устройство для изоляции пластов в скважине

Формула изобретения

Устройство для изоляции пластов в скважине, включающее соединенные между собой патрубками верхний и нижний пакеры, каждый из которых имеет корпус с муфтой и радиальными каналами, обечайку, образующую с корпусом кольцевую полость, кольцевой конус, шлипсовый узел и узел установки верхнего пакера, отличающееся тем, что оно снабжено ступенчатыми втулками, большие ступени которых размещены в кольцевых полостях, а пакеры размещены на меньших ступенях ступенчатых втулок, при этом узел установки верхнего пакера выполнен в виде патрубка, тяги с внутренней кольцевой канавкой, муфты с радиальными каналами, образующей с наружной поверхностью патрубка и внутренней поверхностью тяги рабочую полость, втулки с кольцевой канавкой, помещенной в рабочей полости, накидной гайки, связанной с верхней частью тяги, нижняя часть которой связана с кольцевым конусом, и кулачков, помещенных в радиальных каналах муфты, фиксирующих тягу относительно муфты и взаимодействующих со втулкой, которая зафиксирована срезными винтами относительно тяги и установлена с возможностью перемещения вверх относительно муфты узла установки верхнего пакера до упора в накидную гайку после среза винтов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для временного или постоянного отключения пластов при освоении, эксплуатации и капитальном ремонте скважин.

Известно устройство, включающее два пакера, соединенные между собой полым стволом для изоляции пластов в скважине в интервале между двумя пакерами. Каждый из пакеров включает полый ствол с радиальными каналами, обратный клапан, уплотнительный элемент, обечайку, размещенную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость [1]

Недостаток устройства заключается в том, что распакеровка обоих пакеров, а следовательно съем устройства, осуществляется за счет вращения с натяжением колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), на которой устройство установлено в скважине, что может привести к существенным осложнениям, особенно в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах. Кроме того, отсутствие шлипсового узла у пакера снижает надежность изоляции пластов из-за возможных осевых перемещений устройства с запакерованными уплотнительными элементами в процессе работы в скважине.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, включающее соединенные между собой патрубками верхний и нижний пакеры, каждый из которых имеет корпус с муфтой и радиальными каналами, обечайку, образующую с корпусом кольцевую полость, кольцевой конус, шлипсовый узел и узел установки верхнего пакера [2]

Недостаток устройства заключается в том, что распакеровка уплотнительного элемента и возвращение шлипсов в исходное положение перед извлечением из скважины обеспечивается также за счет вращения с натягом НКТ, на которых устройство установлено в скважине.

Цель изобретения повышение эксплуатационной надежности устройства.

Цель достигается тем, что устройство включает соединенные между собой патрубками верхний и нижний пакеры, каждый из которых состоит из корпуса с муфтой и радиальными каналами, обечайку, образующую с корпусом кольцевую полость, кольцевой конус, шлипсовый узел и узел установки верхнего пакера, устройство снабжено ступенчатыми втулками, большие ступени которых размещены в кольцевых полостях, а пакеры размещены на меньших ступенях ступенчатых втулок, при этом узел установки верхнего пакера выполнен в виде патрубка, тяги с внутренней кольцевой канавкой, муфты с радиальными каналами, образующей с наружной поверхностью патрубка и внутренней поверхностью тяги рабочую полость, втулки с кольцевой канавкой, помещенной в рабочей полости, накидной гайки, связанной с верхней частью тяги, нижняя часть которой связана с кольцевым конусом, и кулачков, помещенных в радиальных каналах муфты, фиксирующих тягу относительно муфты и взаимодействующих со втулкой, которая зафиксирована срезными винтами относительно тяги и установлена с возможностью перемещения вверх относительно муфты узла установки верхнего пакера до упора в накидную гайку после среза винтов.

На фиг. 1 изображено устройство, в исходном положении; на фиг.2 то же, после установки в скважине в момент отсоединения от устройства НКТ; на фиг.3

то же, разрез подетально в исходном положении; на фиг.4 то же, разрез подетально в рабочем положении после установки в скважине в момент отсоединения от устройства НКТ; на фиг.5 то же, разрез подетально при извлечении из скважины после поочередного съема верхнего и нижнего пакеров.

Устройство (фиг. 1 и 3) состоит из верхнего и нижнего пакеров, соединенных между собой патрубками 46. Верхний пакер состоит из корпуса 2 с радиальными каналами 2а, обечайки 4, ступенчатой втулки 5 с клапаном 6, уплотнительных элементов 7, шлипсового узла 8 со шлипсами 9 и кольцевого конуса 10. Шлипсовый узел 8 закреплен на ступенчатой втулке 5 срезными штифтами, которая в свою очередь закреплена на корпусе 2 срезными винтами (на фиг.1-5 срезные штифты и винты не показаны).

Нижний пакер состоит из корпуса 15 с радиальным каналом 15а и канавкой 16 на наружной поверхности, обечайки 17, ступенчатой втулки 18, клапана 19 и уплотнительного элемента 20, кольцевого конуса 21 со стопорными винтами 22, шлипсового узла 23 со шлипсами 24, закрепленного на корпусе 15 срезными винтами 25. Шлипсовый узел 23 закреплен на ступенчатой втулке 18 срезными штифтами, которая в свою очередь закреплена на корпусе 15 срезными винтами (фиг.1-5 срезные штифты и винты не показаны).

Проходной канал устройства перекрыт снизу седлом 26 с шаром 27, установленным на срезных винтах 28 в патрубке 29.

Перед спуском в скважину к устройству присоединяется узел установки, который состоит из патрубка 30 с радиальными каналами 31 для промывки скважины и радиальными каналами, в которых размещены кулачки 32, втулки 33 с кольцевой канавкой 34 на наружной поверхности, закрепленной срезными штифтами 35 в патрубке 30, тяги 11 с внутренней кольцевой канавкой 11а и радиальными каналами под срезные штифты 14, муфты 12 с радиальными каналами, в которых размещены кулачки 13 и внутренней кольцевой канавкой под кулачки 32, втулки 3 с кольцевой канавкой 3а, размещенной в рабочей полости, образованной тягой 11, муфтой 12 и патрубком 30 и накидной гайки 1. Расстояние между верхним и нижним пакерами регулируется патрубками 46, соединенными между собой муфтами 36. Устройство спускают в скважину на НКТ 37, присоединяемых к узлу установки муфтой 38.

Устройство работает следующим образом.

После спуска в предназначенный для изоляции интервал эксплуатационной колонны 39 с перфорационными отверстиями 40-42 в устройстве создают избыточное давление путем закачки жидкости по НКТ с устья скважины. Жидкость по радиальным каналам 2а, 15а через клапаны 6 и 19 поступает в кольцевые полости, образованные корпусами 2 и 15 с обечайками 4 и 17, и воздействует на торцовые поверхности больших ступеней ступенчатых втулок 5 и 18. При расчетном по величине избыточном давлении на ступенчатые втулки 5 и 18 действует осевая нагрузка Q Q_o, достаточная для среза винтов, с помощью которых ступенчатые втулки закреплены на корпусе (на фиг.1-5 срезные винты не показаны). Втулка 5 со шлипсовым узлом 8 и уплотнительным элементом 7 перемещается вверх, а втулка 18 с конусом 21 и уплотнительным элементом 20 - вниз, при этом шлипсы 9 и 24 заходят на кольцевые конусы 10 и 21 до упора во внутреннюю поверхность эксплуатационной колонны 39, что обеспечивает заякоривание устройства в скважине. После упора шлипсов 9 и 24 во внутреннюю поверхность эксплуатационной колонны происходит срез штифтов, с помощью которых шлипсовые узлы 8 и 23 закреплены на ступенчатых втулках 5 и 18 (на фиг.1-5 срезные штифты не показаны), и втулка 5 продолжает перемещение вверх, а втулка 18 вниз, сжимая в осевом направлении уплотнительные элементы 7 и 20. С увеличением осевой нагрузки Q Q₁ > Q_o уплотнительные элементы 7 и 20 запакеровываются в эксплуатационной колонне 39. При избыточном давлении в полости устройства, создающем на ступенчатые втулки 5 и 18 осевую нагрузку Q > Q₁, происходит срез штифтов 28 и седло 26 с шаром 27 освобождают проходной канал устройства (фиг.4).

Отсоединение узла установки от устройства производят следующим образом. В НКТ пускают шар 43, после посадки которого на втулку 33 создают избыточное давление в НКТ. При расчетном избыточном давлении P_o, на втулку 33 действует осевая нагрузка q q_o, при которой происходит срез штифтов 35, втулка 33 перемещается вниз до упора в уступ патрубка 30 узла установки и разгерметизация радиальных каналов 31. После получения циркуляции жидкости из НКТ через радиальные каналы 31, производят натяжение НКТ, при этом кулачки 32 выходят из кольцевой канавки 12а муфты 12 и входят в кольцевую канавку 34 втулки 33, в результате чего происходит отсоединение узла установки от устройства (фиг. 4).

Для съема устройства и извлечения его из скважины в эксплуатационную колонну 39 спускают узел захвата, состоящий из полого корпуса 44 с подпружиненными кулачками 45 (фиг. 5). Перед вхождением узла захвата в устройство проводят промывку внутренней его полости, в том числе и кольцевой канавки 3а втулки 3. При вхождении узла захвата в устройство подпружиненные кулачки 45 размещаются в кольцевой канавке 3а втулки 3. Натяжением НКТ на расчетную величину свыше их веса втулку 3 тянут вверх. При силе натяжения N_o происходит срез штифтов 14 и перемещение втулки 3 до упора в накидную гайку 1, после чего кулачки 13 свободно выходят из кольцевой канавки 11а тяги 11, которая перемещается вверх вместе с конусом 10 до упора конуса в муфту 12. В результате обеспечиваются условия возвращения шлипсов 9 и уплотнительного элемента 7 в исходное положение, т.е. происходит съем верхнего пакера. Повторным натяжением НКТ на расчетную величину свыше их веса тянут вверх корпус 15. При силе натяжения N₁ > N_o происходит срез винтов 25 и перемещение корпуса 15 вверх, первоначально относительно втулки 18, уплотнительного элемента 20, кольцевого конуса 21 и шлипсового узла 23. Это создает условия для распакеровки уплотнительного элемента 20 при свободном перемещении ступенчатой втулки 18 вверх за счет действия упругих сил со стороны уплотнительного элемента 20. Затем, при упоре стопорного винта 22 о нижний торец канавки 16 корпус 15 продолжает перемещаться вверх вместе с кольцевым конусом 21 ступенчатой втулки 18 и уплотнительным элементом 20 относительно шлипсового узла 20, в результате шлипсы 24 возвращаются в исходное положение, т.е. происходит съем нижнего пакера, а следовательно и устройства в целом.

Устройство может использоваться при некоторых упрощениях конструкции верхнего пакера, а именно без шлипсового узла 8, шлипсов 9 и кольцевого конуса 10, которые заменяются одной упорной гайкой, соединенной с тягой 11. Упрощенная конструкция устройства рекомендуется для повышения надежности извлечения его после установки в глубоких скважинах, а также из скважин, в которых устройства предназначены на длительный период эксплуатации. В упрощенной конструкции шлипсы 24 шлипсового узла 23 нижнего пакера обеспечивают заякоривание всего устройства в эксплуатационной колонне.

Предлагаемое устройство позволит повысить его эксплуатационную надежность, а именно съем устройства без осложнений и извлечение из скважины.

Кроме основного своего назначения, применение данного устройства предотвратит одно из осложнений, часто происходящих в процессе насосной эксплуатации скважин падение насосов на забой.