устройство для герметизации кольцевого пространства

Формула изобретения

Устройство для герметизации кольцевого пространства скважины, содержащее ствол, спускаемую колонну, расположенные на стволе поршень, зафиксированный срезными винтами, с возможностью осевого перемещения, разжимной конус и уплотнитель, с дополнительной и основной манжетами, обечайку, нижний и верхний переводник, соединенные со стволом, центраторы, отличающееся тем, что внутренний диаметр ствола равен внутреннему диаметру спускаемой колонны, поршень на стволе зафиксирован срезными винтами, с предварительно рассчитанным усилием среза, на внешней боковой поверхности верхнего переводника выполнены выступы, которые образуют центраторы, основная манжета опирается на нижний переводник, верхний торец которого выполнен в виде кольцеобразного выступа, образующего обечайку, а на его внешней боковой поверхности выполнены выступы, которые образуют центраторы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, предназначено для разобщения продуктивных горизонтов и герметизации кольцевого пространства в интервале верхних труб потайной колонны и может быть использовано при креплении скважин и для крепления потайных колонн в зумпфах и вторых стволах скважин, а также при проведении работ в ранее пробуренных скважинах с нарушениями герметичности эксплуатационной колонны.

Известно устройство (SU № 1758207 A1, E21B 33/12 30.08.1992), включающее ствол с осевым каналом и радиальными отверстиями, кожух, размещенный концентрично стволу и образующий с ним кольцевую полость, установленный на стволе упор, основную и дополнительную манжеты, разжимной конус с конической торцевой поверхностью, расположенный между стволом и кожухом.

При использовании данного устройства проявляется низкий коэффициент пакеровки, обусловленный ограничением диаметра уплотнительного элемента и разжимного конуса, разностью между внутренним диаметром кожуха и наружным диаметром ствола.

Кроме низкого коэффициента пакеровки существует опасность, что после срезки винтов, при воздействии разжимного конуса в дополнительную уплотнительную манжету, происходит полное заполнение кольцевой полости материалом этой манжеты и плотный контакт с внутренней поверхностью кожуха и стволом устройства, в результате чего возникают силы трения, приводящие к заклиниванию в кольцевой полости пары конус - дополнительная уплотнительная манжета.

Данное устройство сложно в сборке, и при спуске и срабатывании устройства происходит отсоединение от нижнего переводника отдельно выполненной обечайки, преждевременное увеличение в диаметре манжет уплотнителя и разрыв последнего при дальнейшей работе устройства.

При спуске устройства с центраторами, выполненными отдельно от переводников и соединенными в процессе сборки устройства, происходит перекос центраторов и повреждение обечайки, уплотнителя, разжимного конуса и кожуха.

Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства для герметизации кольцевого пространства скважины, предотвращающего отсоединение обечайки и разрыв манжет уплотнителя, повышающего их защиту при спуске и надежность срабатывания.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство для герметизации кольцевого пространства скважины, содержащее ствол, спускаемую колонну, расположенные на стволе поршень, зафиксированный срезными винтами с возможностью осевого перемещения, разжимной конус и уплотнитель с дополнительной и основной манжетами, обечайку, нижний и верхний переводник, соединенные со стволом, центраторы, при этом внутренний диаметр ствола равен внутреннему диаметру спускаемой колонны; поршень на стволе зафиксирован срезными винтами с предварительно рассчитанным усилием среза; на внешней боковой поверхности верхнего переводника выполнены выступы, которые образуют центраторы; основная манжета опирается на нижний переводник, верхний торец которого выполнен в виде кольцеобразного выступа, образующего обечайку, а на его внешней боковой поверхности выполнены выступы, которые образуют центраторы.

Расположение всех срабатывающих деталей устройства на стволе, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру спускаемой колонны, в совокупности с установкой срезных винтов в устройстве, усилия среза которых предварительно рассчитаны на предполагаемые гидродинамические давления на необходимых глубинах, позволяет разместить на ней несколько устройств для герметизации кольцевого пространства скважины и разобщить несколько флюидосодержащих пластов с разными реологическими свойствами.

Выполнение верхнего торца нижнего переводника в виде кольцеобразного выступа, образующего обечайку, позволяет защитить уплотнитель от преждевременного увеличения диаметра и разрыва манжет в процессе спуска и срабатывания.

Выполнение на внешней боковой поверхности верхнего и нижнего переводников, выступов, которые образуют центраторы, позволяет надежно, без перекосов защитить от повреждения обечайку, уплотнитель, разжимной конус и кожух.

Устройство для герметизации кольцевого пространства скважины представлено на чертежах, где на фиг.1 - устройство до срабатывания, на фиг.2 - в процессе срабатывания и фиг.3 - после срабатывания.

На фиг.1-3 изображены ствол 1, радиальные отверстия 2, кожух 3, поршень 4, срезные винты 5, разжимной конус 6, стопорное кольцо 7, соединительные винты 8, дополнительная 9 и основная 10 манжеты уплотнителя, обечайка 11, верхний 12 и нижний 13 переводники, центраторы 14, стенка эксплуатационной колонны 15, кольцевая полость 16, спускаемая колонна 17.

Устройство для герметизации кольцевого пространства скважины выполнено следующим образом.

Устройство содержит ствол 1, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру спускаемой колонны 17 с выполненными в его стенках радиальными отверстиями 2. Кожух 3 размещен концентрично стволу 1 и зафиксирован на верхнем переводнике 12 и стволе 1 соединительными винтами 8.

На стволе 1 в кольцевой полости 16, с возможностью осевого перемещения, расположены и зафиксированы срезными винтами 5, усилия среза которых предварительно рассчитаны на предполагаемые гидродинамические давления, поршень 4 и стопорное кольцо 7, расположенное между поршнем 4 и кожухом 3.

На стволе 1, под поршнем 4 расположены разжимной конус 6 и уплотнитель, содержащий дополнительную 9 и основную 10 манжеты, опирающиеся на нижний переводник 13. На внешней боковой поверхности верхнего переводника 12 выполнены выступы, которые образуют центраторы 14.

Нижний переводник 13, верхний торец которого выполнен в виде кольцеобразного выступа, образующего обечайку 11, для защиты уплотнителя от преждевременного увеличения диаметра и разрыва в процессе спуска и срабатывания, а на внешней боковой поверхности выполнены выступы, которые образуют центраторы 14, что позволяет надежно, без перекосов защитить от повреждения обечайку 11, уплотнитель, разжимной конус 6 и кожух 3.

Устройство для герметизации кольцевого пространства скважины работает следующим образом.

Устройство устанавливают в спускаемую колонну 17 и спускают в открытый ствол или эксплуатационную колонну 15 в необходимый интервал, при этом центраторы 14, выполненные заодно с переводниками 12 и 13, надежно защищают от повреждения обичайку 11, уплотнитель, разжимной конус 6 и кожух 3, а обечайка 11, выполненная заодно с нижним центратором 12, предотвращает от преждевременного увеличения диаметра и разрыва в процессе спуска уплотнителя.

Производят закачку необходимых растворов, поднимают давление, воздействуя через радиальные отверстия 2 ствола 1, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру спускаемой колонны, на поршень 4, срезают винты 5, усилие среза которых предварительно рассчитаны на предполагаемые гидродинамические давления. Поршень 4 толкает разжимной конус 6 и дополнительную манжету уплотнителя 9 под основную манжету уплотнителя 10, опирающуюся на нижний переводник 13 и частично перекрытую обечайкой 11. При дальнейшем осевом движении расширяющего конуса 6 под дополнительную манжету 9 основная манжета 10, увеличиваясь в диаметре, разгибает обечайку 11, входит в контакт со стенкой эксплуатационной колонны 15, тем самым герметизируя пространство между эксплуатационной колонной и спускаемой колонной. Поршень 4 фиксируется от обратного хода упругим стопорным кольцом 7.

Таким образом, при работе устройства исключается заклинивание разжимного конуса 6 и манжет уплотнителя, увеличивается диаметр манжет уплотнителя, возрастает коэффициент расширения за счет увеличения диаметра разжимного конуса 6, а также основной 10 и дополнительной манжеты 10 на величину толщины стенок кожуха устройства.

При использовании нескольких устройств возможна изоляция кольцевого пространства спускаемых колонн в необходимом интервале скважины и нескольких продуктивных горизонтов.

Техническим результатом является создание устройства для герметизации кольцевого пространства скважины, для разобщения нескольких продуктивных флюидосодержащих пластов с разными реологическими свойствами путем установки нескольких устройств в необходимых интервалах скважины за счет расположения всех срабатывающих деталей устройства на стволе, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру спускаемой колонны, в совокупности с установкой срезных винтов в устройстве, усилия среза которых предварительно рассчитаны на предполагаемые гидродинамические давления на необходимых глубинах. Кроме того, техническим результатом является предотвращение отсоединения обечайки и разрыва манжет уплотнителя, их защита при спуске и повышение надежности срабатывания за счет выполнения верхнего торца нижнего переводника в виде кольцеобразного выступа, образующего обечайку, и выполнения на внешней боковой поверхности верхнего и нижнего переводников выступов, которые образуют центраторы.