УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА СКВАЖИНЫ Российский патент 2002 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметизации межтрубного пространства скважины при раздельной эксплуатации пластов и проведении других технологических операций с использованием пакеров.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для герметизации межтрубного пространства скважины, состоящее из полого корпуса, на котором размещены уплотнительный элемент и привод, содержащий подвижный упор, стержни из материала, обладающего "памятью формы", и неподвижный упор. Неподвижный упор состоит из упорного кольца, охватывающего верхнюю часть подвижного упора и опирающегося нижним торцом на уплотнительный элемент, регулятора начального натяжения и упорного кольца. В корпусе концентрично размещен обратный клапан с пружиной. Подвижный упор имеет на нижнем конце кольцевой выступ для размещения на нем уплотнительного элемента. В корпусе и упорном кольце неподвижного упора выполнены радиальные отверстия [1].

Основным недостатком известного устройства является ненадежная герметизация при высоких температурах. Данная конструкция рассчитана на манжетное уплотнение из эластично деформируемого металла, например типа резины 3825с МРТУ 38-5-204-65. Под влиянием высокой температуры (573-673 К) происходит быстрое разрушение уплотнительного элемента и нарушение герметизации.

Задачей изобретения является обеспечение надежности герметизации в условиях высоких температур и давлений.

Поставленная задача решается тем, что устройство для герметизации межтрубного пространства скважины, содержащее полый корпус, размещенные на нем уплотнительный элемент, привод, выполненный в виде подвижного и неподвижного упоров, и связанных с ними стержней из материала, обладающего "памятью формы", подпружиненный обратный клапан, размещенный концентрично в корпусе, причем подвижный упор имеет на нижнем конце кольцевой выступ для размещения на нем уплотнительного элемента, а неподвижный упор установлен над уплотнительным элементом с возможностью взаимодействия с ним, причем корпус и неподвижный упор имеют радиальные отверстия для сообщения привода с полостью корпуса и межтрубным пространством над уплотнительным элементом, при этом устройство снабжено переводным кольцом, выполненным в виде тарельчатой пружины из упругодеформируемого металла и установленным c натягом на ступице неподвижного упора, в разрезе переводное кольцо имеет конусно-вогнутую форму, при этом в местах соединения герметизирующих поверхностей, они выполнены в виде кольцевых буртиков, неподвижный упор, установленный над переводным кольцом, выполнен контактирующей торцевой частью в виде внутреннего кольцевого желобка с возможностью взаимодействия с конусно-вогнутой средней частью переводного кольца, а подвижный упор, установленный между полым корпусом и неподвижным упором, на нижнем конце - контактирующей поверхностью в виде конуса с его наружным кольцевым буртиком, при этом внутренний кольцевой буртик переводного кольца прижат нажимной гайкой, причем, что толщина стенки переводного кольца выполнена равномерно-переменного сечения от утолщенного внутреннего кольцевого буртика к середине конусно-вогнутой части, а далее до наружного кольцевого буртика - постоянного сечения.

Существенными отличительными признаками заявленного изобретения в сравнении с прототипом являются:
- устройство снабжено переводным кольцом, выполненным в виде тарельчатой пружины из упругодеформируемого металла и установленным с натягом на ступице неподвижного упора, причем в разрезе переводное кольцо имеет конусно-вогнутую форму, при этом, в местах соединения герметизирующих поверхностей, они выполнены в виде кольцевых буртиков;
- неподвижный упор, установленный над переводным кольцом, выполнен контактирующей торцевой частью в виде внутреннего кольцевого желобка с возможностью взаимодействия с конусно-вогнутой средней частью переводного кольца, а подвижный упор, установленный между полым корпусом и неподвижным упором, на нижнем конце - контактирующей поверхностью в виде конуса с его наружным кольцевым буртиком, при этом внутренний кольцевой буртик переводного кольца прижат нажимной гайкой;
- толщина стенки переводного кольца выполнена равномерно-переменного сечения от утолщенного внутреннего кольцевого буртика к середине конусно-вогнутой части, а далее до наружного кольцевого буртика - постоянного сечения.

Вышеприведенные существенные отличительные признаки были неизвестны из патентной и научно-технической информации и соответствуют критерию "Новизна", т.е. существенные отличительные признаки являются "Новыми".

Учитывая то, что вышеприведенные существенные отличительные признаки являются неочевидными для специалиста в этой области знаний, то мы считаем, что изобретение соответствует критерию "Изобретательский уровень".

Что же касается "Промышленной применимости", то изобретение соответствует этому критерию, т.к. на него выполнены рабочие чертежи, вся необходимая техдокументация и идет подготовка к испытанию опытного образца.

Сущность изобретения поясняется ниже, где на фиг.1 представлено устройство для герметизации межтрубного пространства в транспортном исполнении, разрез; на фиг.2 - чертеж переводного кольца поз.2а; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - узел I на фиг.1 - положение рабочее.

Устройство состоит из полого корпуса 1, на котором размещены переводное кольцо 2 (герметизирующий элемент) и привод, содержащий подвижный упор, стержней 3 из материала, обладающего "памятью формы", и неподвижный упор, регулятора 4 начального натяжения, упорного кольца 5 и гайки 6. В корпусе 1 концентрично размещен обратный клапан 7 с пружиной 8.

Подвижный упор выполнен составным, состоящим из корпуса - втулки 9 с верхним буртиком и нижней упорной части 10. Нижняя упорная часть 10 жестко крепится к корпусу - втулке 9 с верхним буртиком при помощи гайки 11. Выноска от верхнего буртика корпуса - втулки 9 условно не показана.

Неподвижный упор состоит из упорного кольца 12 со ступицей 13. Упорное кольцо 12 неподвижного упора, установленное над переводным кольцом 2, выполнено контактирующей торцевой частью 14 в виде внутреннего желобка с возможностью взаимодействия с конусно-вогнутой средней частью 15 переводного кольца 2, а подвижный упор, установленный коаксиально между полым корпусом 1 и неподвижным упором, на нижнем конце с контактирующей поверхностью 16, выполненной в виде конуса (фаски) с его наружным кольцевым буртиком 17. Внутренний кольцевой буртик 18 прижат нажимной гайкой 6.

В корпусе 1 и упорном кольце 12 неподвижного упора выполнены радиальные отверстия 19, 20.

Переводное кольцо 2 выполнено в виде тарельчатой пружины из упругодеформируемого металла и установлено с натягом на ступице 13 неподвижного упора (упорного кольца 12).

Переводное кольцо 2 в разрезе имеет конусно-вогнутую форму, при этом, в местах соединения герметизирующих поверхностей оно выполнено в виде кольцевых внутреннего 18 и наружного 17 буртиков.

Толщина стенки переводного кольца фиг.2 поз. 2а выполнена равномерно-переменного сечения от утолщенного внутреннего кольцевого буртика 18 к середине конусно-вогнутой части 15, а далее до наружного кольцевого буртика 17 - постоянного сечения.

Толщина стенки переводного кольца 2, прежде всего, зависит от температуры среды и давления, а также от параметров обсадной трубы 21 и НКТ. При температуре 573-673 и давлении 14-15 МПа под обсадную скважинную трубу 168х146 и НКТ 73 толщина стенки переводного кольца 2 из нержавеющей стали 1Х18Н9Т ориентировочно составляет не более S=1,8-2,2 мм.

Переводное кольцо 2 посажено на ступице 13 неподвижного упора с натягом в пределах 0,05-0,2 мм и прижато снизу гайкой 6, а между внутренним кольцевым буртиком 18 переводного кольца 2 и торцом гайки 6 установлена прокладка 22.

Параметры переводного кольца R, D, d, H, h, r, S - зависят от материала стали и параметров обсадной трубы 21 и НКТ, т.е. от кольцевого сечения межтрубного пространства и толщины зазора, между внутренней стенкой обсадной трубы и наружным диаметром устройства в транспортном положении см. фиг.2 поз. 2а.

С целью полного использования изобретения также целесообразно в нижней части обсадной трубы 21, в районе перекрытия межтрубного пространства устройством (пакером) предусмотреть втулку 23, посаженную с натягом (прессовой посадкой). При этом зазор между внутренним диаметром втулки 23 и наружным диаметром устройства должен быть минимальным, в пределах 1-1,2 мм, а внутренняя роверхность втулки обработана и выдержаны геометрическое отклонение - округлость и цилиндричность этой поверхности.

Устройство работает следующим образом. Перед спуском устройства в скважину устраняют зазоры в приводе, для чего вращают регулятор 4 начального натяжения. Упорное кольцо 5, связанное с регулятором 4 начального натяжения резьбой, а с корпусом 1 шпонкой, перемещается вверх, устраняя зазоры. Выноска от шпонки условно не показана. При этом не допускают нагружения герметизирующего элемента - переводного кольца 2 изгибающим усилием.

Устройство спускают в скважину на колонне труб и выдерживают на заданной глубине определенное время. Стержни 3 привода, выполненные из материала, обладающего "памятью формы", нагреваются скважинной жидкостью до пластовой температуры и уменьшаются в длине. При этом они (стержни 3) перемещают подвижный упор вверх и изгибают (деформируют) наружную половину (часть) упругодеформируемого переводного кольца 2, увеличивая его в размере по наружному диаметру по типу пружины или тарельчатой пружины, и тем самым перекрывает зазор межтрубного пространства.

Для снятия устройства в колонну закачивают холодную воду, которая, отжимая подпружиненный обратный клапан 7, через радиальные отверстия 19, 20 перетекает в межтрубное пространство над устройством, охлаждая стержни 3 привода. Стержни 3 удлиняются до начальных размеров и перемещают подвижный упор вниз. При этом упругодеформируемое переводное кольцо 2 возвращается в исходное (транспортное) положение.

В случае, если будет некая остаточная деформация переводного кольца 2, то и это не помешает подъему устройства, т.к. оно выполнено из упругодеформируемого металла конусно-вогнутой частью вверх.

Выполнение основного элемента привода, обладающего "памятью формы", в виде стержней позволяет осуществлять регулирование величины деформируемого (изгиба) усилия изменением числа и размеров стержней.

Такая конструкция (по форме и расположению, как описано выше) и выполнение герметизирующего элемента (переводного кольца 2) из упругодеформируемого металла позволит надежно герметизировать межтрубное пространство в условиях высоких температур и давлений.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 1506075, Е 21 В 33/12, опубл. 07.09.1989 г.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметизации межтрубного пространства скважины при раздельной эксплуатации пластов и проведении других технологических операций с использованием пакеров. Обеспечивает надежность герметизации в условиях высоких температур и давлений. Сущность изобретения: устройство содержит полый корпус. На корпусе размещены уплотнительный элемент, привод, подпружинный обратный клапан, переводное кольцо. Привод выполнен в виде подвижного и неподвижного упоров. Неподвижный упор установлен над переводным кольцом с возможностью взаимодействия с ним. Корпус и неподвижный упор имеют радиальные отверстия для сообщения привода с полостью корпуса и межтрубным пространством над уплотнительным элементом. Неподвижный упор установлен над переводным кольцом. Он выполнен контактирующей торцевой частью в виде внутреннего кольцевого желобка с возможностью взаимодействия с конусно-вогнутой средней частью переводного кольца. Подвижный упор установлен между полым корпусом и неподвижным упором и имеет на нижнем конце кольцевой выступ для размещения на нем уплотнительного элемента. Подвижный упор выполнен контактирующей поверхностью в виде конуса с его наружным кольцевым буртиком. С упорами связаны стержни из материала, обладающего "памятью формы". Подпружинный обратный клапан размещен концентрично в корпусе. Переводное кольцо выполнено в виде тарельчатой пружины из упругодеформируемого металла. Оно установлено с натягом на ступице неподвижного упора. В разрезе переводное кольцо имеет конусно-вогнутую форму. Места соединения герметизирующих поверхностей выполнены в виде кольцевых буртиков. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для герметизации межтрубного пространства скважины, содержащее полый корпус, размещенные на нем уплотнительный элемент, привод, выполненный в виде подвижного и неподвижного упоров, и связанных с ними стержней из материала, обладающего "памятью формы", подпружинный обратный клапан, размещенный концентрично в корпусе, причем подвижный упор имеет на нижнем конце кольцевой выступ для размещения на нем уплотнительного элемента, а неподвижный упор установлен над уплотнительным элементом с возможностью взаимодействия с ним, причем корпус и неподвижный упор имеют радиальные отверстия для сообщения привода с полостью корпуса и межтрубным пространством над уплотнительным элементом, отличающееся тем, что устройство снабжено переводным кольцом, выполненным в виде тарельчатой пружины из упругодеформируемого металла и установленным с натягом на ступице неподвижного упора, причем в разрезе переводное кольцо имеет конусно-вогнутую форму, при этом в местах соединения герметизирующих поверхностей они выполнены в виде кольцевых буртиков, причем неподвижный упор, установленный над переводным кольцом, выполнен контактирующей торцевой частью в виде внутреннего кольцевого желобка с возможностью взаимодействия с конусно-вогнутой средней частью переводного кольца, а подвижный упор, установленный между полым корпусом и неподвижным упором, на нижнем конце - контактирующей поверхностью в виде конуса с его наружным кольцевым буртиком, при этом внутренний кольцевой буртик переводного кольца прижат гайкой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина стенки переводного кольца выполнена равномерно-переменного сечения от утолщенного внутреннего кольцевого буртика к середине конусно-вогнутой части, а далее до наружного кольцевого буртика - постоянного сечения.