах в скважине) предусмотрено страховочное положение устройства. Для этого предусмотрено осевое перемещение переключателя положений 10 в позицию 28 (фиг.5). В этой позиции перемещение рабочего элемента 7 (15) ограничено. Его верхний торец не достигает верхней кромки наружной кольцевой проточки 16 корпуса 1. Этим обеспечивается надежность работы устройства, и оно застраховано от непредвиденных повышений давления в колонне.

Преимущества патентуемого устройства для изоляции пластов в скважине заключается в следующем.

Обеспечивается более высокая надежность проведения пакерных работ за счет возможности выполнения допакеровки затрубного пространства с использованием одного и того же устройства. Кроме того, повышение надежности выполнения пакерных работ достигается также тем, что конструкция переключателя положений устройства обеспечивает более плавное, без перекосов, перемещение его в осевом и радиальном направлениях за счет четырех симметрично расположенных пазов, в которых размещены пальцы.