устройство для отключения пластов друг от друга в скважине

Формула изобретения

Устройство для отключения пластов друг от друга в скважине, спускаемое на подъемных трубах, содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает корпус с кольцевым выступом на конце, эластичную манжету с утолщенной частью, расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой или трубами, опорные патрубки с внутренней цилиндрической выборкой, обратный клапан, уплотнительные кольца и срезные элементы, отличающееся тем, что оно снабжено посадочным инструментом, включающим гидроцилиндр, шток которого соединен с гидравлическим якорем, соединенным, в свою очередь, с подъемными трубами, а нижняя часть корпуса гидроцилиндра телескопически надета на технологический патрубок и связана с ним срезными элементами, при этом технологический патрубок снизу жестко соединен с расширяющим конусом верхнего пакерующего элемента; длина внутренней цилиндрической выборки опорных патрубков (L₂) больше или равна длине (L₁) утолщенной части эластичной манжеты, при этом снизу нижний опорный патрубок снабжен стволом с жестко закрепленным на нем конусом в верхней части, причем на наружной поверхности ствола выполнен фигурный паз с чередующимися продольным коротким и длинным участками, соединенными сложной замкнутой проточкой, кроме того на стволе с возможностью осевого перемещения установлена обойма с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, при этом в обойме по ее окружности размещены шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, причем в транспортном положении направляющий штифт находится в продольном коротком участке фигурного паза, а в рабочем - в продольном длинном участке фигурного паза, при этом обратный клапан установлен в верхней части технологического патрубка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления, и найдет преимущественное применение при отключении негерметичных участков обсадной колонны, при отключении и повторном включении верхних и промежуточных заводненных пластов в скважинах с относительно небольшими глубинами.

Известно устройство (патент РФ №2161238, МПК Е21В 29/00, 2000 г.), содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, соединенные между собой промежуточной трубой (трубами), опорные патрубки, уплотнительные кольца и срезные элементы.

Недостатки устройства:

- сложность монтажа, демонтажа и извлечения устройства из скважины;

- недостаточная надежность разобщения межтрубного пространства, обусловленная возможностью смещения устройства от ударов при спуско-подъемных операциях;

- ограниченные возможности в применении.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для отключения пластов друг от друга в скважине (патент РФ №2236557, МПК 7 Е21В 33/12, 29/00, 2004 г.), спускаемое на подъемных трубах, содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает корпус с кольцевым выступом на конце, эластичную манжету с утолщенной частью, расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой или трубами, опорные патрубки с внутренней цилиндрической выборкой, обратный клапан, уплотнительные кольца и срезные элементы.

Существенными недостатками устройства являются:

- во-первых, длина опорной трубы зависит от расстояния между нижним пластом и забоем скважины, и чем больше это расстояние, тем длиннее опорная труба, а это требует большого количество труб, составляющих опорную трубу, что ведет к увеличению металлоемкости конструкции;

- во-вторых, невозможно создать необходимые нагрузки на пакерующие элементы при малой глубине скважины из-за малого веса подъемных труб и обеспечить надежное разобщение межтрубного пространства.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего создавать необходимые нагрузки на пакерующие элементы, в том числе и в скважинах небольшой глубины, и тем самым обеспечивать надежную герметизацию между изолирующими участками, а также снижение металлоемкости конструкции за счет исключения опорной трубы из конструкции скважины.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает корпус с кольцевым выступом на конце, эластичную манжету с утолщенной частью и расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой или трубами, верхний и нижний опорные патрубки с внутренней цилиндрической выборкой, обратный клапан, уплотнительные кольца и срезные элементы.

Новым является то, что устройство снабжено посадочным инструментом, включающим гидроцилиндр, шток которого соединен с гидравлическим якорем, соединенным, в свою очередь, с подъемными трубами, а нижняя часть корпуса гидроцилиндра телескопически надета на технологический патрубок и связана с ним срезными элементами, при этом технологический патрубок снизу жестко соединен с расширяющим конусом верхнего пакерующего элемента; длина внутренней цилиндрической выборки верхних и нижних опорных патрубков (L₂) больше или равна длине (L₁) утолщенной части эластичной манжеты, при этом снизу нижний опорный патрубок снабжен стволом с жестко закрепленным на нем конусом в верхней части, причем на наружной поверхности ствола выполнен фигурный паз с чередующимися продольным коротким и длинным участками, соединенными сложной замкнутой проточкой, кроме того на стволе с возможностью осевого перемещения установлена обойма с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, при этом в обойме по ее окружности размещены шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, причем в транспортном положении направляющий штифт находится в продольном коротком участке фигурного паза, а в рабочем - в продольном длинном участке фигурного паза, при этом обратный клапан установлен в верхней части технологического патрубка.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.

На фигуре 2 изображен фигурный паз, выполненный на наружной поверхности ствола устройства.

Устройство (см. фиг.1) состоит из двух пакерующих элементов: нижнего и верхнего, конструкция которых совершенно одинаковая.

Пакерующий элемент включает в себя корпус 1 с кольцевым выступом 2 на конце и расширяющий конус 3. На корпус надета эластичная манжета 4 с утолщенной частью 5, опирающаяся на верхний опорный патрубок 6 с цилиндрической выборкой 7, в которую входит кольцевой выступ 2 корпуса 1, взаимодействующий со срезными элементами 8. Пакерующие элементы соединены между собой промежуточной трубой или трубами 9.

Устройство снабжено посад очным инструментом, включающим гидроцилиндр 10, шток 11 которого соединен с гидравлическим якорем 12. Нижняя часть 13 корпуса гидроцилиндра телескопически связана с технологическим патрубком 14 и соединена с ним срезными элементами 15. Снизу патрубок 14 соединен с расширяющим конусом 3 верхнего уплотнительного элемента, а в его верхней части установлен обратный клапан 16. Снизу нижний опорный патрубок 17 снабжен стволом 18 с жестко закрепленным на нем конусом 19 в верхней части. На наружной поверхности ствола 18 выполнен фигурный паз 20 с чередующимися продольными коротким 21 и длинным 22 участками, которые соединены сложной замкнутой проточкой 23.

На стволе 18 с возможностью осевого перемещения установлена обойма 24 с направляющим штифтом 25, который размещен в фигурном пазе 20. В обойме по ее окружности размещены шлипсы 26, подпружиненные в радиальном направлении. В транспортном положении направляющий штифт 25 находится в продольном коротком участке 21 фигурного паза 20 (см. фиг.2), а в рабочем - в продольном длинном участке 22 фигурного паза 20. Сопрягаемые поверхности устройства снабжены уплотнительными кольцами 27 (см. фиг.1).

С целью обеспечения поочередной посадки пакерующих элементов снизу вверх и поочередной распакеровки их сверху вниз, длина внутренней цилиндрической выборки верхнего 6 и нижнего 17 опорных патрубков (L ₂) больше или равна длине (L₁) утолщенной части эластичной манжеты.

Работает устройство следующим образом.

На устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) направляющий штифт 25 (см. фиг.2) устанавливают в продольный короткий участок 21 фигурного паза 20.

Затем устройство на подъемных трубах 28 (см. фиг.1) спускают во внутрь обсадной колонны 29 с таким расчетом, чтобы нижний пакерующий элемент находился выше продуктивного пласта, а верхний обводнившийся пласт располагался между пакерующими элементами.

Далее устройство посредством подъемных труб 28 поднимают вверх примерно на 1 метр и опускают, при этом обойма 24, благодаря находящимся в ней подпружиненным в радиальном направлении шлипсам 26, контактирующим с внутренней стенкой обсадной колонны 29, остается неподвижной, а устройство совершает осевое перемещение, причем при подъеме направляющий штифт 25, находящийся в продольном коротком участке 21 фигурного паза 20 (см. фиг.2), перемещается в нижнюю часть продольного длинного участка 22 фигурного паза 20, а при спуске направляющий штифт 25 из нижнего продольного длинного участка 22 фигурного паза 20 перемещается в его верхнюю часть, при этом конус 19 (см. фиг.1) садится на подпружиненные в радиальном направлении шлипсы 26, раздвигая их, и при дальнейшей разгрузке инструмента шлипсы 26 фиксируют устройство на внутренней стенке обсадной колонны 29. Продолжают разгружать инструмент, при этом разрушаются срезные элементы 30, происходит предварительная запакеровка нижнего пакерующего элемента. В подъемных трубах 20 создают избыточное давление, под воздействием которого якори 31 врезаются в обсадную колонну 29 и фиксируют подъемные трубы.

При дальнейшем повышении давления корпус 13 гидроцилиндра перемещается вниз и толкает соответственно патрубок 14 и расширяющие конусы 3 пакерующих элементов. Срезные элементы 8 и 15 при этом разрушаются. Под воздействием конусов 3 эластичные манжеты 4 разжимаются, плотно прилегая к стенкам обсадной колонны. Происходит окончательная запакеровка нижнего пакерующего элемента. Чтобы убедиться в окончательной запакеровке верхнего пакерующего элемента, проделывают следующее. Делают отметку на устье на подъемных трубах, снимают избыточное давление, инструмент при этом разгружается на забой. Затем снова создают избыточное давление, при котором происходит окончательная запакеровка верхнего пакерующего элемента. Избыточное давление снимают и подают инструмент вниз. Если инструмент опустился, значит произвели окончательную запакеровку при вторичной операции создания избыточного давления, если инструмент остался на месте, значит окончательная запакеровка была достигнута при первоначальном создании избыточного давления. Затем подъемные трубы с посадочным инструментом поднимают на поверхность, в скважину спускают глубинный насос и ведут дальнейшую эксплуатацию продуктивного пласта.

При необходимости устройство извлекают из скважины с помощью наружной труболовки путем захвата за патрубок 14. При этом будет происходить сначала распакеровка верхнего пакерующего элемента за счет хода корпуса 1 на длину цилиндрической выборки 7, а затем, аналогичным образом, распакеровка нижнего пакерующего элемента.

Далее снимают фиксацию шлипсов 26 с внутренней стенкой обсадной колонны 29, для этого устройство посредством подъемных труб 28 поднимают вверх примерно на 1 метр и опускают, при этом обойма 24, благодаря находящимся в ней подпружиненным в радиальном направлении шлипсам 26, контактирующим с внутренней стенкой обсадной колонны 29, остается неподвижной, а устройство совершает осевое перемещение, причем при подъеме направляющий штифт 25, находящийся в верхней части продольного длинного участка 22 фигурного паза 20 (см. фиг.2), перемещается в сложную замкнутую проточку 23 фигурного паза 20, а при спуске направляющий штифт 25 перемещается из сложной замкнутой проточки 23 фигурного паза 20 в верхнюю часть продольной короткой проточки 21 фигурного паза 20. Конус 19 (см. фиг.1) выходит из контакта с подпружиненными в радиальном направлении шлипсами 26, в результате чего шлипсы 26 перестают фиксировать устройство на внутренней стенке обсадной колонны 29. После чего устройство полностью извлекается на поверхность.

Преимуществом предлагаемого устройства является то, что оно позволяет создавать любые нагрузки на пакерующие элементы независимо от глубины скважины, то есть от веса инструмента и тем самым обеспечивать надежную герметизацию изолируемых участков скважины. При этом запакеровка и распакеровка пакерующих элементов происходит не одновременно, а последовательно, что также является важным достоинством предлагаемого устройства. Кроме того, исключение опорной трубы снижает металлоемкость конструкции и экономит трубы, особенно это касается скважин, где нижний пласт находится на значительном расстоянии от забоя.