пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны

Формула изобретения

Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны, содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, отличающееся тем, что расширяющий узел расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб - герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб, срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления, и может найти применение при спуске дополнительных обсадных колонн в скважины, обсадные колонны которых пришли в негодность.

Известен Пакер (патент РФ №2215864, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №31 от 10.11.2003), включающий спускаемые на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) полые верхний и нижний корпусы, присоединенный к концу нижнего корпуса расширяемый патрубок с уплотнительным элементом, размещенным на его поверхности, в виде эластичной оболочки, дорн, установленный в корпусе, и гидравлическую камеру, при этом его расширяемый патрубок выполнен с наружным кольцевым выступом, над которым расположен якорный участок с зубчатыми насечками, а под ним - уплотнительный элемент, верхняя часть которого контактирует с конической поверхностью кольцевого выступа, а нижний конец выполнен в виде ласточкиного хвоста и в сжатом состоянии размещен в стакане-центраторе, прикрепленном к концу нижнего корпуса, при этом его дорн снабжен съемным клапаном, выполнен полым и двухступенчатым и помещен в верхнем корпусе с возможностью заклинивания второй ступенью в зоне расположения кольцевого выступа расширяемого патрубка при его установке, а гидравлическая камера образована корпусом, полостями дорна с клапаном и НКТ.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, для установки пакера требуется высокое давление посадки (для стального расширяемого патрубка - 40 МПа, для алюминиевого - 25 МПа), во время которого колонна насосно-компрессорных труб (НКТ), на которых спускается пакер, удлиняется;

во-вторых, при снятии давления посадки колонна НКТ сжимается с большим усилием (в зависимости от прилагаемого давления от 15 до 35 тонн), что может привести к срыву пакера.

Известно Пакерующее устройство (св. на полезную модель РФ №26075, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2002 г.), содержащее основной пакер, включающий корпус с размещенной на его наружной поверхности эластичной манжетой, подвижной клиновой цилиндр, связанный с приводом, срезные и уплотнительные элементы и упоры, при этом устройство снабжено дополнительным пакером, состоящим из корпуса, соединенного через переводник с корпусом основного пакера, с надетой на него эластичной манжетой, подвижным клиновым цилиндром, образующим с корпусом и уступом на его наружной поверхности гидрокамеру, соединенную через радиальные каналы в корпусе с внутритрубным пространством.

Недостатками устройства являются большое количество сложных деталей, которые размещены в составе дополнительной обсадной колонны, остаются в каждой скважине, что приводит к удорожанию конструкции и необходимости изготовления большого числа технологически сложных деталей, что приводит к удорожанию его использования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны (Патент на полезную модель РФ №32182, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №25 от 10.09.2003 г.), содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел, включающий конус, и срезной элемент, при этом корпус является деформируемым элементом и снабжен с нижнего конца вогнутым участком, расширяющий узел установлен внутри корпуса, а его конус наружной поверхностью плотно прижат к вогнутому участку и снабжен снизу с внутренней стороны цилиндрической выборкой, в которой жестко установлена промежуточная втулка, упомянутый узел снабжен воронкой с коническими и цилиндрическими участками на внутренней поверхности, упирающейся в торец конуса и имеющей две цилиндрические выборки, причем верхняя контактирует с верхней зоной внутренней поверхности конуса, а нижняя жестко соединена с фиксирующей втулкой с внутренним кольцевым выступом, а срезной элемент установлен между торцами упомянутых втулок и уступами цилиндрических выборок конуса и воронки, внутренние диаметры цилиндрического участка воронки и кольцевого выступа фиксирующей втулки выбраны под диаметр корпуса замкового механизма, установленного на нижнем конце опущенных в дополнительную обсадную колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и снабженного со стороны нижнего торца кольцевой расточкой, в которой жестко установлена втулка с коническим наружным срезом в верхней части, причем в зоне конического среза расположено коническое разрезное кольцо, взаимодействующее в рабочем положении с кольцевым выступом фиксирующей втулки, дополнительная обсадная колонна на устье скважины жестко связана с устьевым оборудованием.

Недостатки устройства:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;

во-вторых, механическая пакеровка приводит к большим усилиям посадки (для алюминиевого патрубка - 15-17 тонн, для стального - 35-40 тонн), которое сжимает дополнительную обсадную колонну, на которой спускается пакерующее устройство;

в-третьих, возможность использования устройства ограничивается техническими характеристиками подъемной вышки;

в-четвертых, при снятии усилия посадки при снятии давления дополнительная колонна возвращается в исходное состояние с большим усилием (в зависимости от прилагаемого усилия от 15 до 40 тонн), что может привести к срыву с места посадки корпуса после установки.

Технической задачей изобретения является создание устройства, простого и надежного в применении, конструктивно дешевого, за счет уменьшения количества технически сложных деталей и снятия нагрузки с дополнительной обсадной колонны во время посадки пакерующего устройства.

Техническая задача решается предлагаемым пакерующим устройством дополнительной обсадной колонны, содержащим корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и воздействующий сверху на расширяющий узел.

Новым является то, что расширяющий узел расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху с расширяющим узлом и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб, срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.

На чертеже изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны 1 содержит корпус 2, выполненный в виде патрубка 3 с установленной на нем эластичной манжетой 4, расширяющий узел 5 с конусом 6, срезной элемент 7, механизм 8, спускаемый на колонне труб 9 в дополнительную обсадную колонну 1 и взаимодействующий сверху с расширяющим узлом 5. Расширяющий узел 5 расположен сверху и зафиксирован конусом 6 вниз в патрубке 3. Механизм 8 выполнен в виде толкателя 10 внизу и якорного узла 11 вверху. Толкатель 10 выполнен в виде гидроцилиндра 12, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел 5 и оснащенного поршнем 13 и полым штоком 14, который соединен с поршнем 13 жестко, а с колонной труб 9 герметично с возможностью осевого перемещения вверх. Якорный узел 11 выполнен в виде плашек 15, установленных на полом штоке 14 с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока 14 вверх относительно колонны труб 9. Это можно осуществить, например, при помощи упора 16 колонны труб 9 и клинового толкателя 17 полого штока 14, с которыми плашки 15 взаимодействуют при помощи Т-образного соединения и/или соединения ласточкин хвост" в любых сочетаниях, например с клиновым толкателем 17 - при помощи ласточкиного хвоста, а с упором 16 - при помощи Т-образного соединения. Срезной элемент 7 фиксирует полый шток 14 относительно колонны труб 9 во время спуска в скважину 18. Несанкционированные перетоки жидкости в устройстве предотвращаются уплотнительными кольцами 19 и 20.

Устройство работает следующим образом.

После исследования эксплуатационной колонны скважины 18 во внутрь нее на дополнительной обсадной колонне 1 спускают пакерующее устройство с таким расчетом, чтобы корпус 2 оказался ниже нарушений (не показаны) в эксплуатационной колонне скважины 18. При этом дополнительную обсадную колонну 1 герметично и жестко фиксируют на устье 21 скважины 18. После этого в дополнительную обсадную колонну 1 спускают колонну труб 9 с механизмом 8 на нижнем конце до тех пор, пока толкатель 10 гидроцилиндром 12 не обопрется на расширяющий конус 4 (определяется по снижению веса колонны труб 9). По достижению расчетного усилия разрушается срезной элемент 7, приводя якорный узел 11 в действие. В результате упор 16 колонны труб 9 перемещается вниз относительно расширяющего узла 5, а полый шток 14 с клиновым толкателем 17 - вверх относительно колонны труб 9, раздвигая плашки 15 до прижатия их зубчатой части к дополнительной обсадной колонне 1. При этом полый шток 14 фиксируется относительно дополнительной обсадной колонны 1. После чего в колонне труб 9 создают избыточное давление, которое через полый шток 14 передается под поршень 13 в гидроцилиндр 12, который благодаря фиксации полого штока 14 перемещается вниз, оказывая давление на расширяющий узел 5. При этом расширяющий узел 5 конусом 6 расширяет патрубок 3 до прижатия эластичной манжеты 4 к дополнительной обсадной колонне 1, изолируя межтрубное пространство 22 от внутритрубного 23, изолируя нарушения эксплуатационной колонны скважины 18. После прохождения патрубка 3 расширяющим узлом 5, он падает на забой (не показан) скважины 18. В результате давление внутри колонны труб 9 сначала резко падает, так как опоры для гидроцилиндра 12 нет, а затем резко возрастает, после того как гидроцилиндр 12 упрется в поршень 13. Процесс установки пакерующего устройства дополнительной колонны труб 1 завершен. Давление сбрасывается в колонне труб 9, которая приподнимается, в результате полый шток 14 перемещается вниз относительно колонны труб 9, клиновой толкатель 17 и упор 16 раздвигаются, плашки 15 выходят из зацепления с дополнительной обсадной колонной 1. После чего колонну труб 9 с механизмом 8 извлекают из скважины 18. Так как усилие, создаваемое гидроцилиндром 12 во время расширения патрубка 3, уравновешивается якорным узлом 11, то дополнительная обсадная колонна не удлиняется. В результате после прохождения патрубка 3 расширяющим узлом 5 на корпус 2 пакерующего устройства после его установки не действуют большие усилия, которые могут его сорвать, то есть нарушить герметичность соединения с обсадной колонной скважины.

Предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны просто и дешево в изготовлении и использовании с небольшим количеством деталей, большинство из которых могут использоваться по несколько раз, при этом надежно за счет отсутствия нагрузок, которые нарушают герметичность его после установки.