УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИНТЕРВАЛЬНОЙ ОПРЕССОВКИ КОЛОНН Российский патент 2000 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам для разобщения зон обсадных колонн при проведении ремонтных, изоляционных и исследовательских работ.

Известен пакер, состоящий из корпуса с осевым каналом, уплотнительного элемента с верхним и нижним упорами, конической втулки со шлипсами и пружиной, полого обтекателя, в котором установлены цилиндры с атмосферным давлением, эластичный элемент, разделенный перегородкой с клапаном в виде диафрагмы [1].

При применении данного пакера трудно угадать интервал его посадки, поскольку он спускается в скважину под собственным весом в режиме свободного падения.

Извлечение данного пакера затруднено, для этого необходимо спускать ловитель в скважину, заловиться и извлекать пакер. Срыв пакера происходит за счет сил упругости уплотнительного элемента. Уплотнительные элементы, применяемые на пакерах, в течение 1,5 - 2 часов после посадки под давлением 150 - 200 атм, теряют упругие свойства, что ставит под сомнение возможность извлечения пакера, пакер необходимо разбуривать, что связано с большими материальными затратами. В данном пакере не предусмотрен узел для срыва пакера. Нельзя его использовать для многократной посадки без извлечения на поверхность, где необходимо провести подготовительные работы.

Известен также пакер, спускаемый на канате, состоящий из корпуса, уплотнительного элемента, толкателя, конуса, втулки, верхнего и нижнего заякоривающих узлов и клапана [2].

Недостатками данного пакера являются трудоемкость срыва и извлечения его из скважины, сложность конструкции - одних герметичных подвижных соединений восемь, что снижает его надежность в работе.

Известен пакер электромеханический на кабель-канате, выбранный в качестве прототипа, состоящий из полого корпуса с радиальными каналами, установленного на корпусе уплотнительного элемента с верхним и нижним фланцами и толкателем, конуса с размещенными на нем шлипсами, установленного в полости корпуса ствола, образующего с корпусом циркуляционный канал, сообщающий через радиальные каналы корпуса пространства за ним, над и под уплотнительным элементом и установленного с возможностью перекрытия циркуляционного канала после герметизации скважины и электропривода, установленного над уплотнительным элементом и связанного с корпусом и стволом [3].

Прототип не обеспечивает надежность при многократной посадке и срыве, а также герметичность ствола скважины.

Цель изобретения - обеспечение надежности герметизации ствола скважины при многократной посадке и возможность извлечения устройства для поинтервальной опрессовки колонн при аварийных отказах электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для поинтервальной опрессовки колонн снабжено втулкой, на которой установлен конус, телескопически связанной с корпусом и жестко с нижним фланцем и тягой, взаимодействующей с толкателем, тяга в свою очередь снабжена шайбой, разрушаемым шплинтом и выступом, служащим упором. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показано устройство для поинтервальной опрессовки колонн в транспортном (исходном) положении, на фиг. 2 в рабочем положении, когда оно посажено. Устройство для поинтервальной опрессовки колонн состоит из корпуса 1, в котором размещены электропривод 2, винтовая пара - винт - 3 и гайка 4, на которой расположены уплотнительные кольца 5, гайка 4 соединена с тягой 6, имеющей выступ 7, служащий упором, и толкателем 8 с помощью шайбы 9 и разрушаемого шплинта 10. На наружной поверхности корпуса 1 смонтированы упорный фланец 11, уплотнительный резиновый элемент 12, ограниченный с нижней стороны фланцем 13, посаженным на подвижную втулку 14. На подвижной втулке 14 смонтирован узел, состоящий из жестко закрепленного конуса 15 с направляющими пазами типа "ласточкин хвост", в которые соответствующим выступом подвижно посажены шлипсы 16. На корпусе 1 и на подвижной втулке 14 предусмотрены отверстия 17 и 18 для перетока жидкости через внутреннюю полость устройства. Внутри корпуса 1 ниже отверстия 17 находится седло 19, которое вместе с уплотнительными кольцами 5 образует клапан, перекрывающий переток жидкости через внутреннюю полость устройства. Устройство соединено кабель-канатом 20, служащим для подъема и спуска, а также для подачи электроэнергии на электропривод 2 с устья скважины. Концевые выключатели 21 и 22 расположены в корпусе 1 и служат для ограничения перемещения гайки 4 и подачи информации о крайних положениях гайки 4 на дневную поверхность через кабель-канат 20. На верхней части гайки 4 выполнен выступ 23 (фиг. 1), взаимодействующий с концевыми выключателями 21 и 22.

Устройство для поинтервальной опрессовки колонн работает следующим образом.

Собранное устройство (фиг. 1) опускают в скважину на кабель-канате 20. Жидкость через отверстия 17 и 18 протекает из подпакерного пространства в надпакерное пространство, а при подъеме наоборот, тем самым исключается образование поршневого эффекта при спуске и подъеме. После достижения необходимого интервала через кабель-канат 20 подается электроэнергия на электропривод 2, гайка 4 перемещается вверх и через тягу 6 поднимает толкатель 8 вверх, в свою очередь толкатель 8 перемещает вверх шлипсы 16, расположенные на конической поверхности конуса 15, они выдвигаются и закрепляются на поверхности обсадной колонны и остаются неподвижными под действием привода 2. Тяга 6 начинает перемещать корпус 1 вниз, упорный фланец 11 давит через уплотнительный резиновый элемент 12 на фланец 13, жестко закрепленный на подвижной втулке 14, конус 15 перемещается вниз в пределах упругой деформации стенок обсадной колонны, т.к. чем больше усилие давления шлипсов 16 на стенки обсадной колонны, тем больше величина деформации ее стенок. Одновременно резиновый уплотнительный элемент 12 деформируется и перекрывает ствол скважины (фиг. 2). Уплотнительные кольца 5, расположенные на гайке 4, заходят в седло 19 и перекрывают сообщение надпакерного пространства с подпакерным пространством. Движение корпуса 1 вниз прекращается, как только выступ 23 коснется концевого выключателя 21, который отключает электропривод 2 (фиг. 2), что означает, что устройство посажено, ствол перекрыт.

С устья скважины создается испытательное давление в скважине согласно техническим условиям; в порядке 80 - 100 атм и сохраняется в течение 15 - 20 мин. Если в данный период давление в скважине не снижается - обсадная колонна целая, нарушений нет, испытательное давление в скважине сбрасывается.

Срыв устройства производится следующим образом.

По кабель-канату 20 подается сигнал на электропривод 2, гайка 4 относительно корпуса 1 перемещается вниз, уплотнительные кольца 5 выходят из седла 19, образуется зазор между седлом 19 и гайкой 4. Надпакерное пространство сообщается с подпакерным пространством, статическое давление выравнивается, т.е. снимается гидростатическое давление столба жидкости на устройство, без чего невозможно извлечь устройство.

Как только выступ 7 на тяге 6 упирается в толкатель 8, корпус 1 начинает двигаться вверх, потому что шлипсы 16 пока заклинены между стенкой обсадной колонны и конусом 15.

По мере движения вверх корпуса 1 уплотнительный резиновый элемент 12 раздеформируется (т. е. принимает исходное положение). Корпус 1 упирается в буртик подвижной втулки 14 и перемещает ее вверх вместе с конусом 15. Конус 15 освобождает шлипсы 16, они принимают исходное положение (фиг. 1).

Выступ 23 гайки 4 доходит до выключателя 22 и отключает привод 2. Сигнал от выключателей 21 и 22 идет по кабель-канату 20 на устье, загорается сигнальная лампочка, что дает возможность контролировать, в каком положении находится устройство: если сигнальная лампочка загорелась от выключателя 22, значит, устройство сорвано, можно его поднимать вверх для последующей опрессовки верхней части обсадной колонны.

Если колонна где-то имеет нарушение и испытательное давление упало, для поиска места нарушения устройство поднимается на верхний интервал, подается эл. энергия на электропривод 2, устройство сажается на обсадную колонну. Создается испытательное давление в скважине, если снова давление упадет, то устройство срывается и поднимается на следующий интервал. Перемещая вверх устройство, определяется место нарушения эксплуатационной колонны с точностью ± 0,5 метра.

В случае аварийной поломки электропривода 2 с помощью кабель-каната 20 тянем устройство вверх, при этом усилие от кабель-каната 20 передается через винтовую пару 3, 4 и тягу 6 на толкатель 8 через шайбу 9 и разрушаемый шплинт 10. Так как толкатель 8 неподвижен, разрушающийся шплинт 10 не выдерживает нагрузку и разрушается, тем самым тяга 6 освобождается от толкателя 8 и корпус 1 перемещается вверх, при этом уплотнительный резиновый элемент 12 раздеформируется и принимает исходную форму, конус 15 перемещается вверх и освобождается от шлипсов 16. Шлипсы 16 в свою очередь по направляющим опускаются вниз и освобождаются от стенок колонны.

Таким образом, данное устройство позволяет поинтервально испытывать эксплуатационную колонну на герметичность, не извлекая его на дневную поверхность, при этом исключается аварийная поломка.

В настоящее время разработаны рабочие чертежи устройства, изготовлен в металле заякоривающий узел. Были проведены стендовые испытания в институте "ТатНИПИнефтемаш".

Результаты положительные, это подтверждает, что конструкция и принцип действия устройства работоспособны.

Использованная литература
1. А.С. СССР N 1112114 E 21 B 33/12 "Пакер".

2. А.С. СССР N 775291 E 21 B 33/12 "Пакер".

3. Патент США N 3542126 E 21 B 43/00, 1970 г. "Пакер".

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для разобщения зон обсадных колонн при проведении ремонтных, изоляционных и исследовательских работ. Устройство для поинтервальной опрессовки колонн на кабель-канате состоит из полого корпуса с радиальными каналами, уплотнительного элемента с верхним и нижними фланцами, подвижной втулки, конуса со шлипсами, электропривода, расположенного в корпусе, имеющего винтовую пару, толкатель, тягу. При этом тяга дополнительно снабжена шайбой, разрушаемым шплинтом и выступом, служащим упором. В результате использования изобретения обеспечивается надежность герметизации ствола скважины при многократной посадке и возможность извлечения устройства для поинтервальной опрессовке колонн при аварийных отказах электропривода. 2 ил.

Устройство для поинтервальной опрессовки колонн на кабель-канате, состоящее из полого корпуса с радиальными каналами, уплотнительного элемента с верхним и нижним фланцами, подвижной втулки, конуса со шлипсами, электропривода, расположенного в корпусе, имеющего винтовую пару, толкатель, тягу, отличающееся тем, что тяга снабжена шайбой, разрушаемым шплинтом и выступом, служащим упором.