УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПЛАСТА В СКВАЖИНЕ Российский патент 2016 года по МПК E21B33/13 E21B33/12 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пласта, по меньшей мере одного, в скважине как при ее креплении с применением операции цементирования обсадной колонны, так и в виде отдельной независимой изоляционной операции, необходимой при реализации множества операций в скважине, когда необходимо, например, изолировать проявляющий или поглощающий пласт, которые могут привести к осложнениям в скважине.

Известно устройство для изоляции пласта в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия с уплотнительным элементом, связанный с корпусом, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость, в которой размещена подпружиненная рабочая втулка, переключатель положения устройства с фигурным пазом и пальцем, жестко связанным одним концом с корпусом и размещенным другим концом в фигурном пазу (RU 2182957, 04.10.2001).

Недостатком известного устройства является сложность его изготовления, а также малая пропускная способность, обусловленная необходимостью заполнения полости уплотнительного элемента через отверстие узла полого разрушаемого штифта ограниченного сечения, что ведет к созданию больших гидравлических сопротивлений и ограничивает возможности надежного пакерования. Кроме того, возможность непроизвольного - случайного нарушения герметичности этого узла в процессе операций в скважине, в том числе цементирования, может привести к преждевременному срабатыванию пакера - по существу к аварийной ситуации.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение надежности его работы и улучшение эксплуатационных характеристик.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для изоляции пласта в скважине включает корпус с верхним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, нижним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым обратным клапаном, а также верхними и нижними продольными пазами между упомянутыми радиальными отверстиями, кожух, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую камеру, в верхней части которой помещена верхняя подпружиненная дифференциальная втулка, жестко связанная с корпусом срезным штифтом, по меньшей мере одним, а в нижней части упомянутой камеры - нижняя дифференциальная втулка, жестко связанная с корпусом срезным элементом, по меньшей мере одним, и перекрывающая нижнее радиальное отверстие корпуса, пакер с уплотнительным элементом, помещенный в нижней части корпуса, при этом предусмотрена возможность после разрушения полого срезного штифта расфиксации верхней дифференциальной втулки и передача давления через верхние продольные пазы на нижнюю дифференциальную втулку, расфиксация последней и обеспечение гидравлической связи полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера через нижнее радиальное отверстие корпуса и его нижние продольные пазы, а после приведения пакера в его рабочее положение предусмотрена возможность перекрытия нижнего радиального отверстия корпуса нижней дифференциальной втулкой с использованием давления в полости уплотнительного элемента пакера.

Кроме того:

корпус ниже нижнего радиального отверстия выполнен с фиксатором конечного положения нижней дифференциальной втулки в виде защелки;

верхняя дифференциальная втулка подпружинена относительно упора, размещенного в кольцевой камере и жестко связанного с кожухом.

Сущность изобретения.

Устройство по изобретению предусматривает возможность эффективной и безопасной работы за счет использования двух радиальных отверстий или двух систем отверстий. Через верхнее радиальное отверстие, перекрытое полым срезным штифтом, предусмотрено приведение устройства в готовность к работе его узлов. Через нижнее радиальное отверстие, перекрытое обратным клапаном, предусмотрено приведение пакера в его рабочее положение. При этом двойная система защиты в виде жесткой и надежной фиксации верхней и нижней дифференциальных втулок исключает возможность преждевременного срабатывания пакера при случайном разрушении полого срезного штифта. Более того, отверстие полого срезного штифта имеет ограниченные гидравлические пропускные возможности по причине нахождения в нем остатков фрагментов разрушения. Пропустить через это отверстие необходимый объем жидкости в заданное время для обеспечения надежного пакерования не всегда представляется возможным. С использованием же для этого свободного нижнего радиального отверстия для прямого гидравлического сообщения полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера обеспечена возможность создания в ней безинерционного регламентированного давления пакерования.

На чертеже изображено устройство в исходном транспортном положении.

Устройство для изоляции пласта в скважине включает корпус 1 с верхним радиальным отверстием 2, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом 3. Корпус 1 имеет также нижнее радиальное отверстие 4, по меньшей мере одно, перекрытое обратным клапаном. Обратный клапан может быть выполнен, например, шаровым или в виде эластичного кольца 5, как показано на чертеже. Между упомянутыми радиальными отверстиями 1, 4 корпус 1 выполнен с верхними 6 и нижними 7 продольными пазами. Снаружи корпуса помещен кожух 8, образующий с корпусом кольцевую камеру 9. В верхней части кольцевой камеры 9 помещена верхняя подпружиненная дифференциальная втулка 10, жестко связанная с корпусом 1 срезным штифтом 11, по меньшей мере одним. В нижней части кольцевой камеры 9 помещена нижняя дифференциальная втулка 12, жестко связанная с корпусом срезным элементом 13, по меньшей мере одним, и перекрывающая нижнее радиальное отверстие 4 корпуса 1. В нижней части корпуса 1 помещен пакер 14 (на чертеже условно показан фрагмент его корпуса) с уплотнительным элементом (на чертеже условно не показан). Корпус 1 имеет также кольцевые канавки 15, 16, 17, 18, кольцевой выступ-упор 19, образованный разными наружными диаметрами корпуса 1, упор 20. В кожухе 8 установлено упорное кольцо 21 с радиальным технологическим резьбовым отверстием 22 и пробкой 23. На внутренней поверхности нижней дифференциальной втулки 12 выполнены кольцевые проточки 24 и 25. В кольцевой проточке 25 установлен фиксатор 26. Обратный клапан - эластичное кольцо 5 размещено в канавке 27 корпуса 1. В кольцевой камере 9 размещено упорное кольцо 30. Над ним в пространстве 31 кольцевой камеры 9 размещена пружина 32. Для сообщения нижней части кольцевой камеры 9 с полостью уплотнительного элемента пакера 14 служит кольцевой канал 33. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 34. С таким выполнением устройства предусмотрена возможность после разрушения полого срезного штифта 3 расфиксации верхней дифференциальной втулки 10 и передача давления через верхние продольные пазы 6 на нижнюю дифференциальную втулку 12, расфиксация последней и обеспечение гидравлической связи полости корпуса 1 с полостью уплотнительного элемента пакера 14 через нижнее радиальное отверстие 4 корпуса 1 и его нижние продольные пазы 7. После приведения пакера в его рабочее положение предусмотрена возможность перекрытия нижнего радиального отверстия 4 корпуса 1 нижней дифференциальной втулкой 12 с использованием давления в полости уплотнительного элемента пакера.

Устройство для изоляции пласта в скважине работает следующим образом.

После спуска в скважину обсадной колонны с устройством для изоляции пласта скважины на заданную глубину и закачки расчетного объема тампонажного раствора в колонну пускают разделительную пробку (на чертеже не показана), которая, срезая полый штифт 3, перемещается вниз. При этом избыточное давление в полости обсадной колонны через разрушенный полый штифт 3, попадая в кольцевую камеру 9, разрушает срезной винт 11 и перемещает верхнюю дифференциальную втулку 10 до упора 20 и, таким образом, сжимает пружину 32. После окончания процесса цементирования и снятия давления в полости обсадной колонны (полости корпуса 1) сжатая пружина 32 перемещает верхнюю дифференциальную втулку 10 вверх. В результате, уплотнительное кольцо 34 верхней дифференциальной втулки разгерметизируется в верхних продольных пазах 6 корпуса 1. Возникает сообщение полости корпуса - колонны и кольцевой камеры 9. Создаваемое расчетное избыточное давление в полости корпуса - колонне через кольцевую камеру 9, верхние продольные пазы 6, пространство 31, продольные пазы 35 передается на нижнюю дифференциальную втулку 12. При этом происходит срез винтов 13 и перемещение нижней дифференциальной втулки 12 вниз с разгерметизацией нижнего радиального отверстия 4 через нижние продольные пазы 7 корпуса 1. Буровой раствор через нижнее радиальное отверстие 4, эластичное кольцо 5, кольцевую проточку 24, нижние продольные пазы 7 в нижней части кольцевой камеры 9 и кольцевой канал 33 поступает в полость уплотнительного элемента - пакера 14. В результате, пакер приводится в рабочее положение. После окончания пакеровки давление в полости корпуса 1 - колонне снимают и нижняя дифференциальная втулка 12, под действием избыточного давления в полости уплотнительного элемента пакера, перемещается вверх. При этом фиксатор 26 располагается в кольцевой канавке 17 корпуса 1, исключая при этом дальнейшее перемещение нижней дифференциальной втулки 12.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пласта, по меньшей мере одного, в скважине как при ее креплении с применением операции цементирования обсадной колонны, так и в виде отдельной независимой изоляционной операции. Технический результат - упрощение устройства, повышение его надежности и улучшение эксплуатационных характеристик. Устройство включает корпус с верхним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом. Корпус имеет также нижнее радиальное отверстие, по меньшей мере одно, перекрытое обратным клапаном. Между упомянутыми радиальными отверстиями корпус выполнен с верхними и нижними продольными пазами. Снаружи корпуса помещен кожух, образующий с корпусом кольцевую камеру. В верхней части кольцевой камеры помещена верхняя подпружиненная дифференциальная втулка, жестко связанная с корпусом срезным штифтом, по меньшей мере одним. В нижней части кольцевой камеры помещена нижняя дифференциальная втулка, жестко связанная с корпусом срезным элементом, по меньшей мере одним, и перекрывающая нижнее радиальное отверстие корпуса. В нижней части корпуса помещен пакер с уплотнительным элементом. При этом устройство выполнено таким образом, что предусмотрена возможность после разрушения полого срезного штифта расфиксации верхней дифференциальной втулки, передача давления через верхние продольные пазы на нижнюю дифференциальную втулку, расфиксация последней и обеспечение гидравлической связи полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера через нижнее радиальное отверстие корпуса и его нижние продольные пазы. После приведения пакера в его рабочее положение предусмотрена возможность перекрытия нижнего радиального отверстия корпуса нижней дифференциальной втулкой с использованием давления в полости уплотнительного элемента пакера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для изоляции пласта в скважине, включающее корпус с верхним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, нижним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым обратным клапаном, а также верхними и нижними продольными пазами между упомянутыми радиальными отверстиями, кожух, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую камеру, в верхней части которой помещена верхняя подпружиненная дифференциальная втулка, жестко связанная с корпусом срезным штифтом, по меньшей мере одним, а в нижней части упомянутой камеры - нижняя дифференциальная втулка, жестко связанная с корпусом срезным элементом, по меньшей мере одним, и перекрывающая нижнее радиальное отверстие корпуса, пакер с уплотнительным элементом, помещенный в нижней части корпуса, при этом предусмотрена возможность после разрушения полого срезного штифта расфиксации верхней дифференциальной втулки и передача давления через верхние продольные пазы на нижнюю дифференциальную втулку, расфиксация последней и обеспечение гидравлической связи полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера через нижнее радиальное отверстие корпуса и его нижние продольные пазы, а после приведения пакера в его рабочее положение предусмотрена возможность перекрытия нижнего радиального отверстия корпуса нижней дифференциальной втулкой с использованием давления в полости уплотнительного элемента пакера.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что корпус ниже нижнего радиального отверстия выполнен с фиксатором конечного положения нижней дифференциальной втулки в виде защелки.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что верхняя дифференциальная втулка подпружинена относительно упора, размещенного в кольцевой камере и жестко связанного с кожухом.