устройство для перекрытия ствола скважины

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ, включающее полый корпус с радиальными каналами, цилиндрический стакан, концентрично установленный в нем с возможностью осевого перемещения и перекрытия радиальных каналов в крайнем верхнем своем положении эластичный уплотнительный элемент, размещенный на корпусе и образующий с ним полость и прикрепленный к корпусу переводник, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности его в работе за счет улучшения герметичности перекрытия ствола скважины, устройство снабжено механизмами выдвижения уплотнительного элемента, равномерно размещенными в полости между последним и корпусом, каждый из которых выполнен в виде поршневого толкателя, жестко связанного с уплотнительным элементом, и двух неподвижных концентричных цилиндров, образующих кольцевую рабочую и цилиндрическую промывочные камеры для размещения в них поршней толкателя, причем в корпусе на уровне промывочной камеры механизмов выдвижения в соответствующих поршнях толкателя и в подвижном стакане выполнены радиальные отверстия, а рабочая камера механизмов выдвижения связана посредством радиальных каналов корпуса с его полостью, при этом в верхней части корпуса установлен обратный клапан, а в нижней - две пружины разной длины.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что жесткость более длинной пружины меньше жесткости более короткой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для перекрытия ствола нефтяных скважин.

Известно устройство для перекрытия ствола скважины, содержащее связанный с колонной труб переводник, уплотнительный элемент и деревянную пробку с осевым каналом. Недостатком этого устройства является то, что уплотнительный элемент при спуске находится внутри переводника и при выдавливании неплотно перекрывает ствол скважины.

Известно также устройство для разобщения пластов и цементирования скважин, устанавливаемое на обсадной колонне. Оно содержит корпус с промывочными каналами и перекрывающими их подвижными втулками и уплотнительный элемент. Особенностью устройства является то, что его уплотнительный элемент снабжен камерой для ускорителя тампонажного раствора, а перекрывающие втулки расположены одна в другой, что позволяет перемещать их одним сбрасываемым шаром [1]. Недостатком этого устройства является то, что его уплотнительный элемент взаимодействует с участком колонны, не очищенным предварительно от ила. Это может сказаться на качестве разобщения продуктивных горизонтов. Шарик, являющийся приводом уплотнительного элемента, должен находиться под воздействием избыточного давления как в процессе разобщения, так и в процессе промывки скважины. Это создает определенную трудность при посадке устройства в скважине.

Цель изобретения - повышение надежности работы за счет улучшения герметичности перекрытия ствола скважины.

Достигается это тем, что устройство снабжено механизмами выдвижения уплотнительного элемента, равномерно размещенными в полости между последним и корпусом, каждый из которых выполнен в виде поршневого толкателя, жестко связанного с уплотнительным элементом, и двух неподвижных концентричных цилиндров, образующих кольцевую рабочую и цилиндрическую промывочную камеры, для размещения в них поршней толкателя, причем в корпусе на уровне промывочной камеры механизмов выдвижения, в соответствующих поршнях толкателя и в подвижном стакане выполнены радиальные отверстия, а рабочая камера механизмов выдвижения связана посредством радиальных каналов корпуса с его полостью. При этом в верхней части корпуса установлен обратный клапан, а в нижней - две пружины разной длины.

На фиг.1 изображено устройство в сборе; на фиг.2 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Полый корпус 1 устройства посредством переводника 2 соединяется с колонной бурильных труб. В тело корпуса вмонтированы механизмы выдвижения уплотнительных элементов в рабочее положение. Механизм выдвижения в виде поршневого толкателя, приводимый в действие скважинной жидкостью, состоит из неподвижных концентрично расположенных цилиндров 3,4, поршневого толкателя 5, соединяемого с уплотнительными элементами 6 посредством крепежного элемента 7. Уплотнительные элементы имеют поперечные каналы "К" для промывки внутренней полости обсадной колонны. Поршневой толкатель 5 с неподвижными концентрично располо- женными цилиндрами 3, 4 образует кольцевую рабочую "d" и цилиндрическую промывочную "С" камеры, в которых размещаются поршни толкателя. В корпусе 1 на уровне промывочной камеры "С" механизмов выдвижения в соответствующих поршнях толкателя 5 и в подвижном стакане 8 выполнены соответственно радиальные отверстия "б", "К" и "а". Рабочая камера "d" механизмов выдвижения посредством радиальных каналов "е" корпуса имеет возможность сообщаться с его полостью. Уплотнительные элементы 6 в виде автономных секций зажимают между верхним 9 и нижним 10 зажимными шайбами, последняя из которых стопорится с корпусом 1, внутри верхней части которого установлен обратный клапан 11, посредством гайки 12. Обратный клапан 11 служит для поддержания необходимого давления на уплотнительные элементы 6. В нижней части стакан 8 подпружинен двумя пружинами 13, 14 разной длины с различной чувствительностью.

Устройство работает следующим образом. В процессе спуска устройства в скважину в непосредственной близости зоны перекрытия ствола нагнетанием жидкости давлением равным Р₁ открывается обратный клапан 11, и до момента фиксирования устройства на необходимой глубине через поперечные каналы "К" промывают внутреннюю полость обсадной колонны.

После расположения устройства на необходимой глубине повышением давления нагнетаемой жидкости от Р₁ до Р₂ приводят в движение стакан 8. Перепад давления, действуя на опорную поверхность стакана, перемещает его вниз. В процессе этого перемещения через щелевое окно "а" и радиальное отверстие "б", сообщающее внутритрубное пространство в полости "С", происходит промывка внутренней полости обсадной колонны. Поджатие пружины большой длины 14 с чувствительностью б₁, перемещающимся вниз стаканом 8 продолжается до перекрытия щелевым окном "а" отверстия "б", после чего прекращается нагнетание жидкости в полость "С" цилиндра механизма выдвижения и заканчивается процесс промывки зоны посадки уплотнительных элементов. Это положение стакана поддерживается пружиной 13 меньшей длины с чувствительностью б₂<б (см. схему, на которой изображена работа системы упругих элементов).

Дальнейшим повышением давления жидкости до Р₃ путем поджатия системы упругих элементов (пружин 13 и 14) стакан перемещается до крайнего нижнего положения. В этом положении стакана вскрывается отверстие "е", происходит подача жидкости в полость "d". Это способствует выводу уплотнительных элементов 6 в рабочее положение и их фиксации. После сброса давления жидкости от Р₃ до Р₁ стакан под воздействием пружин 13 и 14 возвращается в исходное положение. Закрывается отверстие "е" и уплотнительные элементы 6 фиксируются в рабочем положении. Следовательно, система пружин 13 и 14 предназначена для регулирования положения подвижного стакана. За счет этого регулирования последовательно осуществляет- ся промывка зоны посадки уплотнительных элементов (это положение сердечника обеспечивается пружиной 14), а также вывод и фиксация их в рабочем положении (это положение сердечника обеспечивается пружиной 13).

Секции уплотнительных элементов снабжены индивидуальными механизмами выдвижения. Каждый механизм выдвижения вмонтирован в корпус 1 двух неподвижных концентричных цилиндров 4 и 5, соединенных с уплотнительным элементом 7 посредством крепежного винта 8. Поршневая система 6 снабжена поперечными каналами "К" для промывки и очистки от ила зоны посадки уплотнительных элементов. Полости "С" и "d" цилиндра имеют возможность сообщаться с внутритрубным пространством соответственно через отверстия "б" и "е".

Механизм выдвижения работает следующим образом.

В процессе нагнетания жидкости за счет совмещения щелевидного окна "а" с отверстием "б" происходит промывка зоны посадки уплотнительных элементов через каналы "К". Перемещаясь в крайнее нижнее положение, сердечник вскрывает отверстие "е", через которое давлением жидкости поршневая система 6 механизма выводится в положение, при котором уплотнительные элементы располагаются на внутренней поверхности обсадной колонны. Это положение уплотнительных элементов фиксируется закрытием отверстия "е" за счет перемещения сердечника вверх после сброса давления нагнетаемой жидкости.

После перекрытия ствола скважины колонну насосно-компрессорных труб отвинчивают от переводника 2 с левой резьбой в верхней части под насосно-компрессорные трубы, и устройство оставляют в скважине в качестве пробки, на которой устанавливают цементный мост. Заливку цементным раствором производят через насосно-компрессорные трубы, на которых спускали устройство, путем их подъема на небольшое расстояние.

Использование предлагаемого устройства повышает надежность перекрытия ствола скважины и обеспечивает необходимую несущую способность цементного моста, оставляемого на устройства в скважине.