ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ЖЕЛОНКА ДЛЯ УСТАНОВКИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО МОСТА В СКВАЖИНЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК E21B27/02 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для установки разделительных мостов при изоляции продуктивных горизонтов и участков ствола скважины друг от друга.

Известна электромеханическая желонка для установки разделительного моста в скважине (см. AC SU № 1562431 МПК Е21В 33/132, публикация 07.05.1990), содержащая корпус с камерой для цементного раствора с узлом открывания, пакер-зонт, размещенный в нижней части корпуса, с возможностью осевого перемещения за нижний торец корпуса, а опорная втулка средней части корпуса и узел открывания выполнены соответственно с продольными сливными окнами и в виде последовательно жестко связанных друг с другом разобщающего поршня, полого штока с герметично размещенным в нем электромеханическим редуктором, шарового замка, подпружиненного относительно корпуса, установленного на опорной втулке дополнительного полого штока с возможностью взаимодействия с пакер-зонтом, а разобщающий поршень установлен над сливными окнами, камера размещена над разобщающим поршнем, а электромеханический редуктор связан с шаровым замком с возможностью расфиксации последнего, электромеханический редуктор установлен внутри полого штока с образованием кольцевой полости, заполненной теплоизоляционным материалом.

Однако известное изобретение не обеспечивает достаточную надежность и эффективность работы.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства.

Технический результат первого и второго варианта достигается тем, что в электромеханическую желонку для установки разделительного моста в скважине, содержащую корпус с камерой цементного раствора, узлом открывания и механический раздвижной пакер, размещенный в нижней части корпуса, причем узел открывания камеры цементного раствора выполнен в виде последовательно связанных друг с другом шарового замка, установленного на опорной втулке и подпружиненного относительно корпуса, статически закрепленного в верхней части желонки металлического груза, выполненного с возможностью его расфиксации, разобщающего поршня и полого штока, взаимодействующего с механическим раздвижным пакером, снабженным полой трубкой, соединяющей подпакерную область с внутренней полостью желонки, а разобщающий поршень установлен над сливными окнами, камера цементного раствора размещена над разобщающим поршнем, полый шток выполнен с возможностью одновременного открывания камеры и расцеплением металлического груза передачи усилия через разобщающий поршень на механический раздвижной пакер, снабженный отсекающим клапаном, выполненным с возможностью перекрытия сечения трубки после отвердения цементного раствора, а датчик срабатывания размещен в верхней части желонки и соединен с устройством регистрации на дневной поверхности, при этом первый источник питания и устройство регистрации на дневной поверхности подключены через ветвь центральной жилы каротажного кабеля к последовательно либо параллельно соединенных электродвигателю и датчику срабатывания.

Технический результат третьего варианта достигается тем, что электромеханическая желонка для установки разделительного моста в скважине, содержащая корпус с камерой цементного раствора, узлом открывания и механический раздвижной пакер, размещенный в нижней части корпуса, причем узел открывания камеры цементного раствора выполнен в виде последовательно связанных друг с другом шарового замка, установленного на опорной втулке и подпружиненного относительно корпуса, статически закрепленного в верхней части желонки металлического груза, выполненного с возможностью его расфиксации, разобщающего поршня и полого штока, взаимодействующего с механическим раздвижным пакером, снабженным полой трубкой, соединяющей подпакерную область с внутренней полостью желонки, кроме того, разобщающий поршень установлен над сливными окнами, камера цементного раствора размещена над разобщающим поршнем, полый шток выполнен с возможностью одновременного открывания камеры и расцеплением металлического груза передачи усилия через разобщающий поршень на механический раздвижной пакер, снабженный отсекающим клапаном, выполненным с возможностью перекрытия сечения трубки после отвердения цементного раствора, первый источник питания соединен с электродвигателем через отдельную жилу кабеля, а второй источник питания подключен к датчику срабатывания, связанного с устройством регистрации на дневной поверхности.

Достигаемым техническим эффектом является работа с установкой разобщающих мостов в скважинах с уменьшенной проходимостью, даже при наличии дефектов колонны, при использовании не взрывного устройства установки моста в скважине, причем отсутствие взрывных материалов улучшает условия техники безопасности работы желонки. Применено электромеханическое открывающее устройство камеры цементного раствора. Использован статически закрепленный в верхней части желонки металлический груз, обладающий оптимальной потенциальной энергией, необходимой для принудительного вытеснения цементного раствора из камеры желонки. Использовано клапанное устройство с замедлителем, срабатывающее за время отвердения цементного раствора.

Существенное уменьшение затрат при проведении работ, которые ведутся непрерывно, в том числе и в темное время суток, причем возможность получения положительного эффекта при перетоках жидкости либо газа в скважине за счет применения механического раздвижного пакера, кроме того, возможность применения желонки для доставки в скважину в заданный интервал перфорации специальных перфорационных жидкостей, кислот, горюче-окислительных и других составов.

Использование датчика срабатывания (индикатора), размещенного внутри устройства желонки, позволило регистрировать факт полного срабатывания желонки на дневной поверхности при вытеснении цементного раствора из камеры металлическим грузом.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На фиг.1 - общий вид желонки с принудительным вытеснением, на фиг.2 - общий вид механического раздвижного пакера, на фиг.3 - расфиксация груза; на фиг.4 - слив цементного раствора с принудительным вытеснением, раскрытие пакера; на фиг.5 - установленный механический раздвижной пакер в колонне при слитом жидком цементном растворе (фаза 1); на фиг.6 - закрытие клапанного устройства пакера при отвердевшем цементном растворе; на фиг.7 - сечение А-А (взаимное расположение деталей датчика срабатывания и электромеханического редуктора); на фиг.8 - сечение В-В (расположение проволочного центратора относительно сливного окна); на фиг.9 - сечение С-С (устройство фиксации механического раздвижного пакера внутри корпуса); на фиг.10 - сечение D-D (расположение рычагов пакера в закрытом положении); на фиг.11 - устройство датчика срабатывания; на фиг.12 а, б, в, - схема вариантов исполнения. Состав желонки:

1-корпус;

2-каратажный кабель;

3-кабельная головка;

4-соединительная головка цементировочной желонки;

5-адаптер опорной втулки шарового замка;

6-адаптер опорной втулки шарового замка груза;

7, 8-смотровое окно;

9-заливное окно;

10-опорная втулка электромеханического редуктора;

11-узел открывания (электромеханический редуктор);

12-датчик срабатывания;

13-пружина;

14-штифт направляющий;

15-приводной вал;

16-шаровой замок;

17-провод датчика срабатывания;

18-провод электромеханического редуктора;

19-шары;

20-опорная втулка шарового замка;

21-передвижная шайба;

22-пружина;

23-тяга;

24-пазовое окно;

25-отверстие тяги;

26-опорная втулка шарового замка груза;

27-шары штока;

28-распорная втулка,

29-металлический груз,

30-полый шток;

31-центраторы;

32-наборные груза;

33-поршень груза;

34-гайка, фиксирующая груз;

35-сальник груза;

36-стопорное кольцо;

37-тросик;

38-узел соединения шарового замка;

39-полая трубка;

40-разобщающий (раздвигающий) поршень;

41-окно сливное;

42-кольцевой уплотнитель;

43-стенки разрезной втулки;

44-подвижная втулка;

45-пружина;

46-опорная гайка;

47-опорная гайка центратора;

48- проволочные центраторы;

49-промежуточная втулка;

50, 51-шаровые фиксаторы;

52-механический раздвижной пакер;

53-полая втулка;

54, 55-рычаги;

56-диск;

57-пружинное кольцо;

58-подвижный диск;

59-пружина;

60-опора;

61-стакан;

62-отсекающий клапан;

63-пружина;

64-тросик;

65-днище;

67-окно;

68-камера с цементной смесью;

69-буферная жидкость;

70-обшивка зонта;

71-постоянный магнит;

72-электродвигатель;

73-устройство регистрации на дневной поверхности;

74, 75-первый и второй источники питания;

76-магнитоуправляемый контакт.

Работа желонки осуществляется следующим образом:

Устройство, спускаемое на кабеле 2, содержит корпус 1 с камерой цементной смеси 68, узел открывания, выполненный в виде электромеханического редуктора 11, приводной вал 15, взаимодействующий с шаровым замком 16, установленного с помощью шаров 19, подвешен металлический груз 29 с помощью шаров штока 27 и возможностью его расфиксации. Разобщающий поршень 40 установлен над окнами 41 и связан через закрепленную на нем полую трубку 39 тросиком 37, проходящего внутри груза 29 с шаровым замком 16 с помощью узла соединения 38. Устройство установки механического раздвижного пакера 52 взаимодействует с разобщающем поршнем 42 через промежуточную втулку 49 и содержит в себе механический раздвижной пакер 52 с возможностью его осевого перемещения.

Устройство спускают в скважину и по кабелю 2 подают электрический ток на электромеханический редуктор 11, расфиксируют замок 16, который движется вниз и последовательно расфиксирует шаровой замок груза 29. Поршень 40 перемещается вниз под действием веса цементной смеси 68 и двигающего груза 29, открывает сливные окна 41. Одновременно под действием пружин 45 и 59 механический раздвижной пакер 52 расфиксируется и, перемещаясь вниз, своими опорами 60 входит в зацепление со стенкой скважины. Цементная смесь под действием движения металлического груза 29 принудительно сливается на механический раздвижной пакер 52. Полая втулка 53 выступает над слитой камерой цементной смеси 68 и беспрепятственно пропускает через себя движение жидкости либо газа. После отвердения в камере цементной смеси 68 срабатывает клапан замедленного действия 62 и перекрывает внутреннюю полость трубки 53.

Электромеханическая желонка с принудительным вытеснением раствора для установки разделительного моста в скважине работает следующем образом.

На устье предварительно собранную желонку с установленным в ней механическим раздвижным пакером 52 с закрытым разобщающим поршнем 40 и зафиксированным грузом 29 опускают в скважину до заливного окна 9 и заливают в камеру корпус 1 сначала цементную смесь, затем буферную жидкость 69, производят спуск желонки на кабеле в интервал заливки (см. фиг.1).

Открывание желонки осуществляется при подаче электрического тока по кабелю 2 на электромеханический редуктор 11, который приводится в действие и через приводной вал 15 передает крутящий момент на шаровой замок 16, осуществляя его расфиксацию.

Под действием веса столба цементной смеси в корпусе 1 и усилия сжатой пружины 45 замок 16 двигается вниз и своей нижней частью сдвигает распорную втулку 28 груза 29, при этом происходит открывание шарового замка и последующая расфиксация груза (см. фиг.3 и 4). Металлический груз 29 под действием своего веса, движется вниз, вытесняя цементную смесь 68 через открывшиеся окна 41 из корпуса 1 в скважину. Одновременно при движении втулки 44 проволочные центраторы 48 выдвигаются за пределы корпуса 1, образуя предварительную центровку желонки относительно оси скважины. Устройство фиксации механического раздвижного пакера 52 выходит из зацепления со стенками разрезной втулки 43 с диском 56. Усилие пружины 59 приводит в действие механический раздвижной пакер 52, его рычаги 54 и 55 раздвигаются до зацепления опор 60 со стенкой скважины. Одновременно обшивки зонта 70 механического раздвижного пакера 52 раскрывают и перекрывают сечение скважины. Полая трубка 39 раздвигающего поршня 40 ограничивает движение металлического груза 29 и передает дополнительное усилие через тросик 37 закрепленному на полой трубке 39 шаровому замку 16, который сдвигает дополнительно вниз передвижную шайбу 21, подпружиненную пружиной 22. Закрепленная в шайбе 21 тяга 23, в свою очередь, жестко связана с постоянным магнитом 71, располагающимся в близости от датчика срабатывания 12. При перемещении магнита относительно датчика срабатывания 12 (см. фиг.11) происходит разрыв цепи магнитоуправляемого контакта 3 (вариант 1) либо замыкание на массу (вариант 3). Использование датчика срабатывания 12, размещенного внутри устройства желонки, позволило регистрировать факт полного срабатывания желонки устройством регистрации 73 на дневной поверхности при вытеснении цементного раствора из камеры 68 металлическим грузом 29.

Электромеханическую желонку с оставшейся в ней буферной жидкостью 69, приподнимают с малой скоростью с интервала установки разобщающегося моста и производят ее полный подъем.

Установленный в скважине механический раздвижной пакер 52 (см. фиг.5) при зафиксированном его клапане 62 не препятствует перетоку скважинной жидкости через его полое отверстие трубки 53. Слитая цементная смесь располагается между стенкой скважины и полой трубкой 53 механического раздвижного пакера 52. При контакте с водой содержащаяся в скважине цементная смесь быстро (5-19 минут) твердеет. Химический состав, находящийся внутри клапана 62, за установленное расчетное время отвердевания цементной смеси растворяется в окружающей скважинной жидкости, освобождает удерживаемый верхний конец тросика 64 (см. фиг.6). Усилие сжатой пружины 63 приподнимает клапан 62 и прерывает доступ перетоку скважинной жидкости либо газа через трубку 53 и отвердевшую цементную смесь.

Устройство механического разделительного пакера.

В нижней части подвижной втулки 44 расположено устройство фиксации механического раздвижного пакера 52, состоящее из двух диаметрально противоположно расположенных шаровых фиксаторов, содержащих в себе два шарика 50 и два распорных пальца 51 (см. фиг.9). Механический раздвижной пакер 52 располагается внутри разрезного корпуса 43 и состоит (см. фиг.2) из полой трубки 53, на которой установлены шарнирно шесть пар рычагов 54 и 55. В верхней части они размещены на диске 56, который с помощью пружинного кольца 57 зафиксирован неподвижно на трубке 53. На концах верхних рычагов 54 установлены опоры 60 с возможностью ограниченного вращения в вертикальной плоскости. В нижнем конце трубки 53 с помощью резьбы закреплен стакан 61, внутри которого размещается клапан 62, подпружиненный пружиной 63. Фиксацию клапана в заданном положении осуществляет тросик 64, нижний конец которого крепится в днище 65 стакана 61, а верхний утолщенный удерживается химическим составом 66 залитого и отвердевшего совместно с верхним концом тросика 64 внутри клапана 62. Окна 67 стакана 61 находятся выше зафиксированного клапана 62 и открывают доступ перетоку скважинной жидкости и газа через окна во внутреннюю полость трубки 53. Диск 56 механического раздвижного пакера 53 располагается внутри подвижной втулки 44 и удерживается двумя шаровыми фиксаторами 50 и 51. Подвижный диск 58 механического раздвижного пакера 52 утоплен в нише нижней части разрезной втулки 43. Внутри корпуса 1 залита цементная смесь 68 и буферная жидкость 69, перекрывающая доступ скважинной жидкости к смеси 68 в верхней части корпуса 1.

Датчик срабатывания 12 состоит из двух основных деталей (см. фиг.11): магнитоуправляемый контакт 76 (например, геркон КЭМ-2А), размещенный герметично в стальном немагнитном корпусе 1 и постоянный магнит 71, размещенный в непосредственной близости от магнитоуправляемого контакта 76 с возможностью осевого перемещения, жестко связанного с подвижными деталями электромеханической желонки через тягу 23.

Техническо-экономическим эффектом изобретения является надежность срабатывания предлагаемой конструкции желонки в целом и гарантированная установка разделительного моста в заданном интервале скважины с тяжелым буровым раствором (удельный вес более 2,0 гр/см³) при наличии движения жидкости и газов, а также установка разделительного моста при наличии дефектов (сужений) в скважине без дополнительных материальных и финансовых затрат при полном исключении несанкционированного освобождения уплотнительного элемента от корпуса желонки.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для установки разделительных мостов при изоляции продуктивных горизонтов и участков ствола скважины друг от друга. Технический результат - повышение надежности и эффективности работы устройства. Сущностью предлагаемого технического решения является работа с установкой разобщающих мостов в скважинах с уменьшенной проходимостью, причем отсутствие взрывных материалов улучшает условия техники безопасности работы желонки. Применено электромеханическое открывающее устройство камеры цементного раствора и использован, как статически закрепленный в верхней части желонки металлический груз, обладающий оптимальной потенциальной энергией, необходимой для принудительного вытеснения цементного раствора из камеры желонки, так и клапанное устройство с замедлителем, срабатывающее за время отвердения цементного раствора, а также датчик срабатывания, размещенный внутри устройства желонки, позволяющий регистрировать факт полного срабатывания желонки на дневной поверхности при вытеснении цементного раствора из камеры металлическим грузом. 2 н.п. ф-лы, 14 ил.

1. Электромеханическая желонка для установки разделительного моста в скважине, содержащая корпус с камерой цементного раствора, узлом открывания и механический раздвижной пакер, размещенный в нижней части корпуса, причем узел открывания камеры цементного раствора выполнен в виде последовательно связанных друг с другом шарового замка, установленного на опорной втулке и подпружиненного относительно корпуса, статически закрепленного в верхней части желонки металлического груза, выполненного с возможностью его расфиксации, разобщающего поршня и полого штока, взаимодействующего с механическим раздвижным пакером, снабженным полой трубкой, соединяющей подпакерную область с внутренней полостью желонки, кроме того, разобщающий поршень установлен над сливными окнами, камера цементного раствора размещена над разобщающим поршнем, полый шток выполнен с возможностью одновременного открывания камеры и расцепления металлического груза передачи усилия через разобщающий поршень на механический раздвижной пакер, снабженный отсекающим клапаном, выполненным с возможностью перекрытия сечения трубки после отвердения цементного раствора, а датчик срабатывания размещен в верхней части желонки и соединен с устройством регистрации на дневной поверхности, при этом первый источник питания и устройство регистрации на дневной поверхности подключены через ветвь центральной жилы каротажного кабеля к последовательно либо параллельно соединенным электродвигателю и датчику срабатывания.

2. Электромеханическая желонка для установки разделительного моста в скважине, содержащая корпус с камерой цементного раствора, узлом открывания и механический раздвижной пакер, размещенный в нижней части корпуса, причем узел открывания камеры цементного раствора выполнен в виде последовательно связанных друг с другом шарового замка, установленного на опорной втулке и подпружиненного относительно корпуса, статически закрепленного в верхней части желонки металлического груза, выполненного с возможностью его расфиксации, разобщающего поршня и полого штока, взаимодействующего с механическим раздвижным пакером, снабженным полой трубкой, соединяющей подпакерную область с внутренней полостью желонки, кроме того, разобщающий поршень установлен над сливными окнами, камера цементного раствора размещена над разобщающим поршнем, полый шток выполнен с возможностью одновременного открывания камеры и расцепления металлического груза для передачи усилия через разобщающий поршень на механический раздвижной пакер, снабженный отсекающим клапаном, выполненным с возможностью перекрытия сечения трубки после отвердения цементного раствора, первый источник питания соединен с электродвигателем через отдельную жилу кабеля, а второй источник питания подключен к датчику срабатывания, связанному с устройством регистрации на дневной поверхности.