устройство для изоляции зоны осложнения в скважине

Формула изобретения

1. Устройство для изоляции зоны осложнения в скважине, включающее полый ствол с гидроцилиндром в верхней части, радиальными отверстиями в нижней части и башмаком под этими отверстиями, уплотнительный узел с опорными элементами и конусами, размещенными на наружной поверхности ствола, нижняя плашка для фиксации устройства к стенке скважины, гидравлический привод нижней плашки в рабочее положение, совмещенный с узлом подачи изоляционного раствора в скважину в виде верхнего и нижнего обратного посадочного седла внутри башмака или ствола, ниже радиальных отверстий, под бросовый эластичный элемент и помещенного в кольцевом пространстве между башмаком и наружной поверхностью ствола кольцевого поршня, рабочее пространство которого связано с полостью ствола через радиальные отверстия, узел деформации уплотнительного узла, совмещенный с механическим приводом верхней плашки в ее рабочее положение для дополнительной фиксации устройства к стенке скважины и выполненный в виде установочного узла с муфтой в верхней части, один конец которой служит для соединения с трубами для спуска устройства в скважину, а другой жестко связан с патрубком и ниппелем в виде полого плунжера, образующими между собой кольцевую полость, в которой размещен гидроцилиндр, при этом патрубок установлен снаружи гидроцилиндра и связан с ним срезными элементами и имеет возможность передачи усилия деформации на уплотнительный узел от труб для спуска устройства в скважину в рабочем положении устройства, а ниппель-плунжер помещен в гидроцилиндре и имеет длину не более чем на 20% отличную от длины патрубка.

2. Устройство для изоляции скважины по п.1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя плашки выполнены с возможностью их продольного разъема в рабочем положении устройства при взаимодействии с конусами и имеют возможность их фиксации на стенке скважины и стопорения.

3. Устройство для изоляции скважины по п.3, отличающееся тем, что оно имеет втулки на торцах уплотнительного элемента, выполненные с вогнутыми поверхностями, огибающими уплотнительный узел.

4. Устройство для изоляции скважины по п.1, отличающееся тем, что при положении бросового эластичного элемента на нижнем обратном посадочном седле устройство рассчитано на конечное давление продавки изоляционного раствора.

5. Устройство для изоляции скважины по п.1, отличающееся тем, что бросовый элемент выполнен из резины.

6. Устройство для изоляции скважины по п.1, отличающееся тем, что его узлы выполнены из разбуриваемого материала.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к области изоляционных работ в скважинах, например, вторичного (исправительного, ремонтного) цементирования скважин под давлением. Изобретение может быть использовано также и при установке разобщающих мостов в скважине в необходимых интервалах, а также при любых других изоляционных операциях в скважине. Устройство учитывает специфику технологии, свойственную цементировочным работам.

Известно устройство для изоляции скважины, включающее стыковочный узел для соединения с колонной труб, патрубок, соединенный со стыковочным узлом разъемным соединением и выполненный в нижней его части с посадочным седлом под бросовый элемент, плашки и клинья, размещенные на патрубке и взаимодействующие друг с другом, и уплотнительный элемент, размещенный на патрубке с возможностью его деформации от осевого усилия через стыковочный узел (см., например, Крылов В.И. и др., Осложнения при бурении скважин, М., Недра, 1965, стр.186-187).

Недостатком известного устройства является ограниченность его применения в скважинах в связи, например, с недостаточной надежностью работы в скважинах, особенно наклонных скважинах, значительные трудозатраты при восстановлении сечения скважины после осуществления изоляционных операций. Кроме того, известное устройство не обеспечивает необходимых перепадов давления в скважине в процессе изоляционных работ и после их осуществления при достаточно сложной конструкции.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и упрощение его конструкции.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для изоляции зоны осложнения в скважине включает полый ствол с гидроцилиндром в верхней части, радиальными отверстиями в нижней части и башмаком под этими отверстиями, уплотнительный узел с опорными элементами и конусами, размещенными на наружной поверхности ствола, нижняя плашка для фиксации устройства к стенке скважины, гидравлический привод нижней плашки в рабочее положение, совмещенный с узлом подачи изоляционного раствора в скважину в виде верхнего и нижнего обратного посадочного седла внутри башмака или ствола, ниже радиальных отверстий, под бросовый эластичный элемент и помещенного в кольцевом пространстве между башмаком и наружной поверхностью ствола кольцевого поршня, рабочее пространство которого связано с полостью ствола через радиальные отверстия, узел деформации уплотнительного узла, совмещенный с механическим приводом верхней плашки в ее рабочее положение для дополнительной фиксации устройства к стенке скважины и выполненный в виде установочного узла с муфтой в верхней части, один конец которой служит для соединения с трубами для спуска устройства в скважину, а другой жестко связан с патрубком и ниппелем в виде полого плунжера, образующими между собой кольцевую полость, в которой размещен гидроцилиндр, при этом патрубок установлен снаружи гидроцилиндра и связан с ним срезными элементами, и имеет возможность передачи усилия деформации на уплотнительный узел от труб для спуска устройства в скважину в рабочем положении устройства, а ниппель-плунжер помещен в гидроцилиндре и имеет длину, не более чем на 20% отличную от длины патрубка.

Кроме того:

верхняя и нижняя плашки выполнены с возможностью их продольного разъема в рабочем положении устройства при взаимодействии с конусами и имеют возможность их фиксации на стенке скважины и стопорения;

устройство имеет втулки на торцах уплотнительного элемента, выполненные с вогнутыми поверхностями, огибающими уплотнительный узел;

при положении бросового эластичного элемента на нижнем обратном посадочном седле устройство рассчитано на конечное давление продавки изоляционного раствора;

бросовый элемент выполнен из резины;

узлы устройства выполнены из разбуриваемого материала.

На чертеже показан общий вид устройства.

Устройство для изоляции зоны осложнения в скважине, по существу, в частности, представляет собой цементировочное устройство, своего рода пакер для цементирования. Оно включает полый ствол 1 с гидроцилиндром 2 в верхней части, радиальными отверстиями 3 в нижней части и башмаком 4 под этими отверстиями. Устройство имеет также уплотнительный узел 5 с опорными элементами с конусами 6, 7, размещенный на наружной поверхности полого ствола 1, нижняя плашка 8 для фиксации устройства к стенке скважины (условно не показана). Нижняя плашка 8 имеют гидравлический привод, совмещенный с узлом подачи изоляционного раствора в скважину в виде верхнего посадочного седла 9 и нижнего обратного посадочного седла 10 внутри башмака 4 или полого ствола 1, ниже радиальных отверстий 3, под бросовый запорный эластичный элемент 11. Непосредственно в гидравлический привод нижней плашки 8 входит кольцевой поршень 12, помещенный в кольцевом пространстве между башмаком 4 и наружной поверхностью ствола 1. Рабочее пространство 13 кольцевого поршня 12 связано с полостью 14 ствола через радиальные отверстия 3. Устройство имеет узел деформации уплотнительного узла 5, который совмещен с механическим приводом верхней плашки 15 в ее рабочее положение для дополнительной фиксации устройства к стенке скважины. Узел деформации уплотнительного узла выполнен в виде установочного узла с муфтой 16 в верхней части устройства. Один конец муфты 16 служит для соединения с трубами для спуска устройства в скважину (условно не показаны), а другой конец муфты жестко связан с патрубком 17 и ниппелем 18, выполненным в виде полого плунжера. Патрубок 17 и ниппель-плунжер 18 образуют между собой кольцевую полость 19, в которой размещен полый ствол 1 своим гидроцилиндром 2. Патрубок 17 установлен снаружи гидроцилиндра 2, связан с ним срезными элементами 20 и имеет возможность передачи усилия деформации на уплотнительный узел 5 от труб для спуска устройства в скважину в его рабочем положении. Для этого патрубок может быть, например, снабжен центратором 21 в нижней части. Между этим центратором и верхней плашкой может быть установлен стопорный узел 22 со стопорными элементами 23. Стопорные элементы могут быть предусмотрены и для нижней плашки 8. Ниппель-плунжер 18 помещен в гидроцилиндре 2 и имеет длину, не более чем на 20%, отличную от длины патрубка для обеспечения жесткости устройства (снижения его осевой деформации) при передаче на него осевого усилия и обеспечения заданного (регламентированного) режима деформации уплотнительного узла. Такое соотношение размеров ниппель-плунжера 18 и патрубка 17 получено опытным путем для данной конструкции устройства.

Кроме того, на устройстве показаны:

элементы 24 для уплотнения ниппель-плунжера 18 в гидроцилиндре 2;

втулка 25, в которой выполнены верхнее 9 и нижнее обратное 10 посадочные седла;

срезные элементы 26 для фиксации нижнего опорного элемента 7 с конусом к стволу;

стопорные элементы 27 для нижней плашки 8.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском устройства в скважину его соединяют с установочным узлом в следующем порядке. В верхнюю внутреннюю часть ствола 1, его гидроцилиндр 2, устанавливают ниппель-плунжер 18. Поверхность взаимодействия ниппеля-плунжера 18 с гидроцилиндром 2 герметизируют с помощью уплотнительных колец 24, которые могут быть помещены в цидроцилиндре или ниппеле. Ниппель 18 соединяют с муфтой 16. С этой же муфтой соединяют и патрубок 17, который устанавливают снаружи гидроцилиндра 2.

Ствол 1 с гидроцилиндром 2 жестко фиксируют срезными элементами 20 на патрубке 17.

Затем установочный узел через муфту 16 соединяют с трубами для спуска устройства в скважину, например, с колонной НКТ. Собранную компоновку спускают в заданный интервал скважины. Затем приводят устройство в рабочее положение. Для этого в колонне НКТ прокачкой рабочей жидкости создают прямую циркуляцию через открытое проходное сечение ствола 1 и башмак 4. После промывки с устья скважины через колонну НКТ сбрасывают запорный эластичный элемент 11, который садится в верхнее посадочное седло 9 и герметизирует внутреннюю полость 14 ствола 1. В колонне НКТ создают установочное давление порядка 10-15 МПа, которое через радиальные отверстия 3 в стволе 1 воздействует на кольцевой поршень 12. Кольцевой поршень смещается в осевом направлении (вверх) и воздействует на нижнюю плашку 8. При взаимодействии нижней плашки 8 с конусом опорного элемента 7 происходит ее продольный разъем - разрыв (разрушение в созданных зонах концентрации напряжений, например, по продольным бороздкам). Нижняя плашка 8 внедряется в стенку скважины, например обсадную колонну, и фиксирует устройство от осевого перемещения вниз. Затем давление внутри колонны НКТ стравливают, например, ступенями до гидростатического давления в скважине. Далее устройство нагружают частью веса колонны НКТ. Осуществляют посадку устройства в скважине, например, в обсадной колонне. Вес колонны НКТ вначале воспринимают срезные элементы 20. При разгрузке колонны НКТ на устройство, например, в 3-5 т срезные элементы 20 срезаются и установочный узел по стволу устройства движется вниз, воздействуя, например, через центратор 21 на стопорный узел 22, смещая его и элементы устройства между верхней 15 и нижней 8 плашками и опорными элементами 6, 7. При перемещении верхней плашки 15 и конуса опорного элемента 6 вниз уплотнительные элементы уплотнительного узла 5 между его опорными элементами с конусами 6, 7 деформируются и заполняют кольцевое пространство между стволом 1 и стенкой скважины, например, обсадной колонной. Дальнейшее перемещение верхней плашки 15 приводит к ее продольному разъему (разрыву) и смещению по конусу 6 к стенке скважины. При этом стопорные элементы этой плашки внедряются в стенку скважины и жестко фиксируют устройство в заданном интервале скважины. Стопорные узлы верхней и нижней плашек жестко фиксируют уплотнительные элементы уплотнительного узла 5, а также опорные элементы с конусами 6, 7 от перемещения по стволу 1 устройства. Посадку устройства производят при разгрузке веса колонны НКТ на 8-10 т.

После посадки устройства в скважине давление рабочей жидкости внутри колонны НКТ повышают до давления 15-18 МПа для продавливания запорного эластичного элемента 11 под нижнее обратное посадочное седло 10 и сообщения полости колонны НКТ и полости 14 ствола 1 с зоной скважины под устройством, герметизирующим кольцевое пространство скважины в месте установки этого устройства. Определяют герметичность посадки устройства в скважине созданием давления в зоне под устройством. Затем давление в колонне НКТ сбрасывают, например, ступенями, до гидростатического давления в скважине. Медленным подъемом колонны НКТ снимают установочный узел со ствола 1 устройства. Производят замену рабочей жидкости, при необходимости, на изоляционный раствор. Далее установочный узел снова соединяют со стволом 1. При этом усилие посадки (разгрузки колонны НКТ) на устройство должно составлять в пределах, например, 3-5 т.

После посадки установочного узла давление в колонне НКТ повышают, проверяя его герметичность. Производят закачку изоляционного раствора в зону под установленным в скважине устройством. После окончания закачки изоляционного раствора в необходимом объеме и по заданной технологии давление в колонне НКТ сбрасывают (стравливают, например, ступенями). Запорный эластичный элемент 11 автоматически закрывает устройство с посадкой этого элемента на нижнее обратное посадочное седло 10 под действием давления в зоне под установленным устройством. Установочный узел снова снимают с устройства медленным подъемом колонны НКТ вверх. Осуществляют промывку скважины и последующий подъем колонны НКТ с установочным узлом из скважины.