устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера

Формула изобретения

Устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера, включающее полый корпус с радиальным ступенчатым отверстием, по меньшей мере одним перекрытым пустотелым срезным элементом, клапанный узел, помещенный в стенке корпуса и обеспечивающий возможность гидравлической связи полости корпуса через полость упомянутого срезного элемента с полостью уплотнительного элемента пакера, позиционер, обеспечивающий заданный алгоритм положений устройства с помощью клапанного узла в следующей последовательности: транспортное положение, положение с избыточным технологическим давлением в корпусе, положение с промежуточным давлением в корпусе ниже технологического давления, положение с открытым клапанным узлом и рабочим давлением - давлением пакерования в корпусе и пакере, положение с закрытым клапанным узлом и давлением в корпусе ниже давления пакерования, положение с закрытым клапанным узлом со вторым технологическим давлением в корпусе, допускающем превышение давления пакерования, при этом клапанный узел выполнен в стенке корпуса в виде локального осевого звена с подпружиненным поршнем-толкателем, помещенным в осевом канале, по меньшей мере одном, а с полостью срезного элемента связано надпоршневое пространство поршня-толкателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и предназначено, в частности, для разобщения пластов с применением пакеров.

Известно устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера, включающее корпус-патрубок в стенке которого выполнена полость и размещен подпружиненный золотник со втулкой и упорами, смещенными относительно друг друга, между которыми расположен ограничитель перемещения золотника, выполненный в виде разрезного кольца с фигурными пазами (см., например, RU 2096583, 20.11.1997).

Недостатком данного устройства является низкая надежность его работы, а также трудность сохранения заданного давления пакерования.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства за счет обеспечения возможности поддержания заданного давления пакерования.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера включает полый корпус с радиальным ступенчатым отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым пустотелым срезным элементом, клапанный узел, помещенный в стенке корпуса и обеспечивающий возможность гидравлической связи полости корпуса через полость упомянутого срезного элемента с полостью уплотнительного элемента пакера, позиционер, обеспечивающий заданный алгоритм положений устройства с помощью клапанного узла, в следующей последовательности: транспортное положение, положение с избыточным технологическим давлением в корпусе, положение с промежуточным давлением в корпусе выше технологического давления, положение с открытым клапанным узлом и рабочим давлением - давлением пакерования в корпусе и пакере выше промежуточного давления, положение с закрытым клапанным узлом и давлением в корпусе ниже давления пакерования, положение с закрытым клапанным узлом со вторым технологическим давлением в корпусе, допускающем превышение давления пакерования, при этом клапанный узел выполнен в стенке корпуса в виде локального осевого звена с подпружиненным поршнем-толкателем, помещенным в осевом канале, по меньшей мере одном, а с полостью срезного элемента связано напоршневое пространство поршня-толкателя.

На фиг.1 изображен общий вид устройства.

На фиг.2 изображен его вид А.

Устройство включает полый корпус 1, в котором выполнены продольные пазы 2 для перетока рабочей жидкости, осевое глухое отверстие 3, по меньшей мере одно, и радиальное глухое отверстие 4, по меньшей мере одно. С полым корпусом 1 посредством резьбы 5 соединен переводник 6. В переводнике 6 выполнен осевой ступенчатый канал 7, по меньшей мере один, и радиальное ступенчатое отверстия 8, по меньшей мере одно. В радиальном ступенчатом отверстии 8 расположен пустотелый срезной элемент 9. В осевом глухом отверстии 3 полого корпуса 1 помещен штифт 10 с пружиной 11. Штифт 12 частично утоплен в радиальном отверстии 4 и взаимодействуют с профилированными пазами 13 позиционера 14, установленного на полом корпусе 1. Поршень-толкатель 15 с глухим осевым каналом 16 и радиальным сквозным отверстием 17, по меньшей мере одним, установлен в осевом канале переводника 6 и составляют клапанный узел. Этот клапанный узел обеспечивает возможность гидравлической связи полости корпуса 1 через полость срезного элемента 9 с полостью уплотнительного элемента пакера. При этом с полостью срезного элемента 9 связано надпоршневое пространство поршня-толкателя 15. Позиционер 14 с помощью клапанного узла обеспечивает заданный алгоритм положений устройства в следующей последовательности (фиг.2): транспортное положение - позиция «а», положение с технологическим избыточным давлением в полом корпусе - позиция «б», положение с промежуточным давлением в полом корпусе ниже технологического давления - позиция «в», положение с открытым клапанным узлом и рабочим давлением пакерования в полом корпусе и пакере выше промежуточного давления - позиция «г», положение с закрытым клапанным узлом и давлением в полом корпусе ниже давления пакерования - позиция «д», положение с закрытым клапанным узлом со вторым технологическим давлением в полом корпусе, допускающем превышение давления пакерования - позиция «е». Между полым корпусом 1 и переводником 6 установлен кожух 18, который образует кольцевую полость 19 для ее гидравлического сообщения посредством шлицевых пазов 20 с полостью уплотнительного элемента (последний условно не показан). Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 21.

Обращается внимание на выполнение клапанного узла в стенке корпуса в виде именно локального осевого звена с подпружиненным поршнем-толкателем 15, а не в виде, например, сплошной кольцевой втулки. Такое выполнение обеспечивает минимальный отбор объема жидкости из полости уплотнительного элемента пакера при обратном ходе поршня-толкателя 15 при переходе устройства в позицию «д» - после пакерования, что обеспечивает надежность пакерования независимо от величины давлений в полом корпусе 1 на последующих этапах.

Устройство работает следующим образом.

После спуска обсадной колонны с устройством в скважину в колонну устанавливают разделительную пробку (последняя не показана) и продавливают ее до посадки в стоп-кольцо (не показано). При прохождении по обсадной колонне разделительная пробка срезает пустотелый срезной элемент 9 и открывает доступ рабочей жидкости к клапанному узлу с поршнем-толкателем 15. При посадке разделительной пробки на «стоп-кольцо» происходит набор избыточного давления, которое воздействует на поршень-толкатель 15, сжимает пружину 11 через позиционер 14. При сжатии пружины 11 происходит перемещение позиционера 14 по его профильным пазам 13 из транспортного положения «а» в положение с избыточным технологическим давлением в полом корпусе, заданным посадкой разделительной пробки на «стоп-кольцо» - в позицию «б» (фиг.2, кожух 18 не показан). При этом надпоршневая полость поршня-толкателя 15 с избыточным технологическим давлением в полости корпуса 1 и скважине разобщена от кольцевой полости 19 до окончания процесса цементирования скважины. После окончания процесса цементирования избыточное давление в скважине снимают и пружина 11 перемещает позиционер 14 в положение с промежуточным давлением в корпусе ниже технологического давления - положение подготовки к пакерованию - в позицию «в». При повторном повышении давления в полости корпуса 1 (в скважине) поршень-толкатель 15 сжимает пружину 11 и позиционер 14, перемещаясь по профильным пазам 13, совершает более длинный ход, чем при первом повышении давления, и происходит поступление жидкости из внутренней полости колонны через полость срезного элемента 9, надпоршневую полость поршня-толкателя 15, канал 16, радиальное отверстие 17, кольцевую полость 19 и шлицевые пазы 20 в полость уплотнительного элемента. Происходит процесс пакерования - в позиции «г» устройства с рабочим давлением пакерования в корпусе и пакере. После завершения процесса пакерования производят снижение избыточного давления в скважине и корпусе, в результате чего пружина 11 переместит позиционер 14 в положение с закрытым клапанным узлом и давлением в корпусе ниже давления пакерования - в позицию «д». Обратный ход поршня-толкателя 15 практически не вызывает обратного перетока жидкости из полости уплотнительного элемента пакера, что не снижает надежности пакерования. При дальнейших повышениях давления внутри колонны, например при ремонтах или опрессовках колонны, доступ к уплотнительному элементу закрыт. Устройство находится в положении с закрытым клапанным узлом со вторым технологическим давлением в корпусе, допускающем превышение давление пакерования - в позиции «е».